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Hintergrund
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Steuerungssystem für eine Brennkraftmaschine,
die eine Verdichtungsverhältnis-Steuerungsvorrichtung
hat, die in der Lage ist, das Verdichtungsverhältnis, einen Hub und einen
Arbeitswinkel des Einlassventiles zu variieren, und eine Phasensteuerungsvorrichtung, die
in der Lage ist, eine maximale Hubphase eines Einlassventiles zu
verändem.
Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren für das Steuern solch
einer Brennkraftmaschine. Außerdem
betrifft die vorliegende Erfindung eine Technologie für das Beschleunigen
des Aufwärmens
eines Benzinmotors mit Zündkerzenzündung.
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Bisher
hat der Anmelder dieser Anmeldung verschiedene Verdichtungsverhältnis-Steuerungsvorrichtungen
für hin-
und hergehende Brennkraftmaschinen vorgeschlagen, die eine Kolben-Kurbelvorrichtung
vom Doppel-Verbindungs-Typ verwenden und vorgesehen sind, den oberen
Totpunkt (TDC) des Kolbens durch Bewegen eines Abschnittes eines
verbundenen Aufbaus derselben zu variieren, wie in der vorläufigen Japanischen
Patentveröffentlichung
Nr. 2002-21592 gezeigt. Diese Art der Verdichtungsverhältnis-Steuerungsvorrichtung
verändert
ein mechanisches Verdichtungsverhältnis einer Brennkraftmaschine,
d. h., ein nominales Verdichtungsverhältnis und steuert im Wesentlichen
das Verdichtungsverhältnis
so, dass ein hohes Verdichtungsverhältnis bei Teillast zum Verbessern
der thermischen Effektivität
erhalten wird und ein niedriges Verdichtungsverhältnis bei hoher Last zum Vermeiden
von Klopfen des Motors erhalten wird. Ein weiteres Beispiel der
Verdichtungsverhältnis-Steuerungsvorrichtung
ist in der
EP 1154134 gezeigt.
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Außerdem hat
der Anmelder dieser Anmeldung eine veränderbare Ventilzeitpunkt-Steuerungsvorrichtung
vorgeschlagen, die den Hub und den Arbeitswinkel des Einlassventiles
gleichzeitig und kontinuierlich verändern kann und eine veränderbare Ventilzeitpunkt-Steuerungsvorrichtung,
die einen breiten Freiheitsgrad der Hubmerkmale in Kombination mit
einer Phasen-Steuerungsvorrichtung zum Variieren einer maximalen
Hubphase erreichen kann, wie in der vorläufigen Japanischen Patentveröffentlichung
Nr. 2002-89341 gezeigt.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Wie
allgemein bekannt, ist ein Abgassystem einer Brennkraftmaschine
mit einem katalytischen Abgasreiniger versehen, der einen Oxidations-Reduktionskatalysator,
Oxidations-Katalysator oder einen Reduktions-Katalysator enthält. Es ist
jedoch selbst bei der fortgeschrittenen Katalysator-Technologie
heutzutage die vorliegende Situation, dass die katalytische Wirkung,
die an dem Gas bewirkt wird, das von dem Motor emittiert wird, unmittelbar
nach dem Kaltstart, bei dem die Temperatur des Katalysators niedrig
ist, wenn mit der Temperatur nach dem Aufwärmen des Motors verglichen
wird, ziemlich stark begrenzt ist. Dieses Problem wird schon lange von
denjenigen, die auf diesem Gebiet der Technik Fachleute sind, erkannt.
Folglich sind fortwährend Anstrengungen
unternommen worden, um die aktive Temperatur des Katalysators zu
erniedrigen und es ist erdacht worden, Sekundärluft in die stromaufwärtige Seite
des Katalysators einzuleiten, um dadurch die Zeit zu beschleunigen,
bei der der Katalysator chemisch aktiviert wird.
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Dieses
Problem hängt
jedoch grundsätzlich davon
ab, wie schnell der Katalysator die Temperatur erreichen kann, bei
der der Katalysator die Umwandlung startet. Zu diesem Zweck wird
der Zündzeitpunkt während des
Aufwärmens
verzögert
(d. h., die Abgastemperatur wird durch Verzögern des Zeitpunktes, bei dem
die Verbrennung startet). Dies verursacht allerdings einen schlechten
Einfluss auf den Kraftstoffverbrauch, wird aber weitverbreitet angewandt.
Jedoch hat das Anheben der Abgastemperatur nur durch das Verzögern des
Zündzeitpunktes
seine Grenze.
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Andererseits
ist die Aufmerksamkeit auf das Expansionsverhältnis der Brennkraftmaschine
zu lenken (d. h., dem Verhältnis
des Zylindervolumens zu der Zeit, wenn das Abgasventil offen ist,
zu dem Zylindervolumen bei dem TDC), wobei ein höheres Expansionsverhältnis wünschenswert
für die
Maximierung der effektiven Arbeit des Brenngases ist und ein niedrigeres
Expansionsverhältnis
wünschenswert für das Höhermachen
der Abgastemperatur für
die beschleunigende Aktivierung des Katalysators ist. Durch Vermindern
des Expansionsverhältnisses
und dadurch durch vermindern des Verhältnisses, bei dem die Energie
des Brenngases in Arbeit umgewandelt wird, kann die Abgastemperatur
angehoben werden. In dieser Verbindung kann das Vorverschieben des Öffnungszeitpunktes
des Auslassventiles eine Abgastemperatur-Erhöhungswirkung erzeugen, da das
Brenngas in der Mitte der Expansion in einem frühen Zustand abgegeben werden
kann. Da jedoch das Brenngas in einem Zustand, der im Druck hoch ist,
durch das Auslassventil abgegeben wird, wird eine beträchtliche
Wärmemenge
von dem Brenngas infolge der Übertragung
der Wärme
durch einen Abschnitt des Motors rund um das Auslassventil weggenommen
und demzufolge kann die Abgastemperatur nicht effizient angehoben
werden.
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Es
ist demzufolge ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Steuerungssystem
für eine
Brennkraftmaschine zu schaffen, das eine Verdichtungsverhältnis-Steuerungsvorrichtung,
eine Hub- und Arbeitswinkel-Steuerungsvorrichtung und eine Phasen-Steuerungsvorrichtung
hat, die die Abgastemperatur durch Absenken des geometrischen Expansionsverhältnisses
des Motors mittels der Verdichtungsverhältnis-Steuerungsvorrichtung,
während
zu derselben Zeit der Zündzeitpunkt
verzögert
wird, effizient anheben können.
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Es
ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum
Steuern ei ner Brennkraftmaschine zu schaffen, das durch das Steuerungssystem
des vorhergehenden Merkmals ausgeführt wird.
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Entsprechend
eines Aspektes der vorliegenden Erfindung ist ein Steuerungssystem
für eine Brennkraftmaschine
vorgesehen, die eine Verdichtungsverhältnis-Steuerungsvorrichtung,
die in der Lage ist, das Verdichtungsverhältnis des Motors durch Verändern einer
Position des oberen Totpunktes eines Kolbens zu verändern, und
ein Steuerungssystem hat, das in der Lage ist, einen Zündzeitpunkt des
Motors zu verändern,
wobei das Steuerungssystem eine Motorsteuerungseinheit für das Steuern
der Verdichtungsverhältnis-Steuerungsvorrichtung
und des Zündzeitpunkt-Steuerungssystems
aufweist, so dass das Verdichtungsverhältnis in Abhängigkeit
von den Veränderungen
der Motorumdrehungen pro Minute, der Motorlast und einer Aufwärmbedingung
des Motors verändert
wird, und dass, wenn der Motor kalt ist, der Zündzeitpunkt von einem MBT-Punkt
verzögert
wird und die Position des oberen Totpunktes im Niveau niedriger
als die gemacht wird, die erhalten wird, wenn der Motor warm ist
und entsprechenden Motorumdrehungen pro Minute und Motorlast arbeitet.
