DE102018001459A1 - Motor mit Kompressionsselbstzündung, Steuervorrichtung für diesen, Verfahren zum Steuern bzw. Regeln eines Motors und Computerprogrammprodukt - Google Patents

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Takashi Kaminaga
Toru Miyamoto
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Abstract

Eine Steuervorrichtung bzw. Regelvorrichtung für einen Verbrennungsmotor mit Kompressionsselbstzündung wird bereitgestellt, welche ein variables Ventilbetätigungssystem, das dafür konfiguriert ist, internes Abgasrückführungs (AGR)-Gas in einen Brennraum einzuführen, ein Ladesystem, welches dafür konfiguriert ist, Ansaugluft aufzuladen, eine Steuerung, welche dafür konfiguriert ist, das Ventilbetätigungssystem zu steuern, und einen Sensor enthält, welcher mit der Steuerung verbunden und dafür konfiguriert ist, einen Parameter zu erfassen, welcher einen Betriebszustand des Motors betrifft. Eine Betriebsart des Ventilbetätigungssystems ist zwischen einer ersten und einer zweiten Betriebsart umschaltbar. Das Ladesystem lädt die Ansaugluft auf, wenn eine Motorlast höher als eine bestimmte Last ist, und lädt sie nicht auf, wenn sie niedriger als die bestimmte Last ist. Wenn die Motorlast hoch ist, steuert die Steuerung das Ventilbetätigungssystem zum Arbeiten in der ersten Betriebsart, und wenn die Last niedrig ist, steuert die Steuerung das Ventilbetätigungssystem zum Arbeiten in der zweiten Betriebsart.

Description

  • GEBIET DER TECHNIK
  • Diese Erfindung betrifft einen Motor mit Kompressionsselbstzündung, eine Steuervorrichtung bzw. Regelvorrichtung für einen Motor mit Kompressionsselbstzündung. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Steuern bzw. Regeln eines Motors sowie ein Computerprogrammprodukt.
  • HINTERGRUND DER OFFENBARUNG
  • Die JP 2015 - 098 802 A offenbart einen Motor, welcher internes Abgasrückführungsgas oder AGR-Gas innerhalb eines Betriebsbereichs, in dem Gasgemisch in dem Brennraum durch Selbstzündung verbrannt wird, in einen Brennraum einführt. Dieser Motor enthält einen Ventilbetätigungsmechanismus zum Öffnen eines Auslassventils, und eine Betriebsart des Ventilbetätigungsmechanismus ist zwischen einem Normalbetrieb und einem Spezialbetrieb schaltbar. Beispielsweise wird in dem Normalbetrieb das Auslassventil bei dem Auslasshub geöffnet, während in dem Spezialbetrieb das Auslassventil bei dem Auslasshub und bei dem Einlasshub geöffnet wird. Der Ventilbetätigungsmechanismus hat einen ersten Nocken und einen zweiten Nocken. Der erste Nocken wird im Normalbetrieb gewählt und hat einen Nockenansatz. Der zweite Nocken wird im Spezialbetrieb gewählt und hat zwei Nockenansätze. Insbesondere hat der zweite Nocken ein Nockenprofil, bei dem nach Öffnen des Auslassventils ein Hub allmählich auf einen höchsten Hub ansteigt und dann allmählich abnimmt. Diese allmähliche Abnahme bringt den Hub nicht direkt auf Null, sondern hält den Hub auf einem bestimmten Hub, welcher niedriger als der höchste Hub ist, und bringt ihn dann auf Null. Somit wird bei dem Spezialbetrieb das Auslassventil bei dem Einlasshub geöffnet. Wenn das interne AGR-Gas in den Brennraum eingeführt wird, betätigt bei dem in der JP 2015 - 098 802 A beschriebene Motor den Ventilbetätigungsmechanismus in dem Spezialbetrieb. Somit öffnet das Auslassventil bei dem Einlasshub, und ein Teil des während des Auslasshubs an einen Auslasskanal abgegebenen Abgases wird in den Brennraum zurückgeführt. Durch Einstellen eines internen Abgasrückführungs (AGR)-Verhältnisses (ein Gewichtsverhältnis von internem AGR-Gas zu einem Gewicht des gesamten in den Brennraum eingeführten Gases), wird ferner ein Temperaturzustand in dem Brennraum auf geeignete Weise beibehalten, und das Gasgemisch wird stabil durch Selbstzündung verbrannt.
  • Bei dem in der JP 2015 - 098 802 A beschriebenen Motor ist die Selbstzündungsverbrennung des Gasgemischs in dem Brennraum dahingehend eingeschränkt, dass sie innerhalb eines engen Betriebsbereichs durchgeführt wird, in dem eine Motorlast niedrig ist. In dieser Hinsicht verbessert sich ein Brennstoffwirkungsgrad durch Erweitern dieses Betriebsbereichs zur Seite der höheren Motorlast.
  • Daher kann ein Fall in Betracht gezogen werden, bei dem ein Motor eine Ladevorrichtung oder einen Lader zum Aufladen von in einen Brennraum eingeführter Ansaugluft hat, und bei dem in einem Bereich hoher Motorlast Ansaugluft derart aufgeladen wird, dass eine Menge an Frischluft entsprechend einer Zunahme einer Kraftstoffmenge ansteigt. Dadurch wird der Betriebsbereich, in das Gasgemisch in dem Brennraum durch Selbstzündung verbrannt wird, zur Seite der höheren Motorlast hin erweitert.
  • Wenn sich jedoch das Auslassventil wie oben beschrieben bei dem Einlasshub öffnet, während der Lader die Ansaugluft auflädt, tritt dadurch, dass sowohl das Auslassventil aus auch das Einlassventil bei dem Einlasshub geöffnet werden, ein Vorbeiströmen der Ansaugluft von der Einlassseite zu der Auslassseite des Motors auf. Somit wird es schwierig, die Menge an internem AGR-Gas, welches in den Brennraum eingeführt wird, exakt einzustellen. Mit anderen Worten: Die Steuerbarkeit bzw. Regelbarkeit des internen AGR-Verhältnisses wird schlechter.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
  • Diese Erfindung ist angesichts der obigen Situationen konzipiert und zielt darauf ab, die Steuerbarkeit bzw. Regelbarkeit eines internen AGR-Verhältnisses eines Motors mit Kompressionsselbstzündung zu verbessern.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Ausbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
  • Gemäß einem Aspekt dieser Offenbarung wird eine Steuervorrichtung bzw. Regelvorrichtung für einen Verbrennungsmotor mit Kompressionsselbstzündung bereitgestellt, welcher dafür konfiguriert ist, Gasgemisch in einem Brennraum durch Selbstzündung zu verbrennen, wobei der Motor ein variables Ventilbetätigungssystem, welches dafür konfiguriert ist, internes Abgasrückführungs (AGR)-Gas in den Brennraum einzuführen, indem es eine Öffnungsoperation mindestens eines Auslassventils von einem Einlassventil und einem Auslassventil zu ändern, ein Ladesystem, welches dafür konfiguriert ist, in den Brennraum eingeführte Ansaugluft aufzuladen, wobei die Steuervorrichtung eine Steuerung bzw. Regelung beinhaltet, welche dafür konfiguriert ist, ein Steuer- bzw. Regelsignal an mindestens das variable Ventilbetätigungssystem zum Betreiben des Motors auszugeben, und einen Sensor beinhaltet, welcher mit der Steuerung verbunden und dafür konfiguriert ist, einen zu einem Betriebszustand des Motors gehörigen Parameter zu erfassen und ein Erfassungssignal an die Steuerung auszugeben.
  • Eine Betriebsart des variablen Ventilbetätigungssystems ist zwischen einer ersten Betriebsart, in welcher das Auslassventil vor einem oberen Totpunkt des Auslasshubs geschlossen wird, um das interne AGR-Gas in dem Brennraum einzuschließen, und einer zweiten Betriebsart umschaltbar ist, in dem das Auslassventil bei dem Einlasshub geöffnet wird, um das interne AGR-Gas in den Brennraum einzuführen. In einem Betriebsbereich des Motors, in dem der Motor durch Selbstzündungsverbrennung arbeitet, lädt das Ladesystem die in den Brennraum eingeführte Ansaugluft auf, wenn eine Motorlast höher als eine bestimmte Last ist, und wenn die Motorlast niedriger als die bestimmte Last ist, wird das Aufladen der Ansaugluft verhindert. Wenn die Motorlast höher als die bestimmte Last ist, gibt die Steuerung ein Steuersignal an das variable Ventilbetätigungssystem aus, um das variable Ventilbetätigungssystem zu veranlassen, in der ersten Betriebsart zu arbeiten, und wenn die Motorlast niedriger als die bestimmte Last ist, gibt die Steuerung ein Steuersignal an das variable Ventilbetätigungssystem aus, um das variable Ventilbetätigungssystem zu veranlassen, in der zweiten Betriebsart zu arbeiten.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verbrennungsmotor mit Kompressionsselbstzündung angegeben, welcher dafür konfiguriert ist, Gasgemisch in einem Brennraum durch Selbstzündung zu verbrennen, umfassend:
    • ein variables Ventilbetätigungssystem, welches dafür konfiguriert ist, internes AGR-Gas in den Brennraum einzuführen, indem eine Öffnungsoperation mindestens eines Auslassventils des Motors geändert wird;
    • ein Ladesystem, welches dafür konfiguriert ist, in den Brennraum eingeführte Ansaugluft aufzuladen; wobei
    • eine Betriebsart des variablen Ventilbetätigungssystems zwischen einer ersten Betriebsart, in welcher das Auslassventil vor einem oberen Totpunkt des Auslasshubs geschlossen wird, um das interne AGR-Gas in dem Brennraum einzuschließen, und einer zweiten Betriebsart schaltbar ist, in dem das Auslassventil bei dem Einlasshub geöffnet wird, um das interne AGR-Gas in den Brennraum einzuführen,
    • in einem Betriebsbereich des Motors, in dem der Motor durch Selbstzündungsverbrennung arbeitet, das Ladesystem die in den Brennraum eingeführte Ansaugluft auflädt, wenn eine Motorlast höher als eine bestimmte Last ist, und wenn die Motorlast niedriger als die bestimmte Last ist, das Aufladen der Ansaugluft verhindert wird, wenn die Motorlast höher als die bestimmte Last ist, das variable Ventilbetätigungssystem in der ersten Betriebsart arbeitet, und wenn die Motorlast niedriger als die bestimmte Last ist, das variable Ventilbetätigungssystem, in der zweiten Betriebsart arbeitet.
  • Der Betriebsbereich, in dem der Motor durch Selbstzündungsverbrennung arbeitet, kann einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich enthalten, in dem die Motorlast niedriger als der erste Bereich ist, das Ladesystem kann die in den Brennraum eingeführte Ansaugluft innerhalb des ersten Bereichs aufladen, und das Aufladen der Ansaugluft kann innerhalb des zweiten Bereichs verhindert werden. Innerhalb des ersten Bereichs kann die Steuerung ein Steuersignal an das variable Ventilsteuerungssystem ausgeben, um das variable Ventilsteuerungssystem zu veranlassen, in der ersten Betriebsart zu arbeiten, und innerhalb des zweiten Bereichs kann die Steuerung ein Steuersignal an das variable Ventilsteuerungssystem ausgeben, um das variable Ventilsteuerungssystem zu veranlassen, in der zweiten Betriebsart zu arbeiten.
  • Bei dieser Konfiguration lädt das Ladesystem innerhalb des zweiten Bereichs, in dem die Last in dem Betriebsbereich des Motors, in dem der Motor durch Selbstzündungsverbrennung arbeitet, relativ niedrig ist, die Ansaugluft nicht auf. Das heißt, der Motor arbeitet in einem selbstansaugenden oder nicht aufgeladenen Zustand. Die Steuerung betreibt das variable Ventilbetätigungssystem in der zweiten Betriebsart, in der das Auslassventil bei dem Einlasshub geöffnet wird, somit wird das interne AGR-Gas in den Brennraum eingeführt. Bei dem Einlasshub ist zwar sowohl das Einlassventil als auch das Auslassventil geöffnet, doch da das Ladesystem die Ansaugluft nicht auflädt, wird ein Vorbeiströmen der Ansaugluft von der Einlassseite zu der Auslassseite verhindert. Somit wird es möglich, die Menge des in den Brennraum eingeführten AGR-Gases exakt einzustellen. Mit anderen Worten: Innerhalb des zweiten Bereichs ist die Steuerbarkeit bzw. Regelbarkeit des internen AGR-Verhältnisses gewährleistet.
  • Durch Öffnen des Auslassventils auf dem Einlasshub wird ferner eine große Menge Abgas in den Brennraum eingeführt. Um die Selbstzündungsverbrennung innerhalb des zweiten Bereichs zu stabilisieren, in dem die Last relativ niedrig ist, ist es erforderlich, eine Temperatur in dem Brennraum zu erhöhen; da jedoch die Motorlast niedrig ist, ist eine Kraftstoffmenge gering und eine Temperatur des Abgases ist relativ niedrig. Durch Öffnen des Auslassventils auf dem Einlasshub und Einführen der großen Menge Abgas in den Brennraum, wird die Temperatur in dem Brennraum erhöht, wenn die Abgastemperatur niedrig ist. Das heißt, das Betreiben des variablen Ventilbetätigungssystems in der zweiten Betriebsart innerhalb des zweiten Bereichs ist vorteilhaft zum Erhöhen der Temperatur des Brennraums und damit zum Stabilisieren der Selbstzündungsverbrennung.
  • Innerhalb des ersten Bereichs, in dem die Last in dem Betriebsbereich des Motors, in dem der Motor durch Selbstzündungsverbrennung arbeitet, relativ hoch ist, verstärkt bzw. lädt dagegen das Ladesystem die Ansaugluft auf. Die Steuerung betreibt das variable Ventilbetätigungssystem in der ersten Betriebsart, bei der das Auslassventil vor dem oberen Totpunkt des Auslasshubs geschlossen wird. Für eine negative Überlappungszeit, in der das Auslassventil und das Einlassventil beide geschlossen sind, ist um den oberen Totpunkt des Auslasshubs herum gesorgt. Somit wird das interne AGR-Gas in dem Brennraum eingeschlossen. Da das Auslassventil und das Einlassventil sich nicht gleichzeitig öffnen, tritt beim Einlasshub, selbst wenn das Ladesystem die Ansaugluft verstärkt, kein Vorbeiströmen der Ansaugluft von der Einlassseite auf die Auslassseite auf. Somit wird es möglich, die Menge des in den Brennraum eingeführten AGR-Gases exakt einzustellen. Mit anderen Worten: Auch innerhalb des ersten Bereichs ist die Steuerbarkeit bzw. Regelbarkeit des internen AGR-Verhältnisses gewährleistet.
