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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Drehzahlkontrolleinrichtung
für eine
Brennkraftmaschine. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf
eine Drehzahlkontrolleinrichtung für eine Brennkraftmaschine,
welche eine variable Ventilantriebsvorrichtung mit einer dreidimensionalen
Nocke anwendet, deren Profil sich in Richtung der Rotationsachse
der Nocke kontinuierlich ändert.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Eine
bekannte variable Ventilantriebsvorrichtung für Einlass- oder Auslassventile
einer Brennkraftmaschine schaltet zwischen einem Ventilhub, der
für niedrige
Drehzahl des Motors eingestellt ist, und einem Ventilhub, der für hohe Drehzahlen
eingestellt ist. Dies wird durchgeführt, indem hydraulisch zwischen
einer Niedriggeschwindigkeitsnocke und einer Hochgeschwindigkeitsnocke
geschaltet wird, wie z.B. in der veröffentlichten japanischen Patentanmeldung
Nr. Hei 1-19131 beschrieben wird.
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Diese
Technologie wendet Gegenmaßnahmen
gegen die Verminderung im Ansprechverhalten des Schaltvorgangs von
der Niedriggeschwindigkeitsnocke zur Hochgeschwindigkeitsnocke an,
welche durch die niedrige Viskosität der Hydraulikflüssigkeit
bei niedrigen Temperaturen verursacht wird. Das heißt, während einer
niedrigen Temperaturbedingung hält
die variable Ventilantriebsvorrichtung den Betrieb der Niedriggeschwindigkeitsnocke
aufrecht und stoppt die Kraftstoffzufuhr zur Brennkraftmaschine,
wenn die Motordrehzahl hoch wird.
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Wenn
jedoch die Temperatur nicht niedrig ist, steuert die variable Ventilantriebsvorrichtung
das Umschalten zwischen der Niedriggeschwindigkeitsnocke und der
Hochgeschwindigkeitsnocke nur durch Steuern des Strömungsmitteldruckes,
der die Nocke schaltet, und überprüft nicht,
ob die Nocke wirklich geschaltet ist. Wenn deshalb aus irgendeinem
Grund die Niedriggeschwindigkeitsnocke nicht zur Hochgeschwindigkeitsnocke
zum Zeitpunkt einer hohen Motordrehzahl geschaltet wird, ist die
variable Ventilantriebsvorrichtung nicht in der Lage, einen Ausfallsicherungsbetrieb
wie z.B. einen Kraftstoffabschaltungsbetrieb oder ähnliches
durchzuführen.
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Zusätzlich zu
dem oben beschriebenen System zum Schalten zwischen den Niedrig-
und Hochgeschwindigkeitsnocken, offenbart
EP 0 843 080 A1 eine andere
variable Ventilantriebsvorrichtung, welche eine dreidimensionale
Nocke anwendet, deren Nockenprofil sich kontinuierlich in Richtung
der Rotationsachse der Nocke ändert,
d.h., um den Ventilhub einzustellen. In einigen Systemen, welche
solche dreidimensionale Nocken anwenden, berücksichtigt die Ventilhubeinstellung
als Parameter nicht nur die Drehzahl der Brennkraftmaschine, sondern
auch Motorlasten einschließlich
des Einlassdrucks, der Einlassluftmenge, der Kraftstoffmenge, und ähnlichem. In
einem solchen System ist die Erfassung einer tatsächlichen
Drehzahl nicht ausreichend, um ein einzustellendes einfaches Nockenprofil
zu bestimmen. Wenn deshalb die Steuerung nur auf der Erfassung der Motordrehzahl
basiert, ist es unmöglich,
einen Ventilhub zu bestimmen und eine Höchstdrehzahl festzulegen. Folglich
resultiert eine bloße
Anwendung der konventionellen Technologie zum Umschalten zwischen
einer Niedriggeschwindigkeitsnocke und einer Hochgeschwindigkeitsnocke
bei einer variablen Ventilantriebsvorrichtung, welche eine dreidimensionale
Nocke anwendet, in der Schwierigkeit, ein ausfallsicheres System
zu schaffen.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Dementsprechend
ist es Ziel der vorliegenden Erfindung, ein ausfallsicheres System
für eine variable
Ventilantriebsvorrichtung zu schaffen, welches eine dreidimensionale
Nocke anwendet, um den Ventilhub kontinuierlich variabel einzustellen,
indem eine geeignete Höchstdrehzahl
eingestellt wird.
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Ein
Drehzahlkontrolleinrichtung für
eine Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung
enthält eine
an der Nockenwelle der Brennkraftmaschine vorgesehene dreidimensionale
Nocke. Die dreidimensionale Nocke hat eine Nockenoberfläche, welche
einen mit einem Ventil antriebsmäßig verbundenen
Schlepphebel berührt.
Die dreidimensionale Nocke hat ein Nockenprofil, das sich kontinuierlich
entlang einer Richtung einer Rotationsachse der dreidimensionalen
Nocke ändert.
Die Einrichtung enthält ferner
eine Ventilhubhöhen-Änderungs-Stelleinrichtung,
die in der Lage ist kontinuierlich eine Hubhöhe des Ventils zu ändern, welche
durch die dreidimensionale Nocke verursacht wird, indem eine Position
der Nockenwelle in Richtung der Rotationsachse eingestellt wird.
Die Einrichtung enthält
ferner eine Einstellwert-Ermittlungseinrichtung, welche einen durch
die Ventilhubhöhen-Änderungs-Stelleinrichtung vorgesehenen
Einstellwert erfasst, eine Höchstdrehzahl-Einstellungseinrichtung,
die eine Höchstdrehzahl
der Brennkraftmaschine entsprechend des durch die Einstellwert-Ermittlungseinrichtung
erfassten Einstellwerts bestimmt, eine Motordrehzahl-Erfassungseinrichtung,
welche eine Drehzahl der Brennkraftmaschine erfasst, und eine Motordrehzahl-Reduzierungseinrichtung,
welche die Drehzahl der Brennkraftmaschine reduziert, wenn die durch die
Motordrehzahl-Erfassungseinrichtung erfasste Drehzahl größer als
die durch die Höchstdrehzahl-Einstellungseinrichtung
eingestellte Höchstdrehzahl
ist.