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Entsprechend
eines weiteren Aspektes der vorliegenden Erfindung ist eine Brennkraftmaschine vorgesehen,
die aufweist eine Verdichtungsverhältnis-Steuerungsvorrichtung,
die in der Lage ist, das Verdichtungsverhältnis des Motors durch verändern einer
Position des oberen Totpunktes eines Kolbens zu verändern, ein
Zündzeitpunkt-Steuerungssystem, das
in der Lage ist, den Zündzeitpunkt
des Motors zu variieren, und eine Steuerungseinheit für das Steuern
der Verdichtungsverhältnis-Steuerungsvorrichtung
und des Zündzeitpunkt-Steuerungssystems,
so dass das Verdichtungsverhältnis
in Abhängigkeit
von den Veränderungen
der Motorumdrehungen pro Minute, der Motorlast und der Aufwärmbedingung
des Motors verändert
wird, und dass wenn der Motor kalt ist, der Zündzeitpunkt von dem MBT-Punkt
verzögert wird
und die Position des oberen Tot punktes im Niveau gemacht wird, als
die, die erhalten wird, wenn der Motor warm ist und bei entsprechenden
Motorumdrehungen pro Minute und Motorlast arbeitet.
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Entsprechend
eines weiteren Aspektes der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren
zum Steuern einer Brennkraftmaschine vorgesehen, die eine Verdichtungsverhältnis-Steuerungsvorrichtung
hat, die in der Lage ist, das Verdichtungsverhältnis des Motors durch Verändern der
Position des oberen Totpunktes eines Kolbens zu variieren und ein
Zündzeitpunkt-Steuerungssystem,
das in der Lage ist, einen Zündzeitpunkt
des Motors zu verändern,
wobei das Verfahren aufweist das Steuern der Verdichtungsverhältnis-Steuerungsvorrichtung
und des Zündzeitpunkt-Steuerungssystems,
so dass das Verdichtungsverhältnis
in Abhängigkeit
von den Veränderungen
der Motorumdrehungen pro Minute, der Motorlast und der Aufwärmbedingung
des Motors verändert
wird und dass, wenn der Motor kalt ist, der Zündzeitpunkt von dem MBT-Punkt
verzögert
wird und die Position des oberen Totpunktes im Niveau niedriger gemacht
wird, als die wenn der Motor warm ist und bei entsprechenden Motorumdrehungen
pro Minute und Motorlast betätigt
wird.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Ansicht eines Steuerungssystems für eine Brennkraftmaschine,
die eine veränderbare
Ventilzeitpunkt-Steuerungsvorrichtung hat, entsprechend eines Ausführungsbeispieles
der vorliegenden Erfindung;
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2 ist
eine vergrößerte perspektivische Ansicht
der veränderbaren
Ventilzeitpunkt-Steuerungsvorrichtung von 1; Die 3A und 3B sind
schematische Ansichten zum Darstellen eines Betriebs einer Hub-
und Arbeitswinkel-Steuerungsvorrichtung der veränderbaren Ventilzeitpunkt-Steuerungsvorrichtung
von 1;
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4 ist
ein Diagramm, das die Hub- und Arbeitswinkel-Veränderungsmerkmale der Hub- und Arbeitswinkel-Steuerungsvorrichtung
zeigt;
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5 ist
ein Diagramm, das Phasenveränderungsmerkmale
einer Phasen-Steuerungsvorrichtung der veränderbaren Ventilzeitpunkt-Steuerungsvorrichtung
der 1 zeigt;
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6 ist
eine vergrößerte schematische Darstellung
des Motors von 1;
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7 ist
ein Diagramm, das die Kolbenhubmerkmale der Kolben-Kurbel-Vorrichtung
vom Doppel-Verbindungs-Typ zeigt, die als eine Verdichtungsverhältnis-Steuerungsvorrichtung,
verwendet in dem Motor der 1, dient;
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Die 8A und 8B sind
schematische Ansichten zum Darstellen der Vorgänge der Verdichtungsverhältnis-Steuerungsvorrichtung;
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Die 9A und 9B sind
schematische Ansichten der Verdichtungsverhältnis-Steuerungsvorrichtung zum Darstellen
eines Verbindungsaufbaus zum Erhalten einer einfachen, harmonischen Bewegung;
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10 ist
ein Diagramm, das die Verdichtungsverhältnis-Steuerungsmerkmale der
veränderbaren
Ventilzeitpunkt-Steuerungsvorrichtung zeigt;
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11 ist
ein Diagramm der Ventilhubmerkmale, erhalten durch das Steuerungssystem
der vorliegenden Erfindung in Beziehung zu den repräsentativen
Betriebsbedingungen des Motors;
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12 stellt
die Einflüsse
der Einlassventil-Betriebsmerkmale und ein Verdichtungsverhältnis auf
eine Abgastemperatur dar;
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13 ist
eine Tabelle der Vorgänge
von verschiedenen Abschnitten des Motors nach dem Kaltstart; und
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14 ist
ein Ablaufdiagramm eines Steuerungsprogramms eines Verdichtungsverhältnisses etc.,
um durch das Steuerungssystem der 1 ausgeführt zu werden.
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Beschreibung
des bevorzugten Ausführungsbeispiels
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In
Bezug auf die 1 enthält eine Brennkraftmaschine
eine veränderbare
Ventilzeitpunkt-Steuerungsvorrichtung 101 zum Verändern der
Einlassventilöffnungs-
und -schließzeitpunkte, die
Verdichtungsverhältnis-Steuerungsvorrichtung 102 für das Verändern des
nominalen Verdichtungsverhältnisses ε des Motors,
das Zündzeitpunkt-Steuerungssystem 103 für das Verändern eines
Zündzeitpunktes
und den katalytischen Abgasreiniger 104, der in dem Auslasssystem
angeordnet ist.
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Die
veränderbare
Ventilzeitpunkt-Steuerungsvorrichtung 101 ist in einem
vergrößerten Maßstab in
der 2 gezeigt und enthält eine Hub- und Arbeitswinkel-Steuerungsvorrichtung 1 für das Verändern eines
Hubs und des Arbeitswinkels des Einlassventils 12 und eine
Phasensteuerungsvorrichtung 2 zum Verändern einer Phase des Einlassventils 12,
d. h., einer maximalen Hubphase des Einlassventils 12 im
Verhältnis
zu der Drehphase der Kurbelwelle 51.
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Zuerst
wird mit ergänzendem
Bezug auf die 3A und 3B die
Hub- und Arbeitswinkel-Steuerungsvorrichtung 1 beschrieben.
Die Hub- und Arbeitswinkel-Steuerungsvorrichtung 1 ist
strukturell dieselbe, wie die vorher durch denselben Bevollmächtigten
dieser Anmeldung vorgeschlagene, in den vorläufigen Japanischen Patentveröffentlichungen
Nr. 2002-89303 und 2002-89341 zusammen mit der Phasensteuerungs vorrichtung 2 gezeigte,
so dass nachstehend nur eine kurze Beschreibung dazu vorgenommen
wird.
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Die
Hub- und Arbeitswinkel-Steuerungsvorrichtung 1 enthält eine
hohle Antriebswelle 13, drehbar an dem Zylinderkopf 64 durch
Nockenhalter (nicht gezeigt) gelagert, einen exzentrischen Nocken 15,
der druckeingesetzt oder anderweitig fest mit der Antriebswelle 13 verbunden
ist, eine Steuerungswelle 16, angeordnet oberhalb und parallel
mit der Antriebswelle 13 und drehbar an dem Zylinderkopf 64 durch
die oben beschriebenen Nockenhalter gelagert, einen Kipphebelarm 18,
montiert an dem exzentrischen Nockenabschnitt 17 der Steuerungswelle 16 für die oszillierende
Bewegung, und einen Oszillationsnocken 20, der mit dem
Mitnehmer 19, vorgesehen an einem oberen Endabschnitt des
Einlassventils 12, im Eingriff ist. Der exzentrische Nocken 15 und
der Kipphebelarm 18 sind durch Schwenkverbindungen 25 verbunden
und der Kipphebelarm 18 und der Oszillierungsnocken 20 sind
betrieblich durch die Pleuelstange 26 verbunden.