  • Durch Bereitstellen der negativen Überlappungszeit des Auslassventils und des Einlassventils zum Einführen des internen AGR-Gases in den Brennraum, wird die Einführmenge des internen AGR-Gases kleiner als wenn das interne AGR-Gas durch Öffnen des Auslassventils auf dem Einlasshub in den Brennraum eingeführt wird. Um jedoch die Selbstzündungsverbrennung innerhalb des ersten Bereichs zu stabilisieren, in dem die Last relativ hoch ist, kann die Temperatur in dem Brennraum relativ niedrig sein. Da die Kraftstoffmenge innerhalb des ersten Bereichs groß ist, ist außerdem die Temperatur des Abgases hoch. Daher ist die Temperatur in dem Brennraum auf wünschenswerte Weise erhöht, selbst wenn die Einführmenge des internen AGR-Gases in den Brennraum klein ist.
  • Wenn sich ein Betriebszustand des Motors von dem zweiten Bereich zu dem ersten Bereich ändert, kann die Steuerung Steuersignale an das variable Ventilbetätigungssystem und das Ladesystem ausgeben, um das variable Ventilbetätigungssystem dazu zu veranlassen, die Betriebsart von der zweiten Betriebsart in die erste Betriebsart umzuschalten, und das Ladesystem dazu zu veranlassen, das Aufladen der Ansaugluft zu starten, nachdem die Betriebsart umgeschaltet worden ist.
  • Auf diese Weise öffnen sich das Auslassventil und das Einlassventil nicht gleichzeitig auf dem Einlasshub, wenn das Aufladen der Ansaugluft gestartet wird, und daher wird das Vorbeiströmen der Ansaugluft zuverlässig verhindert. Somit verbessert sich die Steuerbarkeit des internen AGR-Verhältnisses.
  • Das Ladesystem kann einen Turbolader, welcher von dem Motor angetrieben ist, und eine Kupplung enthalten, welche zwischen dem Motor und dem Turbolader vorgesehen ist und dafür konfiguriert ist, die Übertragung von Antriebskraft von dem Motor zu dem Turbolader auszuführen und zu unterbrechen. Die Steuerung kann ein Steuersignal an die Kupplung ausgeben, um die Kupplung dazu zu veranlassen, eingerückt zu werden, nachdem die Betriebsart des variablen Ventilbetätigungssystems von der zweiten Betriebsart in die erste Betriebsart umgeschaltet ist.
  • Mit dieser Konfiguration wird das Starten und Anhalten des Aufladens der Ansaugluft durch das Ladesystem mit hoher Ansprechempfindlichkeit gesteuert bzw. geregelt. Das variable Ventilbetätigungssystem und das Ladesystem arbeiten zusammen, um die Steuerbarkeit des internen AGR-Verhältnisses zu verbessern.
  • Wenn sich der Betriebszustand des Motors von dem ersten Bereich in den zweiten Bereich ändert, kann die Steuerung ein Steuersignal an das variable Ventilbetätigungssystem ausgeben, um das variable Ventilbetätigungssystem zu veranlassen, die Betriebsart von der ersten Betriebsart in die zweite Betriebsart umzuschalten, nachdem der Ladedruck des Ladesystems auf einen bestimmten Druck abgefallen ist.
  • Da der Ladedruck auf den bestimmten Druck abfällt, wenn sowohl das Einlassventil als auch das Auslassventil beim Einlasshub geöffnet werden, wird auf diese Weise das Vorbeiströmen der Ansaugluft verhindert. Somit verbessert sich die Steuerbarkeit des internen AGR-Verhältnisses.
  • Der Motor kann arbeiten, indem er innerhalb eines dritten Bereichs, in dem die Motorlast höher als in dem ersten Bereich ist, das Gasgemisch bei einem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis durch Funkenzündung verbrennt. Innerhalb des ersten Bereichs kann die Steuerung ein Steuersignal an das Ladesystem ausgeben, sodass der Ladedruck mit steigender Motorlast steigt. Die Steuerung kann ein Steuersignal an das Ladesystem ausgeben, sodass der Ladedruck zu einem Zeitpunkt, wenn sich der Betriebszustand des Motors von dem ersten Bereich zu dem dritten Bereich ändert, einmal abfällt.
  • Wenn die Motorlast steigt und die Kraftstoffmenge steigt, wird es schwierig, Verbrennungsgeräusche zu reduzieren, wenn das Gasgemisch durch Selbstzündung verbrannt wird. Somit ist es in dem dritten Bereich, in dem die Motorlast hoch ist, vorzuziehen, den Motor durch Verbrennen des Gasgemischs bei einem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis durch Funkenzündung zu betreiben.
  • Innerhalb des ersten Bereichs, in dem die Selbstzündungsverbrennung durchgeführt wird, ist es hier vorzuziehen, den Ladedruck zu erhöhen, während die Motorlast ansteigt, d.h. während die Kraftstoffmenge ansteigt, sodass die Einführmenge von Gas in den Brennraum erhöht wird. Es ist jedoch erforderlich das Gasgemisch zu dem Zeitpunkt auf das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu bringen, zu dem sich der Betriebszustand des Motors von dem ersten Bereich zu dem dritten Bereich ändert. Es sei darauf hingewiesen, dass „das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis“ hier beispielsweise einen Bereich für das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis haben kann, um innerhalb eines Reinigungsfensters eines Drei-Wege-Katalysators zu bleiben.
  • So gibt die Steuerung das Steuersignal an das Ladesystem ab, sodass der Ladedruck zu dem Zeitpunkt, zu dem der Betriebszustand des Motors von dem ersten Bereich zu dem dritten Bereich wechselt, einmal abfällt. Mit der Konfiguration wird eine Einführmenge von frischer Luft in den Brennraum reduziert, und damit wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gasgemischs zu dem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Innerhalb des dritten Bereichs wird die Verbrennung durch Zündfunkgen stabil durchgeführt.
  • Das Ladesystem kann die in den Brennraum eingeführte Ansaugluft innerhalb des dritten Bereichs aufladen. Innerhalb des dritten Bereichs kann die Steuerung ein Steuersignal an das variable Ventilbetätigungssystem ausgeben, um das variable Ventilbetätigungssystem dazu zu veranlassen, in einer dritten Betriebsart zu arbeiten, in welcher sich sowohl das Einlassventil als auch das Auslassventil um den oberen Totpunkt des Auslasshubs herum öffnen, um Abgas in dem Brennraum zu spülen.
  • Das heißt, innerhalb des dritten Bereichs ermöglicht die Kombination daraus, dass sowohl das Einlassventil als auch das Auslassventil um den oberen Totpunkt des Auslasshubs herum geöffnet sind (d.h. eine positive Überlappungszeit des Einlassventils und des Auslassventils ist vorhanden) und dass das Ladesystem die Ansaugluft auflädt, das Spülen das Abgases in dem Brennraum. So wird die Temperatur in dem Brennraum reduziert. Da die Motorlast hoch ist, kann innerhalb des dritten Bereichs eine abnormale Verbrennung, sie beispielsweise vorzeitige Zündung und Klopfen auftreten; durch Spülen des Abgases in dem Brennraum wie oben beschrieben, wird jedoch die abnormale Verbrennung verhindert, was zum Verbessern des Brennstoffwirkungsgrads innerhalb des dritten Bereichs, in dem die Verbrennung durch Funkenzündung ausgeführt wird, vorteilhaft ist.
  • Das variable Ventilbetätigungssystem kann einen ersten Nocken, der dafür konfiguriert ist, in der ersten Betriebsart gewählt zu werden und das Auslassventil auf dem Auslasshub zu öffnen, einen zweiten Nocken, welcher dafür konfiguriert ist, in der zweiten Betriebsart gewählt zu werden und das Auslassventil auf dem Auslasshub und dem Einlasshub zu öffnen, und einen Schaltmechanismus enthalten, welcher dafür konfiguriert ist, den Betätigungsnocken zwischen dem ersten und dem zweiten Nocken umzuschalten. Die Steuerung kann ein Steuersignal an das variable Ventilbetätigungssystem ausgeben, um das variable Ventilbetätigungssystem dazu zu veranlassen, den Betätigungsnocken in Abhängigkeit des Betriebszustands des Motors zwischen dem ersten und dem zweiten Nocken zu wechseln.
  • Dabei kann der zweite Nocken das Auslassventil auf dem Auslasshub öffnen, es einmal schließen und dann auf dem Einlasshub erneut öffnen. Alternativ kann der zweite Nocken das Auslassventil auf dem Auslasshub öffnen, es über eine bestimmte Zeitdauer offen halten und dann auf dem Einlasshub schließen.
  • Mit dieser Konfiguration wird durch Wechseln zwischen dem ersten und dem zweiten Nocken, die Betriebsart schnell zwischen der ersten Betriebsart und der zweiten Betriebsart umgeschaltet.
  • Das variable Ventilbetätigungssystem kann einen variablen Ventilzeitsteuermechanismus enthalten, welcher dafür konfiguriert ist, eine Betätigungszeitsteuerung des Auslassventils zu ändern. Wenn das variable Ventilbetätigungssystem in der ersten Betriebsart arbeitet, kann ein internes AGR-Verhältnis innerhalb des Brennraums ansteigen, während die Betätigungszeitsteuerung des Auslassventils vorgezogen ist, wenn das variable Ventilbetätigungssystem in der zweiten Betriebsart arbeitet, kann das interne AGR-Verhältnis ansteigen, während die Betätigungszeitsteuerung des Auslassventils verzögert ist, und wenn die Betätigungszeitsteuerung des Auslassventils eine spezielle Betätigungszeitsteuerung ist, kann das interne AGR-Verhältnis in der ersten Betriebsart das gleiche wie das interne AGR-Verhältnis in der zweiten Betriebsart sein. Wenn der Betriebszustand des Motors zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich umschaltet, kann die Steuerung ein Steuersignal an das variable Ventilbetätigungssystem ausgeben, um das variable Ventilbetätigungssystem dazu zu veranlassen, die Betriebsart zwischen der ersten Betriebsart und der zweiten Betriebsart umzuschalten, wenn die Betätigungszeitsteuerung des Auslassventils die spezielle Betätigungszeitsteuerung ist.
  • Wenn die Betriebsart des variablen Ventilbetätigungssystems zwischen der ersten Betriebsart und der zweiten Betriebsart umgeschaltet wird, da die Betätigungszeitsteuerung des Auslassventils die spezielle Betätigungszeitsteuerung ist, wird somit das interne AGR-Verhältnis nicht geändert. Wenn der Betriebszustand des Motors zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich umschaltet, ändert sich daher das interne AGR-Verhältnis in dem Brennraum nicht, was eine instabile Selbstzündungsverbrennung verhindert.
  • Die Steuerung kann ein Steuersignal an das variable Ventilbetätigungssystem ausgeben, sodass das interne AGR-Verhältnis kontinuierlich abnimmt, während die Motorlast über den gesamten ersten und zweiten Bereich zunimmt.
  • Somit wird innerhalb des ersten und des zweiten Bereichs, in denen das Gasgemisch durch Selbstzündung verbrannt wird, die Temperatur in dem Brennraum in Abhängigkeit der Motorlast geeignet eingestellt. Infolgedessen wird die Selbstzündungsverbrennung stabilisiert.
  • Da sich das interne AGR-Verhältnis nicht ändert, wenn die Betriebsart des variablen Ventilöffnungssystems durch Wechseln zwischen dem ersten und dem zweiten Nocken zwischen der ersten Betriebsart und der zweiten Betriebsart umgeschaltet wird, wird außerdem die Kontinuität des internen AGR-Verhältnisses auf einer Grenze zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich beibehalten.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Steuern bzw. Regeln eines Verbrennungsmotors mit Kompressionsselbstzündung, welcher dafür konfiguriert ist, Gasgemisch in einem Brennraum durch Selbstzündung zu verbrennen, angegeben, welches die folgenden Schritte umfasst:
    • Einführen von internem AGR-Gas in den Brennraum durch Ändern einer Öffnungsoperation mindestens eines Auslassventils des Motors;
    • Aufladen von in den Brennraum eingeführter Ansaugluft; wobei
    • Schalten zwischen einer ersten Betriebsart, in der das Auslassventil vor einem oberen Totpunkt des Auslasshubs geschlossen wird, um das interne Abgasrückführungs (AGR)-Gas in dem Brennraum einzuschließen, und einer zweiten Betriebsart, in der das Auslassventil auf dem Einlasshub geöffnet wird, um das interne AGR-Gas in den Brennraum einzuführen,
    • Aufladen der in den Brennraum eingeführten Ansaugluft in einem Betriebsbereich des Motors, in dem der Motor durch Selbstzündungsverbrennung arbeitet, wenn eine Motorlast höher als eine bestimmte Last ist, und
    • Verhindern des Aufladens der Ansaugluft, wenn die Motorlast niedriger als die bestimmte Last ist, und
    • Betreiben in der ersten Betriebsart, wenn die Motorlast höher als die bestimmte Last ist, und Betreiben in der zweiten Betriebsart, wenn die Motorlast niedriger als die bestimmte Last ist.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Computerprogrammprodukt angegeben, welches computerlesbare Befehle umfasst, die, wenn sie auf einem geeigneten System geladen sind und ausgeführt werden, die Schritte des oben erwähnten Verfahrens ausführen können.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine Ansicht, welche eine Konfiguration eines Motors mit Kompressionsselbstzündung zeigt.
    • 2 ist ein Blockschaltbild, welches eine Konfiguration einer Steuervorrichtung des Motors mit Kompressionsselbstzündung zeigt.
    • 3 ist ein Diagramm, welches einen Betriebsbereich des Motors zeigt.
    • 4 zeigt Diagramme, welche Änderungen in einem Kraftstoffeinspritzverhältnis einer ersten Einspritzung zu einer zweiten Einspritzung, einen Startzeitpunkt der ersten Einspritzung und einen Startzeitpunkt der zweiten Einspritzung in Bezug auf eine Motorlast zeigen.
    • 5 ist eine Ansicht, welche eine Struktur eines Ventilbetätigungsmechanismus eines Auslassventils zeigt.
    • 6 ist ein Diagramm, welches eine Änderung in Betätigungszeitsteuerungen des Auslassventils und eine Änderung eines Hubs eines Einlassventils zeigt.
    • 7 zeigt Diagramme, welche Beziehungen des Ventilhubs zwischen dem Einlassventil und dem Auslassventil in jeweiligen Betriebsbereichen zeigen.
    • 8 zeigt Diagramme, welche Änderungen eines internen AGR-Verhältnisses, einer Betätigungszeit des Auslassventils und einer Schließzeit des Auslassventils in Bezug auf die Motorlast zeigen.
