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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine variable Ventilsteuerung,
die die Öffnungs-
und Schließzeitpunkte
eines Einlaßventils
und eines Auslaßventils
in einem Explosions- oder Verbrennungsmotor (nachstehend als "Motor" bezeichnet) einstellt.
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Es
ist bekannt, daß bei
einem Kaltstart eines Motors die Öffnungszeiten eines Auslaßventils
und eines Einlaßventils
verlängert
werden, um die Emission unverbrannter Kohlenwasserstoffe zu reduzieren.
Beispielsweise ist in JP-A-11-336574, DE-A-19913316 und US6,266,957
beschrieben, daß ein
Auslaßventil
normalerweise bei einem oberen Totpunkt (OT) des Ansaughubs oder
-takts geschlossen wird, der Öffnungs-
und der Schließzeitpunkt
des Auslaßventils
vorverlegt werden, um den Nachbrenneffekt bei einem Kaltstart zu
verbessern, der Öffnungs-
und der Schließzeitpunkt
eines Einlaßventils um
einen Maximalwert vorverlegt werden, um eine Überlappung zu vergrößern und
dadurch die AGR- (Abgasrückführung) Gasmenge
zu erhöhen.
Das AGR-Gas ist das Gas, das zur Einlaßseite ausgegeben wird, wenn
ein Einlaßventil
in einem Auslaßhub geöffnet wird,
wobei das Gas im nächsten
Ansaughub wieder in einen Zylinder eintritt.
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Gemäß dem in
der vorstehenden Veröffentlichung
beschriebenen herkömmlichen
System wird jedoch, falls flüssiger
Kraftstoff vorhanden ist, ein Teil davon ausgegeben, ohne daß er einem
Verbrennungshub unterzogen wird, weil die Überlappung vor dem oberen Totpunkt
(OT) liegt, d.h. in einem Auslaßhub.
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Wenn
beispielsweise ein Motor mit Einlaßöffnungseinspritzung verwendet
wird, haftet in eine Einlaßöffnung eingespritzter
Kraftstoff unmittelbar nach einem Kaltstart des Motors an der Rückseite
eines Einlaßventils
und an der Ein laßöffnung an
und sammelt sich aufgrund des Eigengewichts in flüssiger Form
in der Nähe
einer unteren Ventilscheibe, während
das Einlaßventil
geöffnet
ist. Wenn das Einlaßventil
im Auslaßhub
geöffnet
ist (wenn eine Überlappung
im Auslaßhub
liegt), fließt
der Kraftstoff in einem ersten Explosionshub jedes Zylinders direkt
in den Zylinder. Obwohl das Abgas in jedem Zylinder nach dem ersten
Verbrennungsvorgang in ein Abgasrohr strömt, fließt der Kraftstoff aufgrund
seines Eigengewichts teilweise in den Zylinder, weil der Kraftstoff
in flüssiger
Form vorliegt.
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Der
Kraftstoff wird durch die Vorwärtsbewegung
eines Kolbens direkt zur Auslaßseite
ausgegeben oder wird verdampft und teilweise als unverbrannter Kraftstoff
zur Aus laßseite
ausgegeben. Dann schließt
das Auslaßventil
vor dem oberen Totpunkt, um zu verhindern, daß der unverbrannte Kraftstoff,
der den Zylinder passiert hat, wieder in den Zylinder zurückkehrt,
oder der unverbrannte Kraftstoff wird aufgrund der niedrigen Kraftstofftemperatur ohne
Nachbrennen direkt in die Luft abgegeben. Wenn die Motortemperatur
durch wiederholte Verbrennungsvorgänge erhöht ist, wird der Kraftstoff
aufgrund der zunehmenden Überlappung
im Auslaßhub zerstäubt, wodurch
verhindert wird, daß der
flüssige Kraftstoff
in den Zylinder fließt
und in eine Abgasleitung eintritt.
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Daher
muß, um
die Emission unverbrannter Kohlenwasserstoffe (HC) bei einem Kaltstart
des Motors zu reduzieren, der Ausstoß von flüssigem Kraftstoff verhindert
werden, der unmittelbar nach dem Kaltstart nicht zerstäubt werden
kann, bevor die AGR-Gasmenge erhöht
wird, um die Zerstäubung des
Kraftstoffs zu ermöglichen.
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DE 696 00 676 T2 offenbart
eine Ventilsteuervorrichtung für
eine Brennkraftmaschine, in der eine Ventilüberschneidung während einem
Niedrigtemperaturzustand beseitigt wird.
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Daher
ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine variable Ventilsteuerung
bereitzustellen, die in der Lage ist, eine Überlappung zwischen den Öffnungszeiten
eines Einlaßventils
und eines Auslaßventils
geeignet zu steuern, um die Emission unverbrannter Kohlenwasserstoffe
beim Kalt start eines Motors sicher zu regeln.
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Diese
Aufgabe kann durch die in den Patentansprüchen definierten Merkmale gelöst werden. Die
vorstehende Aufgabe kann insbesondere durch Bereitstellen einer
variablen Ventilsteuerung gelöst werden,
die beim Kaltstart eines Verbrennungsmotors eine Überlappung
zwischen den Öffnungszeiten eines
Einlaßventils
und eines Auslaßventils
durch eine Ventilsteuerungseinrichtung vergrößert, wobei die Überlappung
in einem Auslaßhubbereich
vor einem oberen Totpunkt und in einem Ansaughubbereich hinter dem
oberen Totpunkt liegt, und wobei die variable Ventilsteuerung dadurch
gekennzeichnet ist, daß die
Ventilsteuerungseinrichtung, unmittelbar nachdem der Verbrennungsmotor
bei einem Kaltstart gestartet wird, eine Überlappung erzeugt, die im
Ansaughubbereich liegt, und dann die Überlappung in den Auslaßhubbereich
erweitert wird.
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Dadurch
wird bei einem Kaltstart des Motors die Überlappung zwischen den Öffnungszeiten
des Einlaßventils
und des Auslaßventils
so gesteuert, daß sie
unmittelbar nach dem Kaltstart im Einlaßhubbereich liegt und dann
in den Auslaßhubbereich
erweitert wird. Bei einem Kaltstart, bei dem der Kraftstoff nicht
zerstäubt
werden kann, sammelt sich der in die Einlaßöffnung eingespritzte Kraftstoff
in flüssiger
Form in der Nähe
einer Ventilscheibe, während das
Ventil geöffnet
ist, wobei, wenn ein Kolben sich während der Überlappung im Ansaughubbereich
unmittelbar nach dem Kaltstart nach unten bewegt, der flüssige Kraftstoff
in einen Zylinder fließt,
ohne daß er direkt
ausgegeben wird, so daß der
Kraftstoff vollständig
verbrannt werden kann. Wenn die Überlappung
im Auslaßhubbereich
dann zunimmt, strömen Abgase
oder ähnliche
Gase, die einmal zur Auslaßseite
ausgegeben wurden, in die Einlaßöffnung zurück, um die
Abgabe von flüssigem
Kraftstoff zu verhindern, oder ein Nachbrenneffekt, der durch das
frühe Öffnen des
Auslaßventils
auftritt, erhöht
die Temperatur eines Katalysators.