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Die
Antriebswelle 13 wird durch die Kurbelwelle 51 des
Motors mittels einer Steuerkette oder eines Zahnriemens (nicht gezeigt)
angetrieben.
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Der
Exzentemocken 15 hat eine kreisförmige externe Oberfläche, deren
Mitte von der Drehachse der Antriebswelle 13 um einen vorbestimmten
Betrag versetzt ist. Auf der kreisförmigen externen Oberfläche ist
ein ringförmiger
Basisabschnitt 25a der Schwenkverbindung 25 drehbar
eingesetzt oder montiert.
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Der
Kipphebelarm 18 ist an einem zentralen Abschnitt desselben
an einem exzentrischen Nockenabschnitt 17 montiert und
hat einen Endabschnitt mit dem ein vorspringenden Armabschnitt 25b der
oben beschriebenen Schwenkverbindung 25 schwenkbar verbunden
ist, und einen weiteren Endabschnitt, mit dem ein oberer Endabschnitt
der Pleuelstange 26 schwenkbar verbunden ist. Der exzentrische
Nockenabschnitt 17 hat eine geometrische Mitte, die von
der Drehachse der Steuerwelle 16 versetzt ist, so dass
sich eine Oszillationsachse des Kipphebelarms 18 in Abhängigkeit
von einer Veränderung
einer Drehposition oder Phase der Steuerwelle 16 verändert.
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Der
Oszillationsnocken 20 ist auf der Antriebswelle 13 drehbar
montiert und hat einen seitlich vorspringenden Endabschnitt 20a,
mit dem ein unterer Endabschnitt der verbindenden Verbindung 26 schwenkbar
verbunden ist. Der Oszillationsnocken 20 hat an seiner
unteren Seite derselben eine Basiskreis- oder Verweiloberfläche 24a und
eine Nocken- oder Huboberfläche 24b,
die sich von der Basiskreisoberfläche 24a in die Richtung
zu dem oben beschriebenen Endabschnitt 20a erstreckt, um
somit ein vorbestimmtes gekrümmtes
Profil zu haben. Die Basiskreisoberfläche 24a und die Nockenoberflä che 24b werden
in Eingriff mit der oberen Oberfläche des Mitnehmers 19 in
Abhängigkeit
zu der Oszillation des Oszillationsnockens 20 gebracht.
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Die
Basiskreisoberfläche 24a dient
nämlich als
eine Basiskreisfläche,
die eine Größe des Hubs auf
Null regelt. Wenn der Oszillationsnocken 20 gedreht oder
rotiert wird, um die Nockenoberfläche 24b, die als eine
Hub- oder Anstiegsfläche
dient, in Kontakt mit dem Mitnehmer 19 zu bringen, wird
ein Hub des Einlassventiles 12 verursacht, der sich allmählich mit
der weiteren Drehung des Oszillationsnocken 20 erhöht. In der
Zwischenzeit wird zwischen der Basiskreisfläche und der Hubfläche eine
kleine Rampenfläche
gebildet.
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Die
Steuerwelle 16 ist aufgebaut, um innerhalb eines vorbestimmten
Drehwinkelbereiches, durch das Angetriebenwerden durch eine Hydraulik, den
Hub- und Arbeitswinkel-Steuerungsbetätiger 31, der an einem
Ende der Steuerwelle 16, wie in den 1 und 2 gezeigt
ist, drehbar zu sein. Die Zuführung
von hydraulischem Druck zu dem Betätiger 31 wird durch
einen ersten hydraulischen Drucksteuerer 32 in Abhängigkeit
zu einem Steuerungssignal von der Motorsteuerungseinheit (ECU) 33 ausgeführt.
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Nunmehr
wird der Betrieb der Hub- und Arbeitswinkel-Steuerungsvorrichtung 1 beschrieben. Die
Drehung der Antriebswelle 13 veranlasst die Schwenkverbindung 25 sich
durch den Betrieb des Exzenternockens 15 auf oder ab zu
bewegen. Dies veranlasst den Kipphebelarm 18 zu oszillieren,
um dadurch den Oszillationsnocken 20 zu veranlassen zu
oszillieren. Die Oszillationsbewegung des Oszillationsnockens 20 veranlasst
den Mitnehmer 19 sich auf oder ab zu bewegen, um dadurch
das Einlassventil 19 zu veranlassen zu öffnen oder zu schließen.
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In
dieser Verbindung, wenn eine Veränderung
der Drehposition oder Phase der Steuerungswelle 16 durch
die Steuerungswelle 16 veranlasst wird, wird eine Veränderung
der Anfangsposition des Kipphebelarms 18 veranlasst, um
somit eine Veränderung
der Anfangsposition des Oszillationsnockens 20 zu veranlassen.
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Wenn
z. B. der exzentrische Nockenabschnitt 17 im Wesentlichen
an einer höheren
Stelle, wie in der 3A gezeigt, positioniert ist,
d. h., wenn die geometrische Mitte des exzentrischen Nockenabschnittes 17 oberhalb
der Drehachse der Steuerungswelle 16 angeordnet ist, wird
der Kipphebelarm 18 körperlich
an eine höhere
Stelle bewegt, um somit einen Endabschnitt 20a des Oszillationsnockens 20 zu
veranlassen, in eine höhere
Position bewegt zu werden. Wenn nämlich der Oszillationsnocken 20 in die
Anfangsposition bewegt wird, wird die Nockenoberfläche 24b veranlasst,
sich von dem Mitnehmer 19 weg zu neigen. Wenn demzufolge
der Oszillationsnocken 20 veranlasst wird, in Abhängigkeit
von der Drehung der Antriebswelle 13 zu oszillieren, wird die
Basiskreisoberfläche 24a für einen
langen Zeitraum in Kontakt mit dem Mitnehmer 19 gebracht, während die
Nockenoberfläche 24b in
Kontakt mit dem Mitnehmer 19 für eine kürzere Zeitdauer gebracht wird.
Demzufolge ist die Hubgröße klein
und ein Winkelbereich von einem Öffnungszeitpunkt
bis zu einem Schließzeitpunkt,
d. h., der Arbeitswinkel, wird reduziert.
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Im
Gegensatz dazu ist der exzentrische Nockenabschnitt 17 im
Wesentlichen in einer unteren Stelle platziert, wie in der 3B gezeigt,
wobei der Kipphebelarm 18 körperlich in eine untere Stelle
bewegt wird, um folglich den Endabschnitt 20a des Oszillationsnockens 20 zu
veranlassen, sich in eine untere Position zu bewegen. Wenn nämlich der
Oszillationsnocken 20 in eine Anfangsposition gedreht wird, wird
die Nockenoberfläche 24b veranlasst,
sich in die Richtung zu dem Mitnehmer 19 zu neigen. Wenn demzufolge
der Oszillationsnocken 20 in Abhängigkeit von der Drehung der
Antriebswelle 13 oszilliert, verändert sich die Stelle, wo der
Oszillationsnocken 20 in Kontakt mit dem Mitnehmer 19 gebracht
wird, unmittelbar von der Basiskreisoberfläche 24a zu der Nockenoberfläche 24b.
Demzufolge wird die Hubgröße größer und
der Arbeitswinkel wird vergrößert.