    • 9 zeigt Diagramme, welche Änderungen des Hubs des Einlassventils, einer Schließzeit des Einlassventils, einer Öffnungszeit des Einlassventils und eines Ladedrucks in Bezug auf die Motorlast zeigen.
    • 10 ist ein Diagramm, welches einen Hubzustand des Auslassventils und einen Hubzustand des Einlassventils innerhalb eines CI-Bereichs (Kompressionszündungs-Bereichs; engl. CI: compression ignition) ohne Aufladung zeigt.
    • 11 ist ein Diagramm, welches die Gaszusammensetzung innerhalb des Brennraums innerhalb des CI-Bereichs ohne Aufladung und eines CI-Bereichs mit Aufladung zeigt.
    • 12 zeigt Diagramme, welche Änderungen der Schließzeitsteuerung des Einlassventils und des Ladedruck in Bezug auf die Motorlast zeigen.
    • 13 ist ein Diagramm, welches eine Beziehung zwischen der Betätigungszeitsteuerung des Auslassventils und dem internen AGR-Verhältnis zeigt, wenn ein Betriebszustand des Motors von dem CI-Bereich ohne Aufladung in den CI-Bereich mit Aufladung umschaltet.
    • 14 ist ein Flussdiagramm, welches ein Steuerbeispiel eines variablen Ventilbetätigungssystems seines Ladesystems zeigt, wenn der Betriebszustand des Motors von dem CI-Bereich ohne Aufladung in den CI-Bereich mit Aufladung umschaltet.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER OFFENBARUNG
  • Nachfolgend wird eine Ausführungsform einer Steuervorrichtung für einen Motor mit Kompressionsselbstzündung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen ausführlich beschrieben. Es sei darauf hingewiesen, dass die folgende Beschreibung ein Beispiel für die Steuervorrichtung des Motors mit Kompressionsselbstzündung ist. 1 ist eine Ansicht, welche eine Konfiguration des Motors mit Kompressionsselbstzündung darstellt. 2 ist ein Blockschaltbild, welches eine Konfiguration der Steuervorrichtung des Motors mit Kompressionsselbstzündung darstellt.
  • Der Motor 1 ist einem Allrad-Kraftfahrzeug eingebaut. Das Fahrzeug fährt durch einen Betrieb des Motors 1. Der Kraftstoff des Motors 1 bei dieser Ausführungsform ist Benzin. Das Benzin kann Bioethanol usw. enthalten. Der Kraftstoff des Motors 1 kann jede Art von Kraftstoff sein, so lange es ein flüssiger Kraftstoff ist, der zumindest Benzin enthält.
  • (Motorkonfiguration)
  • Der Motor 1 beinhaltet einen Zylinderblock 12 und einen Zylinderkopf 13, welcher auf dem Zylinderblock 12 platziert ist. Der Zylinderblock 12 ist innen mit mehreren Zylindern 11 ausgebildet. Mit anderen Worten: Der Motor 1 ist ein Mehrzylindermotor. In 1 ist nur ein Zylinder 11 dargestellt.
  • Ein Kolben 3 ist hin- und herbewegbar in jeden Zylinder 11 eingesetzt. Der Kolben 3 ist über eine Pleuelstange 14 mit einer Kurbelwelle 15 gekoppelt. Der Kolben 3 bildet zusammen mit dem Zylinder 11 und dem Zylinderkopf 13 einen Brennraum 17. Es sei darauf hingewiesen, dass die Definition „Brennraum“ nicht auf einen Raum beschränkt ist, der zu einem Zeitpunkt gebildet wird, zu dem der Kolben 3 einen oberen Totpunkt (OT) des Verdichtungshubs erreicht, sondern dass eine weit gefasste Definition angewendet werden kann. Das heißt, dass „Brennraum“ jeglichen Raum bezeichnen kann, der durch den Kolben 3, den Zylinder 11 und den Zylinderkopf 13 gebildet wird, ungeachtet der Position des Kolbens 3. Obwohl nicht im Detail dargestellt, hat der Kolben 3 eine flache Oberfläche. In der Oberfläche des Kolbens 3 ist eine Aushöhlung ausgebildet. Eine untere Fläche des Zylinderkopfs 13, d.h. eine Deckenfläche des Brennraums 17 ist durch zwei geneigte Flächen ausgebildet. Der Brennraum 17 hat eine sogenannte Pultdachform.
  • Ein geometrisches Verdichtungsverhältnis des Motors 1 wird hoch eingestellt, um einen theoretischen Wärmewirkungsgrad zu verbessern und die später beschriebene CI-Verbrennung (d.h. die Kompressionszündungsverbrennung; CI: Compression Ignition) zu stabilisieren. Beispielsweise ist das geometrische Verdichtungsverhältnis des Motors 1 ungefähr 17:1 oder höher. Das geometrische Verdichtungsverhältnis kann geeigneterweise innerhalb eines Bereichs von ungefähr 17:1 bis ungefähr 20:1, z.B. ungefähr 18:1 eingestellt sein.
  • Der Zylinderkopf 13 ist mit zwei Einlassöffnungen 18 für jeden Zylinder 11 ausgebildet (1 zeigt nur eine Einlassöffnung 18). Jede Einlassöffnung 18 kommuniziert mit dem Brennraum 17. Ein Einlassventil 21 ist in der Einlassöffnung 18 angeordnet. Das Einlassventil 21 öffnet und schließt die Einlassöffnung 18 zu und von dem Brennraum 17. Ein Einlassventil-Betätigungsmechanismus öffnet und schließt das Einlassventil 21 zu bestimmten Zeiten. Wie in 2 dargestellt, weist bei dieser Ausführungsform der Einlassventil-Betätigungsmechanismus eine variable Einlassventilzeitsteuerung oder Einlass-WT 231 (VVT; variable valve timing) als ein variables Ventilbetätigungssystem und einen Zeitsteueränderungsmechanismus auf. Die variable Einlass-WT 231 ist innerhalb eines bestimmten Winkelbereichs kontinuierlich variabel von einer Drehphase einer Einlassnockenwelle. Die Öffnungs- und Schließzeiten des Einlassventils 21 ändern sich kontinuierlich. Es sei darauf hingewiesen, dass die Einlass-VVT 231 beispielsweise eine elektrische VVT oder eine hydraulische VVT sein kann.
  • Wie in 2 gezeigt, hat bei dieser Ausführungsform der Einlassventil-Betätigungsmechanismus ferner eine kontinuierlich variable Einlassventilhubsteuerung oder Einlass-CWL 232 (CWL: continuously variable valve lift) als ein variables Ventilbetätigungssystem sowie einen Hubsteuerungsänderungsmechanismus. Die Einlass-CVVL 232 ändert einen Hub des Einlassventils 21 kontinuierlich innerhalb eines bestimmten Bereichs. Es sei darauf hingewiesen, dass die Einlass-CWL 232 geeigneterweise eine bekannte Struktur verwenden kann.
  • Der Zylinderkopf 13 ist auch mit zwei Auslassöffnungen 19 für jeden Zylinder 11 ausgebildet (1 zeigt nur eine Auslassöffnung 19). Jede Auslassöffnung 19 kommuniziert mit dem Brennraum 17. Ein Auslassventil 22 ist in der Auslassöffnung 19 angeordnet. Das Auslassventil 22 öffnet und schließt die Auslassöffnung 19 zu und von dem Brennraum 17. Ein Auslassventil-Betätigungsmechanismus öffnet und schließt das Auslassventil 22 zu bestimmten Zeiten. Wie in 2 dargestellt, weist bei dieser Ausführungsform der Auslassventil-Betätigungsmechanismus eine variable Auslassventilzeitsteuerung oder Auslass-WT 241 als ein variables Ventilbetätigungssystem und einen Zeitsteueränderungsmechanismus auf. Die variable Auslass-VVT 241 ist innerhalb eines bestimmten Winkelbereichs kontinuierlich variabel von einer Drehphase einer Auslassnockenwelle. Die Öffnungs- und Schließzeiten des Auslassventils 22 ändern sich kontinuierlich. Es sei darauf hingewiesen, dass die Auslass-VVT 241 beispielsweise eine elektrische VVT oder eine hydraulische VVT sein kann.
  • Wie in 2 gezeigt, hat bei dieser Ausführungsform der Auslassventil-Betätigungsmechanismus eine variable Auslassventilhubsteuerung oder Auslass-VVL 242 (WL: continuously variable valve lift) als ein variables Ventilbetätigungssystem. Die Auslass-WL 232 ändert einen Hub des Auslassventils 22 dadurch dass sie entweder einen ersten Nockenteil 811 oder einen zweiten Nockenteil 812 veranlasst, das Auslassventil 22 zu öffnen.
  • Wie später ausführlich beschrieben, stellt der Motor 1 die Länge einer Überlappungszeit der Öffnungszeit des Einlassventils 21 und der Schließzeit des Auslassventils 22 durch den Einlassventil-Betätigungsmechanismus und den Auslassventil-Betätigungsmechanismus ein. Somit wird das Abgas in dem Brennraum 17 gespült oder heißes Abgas wird in dem Brennraum 17 eingeschlossen (d.h. internes AGR-Gas wird in den Brennraum 17 eingeführt). Wenn sich der Motor 1 in einem bestimmten Betriebszustand befindet, öffnet der Auslassventil-Betätigungsmechanismus das Auslassventil 22 auf dem Einlasshub. Somit wird das interne AGR-Gas in den Brennraum 17 eingeführt.
  • Für jeden Zylinder 11 ist ein Injektor 6 an dem Zylinderkopf 13 angebracht. Der Injektor 6 spritzt Kraftstoff direkt in den Brennraum 17 ein. Der Injektor 6 ist so angeordnet, dass ihre Mittelachse entlang einer Mittelachse des Zylinders 11 verläuft und ist zu der Aushöhlung ausgerichtet. Es sei darauf hingewiesen, dass die Mittelachse des Injektors 6 von der Mittelachse des Zylinders 11 versetzt sein kann.
  • Obwohl nicht im Detail dargestellt, ist der Injektor 6 durch eine Kraftstoffinjektor mit mehreren Öffnungen konstruiert, welche mehrere Düsenauslässe hat. Der Injektor 6 spritzt den Kraftstoff so ein, dass der Kraftstoffstrahl sich von der Mitte des Brennraums 17 aus radial verteilt.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass der Injektor 6 nicht auf den Injektor mit mehreren Öffnungen beschränkt ist. Der Injektor 6 kann ein Injektor mit nach außen öffnendem Ventil verwenden.
  • Ein Kraftstoffzuführsystem 61 ist mit dem Injektor 6 verbunden. Das Kraftstoffzuführsystem 61 beinhaltet einen Kraftstofftank 63, welcher zum Aufbewahren von Kraftstoff konfiguriert ist, und einen Kraftstoffzuführweg 62, welcher den Kraftstofftank 63 mit dem Injektor 6 verbindet. Eine Kraftstoffpumpe 65 und ein Common Rail (oder gemeinsames Kraftstoffrohr) sind in dem Kraftstoffzuführweg 62 angeordnet. Die Kraftstoffpumpe 65 pumpt den Kraftstoff zu dem Common Rail 64. Bei dieser Ausführungsform ist die Kraftstoffpumpe 65 eine Kolbenpumpe, welche durch die Kurbelwelle 15 angetrieben ist. Das Common Rail 64 speichert den von der Kraftstoffpumpe 65 gepumpten Kraftstoff mit hohem Kraftstoffdruck. Wenn sich der Injektor 6 öffnet, wird der in dem Common Rail 64 gespeicherte Kraftstoff aus den Düsenöffnungen des Injektors 6 in den Brennraum 17 eingespritzt. Das Kraftstoffzuführsystem 61 ist in der Lage, dem Injektor 6 Kraftstoff mit einem hohen Druck von ungefähr 30 MPa oder höher zuzuführen. Ein höchster Kraftstoffdruck des Kraftstoffzuführsystems 61 kann beispielsweise ungefähr 120 MPa sein. Der Druck des dem Injektor 6 zugeführten Kraftstoffs kann in Abhängigkeit des Betriebszustands des Motors 1 geändert werden. Es sei drauf hingewiesen, dass die Struktur des Kraftstoffzuführsystems 61 nicht auf die obige Struktur beschränkt ist.
  • Für jeden Zylinder 11 ist eine Zündkerze 25 an dem Zylinderkopf 13 angebracht. Die Zündkerze 25 zündet Gasgemisch in dem Brennraum 17 zwangsläufig. Bei dieser Ausführungsform ist die Zündkerze 25 auf einer Einlassseite des Zylinders 11 angeordnet, welche durch eine die Mittelachse einschließende Ebene definiert ist. Die Zündkerze 25 ist zwischen den beiden Einlassöffnungen 18 angrenzend an den Injektor 6 angeordnet. Die Zündkerze 25 ist an dem Zylinderkopf 13 so angebracht, dass sie in einer geneigten Stellung gegenüber Oben-und-Unten- Richtungen des Zylinderkopfs 13 zur Mitte des Brennraums 17 hin verläuft. Obwohl nicht im Detail dargestellt, ist eine Elektrode der Zündkerze 25 nahe der Deckenfläche des Brennraums 17 angeordnet, sodass sie innerhalb des Brennraums 17 ausgerichtet ist.
  • Ein Einlasskanal 40 ist mit einer Seite des Motors 1 verbunden. Der Einlasskanal 40 kommuniziert mit den Einlassöffnungen 18 der Zylinder 11. Der Einlasskanal 40 ist ein Kanal, durch den Gas strömt, welches in den Brennraum 17 einzuführen ist. Ein Luftfilter 41, welcher zum Filtern von Frischluft konfiguriert ist, ist in einem stromaufwärtigen Endteil des Einlasskanals 41 angeordnet. Ein Ausgleichsbehälter 42 ist nahe einem stromabwärtigen Ende des Einlasskanals 40 angeordnet. Obwohl nicht im Detail dargestellt, stellt ein Teil des Einlasskanals 40 stromabwärts des Ausgleichsbehälters 42 unabhängige Kanäle dar, die für die jeweiligen Zylinder 11 abgezweigt sind. Stromabwärtige Enden der unabhängigen Kanäle kommunizieren jeweils mit den Einlassöffnungen 18 der Zylinder 11.
  • Ein Drosselventil 43, ist in dem Einlasskanal 40 zwischen dem Luftfilter 41 und dem Ausgleichsbehälter 42 angeordnet. Das Drosselventil 43 stellt eine Zuführmenge an Frischluft in den Brennraum 17 durch Einstellen seiner Öffnung ein.