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Nachstehend
werden die Merkmale sowie andere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden
Erfindung unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben,
in denen ähnliche
Bezugszeichen die gleichen oder ähnliche
Teile bezeichnen; es zeigen:
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1 ein
Diagramm zum Darstellen der Gesamtanordnung einer ersten Ausführungsform
einer variablen Ventilsteuerung;
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2 ein
Zeitdiagramm zum Darstellen eines Zustands, in dem der Phasenwinkel
durch die erste Ausführungsform
einer variablen Ventilsteuerung gesteuert wird;
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3 ein
Diagramm zum Darstellen der Gesamtanordnung einer zweiten Ausführungsform
einer variablen Ventilsteuerung;
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4 ein
Zeitdiagramm zum Darstellen eines Zustands, in dem der Phasenwinkel
durch die zweite Ausführungsform
einer variablen Ventilsteuerung gesteuert wird;
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5 ein
Zeitdiagramm zum Darstellen eines Zustands, in dem der Phasenwinkel
einer Nockenwelle durch eine dritte Ausführungsform einer variablen
Ventilsteuerung gesteuert wird;
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6 ein
Erläuterungsdiagramm
zum sequentiellen Darstellen von Änderungen des Phasenwinkels
der Nockenwelle gemäß der dritten
Ausführungsform;
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7 ein
Zeitdiagramm eines Zustands, in dem der Phasenwinkel einer Nockenwelle
durch eine vierte Ausführungsform
einer variablen Ventilsteuerung gesteuert wird;
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8 ein
Erläuterungsdiagramm
zum sequentiellen Darstellen von Änderungen des Phasenwinkels
der Nockenwelle gemäß der vierten
Ausführungsform;
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9 ein
Diagramm zum Darstellen der Gesamtanordnung einer fünften Ausführungsform
einer variablen Ventilsteuerung;
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10 ein
Zeitdiagramm zum Darstellen eines Zustands, in dem der Phasenwinkel
durch die fünfte
Ausführungsform
einer variablen Ventilsteuerung gesteuert wird;
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11 ein
Erläuterungsdiagramm
zum sequentiellen Darstellen von Änderungen des Phasenwinkels
der Nockenwelle gemäß der fünften Ausführungsform;
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12 ein
Ablaufdiagramm zum Darstellen einer Phasenwinkelsteuerungsroutine,
die durch eine elektronische Steu ereinheit (ECU) gemäß der fünften Ausführungsform
bei einem Kaltstart des Motors ausgeführt wird;
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13 ein
Diagramm zum Darstellen der Beziehung zwischen einer Kühlwassertemperatur TW
und einer zweiten vorgegebenen Zeit gemäß der fünften Ausführungsform;
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14 ein
Diagramm zum Darstellen der Beziehung zwischen einer Differenz ΔT, die durch Substrahieren
einer Öltemperatur
TO von einer Einlaß-
oder Ansauglufttemperatur TA erhalten wird, und einer Ansauglufttemperaturkorrekturzeit
Ta1;
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15 ein
Diagramm zum Darstellen einer Beziehung zwischen einer Differenz ΔNe, die durch Subtrahieren
eines Motordrehzahl-Sollwertes TNe von einem Motordrehzahl-Istwert
Ne erhalten wird, und einer Motordrehzahlkorrekturzeit Tb1; und
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16 ein
Zeitdiagramm zum Darstellen einer Steuerungsverarbeitung, die dann
ausgeführt wird,
wenn ein Zeitpunkt geändert
wird, an dem die fünfte
Ausführungsform
einer variablen Ventilsteuerung den Phasenwinkel der Nockenwelle ändert.
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Erste Ausführungsform
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Nachstehend
wird die erste Ausführungsform
einer variablen Ventilsteuerung beschrieben, die den Öffnungs-
und den Scließzeitpunkt
eines Einlaßventils ändert.
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1 zeigt
ein Diagramm zum Darstellen der Gesamtanordnung der ersten Ausführungsform einer
variablen Ventilsteuerung. Wie in 1 dargestellt,
ist ein Motor 1 als Motor mit Einlaßöffnungseinspritzung konstruiert,
und sein Ventilbewegungsmechanismus basiert auf einem DOHC4-Ventilsystem. Synchronriemenscheiben 4a und 4b sind
mit den vorderen Enden einer Einlaßnockenwelle 3a bzw.
einer Auslaßnockenwelle 3b auf
einem Zylinderkopf 2 verbunden und über einen Synchronriemen 5 mit
einer Kurbelwelle 6 verbunden. Durch die Drehbewegung der
Kurbelwelle 6 wird veranlaßt, daß die Nockenwellen 3a, 3b sich
mit den Synchronriemenscheiben 4a, 4b drehen,
und die Nockenwellen 3a, 3b veranlaßen, daß Ein- und
Auslaßventile 7a, 7b sich öffnen und schließen.
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Ein
flügel-
oder propellerförmiger
Zeitsteuerungsmechanismus 8a, der als Einlaßventilsteuerungseinrichtung
dient, ist zwischen der Einlaßnockenwelle 3a und
der Synchronriemenscheibe 4a an der Einlaßseite angeordnet.
Obwohl eine detaillierte Beschreibung der bekannten Anordnung des
Zeitsteuerungsmechanismus 8a hierin weggelassen wird, ist
ein Flügel-
oder Propellerrotor in einem Gehäuse
der Synchronriemenscheibe 4a drehbar angeordnet, und die
Einlaßnockenwelle 3a ist
mit dem Flügel-
oder Propellerrotor verbunden. Ein Ölsteuerungsventil (nachstehend
als "OCV-Ventil" bezeichnet) 9a ist
mit dem Zeitsteuerungsmechanismus 8a verbunden, und ein
Hydraulikdruck wird dem Flügel- oder
Propellerrotor gemäß der Schaltoperation
des OCV-Ventils 9a unter Verwendung eines Hydraulikfluids
zugeführt,
das von einer Ölpumpe 10 des
Motors 1 zugeführt
wird. Dadurch wird die Phase der Nockenwelle 3a bezüglich der
Synchronriemenscheibe 4a, d.h. der Öffnungs- und der Schließzeitpunkt
des Einlaßventils 7a,
eingestellt.
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Andererseits
ist ein Einlaßkanal 12 mit
einer Einlaßöffnung 11 des
Zylinderkopfes 2 verbunden, und die Ansaugluft wird von
einem Luftreiniger oder -filter 13 in den Einlaßkanal 12 geleitet
und mit Kraftstoff vermischt, der von einem Kraftstoffeinspritzventil 15 eingespritzt
wird, nachdem die Durchflußrate der
Ansaugluft gemäß der Winkelstellung
oder dem Öffnungsgrad
der Drosselklappe 14 eingestellt wurde.
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Eine
Abgasleitung 18 ist mit einer Auslaßöffnung 17 des Zylinderkopfes 2 verbunden.
Durch die Zündung
einer Zündkerze 19 verbrannte
Abgase werden von der Auslaßöffnung 17 in
die Abgasleitung 18 geleitet, wenn ein Kolben 15 sich
nach oben bewegt und das Auslaßventil 7b geöffnet ist,
und werden dann über
einen Katalysator 20 und einen nicht dargestellten Auspufftopf
nach außen
abgegeben.
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Um
den Motor 1 vollständig
zu steuern, weist ein Fahrzeug auf: eine Ein-/Ausgabeeinrichtung (nicht
dargestellt); eine Speichereinrichtung (z.B. einen ROM-Speicher,
einen RAM-Speicher oder einen BURAM-Speicher) (nicht dargestellt)
zum Speichern eines Steuerprogramms, einer Steuerkarte bzw. eines
Steuerdiagramms und ähnlicher
Daten; eine Zentraleinheit (CPU) (nicht dargestellt); eine elektronische
Steuereinheit (ECU) (Motorsteuerungseinheit) 31 mit einem
Zeitgeber/Zähler;
und ähnliche Einrichtungen.
Verschiedene Sensoren, z.B. ein Drehzahlsensor 32 zum Erfassen
der Motordrehzahl N, ein Drosselklappenwinkel- oder -öffnungssensor 33 zum
Erfassen der Winkelstellung TPS einer Drosselklappe 14 und
ein Wassertemperatursensor 34 zum Erfassen der Kühlwassertemperatur
TW, sind mit der Eingangsseite der ECU 31 verbunden. Das OCV-Ventil 9a,
das Kraftstoffeinspritzventil 15, die Zündkerze 19 und ähnliche
Einrichtungen sind mit der Ausgangsseite der ECU 31 verbunden.
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Die
ECU 31 bestimmt einen Zündzeitpunkt, eine
Kraftstoffeinspritzmenge und ähnliche
Daten gemäß von den
Sensoren ausgegebenen Sensorinformationen und steuert die Aktivierung
der Zündkerze 19 und
die Operation des Kraftstoffeinspritzventils 15. Die ECU 31 berechnet
außerdem
einen Phasenwinkel-Sollwert des Zeitsteuerungsmechanismus 8a basierend
auf einer Motordrehzahl Ne und einem Drosselklappenwinkel TPS gemäß einem
vorgegebenen Diagramm und steuert das OCV-Ventil 9a an, um
den Phasenwinkel-Istwert auf den Phasenwinkel-Sollwert zu steuern.
Außerdem
führt die
ECU 31, um die Emission unverbrannter Kohlenwasserstoffe zu
steuern, eine besondere Phasenwinkelsteuerungsroutine aus, die sich
von der Routine unterscheidet, die bei einem Warmstart des Motors
oder in ähnlichen
Zuständen
ausgeführt
wird.
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Nachstehend
wird unter Bezug auf das Zeitdiagramm von 2 die durch
die ECU 31 bei einem Kaltstart des Motors ausgeführte Phasenwinkelsteuerungsroutine
beschrieben.