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Da
die Position des exzentrischen Nockenabschnittes 17 kontinuierlich
verändert
werden kann, können
die Hub- und Arbeitswinkel-Merkmale des Einlassventiles 12,
wie in der 4 gezeigt, kontinuierlich verändert werden.
Es können
nämlich
sowohl der Hub, als auch der Arbeitswinkel gleichzeitig und kontinuierlich
erhöht
oder vermindert werden. Insbesondere werden durch die Hub- und Arbeitswinkel-Steuerungsvorrichtung 1 die Öffnungs-
und Schließzeitpunkte
verändert,
um in Abhängigkeit
von einer Veränderung
des Hubs und des Arbeitswinkels nahezu symmetrisch in Bezug auf
die maximale Hubphase zu sein.
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Wie
in der 2 gezeigt, enthält die Phasensteuerungsvorrichtung 2 ein
Kettenrad 35, vorgesehen an einem vorderen Endabschnitt
der Antriebswelle 13, und den hydraulischen Phasensteuetungsbetätiger 36,
um das Kettenrad 35 relativ zu der Antriebswelle 13 innerhalb
eines vorbestimmten Winkelbereichs zu drehen. Das Kettenrad 35 ist
mit der Kurbelwelle 51 mittels der Steuerkette oder dem Zahnriemen
(nicht gezeigt) angetrieben verbunden, um in einer zeitbezogenen
Beziehung zu der Kurbelwelle 51 drehbar zu sein. Die Zuführung von Öldruck zu
dem Betätiger 36 wird
durch den zweiten Öldrucksteuer 37 in
Abhängigkeit
von einem Signal von der Motorsteuerungseinheit (ECU) 33 gesteuert.
Durch die Steuerung des Öldrucks,
der zu dem Betätiger 36 zugeführt werden
soll, werden das Kettenrad 35 und die Antriebswelle 13 in
Bezug zueinander gedreht und der Ventilzeitpunkt oder die Phase
wird, wie in der 5 gezeigt, vorverschoben oder
verzögert. Die
Kurve, die den Ventilhubmerkmalen repräsentativ ist, verändert sich
nämlich
nicht selbst, sondern wird in ihrer Gesamtheit vorverschoben oder verzögert. Außerdem kann
solch eine Veränderung
kontinuierlich erhalten werden. Die Phasensteuerungsvorrichtung 2 ist
nicht auf den hydraulischen Typ begrenzt, sondern kann verschiedene
andere Strukturen, z. B. das Verwenden eines elektromagnetischen Betätigers,
haben.
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Die
Hub- und Arbeitswinkel-Steuerungsvorrichtung 1 und die
Phasensteuerungsvorrichtung 2 können in einer offenen Schleife
durch Verwenden von Sensoren (nicht gezeigt) zum Erfassen eines
tatsächlichen
Hubs, des Arbeitswinkels und der maximalen Hubphase gesteuert werden,
oder können
in einer geschlossenen Schleife in Abhängigkeit von einer Motorbetriebsbedingung
gesteuert werden.
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6 zeigt
eine Verdichtungsverhältnis-Steuerungsvorrichtung 102.
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Die
Verdichtungsverhältnis-Steuerungsvorrichtung 102 enthält die Kurbelwelle 51,
die eine Mehrzahl von Zapfenabschnitten 52 und eine Mehrzahl
von Kurbelbolzen 53 hat. An dem Hauptlagern (nicht gezeigt),
installiert an dem Zylinderblock 50, sind Zapfenabschnitte 52 drehbar
gelagert. Die Kurbelbolzen 53 sind von den Zapfenabschnitten 52 um eine
vorbestimmte Größe versetzt.
Mit jedem Kurbelbolzen 53 ist schwingbar oder schwenkbar
eine untere Verbindung 54 verbunden, die als eine zweite
Verbindung dient.
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Die
untere Verbindung 54 ist nahezu T-förmig und aus zwei separaten
Abschnitten hergestellt. Nahe eines zentralen Abschnittes der unteren
Verbindung 54 und zwischen den separaten Abschnitten ist
eine Verbindungsbohrung gebildet, in die der Kurbelbolzen 53 eingesetzt
ist.
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Die
obere Verbindung 55, die als eine erste Verbindung dient,
ist mit einem unteren Ende an einem unteren Ende der unteren Verbindung 54 mittels des
Verbindungsbolzens 56 und an dem oberen Endes mit dem Kolben 58 mittels
des Kolbenbolzens 57 verbunden. Der Kolben 58 wird
einem Verbrennungsdruck unterworfen und geht innerhalb des Zylinders 59 des
Zylinderblocks 50 hin und her. Oberhalb des Zylinders 59 sind
Einlass- und Auslassventile (nicht gezeigt) angeordnet.
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Die
Steuerungsverbindung 60, die als dritte Verbindung dient,
ist mit einem oberen Ende an dem anderen Ende der unteren Verbindung 54 mittels
des Verbindungsbolzens 61 und an einem unteren Ende mit
dem Motorhauptkörper,
z. B. dem Zylinderblock 50, mittels der Steuerungswelle 62 schwenkbar
verbunden. Noch genauer, die Steuerungswelle 62 ist an dem
Motorhauptkörper
drehbar montiert und hat einen exzentrischen Nockenabschnitt 62a,
an dem das untere Ende der Steuerungsverbindung 60 schwenkbar
verbunden ist.
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Die
Drehposition der Steuerungswelle 62 wird durch den Verdichtungsverhältnis-Steuerungsbetätiger 63 unter
Verwendung eines Elektromotors in Abhängigkeit von einem Signal von
der Motorsteuerungseinheit 33 (betrifft die 1)
gesteuert.
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Wenn
in der oben beschriebenen Verdichtungsverhältnis-Steuerungsvorrichtung 102,
die eine Kolben-Kurbel-Vorrichtung vom Doppel-Verbindungs-Typ verwendet,
die Steuerungswelle 62 durch den Verdichtungsverhältnis-Steuerungsbetätiger 63 gedreht
wird, wird die Mitte des exzentrischen Nockenabschnittes 62a relativ
zu dem Motorhauptkörper
bewegt. Dies veranlasst eine Veränderung
der Position, an der das untere Ende der Steuerungsverbindung 60 an
dem Motorhauptkörper
schwenkbar gelagert ist. Eine Veränderung der Position des unteren
Endes des Steuerungsverbinders 60 veranlasst seinerseits
eine Veränderung
in dem Hub des Kolbens 58, um dadurch die Position des
Kolbens 58 zu veranlassen, an dem oberen Totpunkt (TDC),
wie in den 8A und 8B gezeigt,
höher oder
niedriger zu werden. Dadurch wird es möglich, das Verdichtungsverhältnis zu
verändern.
Die 8A und 8B zeigen
jeweils einen Hoch-Verdichtungsverhältniszustand und einen Niedrig-Verdichtungsverhältniszustand.
Das Verdichtungsverhältnis
kann zwischen dem Hoch-Verdichtungsverhältniszustand und dem Niedrig-Verdichtungsverhältniszustand
kontinuierlich verändert
werden.
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Die
oben beschriebene Verdichtungsverhältnis-Steuerungsvorrichtung 102 vom
Doppel-Verbindungs-Typ kann solche Kolben-Kurbel-Hubmerkmale erzielen,
die sich einer einfachen harmonischen Bewegung, wie in der 7 gezeigt,
durch ein geeignetes Auswählen
der Verbindungsabmessungen annähern.
Die Hubmerkmale, die sich einer einfachen harmonischen Bewegung
annähern,
haben einen Vorteil beim Schwingungsgeräusch, insbesondere dadurch, dass
die Kolbengeschwindigkeit an oder benachbart zu dem TDC um ungefähr 20 %
langsamer ist, wenn mit einer gewöhnlichen Kolben- Kurbel-Vorrichtung vom
Einzel-Verbindungs-Typ verglichen wird. Dies ist ein Vorteil in
der Ausbildung und der Entwicklung des Anfangsflammenkernes während des
Zustandes der langsamen Brenngeschwindigkeit, z. B. zu der Zeit von
einem kalten Motor.