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Bei
der oben beschriebenen Drehzahlkontrolleinrichtung erfasst die Einstellswerts-Ermittlungseinrichtung
direkt den Zustand oder den Betrag der durch die Ventilhubhöhen-Änderungs-Stelleinrichtung
durchgeführten
Einstellung. Auf der Basis dieser Ermittlungen bestimmt die Einrichtung
ein Nockenprofil der Nocke, welche den Schlepphebel berührt, d.
h., sie findet heraus, welcher Abschnitt einer schiefen Nockenoberfläche der
Nocke eine momentan vorliegende Hubhöhe vorsieht. Ein Ventilhubnockenprofil
wird somit zusätzlich
zu anderen Parametern, welche benötigt werden, um eine Höchstdrehzahl
zu bestimmen, spezifiziert. Diese anderen Parametern können die
Ventilfederlast, die Ventilmasse und ähnliches einschliessen. Infolgedessen
ist es möglich, eine
präzise
Höchstdrehzahl
einzustellen. Somit kann die Höchstdrehzahl-Einstellungseinrichtung durch
eine geeignete Höchstdrehzahl
eingestellt werden, welche dem Ventilhub entspricht. Indem diese geeignete
Höchstdrehzahl
benutzt wird, reduziert die Motordrehzahl-Reduzierungseinrichtung die Drehzahl
der Brennkraftmaschine auf einen richtigen Bereich. Deshalb ist
die Einrichtung der Erfindung in der Lage, ein richtiges ausfallsicheres
System zu schaffen und Probleme in einer Brennkraftmaschine zu vermeiden.
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Die
Motordrehzahl-Reduzierungseinrichtung kann die Drehzahl der Brennkraftmaschine
reduzieren, indem sie die Kraftstoffzufuhr zur Brennkraftmaschine
stoppt. Dieser Betrieb wird im Allgemeinen als Kraftstoffunterbrechung
bezeichnet.
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Ferner
kann die Höchstdrehzahl-Einstellungseinrichtung
die Höchstdrehzahl
einstellen, indem sie kontinuierlich die Höchstdrehzahl gemäß der dem
Einstellwert entsprechenden Ventilhubhöhe verändert.
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Wenn
der Ventilhub größer wird,
wird die Ventilfeder zusammengedrückt. Infolgedessen neigt die
Höchstdrehzahl
dazu, sich in manchen Fällen kontinuierlich
zu erhöhen.
In einigen anderen Fällen jedoch
zeigt die Höchstdrehzahl,
wenn sich der Ventilhub erhöht,
in Abhängigkeit
der Spezifikationen der Ventilfeder und des Profils der Nockenoberfläche andere
kontinuierliche Veränderungsmuster.
In Anbetracht solcher Charakteristiken kann die Einstellung der
Höchstdrehzahl
an die Charakteristiken der dreidimensionalen Nocken und der Ventilfeder
angepasst werden. Dies wird durchgeführt, indem die Höchstdrehzahl
kontinuierlich gemäß der Veränderungen
des Ventilhubes entsprechend des Einstellwerts verändert wird.
Deshalb ist die Einrichtung der Erfindung in der Lage, eine präzisere Höchstdrehzahl einzustellen,
eine geeignetes ausfallsicheres System zu schaffen und Probleme
einer Brennkraftmaschine zu vermeiden.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
vorangegangenen und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der beispielhaften
Ausführungsformen
mit Bezug auf die beigefügten
Zeichnungen offenbar, wobei gleiche Bezugszeichen verwendet werden,
um gleiche Elemente darzustellen.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine einschließlich eines
Blockdiagramms einer Motordrehzahlkontrolleinrichtung gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung;
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2 eine
perspektivische Ansicht eines Einlassventils gemäß der ersten Ausführungsform der
Erfindung;
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3 die
Anordnung einer Ventilhubhöhen-Änderungs-Stelleinrichtung
gemäß der ersten Ausführungsform
der Erfindung;
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4 ein
Flussdiagramm, welches einen Ausfallsicherungsbetrieb zeigt, der
durch eine den Ventilhub einstellende ECU (Elektronische Steuereinheit)
in der ersten Ausführungsform
der Erfindung durchgeführt
wird;
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5 ein
Diagramm, welches eine Beziehung zwischen der Motordrehzahl und
der Wellenposition zeigt; und
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6 ein
Flussdiagramm, welches einen Abschnitt eines Ausfallsicherungsbetriebs
gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung zeigt.
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Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Während die
Erfindung im Folgenden in Verbindung mit beispielhaften Ausführungsformen
hiervon beschrieben wird, ist es verständlich, dass es nicht beabsichtigt
ist, die Erfindung auf diese Ausführungsformen zu begrenzen.
Im Gegenteil, es ist beabsichtigt, alle Alternativen, Änderungen
und Äquivalente
abzudecken, welche innerhalb des Grundgedankens und Bereichs der
Erfindung eingeschlossen werden können.
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Für ein generelles
Verständnis
der Merkmale der Erfindung wird auf die Zeichnungen Bezug genommen.
In den Zeichnungen sind immer gleiche Bezugszeichen zur Kennzeichnung
gleicher Elemente verwendet.
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1 ist
eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine einschließlich eines
Blockdiagramms einer Motordrehzahlkontrolleinrichtung.
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Ein
Benzinmotor (nachstehend als Motor bezeichnet) 11 ist veranschaulichend
ein Reihen-Vierzylinder-Benzinmotor für ein Fahrzeug. Der Motor 11 hat
einen Zylinderblock 13 versehen mit Hubkolben 12,
einer unter dem Zylinderblock 13 angeordneten Öhlwanne 13a und
ein oben auf dem Zylinderblock 13 angeordneter Zylinderkopf 14.