  • Ein Lader oder ein Auflader 44 ist in dem Einlasskanal 40 stromabwärts des Drosselventils 43 angeordnet. Der Lader 44 lädt die in den Brennraum 17 eingeführte Ansaugluft auf. Bei dieser Ausführungsform ist der Lader 44 ein mechanisches Ladegebläse, welches von dem Motor 1 angetrieben ist. Der Lader 44 kann beispielsweise ein Roots-Gebläse sein. Der Lader 44 kann jede beliebige Konfiguration haben, wie beispielsweise ein Lysholm-Gebläse oder ein Zentrifugalgebläse.
  • Eine elektromagnetische Kupplung 45 ist zwischen dem Lader 44 und dem Motor 1 angeordnet. Die elektromagnetische Kupplung 45 steuert bzw. regelt den Fluss der Antriebskraft zwischen dem Lader 44 und dem Motor 1; beispielsweise kann sie Antriebskraft von dem Motor 1 an den Lader 44 übertragen oder die Übertragung von Antriebskraft zwischen diesen unterbrechen. Wie später beschrieben, schaltet eine Motorsteuerung (ECU) 10 den Verbindungszustand der elektromagnetischen Kupplung 45, und damit wird der Ein/Aus-Zustand des Laders 44 umgeschaltet. Das heißt, bei diesem Motor 1 kann zwischen einem Zustand, in dem die in den Brennraum 17 einzuführende Ansaugluft durch den Lader 44 aufgeladen wird, und einem Zustand, in dem die Ansaugluft nicht durch den Lader 44 verstärkt wird, umgeschaltet werden.
  • Ein Ladeluftkühler 46 ist stromabwärts des Laders 44 in dem Einlasskanal 40 angeordnet. Der Ladeluftkühler 46 kühlt das durch den Lader 44 aufgeladene Gas. Der Ladeluftkühler 46 kann beispielsweise ein Kühler mit Wasserkühlung sein.
  • Ein Bypass-Kanal 47 ist mit dem Einlasskanal 40 verbunden. Der Bypass-Kanal 47 verbindet einen Teil des Einlasskanals 40 stromaufwärts des Laders 44 mit einem Teil des Einlasskanals 40 stromabwärts des Ladeluftkühlers 46, um den Lader 44 und den Ladeluftkühler 46 zu umgehen. In dem Bypass-Kanal 47 ist ein Luft-Bypassventil 48 angeordnet. Das Luft-Bypassventil 48 stellt eine Durchflussrate des durch den Bypass-Kanal 47 strömenden Gases ein.
  • Wenn der Lader 44 ausgeschaltet ist (d.h. wenn die elektromagnetische Kupplung 45 ausgerückt ist), ist das Luft-Bypassventil 48 im Wesentlichen vollständig geöffnet. Somit umgeht das durch den Einlasskanal 40 strömende Gas den Lader 44 und wird in den Brennraum 17 des Motors 1 eingeführt. Der Motor 1 arbeitet in einem nicht aufgeladenen Zustand, d.h. in einem selbstansaugenden Zustand.
  • Wenn der Lader 44 eingeschaltet ist (d.h. wenn die elektromagnetische Kupplung 45 eingerückt ist), strömt ein Teil des durch den Lader 44 geleiteten Gases stromaufwärts des Laders 44 durch den Bypass-Kanal 47 zurück. Durch Steuern bzw. Regeln einer Öffnung des Luft-Bypassventils 48 wird eine Rückströmmenge eingestellt, was zum Einstellen des Ladedrucks des in den Brennraum 17 eingeführten Gases führt. Bei dieser Ausführungsform ist ein Ladesystem 49 mit dem Lader 44, der elektromagnetischen Kupplung 45, dem Bypass-Kanal 47 und dem Luft-Bypassventil 48 ausgebildet.
  • Ein Auslasskanal 50 ist mit einer Seite des Motors 1 verbunden, welche dem Einlasskanal 40 abgewandt ist. Der Auslasskanal 50 kommuniziert mit den Auslassöffnungen 19 der Zylinder 11. Der Auslasskanal 50 ist ein Kanal, durch den aus dem Brennraum 17 ausgelassenes Abgas strömt. Obwohl nicht im Detail dargestellt, stellt ein stromaufwärtiger Teil des Auslasskanals 50 unabhängige Kanäle dar, welche für die jeweiligen Zylinder 11 abgezweigt sind. Stromaufwärtige Enden der unabhängigen Kanäle sind jeweils mit den Auslassöffnungen 19 der Zylinder 11 verbunden. Ein Abgasreinigungssystem mit einem oder mehreren Katalysatorkonvertern 51 ist in dem Auslasskanal 50 angeordnet. Die Katalysatorkonverter 51 enthalten einen Drei-Wege-Katalysator. Es sei drauf hingewiesen, dass das Abgasreinigungssystem nicht darauf beschränkt ist, nur den Drei-Wege-Katalysator zu enthalten.
  • Ein AGR-Kanal 52, welcher ein externes AGR-System darstellt, ist zwischen dem Einlasskanal 40 und dem Auslasskanal 50 angeschlossen. Der AGR-Kanal 52 ist ein Kanal zum Rückführen eines Teils des Abgases zu dem Einlasskanal 40. Ein stromaufwärtiges Ende des AGR-Kanals 52 ist stromaufwärts der Katalysatorkonverter 51 mit dem Auslasskanal 50 verbunden. Ein stromabwärtiges Ende des AGR-Kanals 52 ist stromaufwärts des Ausgleichsbehälters 42 mit dem Einlasskanal 40 verbunden..
  • Ein wassergekühlter AGR-Kühler 53 ist in dem AGR-Kanal 52 angeordnet. Der AGR-Kühler 53 kühlt das Abgas. Ein AGR-Ventil 54 ist ebenfalls in dem AGR-Kanal 52 angeordnet. Das AGR-Ventil 54 stellt die Durchflussrate des in dem AGR-Kanal 52 strömenden Abgases ein. Durch Einstellen einer Öffnung des AGR-Ventils 54 wird die Rückführungsmenge des gekühlten Abgases (d.h. externes AGR-Gas) eingestellt.
  • Bei dieser Ausführungsform bilden ein externes AGR-System, welches den AGR-Kanal 52 und das AGR-Ventil 54 beinhaltet, und ein internes AGR-System, welches den Einlassventil-Betätigungsmechanismus und den Auslassventil-Betätigungsmechanismus beinhaltet, ein AGR-System 55.
  • Wie in 2 dargestellt, beinhalten die Steuervorrichtung des Motors mit Kompressionsselbstzündung die Motorsteuerung oder ECU 10, welche dafür konfiguriert ist, den Motor 1 zu betätigen. Die ECU 10 ist eine auf einem bekannten Microcomputer basierende Steuerung und beinhaltet einen Prozessor oder eine CPU 101, welche dafür konfiguriert ist, ein Programm oder Programme auszuführen, einen Speicher 102, welcher aus RAM(s) (Random Access Memory; Arbeitsspeicher oder Direktzugriffsspeicher) und ROM(s) (Read Only Memory; Festwertspeicher oder Nur-Lese-Speicher) besteht und dafür konfiguriert ist, das Programm bzw. die Programme und Daten zu speichern, und einen Eingangs-/Ausgangs-Bus 103, welcher dafür konfiguriert ist, elektrische Signale zuzuführen und auszugeben. Die ECU 10 ist ein Beispiel für eine „Steuerung“.
  • Wie in den 1 und 2 dargestellt, sind verschiedene Sensoren SW1 bis SW16 mit der ECU 10 verbunden. Die Sensoren enthalten die folgenden Sensoren.
  • Die Sensoren enthalten einen Luftmengensensor SW1, welcher in dem Einlasskanal 40 stromabwärts des Luftfilters 41 angeordnet und dafür konfiguriert ist, eine Durchflussrate von durch den Einlasskanal 40 strömender Frischluft zu erfassen, einen ersten Ansauglufttemperatursensor SW2, der ebenfalls in dem Einlasskanal 40 stromabwärts des Luftfilters 41 angeordnet und dafür konfiguriert ist, eine Temperatur der Frischluft zu erfassen, einen ersten Drucksensor SW3, welcher in dem Einlasskanal 40 stromaufwärts des Laders 44 angeordnet und dafür konfiguriert ist, Druck des in den Lader 44 strömenden Gases zu erfassen, einen zweiten Ansauglufttemperatursensor SW4, welcher in dem Einlasskanal 40 stromabwärts des Laders 44 und stromaufwärts der stromabwärtigen Anschlussposition des Bypass-Kanals 47 angeordnet und dafür konfiguriert ist, eine Temperatur des aus dem Lader 44 geströmten Gases zu erfassen, einen zweiten Drucksensor SW5, welcher an dem Ausgleichsbehälter 42 angebracht und dafür konfiguriert ist, einen Druck des Gases in demselben zu erfassen, Drucksensoren S6, welche an dem Zylinderkopf 13 an den Zylindern 11 entsprechenden Positionen angebracht und dafür konfiguriert sind, Druck in den jeweiligen Brennraumen 17 zu erfassen, einen Abgastemperatursensor SW7, welcher in dem Auslasskanal 50 angeordnet und dafür konfiguriert ist, eine Temperatur des aus den Brennräumen 17 ausgelassenen Abgases zu erfassen, einen linearen O2-Sensor SW8, welcher in dem Auslasskanal 50 stromaufwärts der Katalysatorkonverter 51 angeordnet und dafür konfiguriert sind, eine Sauerstoffkonzentration in dem Abgas zu erfassen, einen Lambda-O2-Sensor SW9, welcher in dem Auslasskanal 50 stromabwärts des Katalysatorkonverters 51 angeordnet und dafür konfiguriert ist, eine Sauerstoffkonzentration in dem Abgas zu erfassen, einen Wassertemperatursensor SW10, welcher an dem Motor 1 angebracht und dafür konfiguriert ist, eine Kühlwassertemperatur zu erfassen, einen Kurbelwinkelsensor SW11, welcher an dem Motor 1 angebracht und dafür konfiguriert ist, einen Drehwinkel der Kurbelwelle 15 zu erfassen, einen Beschleunigeröffnungssensor SW12, welcher an einem Gaspedalmechanismus angebracht und dafür konfiguriert ist eine Beschleunigeröffnung ausgehend von einem Betätigungsbetrag eines Gaspedals zu erfassen, einen Einlassnockenwinkelsensor SW13, welcher an dem Motor 1 angebracht und dafür konfiguriert ist, einen Drehwinkel einer Einlassnockenwelle zu erfassen, einen Auslassnockenwinkelsensor SW14, welcher an dem Motor 1 angebracht und dafür konfiguriert ist, einen Drehwinkel einer Auslassnockenwelle zu erfassen, einen AGR-Druckdifferenzsensor SW15, welcher in dem AGR-Kanal 52 angeordnet und dafür konfiguriert ist, eine Druckdifferenz zwischen Positionen stromaufwärts und stromabwärts des AGR-Ventils 54 zu erfassen, und einen Kraftstoffdrucksensor SW16, welcher an dem Common Rail 64 des Kraftstoffzuführsystems 61 angebracht und dafür konfiguriert ist, den Druck des dem Injektor 6 zugeführten Kraftstoffs zu erfassen.
  • Ausgehend von diesen Erfassungssignalen erfasst die ECU 10 den Betriebszustand des Motors 1 und berechnet Steuerbeträge bzw. Regelbeträge verschiedener Vorrichtungen. Die ECU 10 gibt zu den berechneten Steuerbeträgen gehörende Steuersignale an die Injektoren 6, die Zündkerzen 25, die Einlass-WT 231, den Einlass-CVVL 232, die Auslass-VVT 241, die Auslass-WL 242, das Kraftstoffzuführsystem 61, das Drosselventil 43, das AGR-Ventil 54, die elektromagnetische Kupplung 45 des Laders 44 und das Luft-Bypassventil 48 aus. Beispielsweise stellt die ECU 10 die Menge des in die Brennräume 17 eingeführten externen AGR-Gases dadurch ein, dass sie die Öffnung des AGR-Ventils 54 ausgehend von der Druckdifferenz zwischen der stromaufwärtigen und der stromabwärtigen Position des AGR-Ventils 54 steuert bzw. regelt, welche von dem Erfassungssignal des AGR-Druckdifferenzsensors SW15 gewonnen worden ist. Die Steuerung des Motors 1 durch die ECU 10 wird weiter unten ausführlich beschrieben.
  • (Betriebsbereich des Motors)
  • 3 zeigt einen Betriebsbereich des Motors 1. Der Betriebsbereich des Motors 1 ist basierend auf einer Motorlast und einer Motordrehzahl grob in vier Bereiche unterteilt. Beispielsweise enthalten die vier Bereiche einen Niedriglast-SI-Bereich, einen Hochlast-SI-Bereich, einen CI-Bereich ohne Aufladung oder nicht aufgeladenen CI-Bereich und einen CI-Bereich mit Aufladung oder aufgeladenen CI-Bereich. Der Niedriglast-SI-Bereich enthält einen Bereich, in dem eine Motorlast niedrig ist und welcher nahe einem Leerlaufbetriebsbereich liegt, und auch einen Bereich, in dem die Motorlast niedrig ist und eine Motordrehzahl hoch ist. In dem Hochlast-SI-Bereich ist die Motorlast hoch (einschließlich einer Volllast). Der nicht aufgeladene CI-Bereich liegt zwischen dem Niedriglast-SI-Bereich und dem Hochlast-SI-Bereich, und in diesem Bereich sind die Motorlast und die Motordrehzahl relativ niedrig. In dem aufgeladenen CI-Bereich ist die Motorlast relativ hoch. In dem nicht aufgeladenen CI-Bereich und dem aufgeladenen CI-Bereich führt der Motor 1 die Verbrennung durch Kompressionsselbstzündung hauptsächlich zum Verbessern des Kraftstoffwirkungsgrads und zum Verbessern der Abgasleistung aus. Ferner wird in dem Niedriglast-SI-Bereich und dem Hochlast-SI-Bereich die Verbrennung durch Funkenzündung (SI) ausgeführt. Nachfolgend werden die Verbrennungsarten innerhalb des Niedriglast-SI-Bereichs, des nicht verstärkten CI-Bereichs, des verstärkten CI-Bereichs und des Hochlast-SI-Bereichs nacheinander beschrieben.