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Ein
konkretes Beispiel einer Verbindungsstruktur für das Annähern der Kolbenbewegung an eine
einfache harmonische Bewegung wird im Folgenden beschrieben.
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Zuerst
wird, wie in der 9A gezeigt, angenommen dass:
die
Rotationsmitte der Kurbelwelle 51 (d. h., die Mitte der
Achse des Zapfenabschnittes 52) O der Nullpunkt ist;
die
x-Achse als eine Linie ausgewählt
wird, die rechtwinklig zu der reziproken Achse 1 des Kolbenbolzens 57 ist;
die
y-Achse als eine Linie parallel zu der reziproken Achse 1 ausgewählt ist;
und
die Drehrichtung der Kurbelwelle 51 festgelegt
ist, sich gegen den Uhrzeigersinn zu drehen;
die x-Koordinate
der reziproken Achse 1 (≠ Mittelachse
des Zylinders 59), die sich durch die Mittelachse Oc des
Kolbenbolzens 57 erstreckt, negativ festgelegt ist und die
x-Koordinate der Mittelachse Oa des Exzenternockens 62a,
um die die Steuerungsverbindung 60 schwenkt, positiv festgelegt
ist.
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Wie
in der 9B gezeigt, wird angenommen,
dass:
der Abstand L zwischen der Mittelachse O der Kurbelwelle 51 und
der Mittelachse Oe des Kurbelbolzens 53 L1 beträgt;
der
Abstand zwischen der Achse Oe des Kurbelbolzens 53 und
der Achse Of des Verbindungsbolzens 61, der relativ drehbar
die untere Verbindung 54 und die Steuerungsstange 60 verbindet,
L2 ist;
die Länge
der Steuerungsverbindung 60 L3 ist:
der Abstand zwischen
der Mittelachse Od des Kurbelbolzens 53 und der Mittelachse
Od des Verbindungsbolzens 56, der relativ drehbar die obere
Verbindung 55 und die untere Verbindung 54 verbindet, L4
ist;
der Abstand zwischen der Mittelachse Of und der Mittelachse
Od L5 ist;
die Länge
der oberen Verbindung 55 L6 ist;
die Koordinaten der
Schwenkachse Oa der Steuerungsverbindung 60 (XC, YC) sind;
und
die x-Koordinate der reziproken Linie 1 des Kolbenbolzens 57 x4
ist:
wobei die Verbindungsstruktur vorgesehen ist, das folgende
Verhältnis
zu begründen.
L1:L2:L3:L4:L5:L6:XC:YC:x4
≠ 1:2.4:2.65
bis 3.5:0.69:3.0 bis 3.4:3.3 bis 3.55:3.2 bis 3.55:–2 bis –1.35 –1 bis –0.6
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In
der Zwischenzeit wird, durch XC, YC, die in Abhängigkeit von den Veränderungen
der Drehposition der Steuerungswelle 62 variabel sind,
das oben beschriebene Verhältnis
begründet,
wenn die Drehposition der Steuerungswelle 62 innerhalb
eines Steuerungsbereiches ist.
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Durch
solch einen Verbindungsaufbau ist die Kolbenbewegung einer einfachen
harmonischen Bewegung angenähert,
so dass die Kolbenbewegung an oder benachbart zu dem TDC glatter
sein kann.
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Die
Verdichtungsverhältnis-Steuerungsmerkmale
der oben beschriebenen Verdichtungsverhältnis-Steuerungsvorrichtung 102 sind
in der 10 gezeigt. In der Zwischenzeit
ist das Verdichtungsverhältnis
ein geometrisches Verdichtungsverhältnis ε, das nur in Abhängigkeit
von einer volumetrischen Veränderung
der Brennkammer festgelegt wird, die durch den Hub des Kolbens 58 veranlasst
wird. In der Verdichtungsverhältnis-Steuerungsvorrichtung 102, die
mit der veränderbaren
Ventilzeitpunkt-Steuerungsvorrichtung 101 kombiniert ist,
wird das tatsächliche
Verdichtungsverhältnis
end gültig
durch die Steuerung des Einlassventil-Schließzeitpunktes festgelegt. Wenn
nämlich
das Einlassventil 12 in der Mitte des Einlasshubes geschlossen
ist, wird die Verdichtung tatsächlich
von einer Kurbelwinkelposition, die in Bezug zu einem unteren Totpunkt
(BDC) gegenüberliegend
symmetrisch ist, in der Kurbelwinkelposition, bei der das Einlassventil 12 geschlossen
ist, gestartet. Somit wird selbst dann, wenn ein nominales Verdichtungsverhältnis ε hoch ist,
das tatsächliche
Verdichtungsverhältnis
vermindert, wenn der Einlassventil-Schließzeitpunkt früher als
der untere Totpunkt ist.
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Die 11 zeigt
die Einlassventilöffnungs- und
Schließzeitpunktssteuerung
durch die veränderbare
Ventilzeitpunkt-Steuerungsvorrichtung 101 unter typischen
Fahrzeugantriebsbedingungen. In der Zwischenzeit werden entsprechende
Punkte (oder Zonen) zu den Antriebsbedingungen in der 10 addiert.
In diesem Beispiel sind ➀ bis ➃ die Merkmale während des
Kaltstarts des Motors entsprechend der vorliegenden Erfindung und
nur ➄ ist das Merkmal nach dem Aufwärmen des Motors (d. h., wenn
der Motor warm ist), die als ein Bezug gezeigt werden. Weiterhin
sind die Merkmale während
des Kaltstarts dieselben wie die Merkmale während des Leerlaufs nach dem
Aufwärmen
des Motors. Wie in der 1 gezeigt, wird die Temperaturbedingung
oder die Aufwärmbedingung
des Motors durch einen oder durch beide der Kühlmittel-Temperatursensoren
festgelegt, wobei z. B. der Kühlmittel-Temperatursensor 105 in dem
Zylinderblock 50 des Motors vorgesehen ist und der Katalysator-Temperatursensor 106 in
dem katalytischen Abgasreiniger 104 vorgesehen ist.
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Wie
gezeigt wird, in den Merkmalen ➀ während des
kalten Motorbetriebs, der Arbeitswinkel festgelegt, um klein zu
sein und die maximale Hubphase Φ wird
verzögert,
so dass der Einlassventil-Schließzeitpunkt auf einen Punkt
festgelegt wird, der einwenig früher
als der untere Totpunkt (BDC) ist. Da der Einlassventil-Schließzeitpunkt
auf einen Punkt, der zu dem unteren Totpunkt benachbart ist, festgelegt ist,
wird keine Verminderung des tatsächlichen
Verdichtungsverhältnisses
verursacht. In den Merkmalen ➁ während des Leerlaufs des kalten
Motors und der Merkmale ➂ während R/L-(Straßenlast-)
Laufens bei kaltem Motor wird der Arbeitswinkel klein beibehalten
und die maximale Hubphase wird weiter verzögert, so dass der Einlassventil-Öffnungszeitpunkt so
weit wie möglich
verzögert
wird. Obwohl der Einlassventil-Schließzeitpunkt nach dem unteren
Totpunkt ist, ist er zu dem BDC benachbart festgelegt und demzufolge
ist die Verminderung des tatsächlichen
Verdichtungsverhältnisses
klein. In der Zwischenzeit ist der Zündzeitpunkt für Aufwärmen des Katalysators
des katalytischen Abgasreinigers 104 verzögert. Während des
hohen Leerlaufs des kalten Motors wird der Verzögerungsgrad des Zündzeitpunktes
durch Veränderungen
in Abhängigkeit
von der Verbrennungsbedingung maximiert. Der Zündzeitpunkt wird nämlich während des
hohen Leerlaufs von einem MBT (minimale Zündvorverstellung für das beste
Drehmoment) beträchtlich
verzögert.