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Der Öffnungs-
und der Schließzeitpunkt
des Einlaßventils 7a werden
durch den Zeitsteuerungsmechanismus 8a innerhalb eines
Bereichs zwischen den Kurven [1] und [2] in 2 eingesetllt,
wohingegen der Öffnungs-
und der Schließzeitpunkt
des Auslaßventils 7b gemäß 2 fest
vorgegeben sind. Zunächst
werden, während
der Motor ausgeschaltet ist, der Öffnungs- und der Schließzeitpunkt
des Einlaßventils 7a bei
den in 2 durch die Kurve [1] dargestellten maximal verzögerten Positionen
gehalten, so daß das
Ansaugventil 7a bei oder nach einem oberen Totpunkt (OT)
des Ansaughubs mit dem Öffnungsvorgang
beginnen kann. Der Öffnungszeitpunkt
des Einlaßventils 7a entspricht
im wesentlichen dem Schließzeitpunkt
des Auslaßventils 7b,
so daß die Überlappung
zwischen der Öffnungszeit
des Einlaßventils 7a und
der Öffnungszeit
des Auslaßventils 7b etwa
null beträgt.
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Wenn
ein Fahrer einen Zündschalter
einschaltet, wird veranlaßt,
daß der
Motor 1 bei diesem Phasenwinkel angelassen wird, und die
ECU 31 steuert den Zündzeitpunkt
und die Kraftstoffeinspritzung. Weil die Überlappung zwischen der Öffnungszeit
des Einlaßventils
und der Öffnungszeit
des Auslaßventils
während
des Anlaßvorgangs
null beträgt, wird
der Kraftstoff verbrannt, ohne daß er den Zylinder zur Auslaßseite passiert,
so daß der
Motor 1 leicht angelassen werden kann, um den ersten Verbrennungsvorgang
auszuführen.
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Die
vorstehend beschriebenen Operationen der Phasenwinkelsteuerungsroutine
sind für
einen Warmstart und einen Kaltstart gleich. Wenn die ECU 31 gemäß einer
Kühlwassertemperatur
TW oder ähnlichen
Informationen bestimmt, daß der
Motor warmgestartet wird, werden der Öffnungszeitpunkt und der Schließzeitpunkt
des Einlaßventils 7a bei
einer maximalen Verzögerungsposition
gehalten, insofern der Motor nach Abschluß des Anlaßvorgangs sich weiterhin im
Leerlauf dreht. Wenn die Motordrehzahl Ne und der Drosselklappenwinkel
TPS zunehmen, weil das Fahrzeug in Bewegung versetzt wird, werden
der Öffnungs-
und der Schließzeitpunkt des
Einlaßventils 7a durch
die Steuerung vorverlegt.
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Andererseits
werden bei einem Kaltstart des Motors der Öffnungs- und der Schließzeitpunkt
des Einlaßventils 7a durch
die Steuerung zu einer in 2 durch
die Kurve [2] bestimmten Position vorverlegt, wenn seit dem ersten
Verbrenungsvorgang etwa zwei Sekunden verstrichen sind. Durch das
Vorverlegen des Öffnungs-
und des Schließzeitpunktes wird
veranlaßt,
daß das
Einlaßventil 7a weit
vor dem oberen Totpunkt (OT, engl.: TDC) beginnt zu öffnen. Dadurch
wird eine Überlappung
zwischen der Öffnungszeit
des Einlaßventils 7a und
der Öffnungszeit des
Auslaßventils 7b erzeugt,
wobei der größte Teil der Überlappung
hinter dem oberen Totpunkt (OT) liegt (wobei dieser Bereich nachstehend
als "Ansaughubbereich" bezeichnet wird).
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Weil
der in die Einlaßöffnung 11 eingespritzte Kraftstoff
bei einem Kaltstart des Motors nicht zerstäubt werden kann, haftet der
Kraftstoff an der Rückseite
des Einlaßventils 7a und
an der Innenwand der Einlaßöffnung 11 an
und sammelt sich aufgrund seines Eigengewichts in flüssiger Form
in der Nähe
einer unteren Ventilscheibe, während
das Ventil geschlossen ist. Diese Tendenz wird noch kritischer, wenn
die Kraftstoffmenge erhöht
wird, um die Zündung
zu gewährleisten.
Wenn das Einlaßventil 7a im Ansaughubbereich
geöffnet
wird, wie vorstehend erwähnt,
fließt
der Kraftstoff in flüssiger
Form mit der Abwärtsbewegung
des Kolbens 16 in einen Zylinder und wird in einem Auslaßhub zur
Auslaßseite
ausgegeben, nachdem er einen Kompressionshub erfahren hat und in
einem Verbrennungshub verbrannt wurde. Insbesondere wird verhindert,
daß der
in den Zylinder fließende
flüssige
Kraftstoff direkt nach außen
abgegeben wird, was bei einem herkömmlichen System, bei dem die Überlappung
im Auslaßhub liegt,
der Fall ist.
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Weil
das Auslaßventil 7a weit
vor dem oberen Toptpunkt (OT) geöffnet
wird, wird vor dem oberen Totpunkt eine kurze Überlappung erzeugt (wobei dieser
Bereich nachstehend als "Auslaßhubbereich" bezeichnet wird).
Auch wenn der flüssige
Kraftstoff den Zylinder während
dieser Überlappung
zur Auslaßseite
passiert, wird der Kraftstoff im anschließenden Ansaughubbereich wieder
in den Zylinder zurückgeführt, so
daß der
Kraftstoff zerstäubt
und vollständig
verbrannt werden kann. Obwohl der Kraftstoff in diesem Zustand aufgrund
der niedrigen Motortemperatur nicht stabil verbrannt werden kann,
strömt
nur eine geringe Abgasmenge in den Zylinder zurück, nachdem sie einmal zur
Auslaßseite
abgegeben wurden, weil es aufgrund der relativ kurzen Überlappung schwierig
ist, die intern zurückgeführten AGR-Gase zu
erzeugen. Dadurch wird es einfacher, die Drehzahl nach dem Start
aufrechtzuerhalten und zu erhöhen.
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Die
vorstehend erwähnte
Phase wird für
eine vorgegebene Zeitdauer nach dem ersten Verbrennungsvorgang aufrechterhalten,
und der Öffnungs- und
der Schließzeitpunkt
des Einlaßventils 7b werden
durch die Steuerung vorverlegt und bei den in 2 durch
die Kurve [3] bestimmten Verzögerungspositionen
gehalten. Daher wird die Überlappung zwischen
der Öffnungszeit
des Einlaßventils 7a und der Öffnungszeit
des Auslaßventils 7b wesentlich größer und
derart vorverlegt, daß sie
vollständig
im Auslaßhubbereich
liegt.
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Der
Schließzeitpunkt
des Auslaßventils 7b liegt
beim oder hinter dem oberen Totpunkt, und zu diesem Zeitpunkt, d.h.,
nachdem seit dem ersten Verbrennungsvorgang mehrere Hübe ausgeführt wurden,
nimmt die AGR-Abgasmenge zu, um zu veranlassen, daß die Abgase,
die einmal zur Auslaßseite abgegeben
worden sind (Abgase, die einen hohen Anteil unverbrannter Kohlenwasserstoffe
enthalten, die am Ende des Aulaßhubes
ausgegeben wurden), aufgrund der Erzeugung eines ausreichenden Unterdrucks
in der Auslaßöffnung 11 mit
zunehmender Motordrehzahl Ne in die Auslaßöffnung 11 zurückströmen. Die
Abgase werden dann in einem nächsten
Verbrennungshub verbrannt, und die Temperatur der Auslaßöffnung 11 nimmt
aufgrund der von den Abgasen erhaltenen Wärme zu, wodurch der im nächsten Zyklus
eingespritzten Kraftstoffs zerstäubt werden
kann. Dadurch wird sicher verhindert, daß flüssiger Kraftstoff zur Auslaßseite abgegeben
wird.
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Anschließend werden,
wenn eine vorgegebene Zeitdauer verstrichen ist, der Öffnungs-
und der Schließzeitpunkt
des Einlaßventils 7a verzögert, so daß sie wieder
auf den in 2 durch die Kurve [1] bestimmten
Anfangsszustand eingestellt werden. Dadurch wird die Überlappung
zwischen der Öffnungszeit
des Einlaßventils 7a und
der Öffnungszeit des
Auslaßventils 7b reduziert,
und durch die Verminderung der intern zurückgeführten AGR-Gasmenge wird der
Verbrennungs vorgang stabilisiert und ein glatter Leerlaufbetrieb
realisiert.