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Eine
Kurbelwelle 15, d. h. eine Abtriebswelle des Motors 11,
ist in einem unteren Abschnitt des Motors 11 drehbar gelagert.
Die Kurbelwelle 15 ist mit den Kolben 12 über Verbindungsstangen 16 verbunden.
Die Hin- und Herbewegungen der Kolben 12 werden durch die
Verbindungsstangen 16 in Rotationsbewegungen der Kurbelwelle 15 umgewandelt. Eine
Verbrennungskammer 17 ist über jeden Kolben 12 festgelegt.
Jede Verbrennungskammer 17 ist mit einem Auslasskanal 18 und
einem Einlasskanal 19 verbunden. Der Auslasskanal 18 wird
zu jeder Verbrennungskammer 17 durch entsprechende Auslassventile 20 geöffnet und
geschlossen. Der Einlasskanal wird zu jeder Verbrennungskammer 17 durch
entsprechende Einlassventile 21 geöffnet und geschlossen.
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Eine
Auslassnockenwelle 22 und eine Einlassnockenwelle 23 erstrecken
sich über
dem Zylinderkopf 14 parallel zueinander und auch parallel
zur Kurbelwelle 15. Die Auslassnockenwelle 22 wird über dem
Zylinderkopf 14 drehbar, aber entlang der Achse der Auslassnockenwelle 22 unbeweglich
gelagert. Die Einlassnockenwelle 23 wird über dem
Zylinderkopf 14 drehbar und in die Richtungen einer Achse
der Einlassnockenwelle 23 beweglich gelagert.
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Ein
Zahnriemenrad 24a ist an einem Ende der Auslassnockenwelle 22 vorgesehen.
Ein mit einem Zahnriemerad 25a versehene Ventilhubhöhen-Änderungs-Stelleinrichtung 25 ist
an dem Ende der Einlassnockenwelle 23 vorgesehen, welches nahe
dem Zahnriemenrad 24a der Auslassnockenwelle 22 ist.
Die Ventilhubhöhen-Änderungs-Stelleinrichtung 25 bewegt
die Einlassnockenwelle 23 entlang deren Achse, um einen
Nockenprofilkontakt einer dreidimensionalen Nocke wie unten beschrieben zu
verändern.
Dies wird durchgeführt,
um den Ventilhub und die Ventilöffnungsdauer
der Einlassventile 21 einzustellen.
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Die
Zahnriemenräder 24a, 25a sind über einen
Zahnriemen 26 mit einem an der Kurbelwelle 15 befestigtes
Zahnriemenrad 15a verbunden. Die Rotationsbewegung wird über den
Zahnriemen 26 von der Kurbelwelle 15, d. h. einer
treibenden Rotationswelle, zur Auslassnockenwelle 22 und
zur Einlassnockenwelle 23, d. h. angetriebenen Rotationswellen, übertragen.
Infolgedessen drehen sich die Auslassnockenwelle 22 und
die Einlassnockenwelle 23 synchron mit der Kurbelwelle 15.
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Die
Auslassnockenwelle 22 hat Auslassnocken 27, von
welchen jede einen oberen Endabschnitt eines entsprechenden Auslassventils 20 über einen
Ventilstössel
berührt.
Die Einlassnockenwelle 23 hat Einlassnocken 28,
von welchen jede einen oberen Endabschnitt eines entsprechenden
Einlassventils 21 über
einen Ventilstössel
berührt.
Wenn sich die Auslassnockenwelle 22 und die Einlassnockenwelle 23 drehen,
werden deshalb die Auslassventile 20 und die Einlassventile 21 gemäß der Nockenprofile
der Auslassnocken 27 bzw. der Nockenprofile der Einlassnocken 28 geöffnet und
geschlossen.
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Das
Nockenprofil jeder Auslassnocke 27 ist bezüglich der
Richtungen der Achse der Auslassnockenwelle 22 gleichförmig, wohingegen
das Nockenprofil jeder Einlassnocke 28 sich bezüglich der
Richtung der Achse der Einlassnockenwelle 23, wie in 2 gezeigt,
kontinuierlich ändert.
Das heißt,
jede Einlassnocke 28 ist eine dreidimensionale Nocke.
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Daher
nimmt der Hub der Einlassventile 21 aufgrund der Einlassnocken 28 allmählich und
kontinuierlich zu, wenn die Einlassnockenwelle 23 allmählich in
eine durch den Pfeil A in 2 angedeutete Richtung
bewegt wird. Entsprechend rückt
der Öffnungszeitpunkt
der Einlassventile 21 vor und verzögert sich deren Schliesszeitpunkt,
so dass die Ventilöffnungdauer
allmählich
und kontinuierlich zunimmt. wenn die Einlassnocken 28 in
eine dem Pfeil A entgegengesetzte Richtung bewegt werden, nimmt
der Hub der Einlassventile 21 bedingt durch die Einlassnocken 28 allmählich und kontinuierlich
ab. Entsprechend verzögert
sich der Öffnungszeitpunkt
der Einlassventile 21 und deren Schliesszeitpunkt rückt vor. Infolgedessen
nimmt die Ventilöffnungsdauer
allmählich
und kontinuierlich ab.
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Auf
diese Weise kann die Ventilöffnungsdauer
und der Ventilhub der Einlassventile 21 kontinuierlich
angepasst werden, indem die Einlassnockenwelle 23 in die
Richtungen ihrer Achse bewegt wird.
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Die
Ventilhubhöhen-Änderungs-Stelleinrichtung 25 und
eine Strömungsmittelzufuhranordnung für den hydraulischen
Antrieb der Ventilhubhöhen-Änderungs-Stelleinrichtung 25 wird
nachfolgend unter Bezugnahme auf 3 beschrieben.