  • Die Verbrennungsart wenn der Betriebszustand des Motors 1 innerhalb des Niedriglast-SI-Bereichs liegt, ist die SI-Verbrennung, bei der Gasgemisch durch Flammenausbreitung verbrannt wird, welche durch Funkenzündung durch die Zündkerze 25 in dem Brennraum 17 hervorgerufen wird. Innerhalb des Niedriglast-SI-Bereichs ist ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F des Gasgemischs (d.h. ein Massenverhältnis zwischen der Frischluft und dem Kraftstoff in dem Brennraum 17) im Wesentlichen das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis (d.h. A/F = 14,7). Der Drei-Wege-Katalysator reinigt das aus dem Brennraum 17 ausgegebene Abgas. Somit wird die Abgasleistung des Motos 1 verbessert. Das A/F des Gasgemischs kann auch so eingestellt sein, dass es innerhalb eine Reinigungsfensters des Drei-Wege-Katalysators bleibt (d.h. eine A/F-Verhältnis-Breite, welche die Drei-Wege-Reinigungsfunktion zeigt). Daher kann ein Überschussluftverhältnis λ des Gasgemischs 1,0 ± 0,2 betragen. Hierbei lädt der Lader 44 die Ansaugluft nicht auf, und die Öffnung des Drosselventils 43 ist geeignet eingestellt. Das interne AGR-Gas wird nicht in den Brennraum 17 eingeführt.
  • Wenn der Betriebszustand des Motors 1 innerhalb des nicht verstärkten CI-Bereichs liegt, ist die Kraftstoffeinspritzmenge größer als diejenige innerhalb des Niedriglast-SI-Bereichs. Da die Verbrennungstemperatur hoch ist, steigt durch Einführen des internen AGR-Gases in den Brennraum 17 die Temperatur des Brennraums 17, und die Selbstzündung wird stabil durchgeführt. Der Motor 1 führt die CI-Verbrennung innerhalb des nicht aufgeladenen CI-Bereichs durch. Wenn der Betriebszustand des Motors 1 innerhalb des nicht aufgeladenen CI-Bereichs liegt, wird ferner die Ansaugluft nicht aufgeladen, während das interne AGR-Gas in den Brennraum 17 eingeführt wird. Das A/F des Gasgemischs ist magerer als das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt.
  • Wenn die Motorlast erhöht ist und die Kraftstoffmenge weiter erhöht wird, während der Motor in dem nicht aufgeladenen Zustand ist, wird die in den Brennraum 17 eingeführte Frischluftmenge ungenügend. Wenn der Betriebszustand des Motors 1 innerhalb des aufgeladenen CI-Bereichs liegt, führt daher der Motor 1 die CI-Verbrennung aus, während der Lader 44 die in den Brennraum 17 eingeführte Ansaugluft auflädt. Wenn der Betriebszustand des Motors 1 in dem verstärkten CI-Bereich liegt, wird ferner das interne AGR-Gas in den Brennraum 17 eingeführt. Das A/F des Gasgemischs ist magerer als das theoretische Luft-Kraftstoff-Gemisch eingestellt. Der aufgeladene CI-Bereich kann als „erster Bereich“ bezeichnet werden, und der nicht aufgeladene CI-Bereich, in dem die Motorlast niedriger als in dem aufgeladenen CI-Bereich ist, kann als „zweiter Bereich“ bezeichnet werden.
  • Wenn die Motorlast hoch ist, ist die Kraftstoffeinspritzmenge groß. Wenn die CI-Verbrennung durchgeführt wird, wird es daher schwer, Verbrennungsgeräusche zu verhindern. Da die Temperatur in dem Brennraum 17 steigt, bewirkt das Ausführen der CI-Verbrennung leicht eine abnormale Verbrennung, wie beispielsweise vorzeitige Zündung oder Klopfen. Daher ist die Verbrennungsart, wenn der Betriebszustand des Motors 1 innerhalb des Hochlastbereichs (d.h. innerhalb des Hochlast-SI-Bereichs) liegt, die SI-Verbrennung. Das A/F des Gasgemischs ist so eingestellt, dass es im Wesentlichen das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist. Wenn der Betriebszustand des Motors 1 innerhalb des Hochlast-SI-Bereichs liegt, führt ferner der Lader 44 die Aufladung aus, während das interne AGR-Gas nicht in den Brennraum eingeführt wird. Der Hochlast-SI-Betrieb kann als der „dritte Bereich“ bezeichnet werden, in dem die Motorlast höher als innerhalb des verstärkten CI-Bereichs ist.
  • (Steuerung bzw. Regelung der Kraftstoffeinspritzung)
  • 4 zeigt Änderungen bei der Art der Kraftstoffeinspritzung bei einer bestimmten Motordrehzahl in Bezug auf die Motorlast. Nachfolgend werden die Arten der Kraftstoffeinspritzung der vier Segmente des Betriebsbereichs nacheinander beschrieben.
  • (Hochlast-SI-Bereich)
  • Obwohl der Motor 1 die SI-Verbrennung innerhalb des SI-Bereichs wie oben beschrieben durchführt, tritt aufgrund der Tatsache, dass das geometrische Kompressionsverhältnis hoch ist usw., die abnormale Verbrennung, wie beispielsweise vorzeitige Zündung oder Klopfen leicht auf.
  • Daher wird die abnormale Verbrennung in dem Motor 1 dadurch verhindert, dass die Art der Kraftstoffeinspritzung innerhalb des Hochlast-SI-Bereichs unterteilt wird. Beispielsweise gibt die ECU 10 an das Kraftstoffzuführsystem 61 und an jeden Injektor 6 Steuersignale aus, den Kraftstoff zu einem Zeitpunkt in einer Zeitspanne von einer späten Phase des Verdichtungshub bis zu einer frühen Phase eines Expansionshubs (nachfolgend wird diese Zeitspanne als „Verzögerungszeit“ bezeichnet) mit einem Kraftstoffdruck von ungefähr 30 MPa oder höher in den Brennraum 17 einzuspritzen. Wie in einer Kurve 401 angedeutet, ist daher ein Einspritzverhältnis zwischen einer ersten Einspritzung und einer zweiten Einspritzung ungefähr 10:0. Mit anderen Worten: Der Injektor 6 spritzt den gesamten Kraftstoff für einen Verbrennungszyklus auf einmal ein. Wie in einer Kurve 402 angedeutet, liegt ferner eine Einspritzstartzeit SOI der ersten Einspritzung in der späten Phase des Verdichtungshubs.
  • Die ECU 10 gibt auch ein Steuersignal an jede Zündkerze 25 aus, um das Gasgemisch zu einem Zeitpunkt nahe dem oberen Totpunkt (OT) des Verdichtungshubs nach der Kraftstoffeinspritzung zu entzünden. Nachfolgend wird die Kraftstoffeinspritzung in den Brennraum 17 mit dem hohen Kraftstoffdruck zu dem Zeitpunkt in der Verzögerungszeit als „Hochdruck-Verzögerungs-Einspritzung“ bezeichnet.
  • Die Hochdruck-Verzögerungs-Einspritzung verkürzt die Reaktionszeit des Gasgemischs, um die abnormale Verbrennung zu verhindert. Das heißt, die Reaktionszeit des Gasgemischs ist eine Gesamtlänge einer Zeit aus (1) einer Zeitspanne, über welche die Kraftstoffinjektor 6 den Kraftstoff einspritzt (d.h. Einspritzzeit), (2) einer Zeitspanne, über welche nach der Kraftstoffeinspritzung verbrennbares Gasgemisch um die Zündkerze 25 herum gebildet wird (d.h. Gasgemisch-Bildungszeit) und (3) einer Zeitspanne vom Beginn der Zündung bis zum Ende der SI-Verbrennung (d.h. Verbrennungszeit).
  • Die Einspritzzeit und die Gasgemisch-Bildungszeit werden kürzer, indem der Kraftstoff mit dem hohen Kraftstoffdruck in den Brennraum 17 eingespritzt wird. Durch Verkürzen der Einspritzzeit und der Gasgemisch-Bildungszeit nähert sich die Zeit des Startens der Kraftstoffeinspritzung dem Zündzeitpunkt. Bei der Hochdruck-Verzögerungs-Einspritzung wird durch Erhöhen des Kraftstoffdrucks die Kraftstoffeinspritzung zu einem Zeitpunkt in der Verzögerungszeit von der späten Phase des Verdichtungshubs bis zu der frühen Phase des Expansionshubs durchgeführt.
  • Eine kinetische Turbulenzenergie in dem Brennraum 17 steigt durch Einspritzen des Kraftstoffs in den Brennraum 17 mit dem hohen Kraftstoffdruck. Dadurch, dass der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt nahe an den oberen Totpunkt des Verdichtungshubs gebracht wird, wird die SI-Verbrennung in dem Zustand gestartet, in dem die kinetische Turbulenzenergie in dem Brennraum 17 hoch ist. Infolgedessen wird die Verbrennungszeit kurz.
  • Da die Einspritzzeit, die Gasgemisch-Bildungszeit und die Verbrennungszeit jeweils verkürzt sind, ist somit bei der Hochdruck-Verzögerungs-Einspritzung die Reaktionszeit des Gasgemischs gegenüber einem Fall, in dem der Kraftstoff auf den Einlasshub in den Brennraum 17 eingespritzt wird, erheblich verkürzt. Infolgedessen wird die abnormale Verbrennung verhindert.
  • Dadurch dass der Kraftstoffdruck in der Einspritzzeit auf beispielsweise 30 MPa oder höher eingestellt ist, werden die Gasgemisch-Bildungszeit und die Verbrennungszeit effektiv verkürzt. Es sei darauf hingewiesen, dass der Kraftstoffdruck entsprechend den Eigenschaften des Kraftstoffs geeignet eingestellt werden kann. Eine Obergrenze des Kraftstoffdrucks kann beispielsweise ungefähr 120 MPa betragen.
  • (Niedriglast-SI-Bereich)
  • Innerhalb des Niedriglast-SI-Bereichs gibt die ECU 10 das Steuersignal an den Injektor 6 zum Einspritzen des Kraftstoffs auf dem Einlasshub aus. Wie in der Kurve 401 angezeigt, spritzt den Injektor 6 den gesamten Kraftstoff für einen Verbrennungszyklus auf einmal ein. Es sei darauf hingewiesen, dass der Injektor 6 den Kraftstoff aufteilen und ihn in mehreren Einspritzvorgängen einspritzen kann. Der bei dem Einlasshub in den Brennraum 17 eingespritzte Kraftstoff wird durch die in den Brennraum 17 eingeführte Ansaugluft verteilt. Somit verbessert sich die Homogenität des Gasgemischs. Infolgedessen wird Verlust unverbrannten Kraftstoffs reduziert, was den Kraftstoffwirkungsgrad des Motors 1 verbessert. Ferner wird die Erzeugung von Rauch vermieden, was die Abgasleistung verbessert.
  • (Nicht aufgeladener CI-Bereich)
  • Der nicht aufgeladene CI-Bereich ist in ein erstes Segment niedriger Motorlast und ein zweites Segment niedriger Motorlast unterteilt. Innerhalb des ersten Segments niedriger Motorlast spritzt der Injektor, ähnlich wie bei dem Niedriglast-SI-Bereich, den gesamten Kraftstoff für einen Verbrennungszyklus auf dem Einlasshub auf einmal ein. Innerhalb des zweiten Segments niedriger Motorlast dagegen führt der Injektor 6 aufgeteilte Einspritzvorgänge durch, welche die erste Einspritzung und die zweite Einspritzung enthalten. Wie in der Kurve 402 angezeigt, liegt der Einspritzstartzeitpunkt SOI der ersten Einspritzung in der frühen Hälfte des Verdichtungshubs. Wie in der Kurve 403 angezeigt, liegt der Einspritzstartzeitpunkt SOI der zweiten Einspritzung in der späten Hälfte des Verdichtungshubs. Hierbei ist „die frühe Hälfte des Verdichtungshubs“ die frühe Hälfte, wenn der Verdichtungshub halbiert wird, und die „späte Hälfte des Verdichtungshubs“ ist die späte Hälfte desselben.
  • Wie in der Kurve 401 angezeigt, ändert sich ein Einspritzverhältnis zwischen der ersten und dem zweiten Einspritzung derart, dass die Einspritzmenge der zweiten Einspritzung steigt und die Einspritzmenge der ersten Einspritzung abnimmt, während die Motorlast zunimmt. Die Einspritzmenge der zweiten Einspritzung wird bei einer bestimmten Last größer als die Einspritzmenge der ersten Einspritzung.
  • Innerhalb des nicht aufgeladenen CI-Bereichs gibt die ECU 10 das Steuersignal an den Injektor 6 aus, in Abhängigkeit der Motorlast eine bestimmte Menge des Kraftstoffs zu einem bestimmten Zeitpunkt einzuspritzen.
  • (Aufgeladener CI-Bereich)
  • Innerhalb des aufgeladenen CI-Bereichs führt der Injektor 6 ungeachtet der Motorlast aufgeteilte Einspritzvorgänge durch, welche die erste Einspritzung und die zweite Einspritzung enthalten. Wie in der Kurve 402 angezeigt, liegt der Einspritzstartzeitpunkt SOI der ersten Einspritzung in der ersten Hälfte des Verdichtungshubs. Wie in der Kurve 403 angezeigt, liegt der Einspritzstartzeitpunkt SOI der zweiten Einspritzung in der späten Hälfte des Verdichtungshubs. Das Verhältnis zwischen den Einspritzmengen des ersten und der zweiten Einspritzung ist konstant. Die Einspritzmenge der zweiten Einspritzung ist größer als die der ersten Einspritzung.
  • Innerhalb des aufgeladenen CI-Bereichs gibt die ECU 10 das Steuersignal an den Injektor 6 aus, um zwei Kraftstoffeinspritzvorgänge des ersten und der zweiten Einspritzung auf dem Verdichtungshub auszuführen.
  • (Betätigung des Einlassventils und des Auslassventils)
  • Nachfolgend wird eine Änderung der Betätigung des Einlassventils 21 und des Auslassventils 22 in Bezug auf die Motorlast beschrieben.
  • Zunächst wird die Struktur des Auslass-WL 242 unter Bezugnahme auf 5 ausführlich beschrieben. 5 zeigt nur einen bestimmten Zylinder 11 des Motors 1. Für jeden Zylinder 11 ist der Zylinderkopf 13 des Motors 1 mit zwei Auslassventilen 22 und zwei Rückstellfedern 84 ausgestattet, welche dafür konfiguriert sind, die Auslassventile 22 in eine Ventilschließrichtung vorzuspannen. Ferner ist eine Auslassnockenwelle 86, welche dafür konfiguriert ist, jedes Auslassventil 22 gegen die Vorspannkraft der Rückstellfeder 84 über einen Kipphebel 85 zu öffnen, in einem oberen Teil des Zylinderkopfs 13 angeordnet. Die Nockenwelle 86 ist durch ein in dem Zylinderkopf 13 angeordnetes Lager 80 drehbar gehalten. Die Nockenwelle 86 wird durch die Kurbelwelle 15 (in 5 nicht dargestellt) über eine Kette drehbar angetrieben.