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In
der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform einer variablen
Ventilsteuerung wird die Überlappung
zwischen der Öffnungszeit
des Einlaßventils 7a und
der Öffnungszeit
des Auslaßventils 7b im
Ansaughubbereich ([2] in 2) erzeugt, und der flüssige Kraftstoff
in der Einlaßöffnung 7a fließt mit der
Abwärstbewegung
des Kolbens 16 in den Zylinder zurück, so daß er vollständig verbrannt werden kann.
Ddurch wird verhindert, daß der
flüssige
Kraftstoff direkt zur Auslaßseite
abgegeben wird. Daher verhindert die erste Ausführungsform einer variablen
Ventilsteuerung, daß der
Kraftstoff, der in den Zylinder geflossen ist, direkt zur Auslaßseite abgegeben
wird, wodurch die Emission unverbrannter Kohlenwasserstoffe beim
Kaltstart des Motors sicher gesteuert wird.
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Obwohl
in der ersten Ausführungsform
der Öffnungs-
und der Schließzeitpunkt
des Einlaßventils 7a in
der Reihenfolge [1], [2], [3] geändert
werden, können
der Öffnungs-
und der Schließzeitpunkt
des Einlaßventils
7a beim Beginn des Anlaßvorgangs
an den durch die Kurve [22] bestimmten Positionen gehalten und dann
sequentiell in der Folge [2],[2], [3] geändert werden. In diesem Fall
kann, wie vorstehend beschrieben, der flüssige Kraftstoff in der Einlaßöffnung 7a vollständig verbrannt
und die Emission unverbrannter Kohlenwasserstoffe gesteuert werden.
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Zweite Ausführungsform
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Nachstehend
wird eine zweite Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen variablen
Ventilsteuerung beschrieben.
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Die
zweite Ausführungsform
einer variablen Ventilsteuerung ist in der Lage, den Öffnungs-
und den Schließzeitpunkt
sowohl des Auslaßventils 7b als
auch des Einlaßventils 7a zu ändern. Der übrige Teil
der zweiten Ausführungsform
einer variablen Ventilsteuerung ist demjenigen der ersten Ausführungsform
einer variablen Ventilsteuerung ähnlich. Daher
wird eine Beschreibung gemeinsamer Teile weggelassen, und nachstehend
werden lediglich die Unterschiede ausführlich beschrieben.
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Wie
in 3 dargestellt, ist zwischen der Auslaßnockenwelle 3b und
der Synchronriemenscheibe 4b an der Auslaßseite ein
dem Zeitsteuerungsmechanismus an der Einlaßseite ähnlicher, als Auslaßventilsteuerungseinrichtung
dienender Zeitsteuerungsmechanismus 8b angeordnet. Der
Zeitsteuerungsmechanismus 8b ist über ein OCV-Ventil 9b mit
der ECU 31 verbunden. Bei einem Kaltstart des Motors wird
der Phasenwinkel des Zeitsteuerungsmechanismus 8b und des
Zeitsteuerungsmechanismus 8a durch die ECU 31 gesteuert,
und diese Steuerung wird nachstehend unter Bezug auf das Zeitdiagramm
von 4 beschrieben.
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Wenn
der Motor ausgeschaltet ist, werden der Öffnungs- und der Schließzeitpunkt des Einlaßventils 7a bei
den in 4 durch die Kurve [4] bestimmten maximalen Verzögerungspositionen
gehalten, während
die Öffnungs-
und die Schließzeit
des Auslaßventils 7b bei
den maximal vorverlegten Positionen gehalten werden. Dadurch beträgt die Überlappung
zwischen den Öffnungszeiten
der beiden Ventile exakt null.
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Wenn
in dieser Phasenposition etwa zwei Sekunden seit dem Anlassen des
Motors verstrichen sind, werden der Öffnungs- und der Schließzeitpunkt des
Einlaßventils 7a durch
die Steuerung vorverlegt, wie in 4 durch
die Kurve [5] dargestellt ist, und der Öffnungs- und der Schließzeitpunkt
des Auslaßventils 7b werden
durch die Steuerung verzögert,
wie in 4 durch die Kurve [8] dargestellt ist. Dadurch wird
eine Überlappung
zwischen der Öffnungszeit des
Einlaßventils 7a und
der Öffnungszeit
des Auslaßventils 7b erzeugt,
wobei der größte Teil
der Überlappung,
wie bei der ersten Ausführungsform
(Kurve [2] in 2), im Ansaughubbereich liegt.
Dadurch fließt
der in der Einlaßöffnung 11 gesammelte
flüssige
Kraftstoff mit der Abwärtsbewegung
des Kolbens 16 in den Zylinder, so daß er vollständig verbrannt werden kann.
Dadurch wird verhindert, daß Kraftstoff in
flüssiger
Form abgegeben wird.
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Wenn
seit dem ersten Verbrennungsvorgang eine vorgegebene Zeitdauer verstrichen
ist, werden der Öffnungs-
und der Schließzeitpunkt
des Einlaßventils 7a durch
die Steuerung weiter vorverlegt, wie in 4 durch
die Kurve [6] dargestellt ist, und der Öffnungs- und der Schließzeitpunkt
des Auslaßventils 7b werden
durch die Steuerung zu in 4 durch die
Kurve [7] bestimmten Positionen verschoben. Daher liegt der größte Teil
der Überlappung
zwischen der Öffnungszeit
des Einlaßventils 7a und
der Öffnungszeit
des Auslaßventils
7b im Auslaßhubbereich,
und durch das frühe Öffnen des
Auslaßventils 7b werden
die Abgase mit einer Temperatur in der Nähe der Zylinder-Maximaltemperatur
abgegeben, und durch Nachbrennen wird eine frühe Aktivierung des Katalysators 20 ermöglicht.
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Wie
vorstehend beschrieben, erzeugt die zweite Ausführungsform einer variablen
Ventilsteuerung die Überlappung
zwischen der Öffnungszeit
des Einlaßventils 7a und
der Öffnungszeit
des Auslaßventils 7b,
wie bei der ersten Ausführungsform,
im Einlaßhubbereich
(Kurven [4] und [5] in 4) unmittelbar nach Beginn des
Kaltstartvorgangs, so daß der flüssige Kraftstoff
in der Einlaßöffnung 11 vollständig verbrannt
und die Emission unverbrannter Kohlenwasserstoffe sicher gesteuert
werden kann.
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Außerdem können gemäß der zweiten
Ausführungsform
die Länge
und die Position der Überlappung
frei bestimmt werden, weil der Öffnungs-
und der Schließzeitpunkt
sowohl des Auslaßventils 7b als auch
des Einlaßventils 7a geändert werden
können. Daher
kann die Überlappung
gemäß der zweiten Ausführungsform
beispielsweise vom Ansaughubbereich zum Auslaßhubbereich verschoben werden (von
[5], [6] zu [7], [8] in 4), ohne daß sie zunimmt, obwohl die Überlappung
gemäß der ersten Ausführungsform
mit einer Vorverlegung des Öffnungs- und des Schließzeitpunkts
des Einlaßventils 7a (von
[2] zu [3] in 2) notwendigerweise zunimmt.
Dadurch wird für
jeden Betriebszustand eine optimale Überlappung erreicht, d.h. eine
optimale AGR-Gasmenge bereitgestellt, wodurch eine stabile Verbrennung
ermöglicht
wird.
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Obwohl
in der zweiten Ausführungsform
der Öffnungs-
und der Schließzeitpunkt
des Einlaßventils 7a in
der Reihenfolge [4],[5], [6] in 4 geändert werden
und der Öffnungs- und der Schließzeitpunkt des
Auslaßventils 7b in
der Reihenfolge [7],[8], [7] in 4 geändert werden,
können
die Öffnungs-
und Schließzeitpunkte
des Einlaßventils 7a und
des Auslaßventils 7b auch
in einer anderen Folge gesteuert werden. Beispielswiese können der Öffnungs-
und der Schließzeitpunkt
des Einlaßventils 7a,
wie in der ersten Ausführungsform,
in der Reihenfolge [5], [5], [6] geändert werden, und der Öffnungs-
und der Schließzeitpunkt
des Auslaßventils 7b kann
in der Reihenfolge [8],[8], [7] oder in der Reihenfolge [7], [8], [8]
geändert
werden.
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Dritte Ausführungsform
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Nachstehend
wird eine dritte Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen variablen
Ventilsteuerung beschrieben.