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Wie
in 3 gezeigt, ist die Ventilhubhöhen-Änderungs-Stelleinrichtung 25 mit
dem Zahnriemenrad 25a versehen. Das Zahnriemenrad 25a hat einen
rohrförmigen
Abschnitt 151, durch welchen sich die Einlassnockenwelle 23 erstreckt,
einen scheibenförmigen
Abschnitt 152, welcher von einer äußeren Umfangsfläche des
rohrförmigen
Abschnitts 151 vorsteht, und einer Vielzahl an äußeren Zähnen 153,
welche in einer äußeren Umfangsfläche des Scheibenabschnitts 152 ausgebildet
sind. Der rohrförmige
Abschnitt 151 des Zahnriemenrades 25a ist an einem
Lagerabschnitt 14b des Zylinderkopfes 14 drehbar
gelagert. Die Einlassnockenwelle 23 erstreckt sich durch
den rohrförmigen
Abschnitt 151 derart, dass die Einlassnockenwelle 23 entlang
ihrer Achse bewegt werden kann.
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Eine
Abdeckung 154 ist durch Schrauben 155 an dem Zahnriemenrad 25a derart
befestigt, dass sie einen Endabschnitt der Einlassnockenwelle 23 abdeckt.
Eine Vielzahl von inneren Zähnen 157 sind
in Umfangsrichtung in einer inneren Umfangsfläche der Abdeckung 154 angeordnet,
an einer Stelle, welche dem Endabschnitt der Einlassnockenwelle 23 entspricht.
Jeder der inneren Zähne 157 erstreckt sich
linear entlang der Achse der Einlassnockenwelle 23.
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Ein
rohrförmiger
Zahnkranz 162 ist mit einem hohlen Bolzen 158 und
einem Zapfen 159 am Ende der Einlassnockenwelle 23 befestigt.
Der Zahnkranz 162 hat an dessen äußeren Umfangsfläche Stirnzähne 163,
welche in die inneren Zähne 157 der
Abdeckung 154 eingreifen. Jeder der Stirnradzähne 163 erstreckt
sich linear entlang der Achse der Einlassnockenwelle 23.
Deshalb ist der Zahnkranz 162 zusammen mit der Einlassnockenwelle 23 entlang
der Achse der Einlassnockenwelle 23 beweglich.
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In
der wie oben beschrieben aufgebauten Ventilhubhöhen-Änderungs-Stelleinrichtung 25 wird das
Zahnriemenrad 25a zusammen mit der Einlassnockenwelle 23 gedreht.
Die Rotation resultiert aus der Rotationskraft, welche von der Kurbelwelle 15 über den
Zahnriemen 26 dahin übertragen
wird, wenn der Motor 11 in Betrieb ist. Wenn sich die Einlassnockenwelle 23 dreht,
werden die Einlassventile 21 geöffnet und geschlossen.
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Wenn
der Zahnkranz 162 durch einen im Folgenden beschriebenen
Mechanismus zum Zahnriemenrad 25a bewegt wird (wie in 3 gezeigt
nach rechts), wird die Einlassnockenwelle 23 zusammen mit
dem Zahnkranz 162 in die durch den Pfeil A angedeutete
Richtung bewegt (in 3 nach rechts). Da die Einlassnockenwelle 23,
welche die Einlassnocken 28 trägt in die Richtung des Pfeils
A bewegt wird, ändert
sich das Nockenprofil jeder Einlassnocke 28, d. h. einer
dreidimensionalen Nocke, welche einen Schlepphebel 21a des
entsprechenden Einlassventils 21 berührt, allmählich und kontinuierlich, um
den Ventilhub zu erhöhen
und die Ventilöffnungsdauer
zu verlängern,
d. h. der Öffnungszeitpunkt
des Einlassventils 21 rückt
nach vorne und dessen Schliesszeitpunkt nach hinten.
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Wenn
der Zahnkranz 162 in Richtung Abdeckung 154 bewegt
wird (wie in 3 gezeigt nach links), wird
die Einlassnockenwelle 23 zusammen mit dem Zahnkranz 162 in
die entgegengesetzte Richtung des Pfeils A bewegt. Da die Einlassnockenwelle 23 in
diese Richtung bewegt wird (wie in 3 gezeigt
nach links), ändert
sich das Nockenprofil jeder Einlassnocke 28 (dreidimensionale
Nocke), welche den Schlepphebel 21a des entsprechenden
Einlassventils 21 berührt,
allmählich
und kontinuierlich, um den Ventilhub zu verringern und die Ventilöffnungsdauer
zu verkürzen,
d. h. den Öffnungszeitpunkt
des Einlassventils 21 zu nach hinten und dessen Schliesszeitpunkt
nach vorne zu verschieben. Eine Anordnung zur hydraulischen Steuerung
der Bewegung des Zahnkranzes 162 wird im Folgenden beschrieben.
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Ein
Raum innerhalb der Abdeckung 154 wird durch den Zahnkranz 162 in
eine Druckkammer 165 für
hohen Ventilhub und eine Druckkammer 166 für niedrigen
Ventilhub geteilt. Genauer gesagt, schafft eine äußere Umfangsfläche eines
scheibenförmigen Ringabschnitts 162a des
Zahnkranzes 162, der in fester Verbindung mit einer inneren
Umfangsfläche der
Abdeckung 154 steht, die Teilung. Der Zahnkranz 162 ist,
wie oben beschrieben, in die Richtungen der Achse relativ zur Abdeckung 154 schiebbar.
Ein Strömungsmittelkanal 167 zur
Steuerung hohen Ventilhubs und ein Strömungsmittelkanal 168 zur
Steuerung niedrigen Ventilhubs erstrecken sich in der Einlassnockenwelle 23 und
sind mit der Druckkammer 165 für hohen Ventilhub bzw. der
Druckkammer 166 für
niedrigen Ventilhub verbunden.
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Der
Strömungsmittelkanal 167 zur
Steuerung hohen Ventilhubs kommuniziert mit der Druckkammer 165 für hohen
Ventilhub über
einen Hohlkanal des Hohlbolzens 158. Der Strömungsmittelkanal 167 zur
Steuerung hohen Ventilhubs erstreckt sich also in den Zylinderkopf 14 und
ist mit einem Ölsteuerventil 170 verbunden.