  • Zylindrische Nockenelemente 81 sind durch Kerbverzahnung auf die Nockenwelle 86 gepasst. Die Nockenelemente 81 sind mit der Nockenwelle 86 so gekoppelt dass sie sich mit dieser in einer Drehrichtung der Nockenwelle 86 drehen, und so darauf gepasst, dass sie in axiale Richtungen der Nockenwelle 86 verschiebbar sind. Obwohl in der Zeichnung nicht dargestellt, sind die Nockenelemente 81 so auf der Nockenwelle 86 angeordnet, dass sie axial fluchten, sodass sie den jeweiligen Zylindern 11 entsprechen. Jedes Nockenelement 81 enthält den ersten Nockenteil 811 und den zweiten Nockenteil 812, welche dafür konfiguriert sind, das Auslassventil 22 zu öffnen und zu schließen, indem sie mit einem Stößel 851 des Kipphebels 85 in Gleitkontakt treten. Der erste Nockenteil 811 kann als „erster Nocken“ bezeichnet werden, und der zweite Nockenteil kann als „zweiter Nocken“ bezeichnet werden. Entsprechend den zwei Auslassventilen 22, welche für jeden Zylinder 11 vorhanden sind, sind zwei erste Nockenteile 811 und zwei zweite Nockenteile 812 für jeden Zylinder 11 vorgesehen. Mit anderen Worten: Jedes Nockenelement 81 enthält zwei erste Nockenteile 811 und zwei zweite Nockenteile 812.
  • Der erste Nockenteil 811 ist angrenzend an den zweiten Nockenteil 812 angeordnet. Wie später beschrieben, ist der erste Nockenteil 811 ein Nocken, welcher innerhalb des Niedriglast-CI-Bereichs, des aufgeladenen CI-Bereichs und des Hochlast-CI-Bereichs gewählt wird, und der zweite Nockenteil 812 ist ein Nocken, welcher in dem nicht aufgeladenen CI-Bereich gewählt wird.
  • Der erste und der zweite Nockenteil 811 und 812 haben einen gemeinsamen Grundkreis 813 und Ansatzabschnitte. Die Ansatzabschnitte haben unterschiedliche Hübe und sind an dem gemeinsamen Grundkreis 813 mit einem Phasenunterschied angeordnet. Es sei darauf hingewiesen, dass den gemeinsamen Grundkreis 813 zu haben bedeutet, dass der erste und der zweite Nockenteil 811 und 812 den gleichen Grunddurchmesser an dem Grundkreis 813 haben.
  • Jedes Nockenelement 81 ist an beiden Endteilen in den axialen Richtungen mit jeweils einem Endseitennocken 82 ausgestattet. Jeder Endseitennocken 82 ist so ausgebildet, dass er von einer von einer Referenzfläche in eine der axialen Richtungen vorsteht, der Betrag des Vorstehens in Drehrichtung schrittweise zunimmt und dann an einer Vorsprungsendposition zu der Referenzfläche zurückkehrt.
  • Elektromagnetische Betätiger 83 sind über dem Nockenelement 81 an Positionen, welche den Endseitennocken 82 entsprechen, auf beiden Seiten in den axialen Richtungen angeordnet. Jeder elektromagnetische Betätiger 83 hat einen Stiftabschnitt 831, welcher zu der Nockenwelle 86 hin vorsteht, wenn er aktiviert ist. Gemäß einem Steuersignal von der ECU 10 wird der Stiftteil 831, wenn der elektromagnetische Betätiger 83 nicht aktiviert ist, durch einen in dem Betätiger angeordneten Permanentmagneten in einer oberen Stellung (Ruhestellung) gehalten. Wenn dagegen der elektromagnetische Betätiger 83 aktiviert ist, stößt der Stiftabschnitt 831 gegen den Permanentmagneten nach unten und rückt in eine Arbeitsstellung vor.
  • Wenn der Stiftabschnitt 831 des elektromagnetischen Betätigers 83 in die Arbeitsstellung vorrückt, tritt ein Spitzenabschnitt des Stiftabschnitts 831 mit dem entsprechenden Endseitennocken 82 gleitend in Kontakt, und das Nockenelement 81 wird in eine der axialen Richtungen verschoben.
  • Wenn beispielsweise der elektromagnetische Betätiger 83 auf einer Endseite des Nockenelements 81 (d.h. auf der rechten Seite in 5) betätigt wird, um den Stiftabschnitt 831 mit dem Endseitennocken 82 auf der Endseite des Nockenelements 81 in Gleitkontakt zu bringen, gleitet das Nockenelement 81 zu der anderen axialen Endseite (d.h. zu der linken Seite in 5), sodass sich die zweiten Nockenteile 812 verschieben, um mit den Stößeln 851 der Kipphebel 85 gleitend in Kontakt zu treten. Wenn der elektromagnetische Betätiger 83 auf der andere Seite des Nockenelements 83 betätigt wird, um den Stiftabschnitt 831 mit dem Endseitennocken 82 auf der andere Endseite des Nockenelements 81 in Gleitkontakt zu bringen, verschiebt sich das Nockenelement so zu der axialen Endseite, dass sich die ersten Nockenteile 811 verschieben, um mit den Stößeln 851 der Kipphebel 85 gleitend in Kontakt zu treten. Durch Verschieben des Nockenelements 81 in die axialen Richtungen werden somit die Nockenteile, die dafür konfiguriert sind, die Auslassventile zu öffnen und zu schließen, zwischen den ersten Nockenteilen 811 und den zweiten Nockenteilen 812 gewechselt. Die Endseitennocken 82 und die elektromagnetischen Betätiger 83 stellen einen Schaltmechanismus dar, welcher dafür konfiguriert ist, die arbeitenden Nockenteile zwischen den ersten und den zweiten Nockenteilen 811 bzw. 812 zu wechseln.
  • Nachfolgend werden Öffnungsoperationen der Einlass- und Auslassventile 21 bzw. 22 unter Bezugnahme auf 6 beschrieben. Der Hub jedes Einlassventils 21 ändert sich kontinuierlich durch die Einlass-CWL 232 von einem niedrigsten Hub zu einem höchsten Hub, wie in 6 dargestellt. Dabei ändert die Einlass-CWL 232 den Hub des Einlassventils 21, während die Schließzeit des Einlassventils 21 konstant gehalten wird. Während der höchste Hub des Einlassventils 21 höher wird, zieht daher die Öffnungszeit des Einlassventils 21 vor. Obwohl in 6 nicht dargestellt, wird ferner die Betätigungszeit des Einlassventils 21 innerhalb eines bestimmten Bereichs durch die Einlass-WT 231 geändert.
  • Obwohl es in 6 nicht dargestellt ist, hat der erste Nockenteil 811 der Auslass-VVL 242, ähnlich dem Nockenprofil des Einlassventils 21, ein Nockenprofil, bei dem ein einzelner Nockenansatz so ausgebildet ist, dass der Hub des Auslassventils 22 allmählich von Null bis zu dem höchsten Hub zunimmt und dann mit fortschreitendem Kurbelwinkel allmählich zu Null hin abnimmt.
  • Wie in 6 dargestellt, hat dagegen der zweite Nockenteil 812 der Auslass-WL 242 ein Nockenprofil, bei dem ein flacher vorstehender Abschnitt 222, welcher dafür konfiguriert ist, den Hub des Auslassventils 22 mit fortschreitendem Kurbelwinkel im Wesentlichen konstant zu halten, an der Schließseite der Hubkurve ausgebildet ist. Beispielsweise enthält das Nockenprofil des zweiten Nockenteils 812 einen großen vorstehenden Abschnitt 221, den flachen vorstehenden Abschnitt 222 und einen kleinen vorstehenden Abschnitt 223. Der große vorstehende Abschnitt 221 ist ein Abschnitt, an dem der Hub des Auslassventils 22 allmählich von Null bis zu dem höchsten Hub ansteigt und dann mit fortschreitendem Kurbelwinkel allmählich abnimmt. Der große vorstehende Abschnitt 221 entspricht einem ersten Nockenansatz, welcher dafür konfiguriert ist, das Auslassventil 22 auf dem Auslasshub zu öffnen. Der flache vorstehende Abschnitt 222 ist ein Abschnitt, welcher von dem großen vorstehenden Abschnitt 221 aus weiter verläuft und in den Einlasshub führt, während der Hub des Auslassventils 222 im Wesentlichen konstant gehalten wird. Der kleine vorstehende Abschnitt 223 ist ein Abschnitt, welcher von dem flachen vorstehenden Abschnitt aus weiter verläuft und bei dem der Hub des Auslassventils 22 von dem flachen vorstehenden Abschnitt 222 aus einmal zunimmt und dann allmählich bis auf Null abnimmt. Der flache vorstehende Abschnitt 222 und der kleine vorstehende Abschnitt 223 entsprechen einem zweiten Nockenansatz, welcher von dem ersten Nockenansatz aus weiter verläuft und bei dem das Auslassventils 22 von dem Auslasshub bis zu dem Einlasshub geöffnet gehalten wird.
  • Hierbei gibt die gestrichelte Linie der 6 eine Größe eines Spalts zwischen der Anordnungsposition des Auslassventils 22 und der Deckenfläche des Brennraums 17 an, und der Hub des flachen vorstehenden Abschnitts 222 ist auf den größtmöglichen Hub innerhalb eines Bereichs eingestellt, in dem das Auslassventil 22 nicht mit einer Oberfläche des Kolbens 3 interferiert. Ferner durch Bereitstellen des kleinen vorstehenden Abschnitts 223, der Betrag, um den das Auslassventil 22 auf dem Einlasshub geöffnet ist (d.h. ein Bereich, welcher durch die in 6 gezeigte Hubkurve des Auslassventils 22 in der Zeit des Einlasshubs gebildet ist). Wenn der Betrag, um den das Auslassventil 22 auf dem Einlasshub geöffnet ist, erhöht ist, steigt die Einführmenge des internen AGR-Gases in den Brennraum 17. Es sei darauf hingewiesen, dass der Hub des flachen vorstehenden Abschnitts 222 niedriger als der oben beschriebene höchste Hub sein kann. Ferner kann der kleine vorstehende Abschnitt 223 entfallen. Außerdem kann der zweite Nockenteil 812 des Auslassventils 22 ein Nockenprofil verwenden, bei dem das Ventil auf dem Auslasshub geöffnet, einmal geschlossen und dann wieder auf dem Einlasshub geöffnet wird, anstelle des Nockenprofils, bei welchem das Ventil auf dem Auslasshub geöffnet, über den flachen vorstehenden Abschnitt 222 offen gehalten und dann auf dem Einlasshub geschlossen wird.
  • Die Betätigungszeit des Auslassventils 22 w2ird durch die Auslass-VVT- 241 innerhalb eines bestimmten Bereichs, wie durch einen Pfeil der 6 gezeigt, geändert.
  • 7 zeigt Diagramme, welche Beziehungen zwischen dem Einlassventil 21 und dem Auslassventil 22 in den jeweiligen Segmenten des Betriebsbereichs darstellen. Zunächst zeigt ein Diagramm 701 ein Beispiel für eine Beziehung zwischen dem Hub des Einlassventils 21 und dem Hub des Auslassventils 22, wenn der Motor 1 innerhalb des Hochlast-SI-Bereichs arbeitet. Die Einlass-CWL 232 stellt den Hub des Einlassventils 21 so ein, dass er hoch ist. Ferner werden die Öffnungs- und Schließzeiten des Einlassventils 21 in Abhängigkeit des Betriebszustands des Motors 1 durch die Einlass-VVT 231 geeignet eingestellt. Das Auslassventil 22 wird durch den ersten Nockenteil 811 der Auslass-WL 242 geöffnet. Das Auslassventil 22 wird auf dem Auslasshub geöffnet und nahe einem oberen Totpunkt des Auslasshubs geschlossen. Die Öffnungs- und Schließzeiten des Auslassventils 22 werden durch die Auslass-VVT 241 auf geeignete Zeiten eingestellt. Wenn der Motor 1 innerhalb des Hochlast-SI-Bereichs arbeitet, sind das Einlassventil und das Auslassventil 21 bzw. 22 beide um den oberen Totpunkt des Auslasshubs herum geöffnet; mit anderen Worten: Das variable Ventilbetätigungssystem arbeitet innerhalb des Hochlast-SI-Bereichs in einer dritten Betriebsart. Die Kombination aus Bereitstellen der positiven Überlappungszeit des Einlassventils und des Auslassventils 21 und 22 und Durchführen der Aufladung durch den Lader 44 erleichtert das Ausspülen des Abgases. Wenn der Motor 1 innerhalb des Hochlast-SI-Bereichs arbeitet, wird die Menge des in den Brennraum 17 eingeführten internen AGR-Gases im Wesentlichen gleich Null, was für das Vermeiden der abnormalen Verbrennung innerhalb des Hochlast-SI-Bereichs vorteilhaft ist.
  • Ein Diagramm 704 zeigt ein Beispiel für eine Beziehungen zwischen dem Hub des Einlassventils 21 und dem Hub des Auslassventils 22, wenn der Motor 1 innerhalb des Niedriglast-SI-Bereichs arbeitet. Die Einlass-CWL 232 legt den Hub des Einlassventils 21 so fest, dass er niedrig ist. Ferner werden die Öffnungs- und Schließzeiten des Einlassventils 21 durch die Einlass-WT 231 in Abhängigkeit des Betriebszustands des Motors 1 geeignet eingestellt. Das Auslassventil 22 wird durch den ersten Nockenteil 811 der Auslass-VLL 242 geöffnet. Die Öffnungs- und Schließzeiten des Auslassventils 22 werden durch die Auslass-VVT 241 auf geeignete Zeiten festgelegt. Wenn der Motor 1 innerhalb des Niedriglast-SI-Bereichs arbeitet, wird zudem die Menge des in den Brennraum 17 eingeführten AGR-Gases im Wesentlichen Null.
  • Ein Diagramm 703 zeigt ein Beispiel für eine Beziehung zwischen dem Hub des Einlassventils 21 und dem Hub des Auslassventils 22, wenn der Motor 1 innerhalb des nicht aufgeladenen CI-Bereichs arbeitet. Das Auslassventil 22 wird durch den zweiten Nockenteil 812 der Auslass-WL 242 geöffnet. Somit liegt die Schließzeit des Auslassventils 22 innerhalb des Zeitraums des Einlasshubs. Ferner werden die Öffnungs- und Schließzeiten des Auslassventils 22 durch die Auslass-VVT 241 in Abhängigkeit der Motorlast wie später beschrieben eingestellt. Außerdem ist das Einlassventil 21 durch die Einlass-CWL 232 auf einen bestimmten hohen Hub festgelegt. Die Schließzeit des Einlassventils 21 ist durch die Einlass-VVT 231 auf eine bestimmte Zeit festgelegt, während die Öffnungszeit desselben in Abhängigkeit des Hubs eingestellt wird. Durch Öffnen des Auslassventils 22 auf dem Einlasshub wird das Abgas, welches auf dem Auslasshub zu der Auslassöffnung 19 abgegeben wird, in einer bestimmten Menge in den Brennraum 17 zurück eingeführt; mit anderen Worten: Das variable Ventilbetätigungssystem arbeitet innerhalb des nicht aufgeladenen CI-Bereichs in einer zweiten Betriebsart.