In der Zwischenzeit wird der Verzögerungspunkt vom Zündzeitpunkt
von dem MBT-Punkt vorzugsweise allmählich mit der Erhöhung der
Motorlast reduziert. In den Merkmalen ➃ wird während der
Beschleunigung bei kaltem Motor für die Notwendigkeit, die Ladungseffektivität des Einlassgemischs
höher zu
machen, der Arbeitswinkel vergrößert und
der Einlassventil-Öffnungszeitpunkt
wird vorverstellt. Der Einlassventil-Schließzeitpunkt ist nach dem unteren
Totpunkt. In den Merkmalen ➄ wird während des R/L-Laufens nach
dem Aufwärmen
der Einlassventil-Öffnungszeitpunkt
auf einen Punkt festgelegt, der mit dem oberen Totpunkt (TDC) für das Verhindern des
Erzeugens eines Vakuums übereinstimmt
und der Einlassventil-Schließzeitpunkt
wird festgelegt, um sich beträchtlich
von dem unteren Totpunkt vorzurücken.
Dadurch wird, obwohl das Verdichtungsverhältnis vermindert ist, das nominale
Verdichtungsverhältnis ε festgelegt,
um nach dem Aufwärmen
hoch zu sein, um es somit möglich
zu machen, eine effektive Pumpverlust-Reduzierungswirkung ohne Verschlechterung
der Verbrennung zu erhalten. Das R/L-Laufen wird hierin verwendet,
um das Fahren des Fahrzeuges anzuzeigen, wobei die Motordrehzahl
und die Motorlast konstant sind und die Drosselöffnung ¼ der vollen Drosselöffnung beträgt.
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12 ist
ein Liste für
das Veranschaulichen der Wirkungen, die die Einlassventil-Arbeitsmerkmale und
das Verdichtungsverhältnis
an der Abgastemperatur und dem unverbrannten HC, wenn der Motor kalt
ist, erzeugen. In diesem Beispiel ist eine Erhöhungswirkung der Abgastemperatur
durch einen Pfeil gezeigt, d. h., der Pfeilkopf, der nach oben gerichtet ist,
zeigt an, dass die Wirkung zu der Erhöhung der Abgastemperatur beitragend
ist, und der Pfeilkopf, der nach unten gerichtet ist, zeigt an,
dass die Wirkung umgekehrt zu der Erhöhung der Abgastemperatur ist.
In der Zwischenzeit, während
es auch in der 12 gezeigt ist, ob eine Veränderung
der Verzögerungsgrenze
des Zündzeitpunktes
in der Richtung der Erhöhung
oder der Reduzierung ist, wird die Bewertung der Erhöhungswirkung
der Abgastemperatur in der Annahme vorgenommen, dass der Zündzeitpunkt
bis zur Grenze verzögert
ist. Nachstehend wird die Beschreibung zu jedem Merkmal vorgenommen.
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(1) Verzögerung (verzögert von
dem TDC) des Einlassventil-Öffnungszeitpunktes
(IVO)
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Wenn
dies der Fall ist, wird das Einlassgemisch nicht in den Zylinder
in dem Anfangszustand des Einlasshubes eingeleitet, so dass sich
das Vakuum innerhalb des Zylinders schnell erhöht. Außerdem wird die Kolbengeschwindigkeit
in der Mitte des Hubs maximiert und erhöht sich einfach, wenn sich der
Kolben 58 von dem oberen Totpunkt des Hubes bewegt. Somit
wird durch die Verzögerung
des Einlassventil-Schließzeit punktes
ein großes
Einlassgemisch-Strömungsgeschwindigkeit
verursacht, wenn das Einlassventil öffnet. Die Erhöhung des
Vakuums innerhalb des Zylinders wird hierin für das Anheben der Temperatur
des Einlassgemischs verwendet, obwohl es eine Erhöhung des
Pumpverlustes verursacht. Die Erhöhung der Einlassgemisch-Strömungsgeschwindigkeit
ist beträchtlich
wirksam für
die Unterstützung
des Atomisierens des in die Einlassöffnung eingespritzten Kraftstoffes.
Da sich außerdem die
Verbrennungsgeschwindigkeit selbst in Übereinstimmung mit der Erhöhung im
Grad der Turbulenz des Einlassgemischs erhöht, kann der Zündzeitpunkt um
die Größe, die
der Erhöhung
der Verbrennungsgeschwindigkeit entspricht, verzögert werden.
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(2) Den Einlassventilhub
kleiner machen
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Wenn
der Einlassventilhub klein ist, wird die Einlassgemisch-Strömungsgeschwindigkeit
um die Größe erhöht, die
der Verminderung in der Öffnungsfläche der
Einlassöffnung
entspricht. Insbesondere gibt es einen Düseneffekt (den Effekt des minimal
begrenzten Abschnittes) zwischen dem Einlassventil und dem Sitz.
Solch ein Düseneffekt
ist für
das Unterstützen
der Atomisierung des in die Einlassöffnung eingespritzten Kraftstoffes
beträchtlich
wirksam, um somit das unverbrannte HC zu vermindern.
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(3) Verzögerung (Verzögerung von
dem BDC) des Einlassventil-Schließzeitpunktes (IVC)
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Durch
das Verzögern
des Einlassventil-Schließzeitpunktes
(IVC) von dem unteren Totpunkt (BDC) wird das tatsächliche
Verdichtungsverhältnis
vermindert. Dies kommt daher, weil das Luft-Kraftstoff-Gemisch,
angesaugt in den Zylinder, veranlasst wird, rückwärts in den Anfangszustand des
Verdichtungshubes zu strömen.
Selbstverständlich
wird solch eine Verzögerung
durch die Verminderung der Ladeffektivität begleitet und demzufolge wird
das Einlassvakuum vermindert. Die Verminderung des tatsächlichen
Verdichtungsverhältnisses veranlasst
die Temperatur des Luft-Kraftstoff-Gemisches zu fallen, um folglich
die Verbrennungsgeschwindigkeit zu vermindern und Begrenzungen auf die
Verzögerung
des Zündzeitpunktes
aufzuerlegen.
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Außerdem verschlechtert
die Verminderung des Einlassvakuums die Atomisierung von Kraftstoff und
ist demzufolge verursachend für
die Verminderung der Verbrennungsgeschwindigkeit, um folglich das
unverbrannte HC zu erhöhen.
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(4) Vorverstellen (das
Vorverstellen vom BDC) des Einlassventil-Schließzeitpunktes (IVC)
-
Wenn
der Einlassventil-Schließzeitpunkt
auf einen Punkt vor dem unteren Totpunkt vorverstellt wird, wird
das tatsächliche
Verdichtungsverhältnis ähnlich zu
der oben beschriebenen Verzögerung
des Einlassventil-Schließzeitpunktes
vermindert. Dies kommt daher, im Unterschied zu dem Phänomen von der
Verzögerung
des Einlassventil- Schließzeitpunktes,
das in den Zylinder angesaugte Gemisch wird adiabatisch bis zum
unteren Totpunkt nach dem Schließen des Einlassventiles expandiert
und demzufolge wird die Temperatur des Gemischs an dem unteren Totpunkt
vermindert.
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Selbstverständlich ist
solch ein Vorverstellen durch die Verminderung in der Ladeeffektivität begleitet
und demzufolge wird das Einlassvakuum vermindert. Dementsprechend
wird die Verbrennungsgeschwindigkeit vermindert, um Restriktionen
auf die Verzögerung
des Zündzeitpunktes
aufzuerlegen.