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Die
Anordnung der dritten Ausführungsform einer
variablen Ventilsteuerung ist mit der zweiten Ausführungsform
einer variablen Ventilsteuerung mit Ausnahme der Öffnungs-
und des Schließzeitpunkte des
Einlaßventils 7a und
des Auslaßventils 7b identisch.
Daher wird eine Beschreibung der gemeinsamen Teile hierin weggelassen,
und nachstehend wird lediglich ein Unterschied detailliert beschrieben,
d.h., wie der Phasenwinkel des Einlaßventils 7a und des Auslaßventils 7b gesteuert
werden.
-
5 zeigt
ein Zeitdiagramm zum Darstellen eines Zustands, in dem der Phasenwinkel
einer Nockenwelle durch die dritte Ausführungsform einer variablen
Ventilsteuerung gesteuert wird, und 6 zeigt
ein Erläuterungsdiagramm
zum sequentiellen Darstellen der Änderungen des Phasenwinkels
der Nockenwelle gemäß der dritten
Ausführungsform.
-
Wenn
der Motor ausgeschaltet ist, wird die Phase der Einlaßnockenwelle 3a an
einer in den 5 und 6 durch
[1] dargestellten Verzögerungsposition
gehalten, während
die Phase der Auslaßnockenwelle 3b an
einer vorverlegten Position gehalten wird. Dadurch beträgt die Überlappung
zwischen den Öffnungszeiten
beider Ventile ungefähr null.
Wenn der Fahrer den Zündschalter
einschaltet, wird der Motor bei diesem Phasenwinkel angelassen, und
die ECU 31 steuert den Zündzeitpunkt und die Kraftstoffeinspritzung.
Kraftstoff wird in diesem Zustand nicht zerstäubt, weil die Temperatur der
Einlaßöffnung 11 der
Außentemperatur
gleicht, und der größte Teil
einer erhöhten
eingespritzten Kraftstoffmenge sammelt sich in flüssiger Form
in der Einlaßöffnung 11,
während
das Einlaßventil 7a geschlossen ist,
und fließt
in den Zylinder, wenn das Einlaßventil 7a geöffnet wird.
Weil die Überlappung
zwischen den Öffnungszeiten
des Einlaß-
und des Auslaßventils während des
Anlaßvorgangs
etwa null beträgt,
wird, wie vorstehend erwähnt,
der Kraftstoff, der in den Zylinder geflossen ist, verbrannt, ohne
daß er
den Zylinder zur Auslaßseite
passiert. Dadurch wird erreicht, daß im ersten Verbrennungsvorgang
keine große Menge
unverbrannter Kohlenwasserstoffe emittiert wird.
-
Wenn
eine vorgegebene Zeitdauer t (z.B. zwei oder drei Sekunden) seit
dem ersten Verbrennungsvorgang verstrichen ist, wird die Phase der Auslaßnockenwelle 3b durch
die Steuerung verzögert,
wie in den 5 und 6 durch
die Position [2] dargestellt ist. Dadurch liegt der Schließzeitpunkt des
Auslaßventils 7b beim
oder hinter dem oberen Totpunkt (OT), und die Auspuffgase, die den
Zylinder zur Auslaßseite
passiert haben, werdem mit der Abwärtsbewegung des Kolbens 16 in
den Zylinder zurückgeführt und
im nächsten
Verbrennungshub verbrannt. Weil die Abgase am Ende des Auslaßhubs ausgegeben
werden und insbesondere eine große Menge unverbrannter Kohlenwasserstoffe
aufweisen, wird im nächsten
Verbrennungshub eine große Menge
unverbrannter Kohlenwasserstoffe verbrannt, so daß verhindert
werden kann, daß die
Abgase direkt zur Auslaßseite
abgegeben werden. Außerdem werden,
weil auch der Öffnungszeitpunkt
des Auslaßventils 7b verzögert wird,
die Abgase für
eine lange Zeitdauer verbrannt, wodurch die Oxidation der unverbrannten
Kohlenwasserstoffe ermöglicht
und die Temperatur der Abgase im Zylinder erhöht wird.
-
Außerdem strömen, weil
die Überlappung mit
der Verzögerung
der Phase der Auslaßnockenwelle 3b zunimmt,
die Abgase mit einer hohen Temperatur als interne AGR-Gase zur Einlaßseite zurück, wodurch
die Verdampfung des Kraftstoffs in der Einlaßöffnung 11 ermöglicht wird
und die Temperatur der Einlaßöffnung 11 selbst
ansteigt. Der Unterdruck an der Einlaßseite nimmt aufgrund des raschen
Anstiegs der Motordrehzahl Ne mit dem ersten Verbrennungsvorgang
zu, so daß die
Abgase schnell zurückströmen, um
den in der Einlaßöffnung gesammelten flüssigen Kraftstoff
zu überblasen
und zu zerstäuben.
-
Zu
einem Zeitpunkt, der etwas hinter der verzögerten Phase der Auslaßnockenwelle 3b liegt,
wird die Phase der Einlaßnockenwelle 3a durch
die Steuerung vorverlegt, wie in den 5 und 6 durch die
Position [3] dargestellt ist, um die Überlappung zwischen den Öffnungszeiten
des Einlaßventils 7a und
des Auslaßventils 7b weiter
zu vergrößern. Der Kraftstoff
wird mit dem Anstieg der Abgastemperatur seit dem ersten Verbrennungsvorgang
leicht verdampft, und durch das frühe Öffnen des Einlaßventils 7a steigen
die Kompressionstemperatur und die Zylindertemperatur an. Außerdem wird
aufgrund der Zerstäubung
des flüssigen
Kraftstoffs durch die intern zurückgeführten AGR-Gase,
wie vorstehend beschrieben, die stabile Verbrennung fortgesetzt,
auch wenn die AGR-Gasmenge
aufgrund der größeren Überlappung
zunimmt.
-
Anschließend wird,
wenn eine vorgegebene Zeitdauer verstrichen ist, die Phase der Auslaßnockenwelle 3b durch
die Steuerung vorverlegt, wie in 4 durch
die Kurve [4] dargestellt ist. Die Temperatur der Abgasleitung 18 und ähnlicher
Elemente ist höher
als zum Zeitpunkt [3], so daß,
wenn die Abgase aufgrund der Verzögerung der Phase des Auslaßventils 7b verbrannt
und ausgegeben werden, die Abgase in der Abgasleitung 18 durch
den Nachbrenneffekt kontinuierlich verbrannt werden und der Katalysator 20 schnell
aktiviert wird. Obwohl durch die Verzögerung des Öffnungs- und des Schließzeitpunkts
des Auslaßventils 7b die Überlappung
reduziert wird, können
die Abgase zufriedenstellend in den Zylinder zurückgeführt werden, um die Emission unverbrannter Kohlenwasserstoffe
zu steuern, wie vorstehend beschrieben, weil der Unterdruck an der Einlaßseite zunimmt.
-
Anschließend wird,
wenn eine vorgegebene Zeitdauer verstrichen ist, die Phase der Einlaßnockenwelle 3a durch
die Steuerung vorverlegt, um die Überlappung zwischen den Öffnungszeiten
des Einlaßventils 7a und
des Auslaßventils 7b zu
reduzieren und dadurch eine stabile Verbrennung zu ermöglichen.
Gleichzeitig wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf einen mageren Wert
eingestellt, um zu verhindern, daß von den Kraftstoffverbrennungsrückständen unverbrannte
Kohlenwasserstoffe erzeugt werden, und der Zündzeitpunkt wird verzögert, um
einen Heizwert zu kompensieren, der durch den mageren Betrieb erhöht ist,
und die Abgastemperatur zu erhöhen.
-
Wie
vorstehend beschrieben, wird durch die dritte Ausführungsform
einer variablen Ventilsteuerung die Überlappung ([2], [3] in 6)
durch Verzögern
des Öffnungs-
und des Schließzeitpunkt
des Auslaßventils 7b und
durch Vorverlegen des Öffnungs-
und des Schließzeitpunkts
des Einlaßventils 7a beim
Beginn eines Kaltstarts vergrößert, wenn kein
Nachbrenneffekt erwartet werden kann, weil die Temperatur der Abgasleitung 18 nicht
ausreichend erhöht
werden kann. Daher werden die Abgase, die den Zylinder zur Auslaßseite passiert
haben, in den Zylinder zurückgeführt, um
verbrannt zu werden und die Emission unverbrannter Kohlenwasserstoffe
zu steuern, und die Abgase werden zur Einlaßseite zurückgeführt, um die Kraftstoffverdampfung
zu ermöglichen
und die Temperatur der Einlaßöffnung 11 zu erhöhen. Wenn
die Temperatur der Abgasleitung 18 und ähnlicher Einrichtungen dann
erhöht
ist [[4] in 6), werden der Öffnungs-
und der Schließzeitpunkt
des Auslaßventils 7b vorverlegt,
um die verbrannten Abgase auszugeben, und durch das Nachbrennen
der Abgase 18 wird der Katalysator 20 schnell
aktiviert.