  • Ein Diagramm 702 zeigt ein Beispiel für eine Beziehung zwischen dem Hub des Einlassventils 21 und dem Hub des Auslassventils 22, wenn der Motor 1 innerhalb des aufgeladenen CI-Bereichs arbeitet. Das Auslassventil 22 wird durch den ersten Nockenteil 811 der Auslass-WL 242 geöffnet. Ferner werden die Öffnungs- und Schließzeiten des Auslassventils 22 durch die Auslass-WT 241 in Abhängigkeit der Motorlast wie später beschrieben eingestellt. Die Schließzeit des Auslassventils 22 wird auf vor dem oberen Totpunkt des Auslasshubs festgelegt. Wie später beschrieben, wird der Hub des Einlassventils 21 durch die Einlass-CWL 232 in Abhängigkeit der Motorlast geändert. Die Schließzeit des Einlassventils 21 wird durch die Einlass-VVT 231 auf eine bestimmte Zeit festgelegt, während die Öffnungszeit desselben in Abhängigkeit des Hubs eingestellt wird. Das Auslassventil 22 und das Einlassventil 21 sind beide um den oberen Totpunkt des Auslasshubs herum geschlossen. Durch Bereitstellen der negativen Überlappungszeit des Auslass- und des Einlassventils 22 bzw. 21 wird ein Teil des Abgases in einer bestimmten Menge innerhalb des Brennraums 17 eingeschlossen; mit anderen Worten: Die variablen Ventilbetätigungssysteme arbeiten innerhalb des aufgeladenen CI-Bereich in einer ersten Betriebsart.
  • Nachfolgend wird eine Steuerung bzw. Regelung der variablen Ventilbetätigungssysteme des Einlassventils 21 und des Auslassventils 22 sowie eine Steuerung bzw. Regelung des Ladesystems 49 in Bezug auf die Motorlast unter Bezugnahme auf die 8 und 9 beschrieben. Nachfolgend wird die Steuerung bzw. Regelung der variablen Ventilbetätigungssysteme und des Ladesystems 49 in jedem Bereich beschrieben, wobei angenommen wird, dass die Motorlast allmählich von einem niedrigen Zustand zu einem hohen Zustand ansteigt. Es sei darauf hingewiesen, dass die Beschreibung für einen Fall, bei dem sich die Motorlast allmählich von dem hohen Zustand zu dem niedrigen Zustand ändert, der folgenden Beschreibung entgegengesetzt wird.
  • Zunächst zeigt ein Diagramm 801 der 8 eine Änderung des internen AGR-Verhältnisses in Bezug auf die Motorlast, wenn die Motordrehzahl einen bestimmten Wert hat. Innerhalb des Niedriglast-SI-Bereichs, in dem die Motorlast niedrig ist, ist die Menge des in den Brennraum 17 eingeführten internen AGR-Gases im Wesentlichen gleich Null, wie oben beschrieben. Daher ist auch das interne AGR-Verhältnis im Wesentlichen gleich Null. In diesem Fall wird das Auslassventil 22 durch den ersten Nockenteil 811 geöffnet. Wie durch ein Diagramm 802 gezeigt, verzögert die Auslass-WT 241 die Betätigungszeit des Auslassventils 22. Somit ist die Schließzeit des Auslassventils 22 (EVC) nahe dem oberen Totpunkt des Auslasshubs festgelegt, wie durch ein Diagramm 803 gezeigt.
  • Die Einlass-CWL 232 stellt das Einlassventil 21 auf einen bestimmten niedrigen Hub ein, wie durch ein Diagramm 901 der 9 gezeigt. Die Einlass-VVT 231 legt die Schließzeit des Einlassventils (IVC) auf vor dem oberen Totpunkt des Einlasshubs fest, wie durch ein Diagramm 902 gezeigt. Die Öffnungszeit des Einlassventils 21 (IVO) wird folglich auf eine bestimmte Zeit festgelegt, wie durch ein Diagramm 903 gezeigt.
  • Innerhalb des Niedriglast-SI-Bereichs lädt das Ladesystem 49 die Ansaugluft nicht auf (siehe ein Diagramm 904). Ferner stellt die ECU 10 das Drosselventil 43 auf eine geeignete Öffnung ein und stellt die Menge der in den Brennraum 17 eingeführten Frischluft derart ein, dass der Ladedruck (d.h. der Ansaugdruck) niedriger als der Umgebungsdruck wird.
  • Innerhalb des nicht aufgeladenen CI-Bereichs, in dem die Motorlast höher als der Niedriglast-SI-Bereich wird, wie durch das Diagramm 801 angezeigt, wird eine relativ große Menge internen AGR-Gases in den Brennraum 17 eingeführt. Wie durch das Diagramm 803 angezeigt, schaltet die Auslass-WL 242 an einer Grenze zwischen dem Niedriglast-SI-Bereich und dem nicht aufgeladenen CI-Bereich den arbeitenden Nockenteil zwischen dem ersten Nockenteil 811 und dem zweiten Nockenteil 812 um. Mit anderen Worten: Wenn sich der Betriebszustand des Motors 1 von dem Niedriglast-SI-Bereich zu dem nicht aufgeladenen CI-Bereich ändert, wechselt die Auslass-WL 242 den arbeitenden Nockenteil von dem ersten Nockenteil 811 zu dem zweiten Nöckenteil 812. Wie durch das Diagramm 803 angezeigt, wird die Schließzeit des Auslassventils 22 sofort von nahe dem oberen Totpunkt des Auslasshubs zu der Zeitspanne des Einlasshubs verzögert (siehe auch die durchgezogene Linie des Diagramms 703 der 7). Somit wird eine große Menge des internen AGR-Gases in den Brennraum 17 eingeführt. Wenn das variable Ventilbetätigungssystem in der zweiten Betriebsart arbeitet, wird das interne AGR-Verhältnis im Vergleich zum Betrieb in der ersten Betriebsart erhöht. Innerhalb des nicht aufgeladenen CI-Bereichs wird zwar die Temperatur des AGR-Gases relativ niedrig, da die Motorlast relativ niedrig ist, doch durch Betreiben des variablen Ventilbetätigungssystems in der zweiten Betriebsart wird eine große Menge internen AGR-Gases in den Brennraum 17 eingeführt. Daher wird die Temperatur in dem Brennraum 17 auf eine wünschenswerte Temperatur erhöht. Infolgedessen wird die CI-Verbrennung innerhalb des nicht aufgeladenen CI-Bereichs stabilisiert.
  • Wie durch das Diagramm 802 gezeigt, zieht die Auslass-WT 241 innerhalb des nicht aufgeladenen CI-Bereichs die Betätigungszeit des Auslassventils 22 allmählich vor, wenn die Motorlast höher wird. Wie in dem Diagramm 803 dargestellt, wird damit die Schließzeit des Auslassventils 22 in der Zeitspanne des Einlasshubs allmählich zum oberen Totpunkt des Auslasshubs hin vorgezogen. Da die Öffnung des Auslassventils 22 in der Zeitspanne des Einlasshubs abnimmt (siehe die gestrichelte Linie in Diagramm 703), nimmt die Menge des in den Brennraum 17 eingeführten AGR-Gases allmählich ab. Wie in Diagramm 801 angezeigt, nimmt daher innerhalb des nicht aufgeladenen CI-Bereichs das interne AGR-Verhältnis mit zunehmender Motorlast allmählich ab. Wenn die Motorlast zunimmt, steigt die Kraftstoffmenge, und die Temperatur innerhalb des Brennraums 17 steigt. Selbst wenn die Menge des internen AGR-Gases reduziert wird, wird somit das Gasgemisch stabil durch Selbstzündung verbrannt. Ferner ist innerhalb des nicht aufgeladenen CI-Bereich, in dem keine Verstärkung der Ansaugluft durchgeführt wird, die für die Kraftstoffmenge ausreichende Frischluft sichergestellt, da die Menge an Frischluft durch die reduzierte Menge des internen AGR-Gases erhöht wird.
  • Die Einlass-WT 231 verzögert die Betätigungszeit des Einlassventils 21 innerhalb des nicht aufgeladenen CI-Bereichs. Wie durch das Diagramm 901 gezeigt, ist das Einlassventil 21 so eingestellt, dass es innerhalb des nicht aufgeladenen CI-Bereichs einen bestimmten hohen Hub hat. Wie in 10 dargestellt, wird auf diese Weise eine Summe der Öffnungen des Einlassventils 21 und des Auslassventils 22 in der Zeitspanne des Einlasshubs groß, und daher wird ein Pumpverlust oder Drosselverlust des Motors 1 reduziert. Der bestimmte hohe Hub kann beispielsweise höher als der niedrigste Hub und niedriger als der höchste Hub sein. Da die Einlass-CWL 232 den Hub ohne Ändern der IVC ändert, ist die IVC innerhalb des nicht aufgeladenen CI-Bereichs fest, wie durch das Diagramm 902 gezeigt, und die IVO wird mit zunehmendem Hub vorgezogen, wie durch das Diagramm 903 gezeigt.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass innerhalb des nicht aufgeladenen CI-Bereichs das Ladesystem 49 die Verstärkung der Ansaugluft nicht durchführt (siehe das Diagramm 904). Ferner öffnet die ECU 10 das Drosselventil 43 im Wesentlichen vollständig. Somit wird der Ladedruck gleich dem Umgebungsdruck.
  • Innerhalb des aufgeladenen CI-Bereichs, in dem die Motorlast weiter zunimmt, wie durch das Diagramm 801 gezeigt, nimmt das interne AGR-Verhältnis mit zunehmender Motorlast allmählich ab. Das interne AGR-Verhältnis ändert sich über die Grenze zwischen dem nicht aufgeladenen CI-Bereich und dem aufgeladenen CI-Bereich kontinuierlich. Daher nimmt das interne AGR-Verhältnis mit steigender Motorlast über den gesamten nicht aufgeladenen CI-Bereich und den gesamten aufgeladenen CI-Bereich kontinuierlich ab. Wie durch das Diagramm 801 gezeigt, nimmt das interne AGR-Verhältnis von dem nicht aufgeladenen CI-Bereich zu dem aufgeladenen CI-Bereich mit steigender Motorlast linear ab.
  • Wie oben beschrieben, öffnet innerhalb des nicht aufgeladenen CI-Bereichs die Auslass-WL 242 das Auslassventil 22 mit dem zweiten Nockenteil 812, und innerhalb des aufgeladenen CI-Bereichs öffnet die Auslass-WL 242 das Auslassventil 22 mit dem ersten Nockenteil 811 (siehe Diagramm 803). Zu einem Zeitpunkt, zu dem der Betriebszustand des Motors 1 von dem nicht aufgeladenen CI-Bereich in den aufgeladenen CI-Bereich wechselt, steuert die ECU 10 die Auslass-VLL 242 derart, dass sie den arbeitenden Nockenteil von dem zweiten Nockenteil 812 zu dem ersten Nockenteil 811 wechselt. Dabei ist es erforderlich, zu verhindern, dass das interne AGR-Verhältnis sich vor und nach dem Wechseln des Nockenteils abrupt ändert.
  • Zwar ist dies nicht im Detail dargestellt, doch wird der Wechsel des Nockenteils zwischen dem ersten und dem zweiten Nockenteil 811 und 812 zu einem Zeitpunkt durchgeführt, wenn der erste und der zweite Nockenteil 811 und 812 keine Stufe bilden. Wie durch einen weißen Pfeil in 7 angezeigt, wird der Wechsel beispielsweise zu einem Zeitpunkt durchgeführt, wenn der Hub des Auslassventils 22 in dem ersten und dem zweiten Nockenteil 811 und 812 gleichmäßig ist, was nach Erreichen des höchsten Hubs auf der Schließseite der Fall ist.
  • Wenn die Auslass-WL 242 den Wechsel von dem zweiten Nockenteil 812 zu dem ersten Nockenteil 211 durchführt, während die Betätigungszeit des Auslassventils 22 auf einer bestimmten vorgezogenen Position ist, wie durch die gestrichelte Linie des Diagramms 703 der 7 angezeigt ist, wechselt die Hubkurve des Auslassventils 22 sofort, wie durch die durchgezogene Linie des Diagramms 702 angezeigt. Somit ändert sich die Schließzeit des Auslassventils 22 sofort von dem Zeitraum des Einlasshubs in den Zeitraum des Auslasshubs. Die Betriebsart des variablen Ventilbetätigungssystems wechselt von der zweiten Betriebsart, in der das Auslassventil 22 auf dem Einlasshub geöffnet wird, um das interne AGR-Gas in den Brennraum 17 einzuführen, zu der ersten Betriebsart, in der das Auslassventil 22 vor dem oberen Totpunkt des Auslasshubs geschlossen wird, um das interne AGR-Gas in dem Brennraum 17 einzuschließen. Zwar ändert sich die Art und Weise des Einführens des internen AGR-Gases in den Brennraum, doch dauert der Zustand an, in dem das interne AGR-Gas in den Brennraum eingeführt wird.
  • Zum Zeitpunkt des Wechsels von dem nicht aufgeladenen CI-Bereich in den aufgeladenen CI-Bereich reduziert die Einlass-CWL 23 den Hub des Einlassventils 21 von dem hohen Hub zu einem bestimmten Hub, wie durch das Diagramm 901 angezeigt. Wie durch das Diagramm 903 gezeigt, ist damit die Öffnungszeit des Einlassventils 21 verzögert. Auf diese Weise werden, wie durch das Diagramm 702 der 7 gezeigt, die Zeitspanne von der Schließzeit des Auslassventils 22 zu dem oberen Totpunkt des Auslasshubs und die Zeitspanne von dem oberen Totpunkt des Auslasshubs zu der Öffnungszeit des Einlassventils 21 gleich. Wenn die negative Überlappungszeit des Einlassventils 21 und des Auslassventils 22 bereitgestellt ist, ist der Pumpverlust reduziert.
  • Ferner führt das Ladesystem 49 innerhalb des aufgeladenen CI-Bereichs die Aufladung durch. Beispielsweise verbindet die ECU 10 die elektromagnetische Kupplung, um die Aufladung durch den Lader 44 zu starten. Wie durch das Diagramm 904 angezeigt, steigt der Ladedruck mit zunehmender Motorlast allmählich an. Der Ladedruck wird durch die ECU 10 eingestellt, welche die Öffnung des Luft-Bypassventils 48 steuert bzw. regelt.