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(5) In dem Fall, dass
der Einlassventil-Schließzeitpunkt
näher an
den BDC gebracht wird
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In
diesem Fall wird umgekehrt zu den oben beschriebenen Merkmalen ➂ und
das tatsächliche Verdichtungsverhältnis angehoben
und das Einlassvakuum wird erhöht
oder intensiviert, um folglich die Verbrennungstemperatur zu veranlassen
anzusteigen und die Verzögerungsgrenze
des Zündzeitpunktes
wird vergrößert.
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(6) Wenn das Verdichtungsverhältnis ε höher gemacht
wird
-
Wenn
das Verdichtungsverhältnis ε höher gemacht
wird, wird die Temperatur an oder benachbart zu dem oberen Totpunkt
veranlasst anzusteigen. Somit kann selbst dann eine gute Verbrennung
erhalten werden, wenn der Zündzeitpunkt
verzögert
ist. Da jedoch das Expansionsverhältnis erhöht wird, wird die Abgastemperatur
vermindert, wenn das Expansionsverhältnis beträchtlich erhöht wird. In diesem Fall wird
das S/V-(das Oberfläche- zu-
Volumen) Verhältnis
erhöht.
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(7) Wenn das Verdichtungsverhältnis ε kleiner
gemacht wird
-
Wenn
das Verdichtungsverhältnis ε kleiner gemacht
wird, wird das Expansionsverhältnis
vermindert und die Abgastemperatur wird beträchtlich erhöht. Da jedoch die Temperatur
an oder benachbart zu dem oberen Totpunkt vermindert wird, ist eine
Verbesserung der Verbrennung notwendig. Wenn die Verbrennungsgeschwindigkeit
niedriger wird, wird eine Begrenzung verursacht, um den Zündzeitpunkt zu
verzögern.
Jedoch in dem Fall, dass die Kolbenhubmerkmale zu der oben beschriebenen
einfachen harmonischen Schwingung angenähert werden, wird die Verzögerung vergrößert, um
es somit möglich
zu machen, die Begrenzung der Verzögerung des Zündzeitpunktes
infolge der Verminderung der Verbrennungsgeschwindigkeit zu kompensieren
und die Abgastemperatur-Erhöhungswirkung
infolge der Verminderung des Expansionsverhältnisses zu erhalten. Dies
ist besonders effektiv, wenn das oben beschriebene (1). (2) und
(5) kombiniert wird und eine ausreichend gute Verbrennung erhalten
wird. In diesem Fall wird das S/V-Verhältnis vermindert.
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(8) Wenn das Verdichtungsverhältnis ε höher gemacht
wird und der Zündzeitpunkt
nicht verzögert
ist (für
die Bezugnahme)
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Die
Verbrennung wird besser und die Effektivität wird besser. Demzufolge wird
die Temperatur des Abgases vermindert.
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(9) Wenn das Vergleichsverhältnis niedriger
gemacht ist und der Zündzeitpunkt
nicht verzögert
ist (für
die Bezugnahme)
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Die
Verbrennung wird langsamer und das Expansionsverhältnis wird
vermindert, so dass die Effektivität schlechter wird und die Abgastemperatur höher wird.
Jedoch ist die Wirkung der Verzögerung noch
vorherrschend.
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13 ist
ein Zeitdiagramm für
das Veranschaulichen einer Steuerung, die bei dem Übergang von
dem Hochleerlaufzustand nach dem Kaltstart in den R/L-Lauf durch
die Beschleunigung ausgeführt wird.
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Wenn
der Motor in einem kalten Zustand gestartet und in den selbst-laufenden
Betrieb gebracht wird, werden die Motorumdrehungen pro Minute höher als
die bei dem Leerlaufen nach dem Aufwärmen gebracht, d. h., der Motor
wird in einen so genannten Leerlaufzustand gebracht. Von dieser
Zeit an weiter vorwärts
ist es notwendig, eine Steuerung für das Maximieren der Abgastemperatur
für die
Abgasreinigung auszuführen.
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In
diesem Beispiel wird während
des Hochleerlaufs das Verdichtungsverhältnis ε niedrig festgelegt, um das
Expansionsverhältnis
niedriger zu machen und zur gleichen Zeit werden die Merkmale des Einlassventiles
in solch einer Weise verändert,
dass der Arbeitswinkel kleiner gemacht wird (dies ist für das Vergrößern des
Freiheitsgrades der Verzögerung)
und der Einlassventil-Öffnungszeitpunkt
(IVO) wird in Kombination mit der Verzögerung der maximalen Hubphase Φ beträchtlich
verzögert.
In diesem Beispiel wird der Einlassventil-Schließzeitpunkt (IVC) auf einen
Punkt nach dem unteren Totpunkt festgelegt. Dies dient dem Verzögern des
Einlassventil-Öffnungszeitpunkt
(IVO) auf ein Maximum. Weil der Einlassventil-Öffnungszeitpunkt (IVO) auf
einen Punkt benachbart zu dem unteren Totpunkt (BDC) festgelegt
ist, obwohl nach dem BDC festgelegt wird, ist jedoch der Einfluss
des tatsächlichen
Verdichtungsverhältnisses
klein. Während
dieses Hochleerlaufs ist der Verzögerungsgrad des Zündzeitpunktes
maximiert, obwohl er sich in Abhängigkeit
von der Verbrennungsbedingung verändert. Noch genauer, der Zündzeitpunkt,
der ungefähr
20 ° CA
vor dem oberen Totpunkt nach dem Aufwärmen festgesetzt werden soll,
wird bis zu einem Punkt benachbart zu dem oberen Totpunkt verzögert.
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Wenn
aus dem Hochleerlauf eine Beschleunigung vorgenommen wird, wird
das Verdichtungsverhältnis ε bei einem
maximalen Wert, obwohl der Motor in einem kalten Zustand ist, beibehalten.
Dadurch wird der Abgastemperatur-Erhöhungseffekt erreicht und das
Problem des Klopfens wird nicht verursacht. Der Abgasreiniger 104 erreicht
schon bald die Umwandlungsstarttemperatur. Von dieser Zeit an weiter
vorwärts
wird die Verzögerung
des Zündzeitpunktes
allmählich
aufgehoben und das Verdichtungsverhältnis ε wird allmählich vermindert, um dabei
die Steuerung zu verändern,
um den Einlassventil-Öffnungszeitpunkt
(IVO) und den Einlassventil-Schließzeitpunkt (IVC) auf die Zielwerte
zu verändern.
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13 ist
ein Ablaufdiagramm eines Steuerungsprogramms, das durch das Steuerungssystem dieser
Erfindung ausgeführt
werden soll, wenn der Motor kalt oder warm ist. Zuerst in dem Schritt
S1 wird es bestimmt, ob die Kühlmitteltemperatur
und die Katalysatortemperatur gleich zu oder höher als die jeweils vorbestimmten
Temperaturen sind und es wird dann auf der Grundlage der Bestimmung
an der Kühlmitteltemperatur
und der Katalysatortemperatur bestimmt, ob der Motor kalt oder warm
ist. Wenn es bestimmt wird, dass der Motor kalt ist, geht das Programm
zu dem Schritt S2 weiter. In dem Schritt S2 wird die Auswahl der
Pläne für die jeweilige
Steuerung des Verdichtungsverhältnisses ε, der Zündzeitpunktes
IT, des Einlassventil-Öffnungszeitpunktes (IVO)
und des Einlassventil-Schließzeitpunktes
(IVC) vorgenommen. In dem Schritt S3 wird ein tatsächlicher
Motorbetriebszustand (Motorumdrehungen pro Minute, Drosselöffnungsgrad)
zu der Zeit erfasst und eine Steuerung in Abhängigkeit von dem erfassten Motorbetriebszustand
wird auf der Grundlage der ausgewählten Pläne vorgenommen. In den Schritten S4
und S5 wird nämlich
die veränderbare
Verdichtungsverhältnis-Steuerungsvorrichtung 102 so
gesteuert, dass das Verdichtungsverhältnis ε zu einem Zielwert gleich wird.