-
Der Öffnungs-
und der Schließzeitpunkt
des Einlaßventils 7a und
des Auslaßventils 7b werden beim
Kaltstart gemäß der Temperaturerhöhung des Motors 1 (dem
Temperaturanstieg der Abgasleitung 18, usw.) konstant auf
einen Optimalwert gesteuert, wodurch die Emission unverbrannter
Kohlenwasserstoffe sicher gesteuert wird.
-
Obwohl
die Ölpumpe 10 des
Motors 1 keine ausreichende Hydraulikfluidmenge zuführen kann, wenn
die Motordrehzahl Ne z.B. bei einem Kaltstart des Motors 1 niedrig
ist, wird dem Zeitsteuerungsmechanismus 8a oder 8b konstant
eine begrenzte Hydraulikfluidmenge zugeführt, um den Phasenwinkel sicher
zu steuern.
-
Vierte Ausführungsform
-
Nachstehend
wird eine vierte Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen variablen
Ventilsteuerung beschrieben.
-
Die
Anordnung der vierten Ausführungsform einer
variablen Ventilsteuerung ist mit der zweiten Ausführungsform
einer variablen Ventilsteuerung identisch. Die vierte Ausführungsform
unterscheidet sich von der zweiten und der dritten Ausführungsform lediglich
bezüglich
des Öffnungs-
und des Schließzeitpunkts
des Einlaßventils 7a und
des Auslaßventils 7b.
Daher wird eine Beschreibung gemeinsamer Teile hierin weggelassen,
und nachstehend wird lediglich ein Unterschied detailliert beschrieben,
d.h., wie die Phasenwinkel des Einlaßventils 7a und des Auslaßventils 7b gesteuert
werden.
-
7 zeigt
ein Zeitdiagramm zum Darstellen eines Zustands, in dem der Phasenwinkel
einer Nockenwelle bei einem Kaltstart des Motors gesteuert wird,
und 6 zeigt ein Erläuterungsdiagramm zum sequentiellen
Darstellen der Änderungen
des Phasenwinkels der Nockenwelle beim Kaltstart des Motors.
-
Wenn
der Motor ausgeschaltet ist, werden die Phasen der Einlaßnockenwelle 3a und
der Auslaßnockenwelle 3b an
einer in den 7 und 8 durch
[1] dargestellten Verzögerungsposition
gehalten, um eine Überlappung
zu erzeugen, die im Ansaug- und im Auslaßhub liegt. Wenn der Motor
bei dieser Phasenposition angelassen wird, werden die Abgase, die
den Zylinder zur Auslaßseite
passiert haben, aufgrund der Abwärtsbewegung
des Kolbens 16 in den Zylinder zurückgeführt und in einem nächsten Verbrennungshub
verbrannt. Dadurch wird ein erster Verbrennungsvorgang ermöglicht,
in dem keine große
Menge unverbrannter Kohlenwasserstoffe emittiert wird. Die Überlappung
kann auch nur im Einlaßhub
liegen, wodurch sicher verhindert wird, daß Abgase den Zylinder zur Auslaßseite passieren.
-
Beim
Kaltstart des Motors wird, wenn eine vorgegebene Zeitdauer t (z.B.
zwei oder drei Sekunden) seit dem ersten Verbrennungsvorgang verstrichen
ist, die Phase der Einlaßnockenwelle 3b durch die
Steuerung vorverlegt, wie in den 7 und 8 durch
die Position [2] dargestellt ist. Dadurch werden die Abgase, die
den Zylinder zur Auslaßseite
passiert haben, in den Zylinder zurückgeführt, um die Emission unverbrannter
Kohlenwasserstoffe zu steuern, und die durch die Abgasrückführung (AGR)
zur Einlaßseite
zurückgeführte AGR-Gasmenge
wird aufgrund der Zunahme der Überlappung
erhöht,
wodurch die Verdampfung des Kraftstoffs in der Einlaßöffnung 11 ermöglicht wird
und die Temperatur der Einlaßöffnung 11 selbst
ansteigt.
-
Daher
wird, nachdem eine vorgegebene Zeitdauer verstrichen ist, die Phase
der Auslaßnockenwelle 3b durch
die Steuerung vorverlegt, wie in den 7 und 8 durch
[3] dargestellt ist. Die verbrannten Abgase werden aufgrund des
Vorverlegens des Öffnungs-
und des Schließzeitpunkts
des Auslaßventils 7b ausgegeben,
und durch den Nachbrenneffekt werden die Abgase in der Abgasleitung 18 kontinuierlich
verbrannt, um den Katalysator 20 zu aktivieren.
-
Anschließend wird,
wenn eine vorgegebene Zeitdauer verstrichen ist, die Phase der Auslaßnockenwelle 3b durch
die Steuerung verzögert,
und die Phase der Einlaßnockenwelle 3a wird
ebenfalls durch die Steuerung verzögert. Gleichzeitig wird das Luft-Kraftstoffverhältnis auf
einen mageren Wert eingestellt, und der Zündzeitpunkt wird verzögert.
-
Wie
vorstehend beschrieben, wird durch die vierte Ausführungsform
einer variablen Ventilsteuerung eine Überlappung ([1] in 8)
erzeugt, die im Einlaßhubbereich
liegt, und die Überlappung
wird durch Vorverlegen des Öffnungs-
und des Schließzeitpunkt
des Einlaßventils 7a ([2]
in 8) bei einem Kaltstart, wenn kein Nachbrenneffekt
erwartet werden kann, vergrößert. Dadurch
werden die Abgase in den Zylinder zurückgeführt, um verbrannt zu werden
und die Emission unverbrannter Kohlenwasserstoffe zu steuern, und
die Abgase werden zur Einlaßseite
zurückgeführt, um
die Kraftstoffverdampfung zu ermöglichen
und die Temperatur der Einlaßöffnung 11 zu
erhöhen.
Wenn die Abgasleitung 18 oder eine ähnliche Einrichtung dann erwärmt ist
([3] in 8), werden der Öffnungs-
und der Schließzeitpunkt
des Einlaßventils 7b vorverlegt,
um den Katalysator 20 durch den Nachbrenneffekt schnell
zu aktivieren. Dadurch können
die Öffnungs-
und die Schließzeitpunkte
des Einlaßventils 7a und
des Auslaßventils 7b bei
einem Kaltstart gemäß der Temperaturerhöhung des
Motors 1 konstant auf einen Optimalwert gesteuert werden,
wodurch die Emission unverbrannter Kohlenwasserstoffe sicher gesteuert wird.
-
Die
Phasen der Einlaßnockenwelle 3a und der
Auslaßnockenwelle 3b werden
nacheinander geändert,
wodurch den Zeitsteuerungsmechanismen 8a oder 8b eine
begrenzte Hydraulikfluidmenge konstant und intensiv zugeführt werden
kann, um den Phasenwinkel sicher zu steuern.
-
Fünfte Ausführungsform
-
Nachstehend
wird eine fünfte
Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen variablen
Ventilsteuerung beschrieben.
-
Die
fünfte
Ausführungsform
einer variablen Ventilsteuerung ist der ersten Ausführungsform
einer variablen Ventilsteuerung gleich, mit der Ausnahme, daß zusätzlich ein
Ansauglufttemperatursensor 35 und ein Öltemperatursensor 36 vorgesehen
sind und der Öffnungs-
und der Schließzeitpunkt
des Einlaßventils 3a sich
von denjenigen der ersten Ausführungsform
unterscheiden. Daher wird eine Beschreibung der gemeinsamen Teile
hierin weggelassen, und nachstehend werden lediglich die Unterschiede detailliert
beschrieben.
-
Wie
in 9 dargestellt, die die Gesamtanordnung der fünften Ausführungsform
einer variablen Ventilsteuerung zeigt, sind der Ansauglufttemperatursensor 35 zum
Erfassen der Ansauglufttemperatur TA und der Öltemperatursensor 36 zum
Erfassen der Öltemperatur
TO mit der Eingangsseite der als Steuerungsverzögerungseinrichtung dienenden
ECU 31 verbunden, und der Drehzahlsensor 32, der
Wassertemperatursensor 34, der Ansauglufttemperatursensor 35 und
der Öltemperatursensor 36 bilden
eine Betriebszustanderfassungseinrichtung.