Der Strömungsmittelkanal 168 zur
Steuerung niedrigen Ventilhubs kommuniziert mit der Druckkammer 166 für niedrigen
Ventilhub über
einen Strömungsmittelkanal 172,
welcher sich durch eine Wand des rohrförmigen Abschnitts 151 des
Zahnriemenrades 25a erstreckt. Der Strömungsmittelkanal 168 zur
Steuerung niedrigen Ventilhubs erstreckt sich ebenso in den Zylinderkopf 14 und
ist mit dem Ölsteuerventil 170 verbunden.
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Das Ölsteuerventil 170 ist
ebenso mit einem Zufuhrkanal 128 und einem Auslasskanal 130 verbunden.
Der Zufuhrkanal 128 ist mit der Ölwanne 13a über eine Ölpumpe P
verbunden. Der Auslasskanal 130 ist direkt mit der Ölwanne 13a verbunden.
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Das Ölsteuerventil 170 hat
eine Gehäuse 116,
welches mit einem ersten Zu/Ablaufanschluss 118, einem
zweiten Zu/Ablaufanschluss 120, einem ersten Ablaufanschluss 122,
einem zweiten Ablaufanschluss 124 und einem Zulaufanschluss 126 versehen.
Der erste Zu/Ablaufanschluss 118 ist mit einem Strömungsmittelkanal
P1 verbunden. Der zweite Zu/Ablaufanschluss 120 ist mit
einem Strömungsmittelkanal
P2 verbunden. Der Zulaufanschluss 126 ist mit dem Zulaufkanal 128 für die Zuführung von
hydraulischem Strömungsmittel
von der Ölpumpe
P verbunden. Der erste Ablaufanschluss 122 und der zweite
Ablaufanschluss 124 sind mit dem Ablaufkanal 130 verbunden,
um hydraulisches Strömungsmittel
zur Ölwanne 13a abzulassen.
Ein Kolben 138 mit vier Ventilabschnitten 132 ist
im Gehäuse 116 angeordnet.
Das Gehäuse 116 wird
durch eine Spiralfeder 134 in eine Richtung und durch eine
elektromagnetische Zylinderspule 136 in eine entgegengesetzte Richtung
gedrängt.
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Wenn
die elektromagnetische Zylinderspule 136 abgeschaltet wird,
wird der Kolben 138 an einem Ende des Gehäuses 116 (wie
in 3 gezeigt auf der rechten Seite) durch eine Kraft
von der Spiralfeder 134 positioniert. Infolgedessen kommuniziert
der erste Zu/Ablaufanschluss 118 mit dem ersten Ablaufanschluss 122,
und der zweite Zu/Ablaufanschluss 120 kommuniziert mit
dem Zulaufanschluss 126. In diesem Zustand wird hydraulisches
Strömungsmittel von
der Ölwanne 13a über den
Zufuhrkanal 128, das Ölsteuerventil 170,
dem Strömungsmittelkanal
P2, dem Strömungsmittelkanal 168 zur
Steuerung niedrigen Ventilhubs und dem Strömungsmittelkanal 172 zur
Druckkammer 166 für
niedrigen Ventilhub zugeführt.
Gleichzeitig wird hydraulisches Strömungsmittel von der Druckkammer 165 für hohen
Ventilhub über
den Strömungsmittelkanal 167 zur
Steuerung hohen Ventilhubs, dem Strömungsmittelkanal P1, dem Ölsteuerventil 170 und
dem Ablaufkanal 130 zur Ölwanne 13a zurückgeführt. Infolgedessen
wird zum Beispiel der Zahnkranz 162 zusammen mit der Einlassnockenwelle 23,
wie in 3 gezeigt, in die entgegengesetzte Richtung des
Pfeils A bewegt. Infolgedessen berührt ein Seitenabschnitt niedrigen
Ventilhubs jeder Einlassnocke 28 den Schlepphebel 21a des
entsprechenden Einlassventils 21. Deshalb nimmt der Ventilhub
der Einlassventile 21 ab und deren Ventilöffnungsdauer
verkürzt
sich. 3 zeigt einen Zustand, bei dem der Ventilhub minimal
wird.
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Wenn
die elektromagnetische Zylinderspule 136 mit Strom beaufschlagt
wird, wird der Kolben 138 entgegen der Kraft von der Spiralfeder 134 auf
dem anderen Seitenende des Gehäuses 116 (die
linke Seite in 3) positioniert. Infolgedessen
kommuniziert der zweite Zu/Ablaufanschluss 120 mit dem zweiten
Ablaufanschluss 124, und der erste Zu/Ablaufanschluss 118 kommuniziert
mit dem Zulaufanschluss 126. In diesem Zustand wird hydraulisches
Strömungsmittel
von der Ölwanne 13a über Zufuhrkanal 128,
dem Ölsteuerventil 170,
dem Strömungsmittelkanal
P1 und dem Strömungsmittelkanal 167 zur
Steuerung hohen Ventilhubs zur Druckkammer 165 für hohen
Ventilhub zugeführt.
Gleichzeitig wird hydraulisches Strömungsmittel von der Druckkammer 166 für niedrigen
Ventilhub über
den Strömungsmittelkanal 172,
dem Strömungsmittelkanal 168 zur
Steuerung niedrigen Ventilhubs, dem Strömungsmittelkanal P2, dem Ölsteuerventil 170 und dem
Auslasskanal 130 zur Ölwanne 13a zurückgeführt. Infolgedessen
wird der Zahnkranz 162 zusammen mit der Einlassnockenwelle 23 in
die Richtung des Pfeils A bewegt, so dass ein Seitenabschnitt hohen
Ventilhubs jeder Einlassnocke 28 den Schlepphebel 21a des
entsprechenden Einlassventils 21 berührt. Deshalb erhöht sich
der Ventilhub und die Ventilöffnungsdauer
der Einlassventile 21.