In den Schritten S6 und S7 werden die Hub- und Arbeitswinkel-Steuerungsvorrichtung 1 und
die Phasen-Steuerungsvorrichtung 2 so gesteuert, dass der
Einlassventil-Öffnungszeitpunkt (IVO)
und der Einlassventil-Schließzeitpunkt
(IVC) gleich zu dem jeweiligen Zielwerten wird. Außerdem wird
in den schritten S8 und S9 das Zündzeitpunkt-Steuerungssystem 103 so
gesteuert, dass der Zündzeitpunkt
IT gleich zu einem Zielwert wird.
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Wenn
der Motor in dem Schritt S1 als warm bestimmt wird, geht die Steuerung
zu dem Schritt S12 weiter, um Steuerungspläne für den warmen Motor auszuwählen. Von
diesem Schritt weiter vorwärts wird
eine Steuerung, die zu der oberhalb beschriebenen ähnlich ist,
ausgeführt.
Die Schritte S12 bis S19 entsprechen nämlich jeweils den Schritten
S2 bis S9, so dass eine wiederholte Beschreibung dazu weggelassen
wird.
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In
dem Vorhergehenden ist es zu beachten, dass die oben beschriebene
Steuerung der veränderbaren
Ventilzeitpunktvorrichtung 101 und die Verdichtungsverhältnis-Steuerungsvorrichtung 102 durch
ein in der ECU 33 enthaltenes Steuerungsprogramm ausgeführt wird.
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Aus
dem Vorhergehenden wird es verstanden, dass die vorliegende Erfindung
eine kontinuierliche Verbrennungssteuerung schafft, die kontinuierlich
die Verbrennung durch ein veränderbares
Steuern des geometrischen Expansionsverhältnisses der Brennkraftmaschine
und außerdem
durch variables Steuern des Einlassventil-Öffnungszeitpunktes (IVO) und
des Einlassventil-Schließzeitpunktes
(IVC) in Verbindung mit der veränderbaren
Steuerung des geometrischen Expansionsverhältnisses verbessern kann. Solch
eine kontinuierliche Verbrennungssteuerung macht es möglich, die
Abgastemperatur beträchtlich
anzuheben, ohne dass die Arbeitsfähigkeit des Motors unter nahezu
allen Betriebszuständen, die
den Kaltstart, die Beschleunigung, den Betrieb bei R/L-Laufen und
den Aufwärmvorgang
für die
Aktivierung des Katalysators einschließen, verschlechtert wird. Außerdem macht
es durch Kombinieren einer Verzögerungssteuerung
eines beträchtlichen Verzögerns des
Zündzeitpunktes
mit solch einer Verbrennungssteuerung die vorliegende Erfindung
möglich,
die Temperatur des Katalysators schnell anzuheben, während die
Verschlechterung des Abgases, die andererseits durch die Verschlechterung
des Kraftstoffverbrauchs und Fehlzündungen verursacht würde, unterdrückt wird.
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Es
wird außerdem
verstanden, dass durch das niedriger Machen des Niveaus der Position
des oberen Totpunktes des Kolbens 54 durch Verwendung der
Verdichtungsverhältnis-Steuerungsvorrichtung 102,
das Expansionsverhältnis
für die
Bewegung des Kolbens von dem oberen Totpunkt zu dem Punkt, wo sich
das Auslassventil öffnet,
vermindert wird. Wenn das Expansionsverhältnis auf diese Weise verändert wird,
wird die Verbrennungseffektivität vermindert
und die Abgastemperatur wird erhöht. Demzufolge
kann durch Kombinieren der Steuerung der Position des oberen Totpunktes
des Kolbens mit einer beträchtlichen
Verzögerung
des Zündzeitpunktes
die Abgastemperatur effizient angehoben werden. In dieser Verbindung
wird es bevorzugt, dass wenn der Motor kalt ist, der Einlassventil-Schließzeitpunkt
auf einen Punkt weiter benachbart zu dem unteren Totpunkt als der
Auslassventil-Öffnungszeitpunkt
festgelegt wird und das tatsächliche
Verdichtungsverhältnis
höher als
das Expansionsverhältnis ist.
Wenn die Position des oberen Totpunktes des Kolbens vermindert wird,
um dadurch das Expansionsverhältnis
zu vermindern, wird die Temperatur innerhalb des Zylinders, wenn
der Kolben an dem oberen Totpunkt ist, vermindert. Jedoch kann die
Verminderung der Temperatur innerhalb des Zylinders, wenn der Kolben
an oder benachbart zu dem oberen Totpunkt ist, und die sich ergebende
Verschlechterung der Verbrennung kompensiert werden, indem da tatsächliche
Verdichtungsverhältnis
höher gemacht
wird.
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Es
wird außerdem
verstanden, dass durch Vermindern der Position des oberen Totpunktes
die Temperatur innerhalb des Zylinders, wenn der Kolben an oder
benachbart zu dem oberen Totpunkt ist, vermindert wird. Solch eine
Verminderung in der Temperatur und die resultierende Verschlechterung der
Verbrennung kann durch Festlegen des Einlassventil-Schließzeitpunktes
an einen Punkt, der näher zu
dem unteren Tot punkt ist, und dadurch durch das Anheben des tatsächlichen
Verdichtungsverhältnisses
so hoch wie möglich,
kompensiert werden.
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Es
wird weiter verstanden, dass entsprechend der vorliegenden Erfindung
der Hub und der Arbeitswinkel festgelegt werden, um klein zu sein, wenn
der Motor kalt ist. Dadurch wird es möglich, den Zündzeitpunkt
beträchtlich
zu verzögern
und einen effizienten Anstieg der Abgastemperatur zu erreichen.
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Es
wird außerdem
verstanden, dass entsprechend der vorliegenden Erfindung die Verdichtungsverhältnis-Steuerungsvorrichtung
eine Kolben-Kurbelvorrichtung vom Doppel-Verbindungs-Typ aufweist,
die so aufgebaut ist, dass eine maximale Beschleunigung des Kolbens
an oder benachbart zu dem oberen Totpunkt gleich zu oder kleiner
als die ist, wenn der Kolben an oder benachbart zu dem unteren Totpunkt
ist. Solch ein Aufbau verursacht die hin- und hergehende Bewegung
des Kolbens in Abhängigkeit zu
der Drehung der Kurbelwelle, um sich einer einfachen, harmonischen
Bewegung anzunähern.
Wenn der Motor kalt ist, ist die Verbrennungsgeschwindigkeit langsam.
Die einfache harmonische Bewegung gestattet der Kolbengeschwindigkeit
an oder benachbart zu dem oberen Totpunkt langsamer zu werden und
stellt dadurch eine Zeit für
einen anfänglichen Flammenkern
zur Verfügung,
um zu wachsen und sich auszubreiten. Folglich ist solch eine Kolben-Kurbelvorrichtung
vom Doppel-Verbindungs-Typ für
das Erhalten einer stabilen Verbrennung selbst dann effektiv, wenn
der Motor kalt ist.
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Die
gesamten Inhalte der Japanischen Patentanmeldung 2002-140874 sind
hierin durch Bezug einbezogen.
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Obwohl
die Erfindung oben in Bezug auf ein bestimmtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung beschrieben worden ist, ist die Erfindung nicht auf
das oben beschriebene Ausführungsbeispiel
begrenzt. Modifikationen und Veränderungen
des oben beschriebenen Ausführungsbeispieles
werden für
diejenigen, die auf diesem Gebiet der Technik Fachleute sind, im
Lichte der obigen Lehren auftreten. Der Umfang der Erfindung wird
in Bezug auf die folgenden Ansprüche
bestimmt.