-
Nachstehend
wird eine durch die ECU 31 bei einem Kaltstart ausgeführte Phasenwinkelsteuerungsverarbeitung
beschrieben. 10 zeigt ein Zeitdiagramm zum
Darstellen des Zustands, in dem der Phasenwinkel der Nockenwelle
bei einem Kaltstart des Motors gesteuert wird, 11 zeigt
ein Erläuterungsdiagramm
zum sequentiellen Darstellen der Änderungen des Phasenwinkels
der Nockenwelle gemäß der fünften Ausführungsform,
und 12 zeigt ein Ablaufdiagramm zum Darstellen einer
durch die ECU 31 gemäß der fünften Ausführungsform
bei einem Kaltstart ausgeführten
Phasenwinkelsteuerungsroutine.
-
Wenn
der Motor ausgeschaltet ist, wird die Phase der Einlaßnockenwelle 3a bei
einer in den 10 und 11 durch
[1] bezeichneten Verzögerungsposition
gehalten, um eine relativ kurze Überlappung
zu erzeugen, die im Ansaughub und im Auslaßhub liegt. Wenn der Fahrer
den Zündschalter
einschaltet, wird der Motor bei diesem Phasenwinkel angelassen,
und die ECU 31 steuert den Zündzeitpunkt und die Kraftstoffeinspritzung.
In diesem Zustand wird der Kraftstoff nicht zerstäubt, weil
die Temperatur der Einlaßöffnung 11 der
Außentemperatur gleicht,
und ein Teil des Kraftstoffs fließt direkt in den Zylinder.
Weil das Auslaßventil 7b beim
oder nach dem oberen Totpunkt (OT) geschlossen ist, werden die Abgase,
die den Zylinder zur Auslaßseite
passiert haben, aufgrund der Abwärtsbewegung
des Kolbens 16 jedoch in den Zylinder zurückgeführt und
in einem nächsten
Verbrennungshub verbrannt. Dadurch kann erreicht werden, daß im ersten
Verbrennungsvorgang keine große
Menge unverbrannter Kohlenwasserstoffe emittiert wird.
-
Wenn
der Anlaßvorgang
des Motors 1 beginnt, führt
die ECU 31 in regelmäßigen Intervallen die
in 12 dargestellte Kaltstart-Phasensteuerungsroutine
aus und bestimmt zunächst
in einem Schritt S2, ob der Anlaßvorgang des Motors 1 abgeschlossen
ist oder nicht. Wenn die Antwort positiv ist, d.h. wenn festgestellt
wird, daß der
Anlaßvorgang des
Motors 1 abgeschlossen ist, schreitet das Programm zu einem
Schritt S4 fort, um basierend auf der Kühlwassertemperatur TW gemäß einem
in 13 dargestellten Diagramm eine Startzeit T1 zu
bestimmen, bei der ein Kaltstartmodus gestartet wird. Wie gemäß 13 ersichtlich
ist, ist der Motor 1 umso kälter, je niedriger die Kühlwassertemperatur
ist. Umso schwieriger es ist, die Temperatur der Einlaßöffnung 11 und
der Abgasleitung 18 oder die Zylindertemperatur, usw. zu
erhöhen,
desto größer ist
der Wert der Startzeit T1 (Steuerungsverzögerungseinrichtung).
-
In
einem nächsten
Schritt S6 bestimmt die ECU 31 eine Ansauglufttemperaturkorrekturzeit
Ta1 basierend auf einer Differenz ΔT, die durch Subtrahieren der Öltemperatur
TO von der Ansauglufttemperatur TA erhalten wird, unter Bezug auf
das Diagramm in 14. Wie gemäß 14 ersichtlich
ist, gilt: je kleiner die Differenz ΔT unter der Bedingung ist, daß die Ansauglufttemperatur
TA niedriger ist als die Öltemperatur
TO, d.h. je schwieriger es ist, den Kraftstoff zu verdampfen, desto
größer ist
der positive Wert der Ansauglufttemperaturkorrekturzeit Ta1. In
einem folgenden Schritt S8 wird eine Motordrehzahlkorrekturzeit
Tb1 basierend auf einer Differenz ΔNe, die durch Subtrahieren des
Motordrehzahl-Sollwertes TNe vom Motordrehzahl-Istwert Ne erhalten wird,
unter Bezug auf das Diagramm von 15 bestimmt.
Wie gemäß 15 ersichtlich
ist, gilt: je kleiner die Differenz ΔNe unter der Bedingung ist,
daß der
Motordrehzahl-Istwert
Ne kleiner ist als der Motordrehahl-Sollwert TNe, d.h., je unzureichender
die Verbrennung des in den Zylinder eingespritzten Kraftstoffs ist,
desto größer ist
der positive Wert der Motordrehzahlkorrekturzeit Tb1.
-
In
einem nächsten
Schritt S10 wird die Startzeit T1 durch Hinzuaddieren der Ansauglufttemperaturkorrekturzeit
Ta1 und der Motordrehzahlkorrekturzeit Tb2 korrigiert, und in Schritt
S12 wird entschieden, ob die Startzeit T1 seit Abschluß des Anlaßvorgangs
des Motors 1 verstrichen ist. Wenn die Antwort dieser Entscheidung
in Schritt S12 positiv ist, wird in Schritt S14 der Kaltstartmodus
gestartet, in dem die Phase der Einlaßnockenwelle 3a durch
die Steuerung vorverlegt wird, wie durch [2] in den 10 und 11 dargestellt
ist. Dadurch wird die Überlappung im
Einlaßhubbereich
vergrößert, so
daß die
Abgase, die zur Auslaßseite
abgegeben worden sind, als AGR-Gase in die Einlaßöffnung 11 zurückströmen und
in einem nächsten
Verbrennungshub verbrannt werden, wobei durch die von den zurückströmenden Abgasen
gewonnene Wärme
die Zerstäubung
des als nächstes
eingespritzten Krafststoffs ermöglicht wird.
Dadurch wird die Emission des flüssigen
Kraftstoffs zur Auslaßseite
sicher verhindert.
-
Wenn
der Kaltstartmodus zu früh
gestartet wird, kann die Temperatur der Einlaßöffnung 11 durch die
AGR-Gase nicht ausreichend erhöht
werden, so daß es
schwierig ist, den eingespritzten Kraftstoff zu zerstäuben, weil
die Abgastemperatur unter den Bedingungen, daß der Kraftstoff schwierig
zu verdampfen ist und der Kraftstoff im Zylinder nicht geeignet
verbrannt wird, niedrig ist. Weil die Überlappung unter diesen Bedingungen
vergrößert wird, kann
der flüssige
Kraftstoff möglicherweise
zur Auslaßseite
abgegeben werden, wie vorstehend beschrieben.
-
Gemäß der fünften Ausführungsform
gilt: je niedriger die Kühlwassertemperatur
TW ist und je schwieriger es ist, die Temperatur jeder Komponente des
Motors 1 zu erhöhen,
desto größer ist
der Wert der Startzeit T1, so daß der Beginn des Vorverlegens des Öffnungs-
und der Schließzeitpunkts
des Einlaßventils 7a verzögert werden
kann. Weil dies in Form der Korrekturzeiten Ta1, Tb1 berücksichtigt
wird, um die Startzeit T1 basierend auf der Ansauglufttemperatur
TA und der Motordrehzahl Ne zu bestimmen, wird durch die AGR- Gase die Temperaturerhöhung der
Einlaßöffnung 11 beschleunigt,
und der Öffnungs-
und der Schließzeitpunkt
des Einlaßventils 7a werden
auf frühestmögliche Zeitpunkte
vorverlegt, um die Emission unverbrannter Kohlenwasserstoffe zu
steuern.
-
Die
ECU 31 bestimmt dann in einem Schritt S16 eine Fortsetzungszeit
T2 des Kaltstartmodus und bestimmt in einem Schritt S18 eine Ansauglufttemperaturkorrekturzeit
Ta2 und in einem Schritt S20 eine Motordrehzahlkorrekturzeit Tb2.