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Wenn
der Kolben 138 in einem Zwischenabschnitt des Gehäuses 116 durch
eine entsprechende Steuerung der Stromzufuhr zur elektromagnetischen Zylinderspule 136 positioniert
ist, sind der erste Zu/Ablaufanschluss 118 und der zweite
Zu/Ablaufanschluss 120 geschlossen. In Folge dessen wird verhindert,
dass hydraulisches Strömungsmittel über diese
Anschlüsse
fließt.
In diesen Zustand wird hydraulisches Strömungsmittel weder zur noch
von der Druckkammer 165 für hohen Ventilhub oder der Druckkammer 166 für niedrigen
Ventilhub zugeführt bzw.
abgelassen. Stattdessen werden die Mengen an hydraulischem Strömungsmittel
in den zwei Kammern beibehalten, so dass der Zahnkranz 162 in
seiner Stellung fixiert wird. Daher wird das Nockenprofil jeder
Einlassnocke 28, welche den entsprechenden Schlepphebel 21a berührt, so
fixiert, dass der Ventilhub und die vorbestimmte Ventilöffnungsdauer
der Einlassventile 21 beibehalten werden.
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Eine
Ventilhubeinstellungs-ECU (Elektronische Steuereinheit) 180 zur
Steuerung des Ölsteuerventils 170 in
einer wie oben beschriebenen Art und Weise, wird durch einen Mikrocomputer,
der beispielsweise einen Prozessor (CPU) 182, einen Festwertspeicher
(ROM) 183, einen Arbeitsspeicher (RAM) 184, einen
Sicherungsspeicher (Back-Up RAM) 185, wie in 1 gezeigt,
gebildet.
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ROM 183 ist
beispielsweise ein Speicher, der verschiedene Steuerprogramme und
Kennfelder speichert, welche bei der Ausführung der verschiedenen Steuerprogramme
als Referenz benutzt werden. CPU 182 führt auf der Basis der in dem
ROM 183 gespeicherten Steuerprogramme Berechnungen durch. RAM 184 ist
beispielsweise ein Speicher zur vorübergehenden Speicherung von
Berechnungsergebnissen, welche durch die CPU 182 ausgeführt werden, und
von Daten, welche von verschiedenen Sensoren eingegeben werden.
Back-Up RAM 185 ist ein permanenter Speicher zur Speicherung
von Daten, welche behalten werden müssen, auch nachdem der Motor 11 abgestellt
wird. CPU 182, ROM 183, RAM 184 und Back-Up
RAM 185 sind miteinander verbunden, und durch einen Bus 186 mit
einer externen Eingangsschaltung 187 und einer externen
Ausgangsschaltung 188 verbunden.
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Die
externe Eingangsschaltung 187 ist mit verschiedenen Sensoren
zur Erfassung der Betriebzustände
des Motors 11 verbunden. Diese Sensoren können beispielsweise
einen Einlassdrucksensor und einen Drosselklappensensor einschließen. Die externe
Eingangsschaltung 187 ist auch mit einem kurbelseitigen
elektromagnetischen Aufnehmer 190 und einem Wellenpositionssensor 194 verbunden. Der
kurbelseitige elektromagnetische Aufnehmer 190 (entspricht
einer Motordrehzahl-Erfassungseinrichtung) erfasst die Rotationsphase
und die Rotationsgeschwindigkeit (entspricht der Motordrehzahl) der
Kurbelwelle 15. Der Wellenpositionssensor 194 (entspricht
einer Einstellwert-Ermittlungseinrichtung) ermittelt
die Position der Einlassnockenwelle 23 in den Richtungen
ihrer Achse. Die externe Ausgangsschaltung 188 ist mit
dem Ölsteuerventil 170 verbunden.
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Die
ECU 180 sendet und empfängt
Signale über
die externe Eingangsschaltung 187 und die externe Ausgangsschaltung 188 zu
bzw. von einer Kraftstoffeinspritzungs-Steuerungs-ECU 200.
Diese Signale sind für
die Ablaufsteuerung der ECU 180 und der ECU 200 notwendig.
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Gemäß dieser
Ausführungsform
steuert die ECU 180 die Ventileigenschaften der Einlassventile 21.
Die ECU 180 kann auf der Basis der von den verschiedenen
Sensoren zur Erfassung der Betriebszustände des Motors 11 erfassten
Signale bestimmen, dass es notwendig ist, den Ventilhub und die
Ventilöffnungsdauer
der Einlassventile 21 anzupassen. Dies kann notwendig sein,
um einen geeigneten Zustand des Motors 11 zu erreichen.
Danach führt
die ECU 180 eine entsprechende Antriebssteuerung des Ölsteuerventils 170 durch.
Indem beispielsweise als Parameter die durch den kurbelseitigen
elektromagnetischen Aufnehmer 190 erfasste Motordrehzahl und
die von dem Einlassdrucksensor oder der ECU 200 erhaltene
Motorlast verwendet wird, bestimmt die ECU 180 eine Zielwellenposition
der Einlassnockenwelle 23 (die einem Zielventilhub entspricht). Diese
Bestimmung wird auf der Basis eines Kennfeldes durchgeführt. Dann
steuert die ECU 180 die Ventilhubhöhen-Änderungs-Stelleinrichtung 25 so
an, dass die Einlassnockenwelle 23 in die Zielwellenposition
gebracht wird.
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Während dieser
Antriebssteuerung bestimmt die ECU 180 eine vorliegende
Wellenposition der Einlassnockenwelle 23 entlang ihrer
Achse. Diese Bestimmung wird auf der Basis eines Erfassungssignals
vom Wellenpositionssensor 194 durchgeführt. Dann führt die ECU 180 über das Ölsteuerventil 170 eine
Regelung der Ventilhubhöhen-Änderungs-Stelleinrichtung 25 durch.
Infolgedessen übernimmt
die Einlassnockenwelle 23 die Zielwellenposition, um den
Zielventilhub und die Zielventilöffnungsdauer
der Einlassventile 21 zu erreichen.
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Zusätzlich zu
dem oben beschriebenen Betrieb führt
die ECU 180 einen in dem Flussdiagramm der 4 gezeigten
Ausfallsicherungsablauf (fail-safe) durch. Der Ausfallsicherungsablauf
wird wiederholt in einem Zyklus konstanter Zeitdauer oder bei einem
konstanten Kurbelwinkel durchgeführt.
Die Schritte in dem Flussdiagramm, welche den verschiedenen Abläufen entsprechen,
sind durch Bezugszeichen mit einem vorangestellten "S" dargestellt.
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Wenn
die Ausfallsicherung begonnen wird, speichert die ECU 180 eine
Motordrehzahl NE, welche auf der Basis eines von dem kurbelseitigen
elektromagnetischen Aufnehmer 190 erhaltenen Erfassungswertes
berechnet worden ist. In Schritt S1010 wird die Motordrehzahl NE
in einem in dem RAM 184 vorgesehenen Arbeitsspeicher gespeichert.
Anschließend
speichert in Schritt S1020 die ECU 180 eine Wellenposition
L, welche auf der Basis eines von dem Wellenpositionssensor 194 erhaltenen
Erfassungswertes berechnet wird, in einem Arbeitsspeicher der RAM 184.
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Danach
bestimmt die ECU 180 in Schritt S1030 unter Zuhilfenahme
eines in der ROM 183 gespeicherten Diagramms eine Höchstdrehzahl
NEG, die der Wellenposition L entspricht. Das Diagramm liefert eine
Beziehung zwischen der Wellenposition L und der Höchstdrehzahl
NEG.
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Das
Diagramm ist beispielsweise durch eine wie in der 5 gezeigte
durchgezogene Linie Lneg festgelegt. Die Höchstdrehzahl NEG neigt dazu,
sich kontinuierlich mit Zunahme des Wertes der Wellenposition L
zu erhöhen.
Diese Diagrammeinstellung wurde an die Charakteristik des Motors 11 so
angepasst, dass die Höchstdrehzahl
NEG sich mit Zunahme des Ventilhubs der Einlassventile 21,
wie oben beschrieben, erhöht.
In dieser Ausführungsform nimmt
der Ventilhub der Einlassventile 21 zu, da der erfasste
Wert der Wellenposition L, der durch den Wellenpositionssensor 194 erfasst
wird, ansteigt. Eine Wellenposition Lmax entspricht einem maximalen
Ventilhub und eine Wellenposition Lmin entspricht einem minimalen
Ventilhub.
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Anschließend bestimmt
die ECU 180 in Schritt S1040, ob die aktuelle Motordrehzahl
NE, welche in Schritt S1010 gespeichert worden ist, gleich oder
größer als
die Höchstdrehzahl
NEG ist. Wenn NE ≥ NEG
(JA in Schritt S1040), geht der Ablauf weiter zu Schritt S1050.
In Schritt S1050 sendet die ECU 180 ein Kraftstoffabsperrungssignal
zur ECU 200, um ein Überdrehen
des Motors zu verhindern. Danach endet der Ausfallsicherungsbetrieb
vorübergehend. Auf
das Abschaltungssignal hin stoppt die ECU 200 die Kraftstoffeinspritzung
zum Motor 11, so dass die Drehzahl des Motors 11 abnimmt.
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Wenn
als ein Ergebnis der oben beschriebenen Motordrehzahlreduzierung
oder als Ergebnis der Anfangsmotordrehzahl die aktuelle Motordrehzahl NE
kleiner als die Höchstdrehzahl
NEG ist (NEIN in Schritt S1040), geht der Ablauf zu Schritt S1060
weiter. In Schritt S1060 sendet die ECU 180 eine Anweisung
zur Aufhebung die das Überdrehen
verhindernden Kraftstoffunterbrechung an die ECU 200. Deshalb
wird die Kraftstoffeinspritzung wieder aufgenommen oder fortgesetzt.
Es sollte hierin beachtet werden, dass die Kraftstoffeinspritzung,
wenn die Kraftstoffunterbrechung durch einen anderen Steuerbetrieb
durchgeführt
wird, alleine durch die Ausführung des
Schritts S1060 nicht wieder aufgenommen oder fortgesetzt wird.
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Solange
das Ansprechverhalten der Ventilhubhöhen-Änderungs-Stelleinrichtung 25 normal
ist, folgt einem Anstieg in der Motordrehzahl NE von einem wie in 5 gezeigten
Zustand Q0 eine entsprechende Bewegung der Einlassnockenwelle 23 in die
Richtung des Pfeils A in den 1 bis 3,
wobei der Ventilhub der Einlassventile 21 aufgrund der Einlassnocken 28 erhöht wird
(Zustand Q1). Da sich die Höchstdrehzahl
NEG wie in 5 dargestellt ebenso erhöht, kann
die Motordrehzahl NE nicht größer werden
als die Höchstdrehzahl
NEG.
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Wenn
jedoch die Ventilhubhöhen-Änderungs-Stelleinrichtung 25 aus
irgendeinem Grund eine Anomalie oder ein vermindertes Ansprechverhalten
aufweist, folgt einem Anstieg in der Motordrehzahl NE von einem
Zustand Q0 nicht eine sofortige Bewegung der Einlassnockenwelle 23 in
Richtung des Pfeils A. Infolgedessen wird kein ausreichender Anstieg
des Ventilhubs erreicht. Deshalb führt in diesem Fall ein Anstieg
in der Motordrehzahl NE wahrscheinlich zu einer Veränderung
zu einem Zustand Q2, bei dem die aktuelle Motordrehzahl NE die Höchstdrehzahl
NEG überschreitet.