Die ECU 31 korrigiert dann die Fortsetzungszeit T2 durch
Hinzuaddieren der Ansauglufttemperaturkorrekturzeit Ta2 und der
Motordrehzahlkorrekturzeit Tb2. Außerdem bestimmt die ECU 31 in
einem Schritt S24, ob die Fortsetzungszeit T2 seit dem Start des
Kaltstartmodus verstrichen ist. Wenn die Antwort dieser Entscheidung
positiv ist, betrachtet die ECU 31 die Temperatur des Katalysators
als um ein gewisses Maß erhöhte Temperatur
und stoppt dann den Kaltstartmodus in Schritt S26, um die Phasenposition
der Einlaßnockenwelle 3a auf
die in den 10 und 11 durch
[1] dargestellte Verzögerungsposition
zurückzusetzen.
In einem nächsten
Schritt S28 stellt die ECU 31 das Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf
einen mageren Wert ein, um die Emission unverbrannter Kohlenwasserstoffe
zu steuern, und verzögert
den Zündzeitpunkt,
um die hohe Abgastemperatur aufrechtzuserhalten, wodurch die Routine
beendet wird.
-
Das
Diagramm von 13 wird verwendet, um die Fortsetungszeit
T2 in Schritt S16 zu bestimmen, das Diagramm von 14 wird
verwendet, um die Ansauglufttemperaturkorrekturzeit Ta2 in Schritt S18
zu bestimmen, und das Diagramm in 15 wird
verwendet, um die Motordrehzahlkorrekturzeit Tb2 in Schritt S20
zu bestimmen. Dadurch wird die Stoppzeit des Kaltstartmodus gemäß der Kühlwassertemperatur
TW, der Ansauglufttemperatur TA und der Motordrehzahl Ne so festgelegt,
daß sie
die gleiche Kennlinie hat wie die Startzeit des Kaltstartmodus.
Bekanntermaßen
wird dadurch, daß das Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf
einen mageren Wert eingestellt und der Zündzeitpunkt verzögert wird,
die Qualität
der Verbrennung des Kraftstoffs im Zylinder schlechter, so daß es notwendig
ist, den Kaltstartmodus zu einem Zeitpunkt zu starten, wenn die
Kraftstoffverdampfung in einem gewissen Maß möglich ist. Wenn die Temperatur
der Einlaßöffnung 11 aufgrund
der niedrigen Ansauglufttemperatur TA langsam erhöht wird,
wird die Fortsetzungszeit T2 korrigiert, so daß sie gemäß dem Diagramm in 14 zunimmt,
wodurch entsprechend der Startzeitpunkt des Vorgangs zum Einstellen
des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses
auf einen mageren Wert und der Verzögerung des Zündzeitpunkts
verzögert
werden, um die Qualitätsabnahme
der Verbrennung zu verhindern.
-
Wie
vorstehend beschrieben, startet die fünfte Ausführungsform einer variablen
Ventilsteuerung den Kaltstartmodus zum Erhöhen der Temperatur der Einlaßöffnung 11 durch
AGR-Gase gemäß der Kühlwassertemperatur
TW beim Anlassen des Motors 1. Dadurch wird ein Problem
verhindert, das auftritt, wenn der Kaltstartmodus zu früh gestartet
wird, d.h., daß flüssiger Kraftstoff
ausgegeben wird, und wird ermöglicht,
daß der
Kaltstartmodus zum frühestmöglichen
Zeitpunkt beginnt, um die Temperatur der Einlaßöffnung 11 schnell
zu erhöhen
und dadurch die Emission unverbrannter Kohlenwasserstoffe sicher zu
steuern.
-
Außerdem wird
die Startzeit T1 des Kaltstartmodus basierend auf der Ansauglufttemperatur
TA, die die Verdampfungsbedingung für den Kraftstoff anzeigt, und
auf der Motordrehzahl Ne bestimmt, die die Verbrennungsbedingung
für den
Kraftstoff im Zylinder anzeigt, wodurch die Startzeit des Kaltstartmodus
so festgelegt werden kann, daß der
Kaltstartmodus optimal genutzt wird.
-
Andererseits
wird der Zeitpunkt zum Verschieben des Kaltstartmodus derart, daß Operationen
ausgeführt
werden, in denen das Luft/Kraftstoffverhältnis auf einen mageren Wert
eingestellt wird, und zum Verzögern
des Zündzeitpunkts
gemäß dem Betriebszustand
des Motors 1 (Kühlwassertemperatur
TW, Ansauglufttemperatur TA, Motordrehzahl Ne und Öltemperatur
TO) bestimmt, so daß die
Operationen, durch die das Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf einen mageren Wert
eingestellt wird, und die Verzögerung
des Zündzeitpunkts
jeder zeit zu einem geeigneten Zeitpunkt beginnen. Dadurch wird verhindert,
daß die
Qualität
des Verbrennungsvorgangs und damit die Emission unverbrannter Kohlenwasserstoffe schlechter
werden, was dann auftritt, wenn die Operation zu früh beginnt.
-
Obwohl
die Start- und Stoppzeit des Kaltstartmodus gemäß der fünften Ausführungsform geändert werden,
muß die
Stoppzeit des Kaltstartmodus nicht notwendigerweise geändert werden,
sondern sie kann eine vorgegebene feste Zeit sein.
-
Außerdem können, obwohl
in der fünften Ausführungsform
die Startzeit T1 und die Fortsetzungszeit T2 basierend auf der Ansauglufttemperaturkorrekturzeit
Ta1, Ta2 und der Motordrehzahlkorrekturzeit Tb1, Tb2 korrigiert
werden, die Startzeit T1 und die Fortsetzungszeit T2 auch basierend
auf der Ansauglufttemperaturkorrekturzeit Ta1, Ta2 oder der Motordrehzahlkorrekturzeit
Tb1, Tb2 korrigiert werden.
-
Außerdem können, obwohl
in der fünften Ausführungsform
der Zeitpunkt zum Starten des Vorverlegens des Öffnungs- und des Schließzeitpunkts des
Einlaßventils 7a gemäß der Startzeit
T1 geändert wird,
der Zeitpunkt zum Vorverlegen des Öffnungs- und des Schließzeitpunkts
des Einlaßventils 7a nach vorne
auch durch Reduzieren einer variablen Zeit T11 (d.h. der Geschwindigkeit,
mit der die Vorverlegung des Öffnungs-
und des Schließzeitpunkts
des Einlaßventil 7b gesteuert
wird) geändert
werden, während
die Zeit, in der die ECU 31 als variable Geschwindigkeitsverringerungseinrichtung
dient, um mit der Vorverlegung des Öffnungs- und des Schließzeitpunkts
des Einlaßventils 7a zu
beginnen, fest ist. In diesem Fall kann die variable Zeit T11 gemäß der Kühlwassertemperatur
TW, der Ansauglufttemperatur TA, der Motordrehzahl Ne und der Öltemperatur TO
auf die gleiche Weise bestimmt werden wie für den Fall, in dem die Startzeit
T1 bestimmt wird.
-
Die
Erfindung soll nicht auf die dargestellten ersten bis fünften Ausführungsformen
beschränkt sein,
sondern die Erfindung soll alle Modifikationen, alternativen Konstruktionen
und Äquivalente
abdecken, die in den durch die beige fügten Patentansprüche definierten
Schutzumfang der Erfindung fallen.
-
Beispielswiese
werden in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen flügel- oder
propellerförmige
Zeitsteuerungsmechanismen 8a, 8b verwendet, es
können
jedoch auch spiralförmige Zeitsteuerungsmechanismen,
exzentrische Zeitsteuerungsmechanismen, die die Exzentrizität von Nocken
oder Kurvenscheiben bezüglich
den Nockenwellen ändern,
Schaltzeitsteuerungsmechanismen, die Nocken mit verschiedenen Kenngrößen oder
Eigenschaften selektiv aktivieren, oder elektromagnetische Zeitsteuerungsmechanismen
verwendet werden, die Ventile durch ein elektromagnetisches Stellglied
direkt öffnen
und schließen.
-
Außerdem kann,
obwohl die vorliegende Erfindung in den vorstehend beschriebenen
Ausführungsformen
auf einen Motor 1 mit Einlaßöffnungseinspritzung angewendet
wird, die vorliegende Erfindung auch auf einen Motor mit Zylindereinspritzung angewendet
werden, bei dem Kraftstoff direkt in einen Zylinder eingespritzt
wird. In diesem Fall wird eine Überlappung
im Einlaßhubbereich
erzeugt, um den an einem Punkt in der Nähe des oberen Totpunktes (OT)
eingespritzten Kraftstoff sicher zu verbrennen, ohne daß Krafstoff
direkt ausgegeben wird, und dadurch die Emission unverbrannter Kohlenwasserstoffe
wie im Fall der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen zu steuern.