Wenn ein solches Ereignis stattfindet, wird der Schritt S1050 ausgeführt, wobei
die Motordrehzahl NE reduziert wird, um einen Zustand Q21 herzustellen,
bei dem die aktuelle Motordrehzahl NE kleiner als die Höchstdrehzahl
NEG ist.
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In
dieser Ausführungsform
entspricht der Schritt S1030 einen Ablauf einer Höchstdrehzahl-Einstellungseinrichtung.
Die Schritte S1040 und S1050 entsprechen einem Ablauf einer Motordrehzahl-Reduzierungseinrichtung.
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Wie
aus der oberen Beschreibung ersichtlich, erfasst diese Ausführungsform
der Erfindung einen aktuellen Betrag der Einstellung, welche durch die
Ventilhubhöhen-Änderungs-Stelleinrichtung 25 erreicht
wird, unter Zuhilfenahme des Wellenpositionssensors 194.
Infolgedessen kann die Ausführungsform
ein Nockenprofil jeder Einlassnocke 28, welche den entsprechenden
Schlepphebel 21a berührt,
bestimmen. Das heißt,
die Ausführungsform
ist der Lage ist, zu bestimmen, welcher Abschnitt der schiefen Nockenoberfläche jeder
Einlassnocke 28 in Kontakt mit dem entsprechenden Schlepphebel 21a ist,
und erreicht deshalb einen vorliegenden Ventilhub. Da ein solches
Ventilhubnockenprofil zusätzlich zu
anderen bei der Bestimmung einer Höchstdrehzahl NEG involvierten
Parametern einschließlich
der Ventilfederlast, der Ventilmasse etc. auf diese Weise bestimmt
wird, wird es möglich,
eine präzise
Höchstdrehzahl
NEG festzulegen.
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Deshalb
kann die Höchstdrehzahl
NEG so eingestellt werden, dass sie sich – wie in 5 gezeigt – mit einer kontinuierlichen Änderung
des Ventilhubs kontinuierlich ändert.
Infolgedessen wird es möglich,
den Zustand einer aktuellen Motordrehzahl NE genau zu bestimmen,
d. h., ob die aktuelle Motordrehzahl NE geeignet ist. Dies wird
auf der Basis der Höchstdrehzahl
NEG geschafft. Genauer gesagt, wenn eine Motordrehzahl NE gleich
oder größer als die
vorliegende Höchstdrehzahl
NEG ist, wird eine Kraftstoffunterbrechung durchgeführt, um
die Drehzahl des Motors 11 auf eine geeignete Höhe zu reduzieren.
Die erfindungsgemäße Ausführungsform
realisiert auf diese Weise ein genaues Ausfallsicherungssystem und
verhindert Probleme mit dem Motor 11.
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In
der vorangegangenen Ausführungsform sind
die Ventilhubeinstellungs-ECU 180 und die Kraftstoffeinspritzungssteuerung
ECU-200 als separate Bestandteile vorgesehen. Es ist jedoch auch möglich, eine
einfache ECU vorzusehen, welche die Ventilhubeinstellungssteuerung,
den Ausfallsicherungsbetrieb und die Kraftstoffeinspritzungssteuerung
durchführt.
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Ebenso
ist es möglich,
für die
Bestimmung in Schritt S1040 eine Hysterese vorzusehen. Das heißt, wenn – wie in 6 gezeigt – die Bestimmung
in Schritt S1040 bejahend ist, folgt auf den anschließenden Schritt
S1050 der Schritt S1055. In Schritt S1055 wird die Höchstdrehzahl
NEG auf NEG1 gesetzt. Wenn die Bestimmung in Schritt S1040 negativ
ist, folgt auf den anschließenden
Schritt S1060 der Schritt S1065, in welchem die Höchstdrehzahl
NEG auf NEG0 gesetzt wird, wobei NEG1 < NEG0. Die Einrichtung einer solchen
Hysterese verhindert problematische Unstetigkeiten in der erzeugten
Energie zwischen Durchführung
und Unterbrechung des Kraftstoffabschaltungsbetriebs und verhindert
somit eine Verschlechterung im Fahrverhalten.
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Wenn
die aktuelle Motordrehzahl NE gleich oder größer als die Höchstdrehzahl
NEG wird, wird in den vorangegangenen Ausführungsformen ferner die Motordrehzahl
NE durch eine Kraftstoffunterbrechung reduziert. Es ist jedoch auch
möglich,
die Motordrehzahl NE durch eine Reduzierung des Motordrehmoments
zu verringern. Dies kann erreicht werden, indem die Drosselklappenöffnung verkleinert wird.
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Ferner
ist in den vorangegangenen Ausführungsformen
die Ventilhubhöhen-Änderungs-Stelleinrichtung 25 auf
der Seite der Einlassnockenwelle 23 vorgesehen. Stattdessen
kann jedoch ein solcher Aufbau angenommen werden, in welchem die
Einlassnocken 28 normale Nocken und die Auslassnocken 27 dreidimensionale
Nocken sind und deshalb eine Ventilhubhöhen-Änderungs-Stelleinrichtung auf der
Seite der Auslassnockenwelle 22 vorgesehen sind. Es kann
ebenso ein anderer Aufbau angenommen werden, in welchem die Auslassnocken 27 und Einlassnocken 28 dreidimensionale
Nocken sind und Ventilhubhöhen-Änderungs-Stelleinrichtungen
sowohl für
die Auslassnockenwelle 22 als auch für die Einlassnockenwelle 23 vorgesehen
sind.
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Während die
Erfindung in Verbindung mit bestimmten Ausführungsformen hiervon beschrieben worden
ist, ist es klar, dass viele Alternativen, Änderungen und Varianten für Fachmänner offensichtlich sind.
Dementsprechend sind die hierin ausgeführten beispielhaften Ausführungsformen
der Erfindung zur Erläuterung
und nicht zur Einschränkung
gedacht. Verschiedene Änderungen
können
gemacht werden, ohne dabei vom Schutzumfang der Erfindung, wie er in
den beigefügten
Ansprüchen
definiert ist, abzuweichen.