  • Wenn die Auslass-WL 242 innerhalb des aufgeladenen CI-Bereichs in der zweiten Betriebsart arbeitet, tritt, wenn das Auslassventil 22 und das Einlassventil 21 beide auf dem Einlasshub geöffnet sind, ein Vorbeiströmen der Ansaugluft von der Einlassseite auf die Auslassseite des Motors 1 durch den Brennraum 17 auf. Somit wird es schwierig, die Menge des in den Brennraum 17 eingeführten internen AGR-Gases exakt einzustellen. Mit anderen Worten: Die Steuerbarkeit bzw. Regelbarkeit des internen AGR-Verhältnisses verschlechtert sich.
  • Innerhalb des aufgeladenen CI-Bereichs öffnen sich dagegen durch Betreiben der Auslass-WL 242 in der ersten Betriebsart das Auslassventil 22 und das Einlassventil 21 nicht gleichzeitig auf dem Einlasshub, und daher wird das oben beschriebene Vorbeiströmen der Ansaugluft verhindert. Somit verbessert sich die Steuerbarkeit bzw. Regelbarkeit des internen AGR-Verhältnisses.
  • Zwar wird es schwierig, eine große Menge des internen AGR-Gases in den Brennraum 17 einzuführen, wenn die Auslass-WL 242 in der ersten Betriebsart arbeitet, doch da die Motorlast innerhalb des aufgeladenen CI-Bereichs relativ hoch ist, ist die zum Stabilisieren der CI-Verbrennung erforderliche Temperatur in dem Brennraum 17 relativ niedrig. Ferner ist innerhalb des aufgeladenen CI-Bereichs die Kraftstoffmenge relativ groß, und die Temperatur des internen AGR-Gases wird relativ hoch. Daher wird die Temperatur innerhalb des Brennraums 17 selbst dann auf eine gewünschte Temperatur erhöht, wenn die Menge des in den Brennraum 17 eingeführten Gases gering ist.
  • Wie durch das Diagramm 802 angezeigt, verzögert innerhalb des aufgeladenen CI-Bereichs die Auslass-WT 214 die Betätigungszeit des Auslassventils 22 allmählich mit zunehmender Motorlast. Somit nähert sich, wie durch das Diagramm 803 angezeigt, die Schließzeit des Auslassventils 22 dem oberen Totpunkt des Auslasshubs, was die negative Überlappungszeit verkürzt und das interne AGR-Verhältnis allmählich reduziert.
  • Wie durch das Diagramm 901 angezeigt, erhöht die Einlass-CVVL 232 den Hub des Einlassventils 21 allmählich, wenn die Motorlast zunimmt. Während die Schließzeit des Einlassventils 21, wie durch das Diagramm 902 angezeigt, konstant bleibt, zieht somit die Öffnungszeit des Einlassventils 21 allmählich vor, wie durch das Diagramm 903 angezeigt (siehe auch den Pfeil des Diagramms 702 der 7).
  • Als Ergebnis wird die Menge der in den Brennraum 17 eingeführten Frischluft entsprechend der Zunahme der Kraftstoffmenge erhöht. 11 zeigt einen Vergleich zwischen einem Beispiel der Gaszusammensetzung in dem Brennraum 17 innerhalb des nicht aufgeladenen CI-Bereichs und einem anderen Beispiel der Gaszusammensetzung in dem Brennraum 17 innerhalb des aufgeladenen CI-Bereichs. Sowohl in dem nicht aufgeladenen CI-Bereich als auch in dem aufgeladenen CI-Bereich wird das G/F des Gasgemischs (d.h. ein Massenverhältnis zwischen dem gesamten Gas und dem Kraftstoff in dem Brennraum 17) als konstant beibehalten, während das A/F des Gasgemischs mit zunehmender Motorlast größer wird. Es sei darauf hingewiesen, dass in dem nicht aufgeladenen CI-Bereich und in dem aufgeladenen CI-Bereich das A/F des Gasgemischs wie oben beschrieben magerer als das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist (d.h. das Überschussluftverhältnis λ des Gasgemischs ist größer als 1).
  • Wie oben beschrieben, ist innerhalb des Hochlast-SI-Bereichs das interne AGR-Verhältnis auf im Wesentlichen Null festgelegt (siehe Diagramm 801). Wie durch das Diagramm 802 gezeigt, legt die Auslass-VVT 241 die Betätigungszeit der Auslass-VVT 241 auf die am meisten verzögerte Zeit fest, und damit erreicht die Schließzeit des Auslassventils 22 die Verzögerungsseite des oberen Totpunkts des Auslasshubs (d.h. auf dem Einlasshub), wie durch das Diagramm 803 gezeigt. Innerhalb des Hochlast-SI-Bereichs legt die Auslass-WT 221 die Betätigungszeit des Auslassventils ungeachtet der Motorlast fest (siehe Diagramme 802 und 803).
  • Innerhalb des Hochlast-SI-Bereichs wird das A/F des Gasgemischs im Wesentlichen gleich dem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Die Menge der in den Brennraum 17 eingeführten Frischluft muss zum Zeitpunkt des Wechselns von dem aufgeladenen CI-Bereich, in dem das A/F magerer als das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, zu dem Hochlast-SI-Bereich reduziert werden. Wie durch das Diagramm 901 angezeigt, reduziert die Einlass-CWL 232 den Hub des Einlassventils 21 einmal. Folglich wird die Öffnungszeit des Einlassventils 21 einmal verzögert, wie durch das Diagramm 903 angezeigt ist. Innerhalb des Hochlast-SI-Bereichs erhöht die Einlass-CWL 232 allmählich den Hub des Einlassventils 21, wenn die Motorlast zunimmt. Folglich zieht die Öffnungszeit des Einlassventils 21 mit zunehmender Motorlast allmählich vor.
  • Wie durch das Diagramm 902 gezeigt, verzögert die Einlass-VVT 231 innerhalb des Hochlast-SI-Bereichs ferner allmählich die Schließzeit des Einlassventils 21, wenn die Motorlast zunimmt. Das Einlassventil 21 wird zu einem verzögerten Zeitpunkt geschlossen, welcher auf dem Verdichtungshub liegt, und der Verzögerungsbetrag nimmt allmählich zu.
  • Ferner reduziert das Ladesystem 49 zu dem Zeitpunkt, zu dem der Betriebszustand des Motors 1 von dem aufgeladenen CI-Bereich zu dem Hochlast-SI-Bereich wechselt, den Ladedruck einmal, um die Frischluftmenge einzustellen (siehe das Diagramm 904). Das Ladesystem 49 erhöht innerhalb des Hochlast-SI-Bereichs den Ladedruck allmählich mit zunehmender Motorlast.
  • Durch Erhöhen des Verzögerungsbetrags des Einlassventils 21 mit zunehmender Motorlast wird Klopfen vermieden. Andererseits wird die Leistung des Laders 44 zum Verlust, da der Ladedruck um den Verzögerungsbetrag des Einlassventils 21 erhöht werden muss.
  • Dabei kann bei einer Modifikation, wie durch ein Diagramm 1201 der 12 gezeigt, die Einlass-WT 231 die Schließzeit des Einlassventils 21 innerhalb des Hochlast-SI-Bereichs konstant halten. In diesem Fall kann es notwendig sein, den Zündzeitpunkt zu verzögern, um Klopfen zu vermeiden, während das Ladesystem 49 den Ladedruck relativ niedrig festlegt, wie durch ein Diagramm 1202 gezeigt. Es sei darauf hingewiesen, dass die gestrichelte Linie des Diagramms 1202 der durchgezogenen Linie des Diagramms 904 der 9 entspricht.
  • Das Einstellen der Schließzeit des Einlassventils 21 durch die Einlass-WT 231 kann auf geeignete Weise entsprechend einem von Diagramm 902 der Fig. 9 und Diagramm 1201 der 12 erfolgen, je nach Wirkungsgrad des Laders 44. Ferner kann eines von Diagramm 902 und Diagramm 1201 in Abhängigkeit der Motordrehzahl gewählt werden.
  • (Steuerung bzw. Regelung des Nockenwechsels an der Grenze zwischen dem nicht aufgeladenen CI-Bereich und dem aufgeladenen CI-Bereich)
  • 13 zeigt Beziehungen zwischen der Betätigungszeit des Auslassventils 22 durch die Auslass-VVT 241 und dem internen AGR-Verhältnis innerhalb des nicht aufgeladenen CI-Bereichs und des aufgeladenen CI-Bereichs. In 13 zeigt die Linie „INTERNES AGR DURCH NVO“ eine Beziehung zwischen der Betätigungszeit des Auslassventils 22 und dem internen AGR-Verhältnis, wenn das interne AGR-Gas in den Brennraum 17 eingeführt wird, indem die Auslass-WL 242 in der ersten Betriebsart betrieben wird, um die negative Überlappungszeit zwischen dem Einlassventil 21 und dem Auslassventil 22 bereitzustellen. In diesem Fall wird die negative Überlappungszeit länger, indem die Betätigungszeit des Auslassventils 22 vorgezogen wird, was das interne AGR-Verhältnis erhöht. Daher hat die Linie „INTERNES AGR DURCH NVO“ eine Steigung in 13.
  • In dem Fall, in dem das interne AGR-Gas in den Brennraum 17 eingeführt wird, indem die Auslass-WL 242 in der zweiten Betriebsart betrieben wird, um das Auslassventil 22 auf dem Einlasshub zu öffnen, wenn die Betätigungszeit des Auslassventils 22 vorgezogen ist, wird die Zeitdauer, in welcher das Auslassventil 22 auf dem Einlasshub geöffnet ist, verkürzt, und daher nimmt das interne AGR-Verhältnis ab. Wenn dagegen die Betätigungszeit des Auslassventils 22 verzögert ist, wird der Zeitraum, in dem das Auslassventil 22 auf dem Einlasshub geöffnet ist, verlängert, und daher nimmt, das interne AGR-Verhältnis zu.
  • Wenn der Hub des Einlassventils 21 geändert wird, während die Auslass-WL 224 in der zweiten Betriebsart arbeitet, ändert sich hierbei der Widerstand gegen den Strom von Gas durch das Einlassventil 21 in den Brennraum 17, und daher ändert sich die Menge des in den Brennraum 17 eingeführten AGR-Gases. Wenn beispielsweise der Hub des Einlassventils 21 niedrig ist, erhöht sich das interne AGR-Verhältnis, da es für das Abgas relativ leichter wird, durch das Auslassventil 22 zu strömen, während, wenn der Hub des Einlassventils 21 hoch ist, das interne AGR-Verhältnis kleiner wird, da es für die Frischluft relativ leichter wird, durch das Einlassventil 21 zu strömen. Von den beiden strichpunktierten Linien in 13 zeigt die Linie „HÖCHSTER HUB“ eine Änderung des internen AGR-Verhältnisses, wenn die Betätigungszeit des Auslassventils 22 in dem Zustand geändert wird, in dem das Einlassventil 21 auf seinem höchsten Hub ist. Die Linie „NIEDRIGSTER HUB“ zeigt eine Änderung des internen AGR-Verhältnisses, wenn die Betätigungszeit des Auslassventils 22 in dem Zustand geändert wird, in dem das Einlassventil 21 auf dem niedrigsten Hub ist. Die Linien „HÖCHSTER HUB“ und „NIEDRIGSTER HUB“ haben in 13 jeweils ein Gefälle.
  • Wie durch den vertikalen Pfeil zwischen diesen Linien in 13 gezeigt, ist das interne AGR-Verhältnis auch dann durch Steuern bzw. Regeln des Hubs des Einlassventils 21 änderbar, wenn die Betätigungszeit des Auslassventils 22 die gleiche ist.
  • Wie oben beschrieben, werden an der Grenze zwischen dem nicht aufgeladenen CI-Bereich und dem aufgeladenen CI-Bereich der erste und der zweite Nockenteil 811 und 812 untereinander gewechselt, sodass sich das interne AGR-Verhältnis vor und nach dem Wechsel nicht ändert. Beispielsweise wechselt die Auslass-WL 242 den Nockenteil ausgehend von dem Steuersignal von der ECU 10, wenn die Betätigungszeit des Auslassventils 22 durch die Auslass-VVT 241 auf die bestimmte Zeit eingestellt ist. Im Hinblick auf das Reduzieren des Pumpverlusts wird innerhalb des nicht aufgeladenen CI-Bereichs der Hub des Einlassventils 21 auf den bestimmten höchsten Hub eingestellt, wie oben beschrieben. Wie durch den dicksten Pfeil in 13 angezeigt, nimmt das interne AGR-Verhältnis allmählich ab, wenn die Motorlast zunimmt, und die Betätigungszeit des Auslassventils 22 zieht vor. Zu der Betätigungszeit, wenn sich der dickste Pfeil mit der Linie „INTERNES AGR DURCH NVO“ schneidet, fällt das interne AGR-Verhältnis, wenn die Auslass-VVL 242 in der zweiten Betriebsart arbeitet, mit dem internen AGR-Verhältnis, wenn die Auslass-WL 242 in der ersten Betriebsart arbeitet, zusammen. Daher wird zu diesem Betätigungszeitpunkt der zweite Nockenteil 812 zu dem ersten Nockenteil 811 gewechselt. Durch Einstellen des Hubs des Einlassventils 22 auf den hohen Hub, wird zusätzlich zu dem Effekt, dass der Pumpverlust innerhalb des nicht aufgeladenen CI-Bereichs reduziert wird, der Effekt erzielt, dass der Vorziehbetrag des Auslassventils 22 zum Erreichen des Wechsels von dem zweiten Nockenteil 812 zu dem ersten Nockenteil 811 reduziert wird, wie oben beschrieben.
  • In einer Situation, in der durch Treten des Gaspedals beschleunigt wird, wechselt beispielsweise der Betriebszustand des Motors 1 sofort von dem nicht aufgeladenen CI-Bereich in den aufgeladenen CI-Bereich, und das Aufladen durch das Ladesystem 49 wird sofort gestartet. Somit wird eine Reaktion auf eine Beschleunigungsanforderung von einem Fahrer des Fahrzeugs verbessert.
  • Wenn die Auslass-WL 242 in der zweiten Betriebsart arbeitet, wird ferner das interne AGR-Verhältnis durch Steuern bzw. Regeln des Hubs des Einlassventils 21 eingestellt. Durch Einstellen des Hubs des Einlassventils 21 zusätzlich zum Einstellen der Betätigungszeit des Auslassventils 22, wie oben beschrieben, wird daher zuverlässig verhindert, dass das interne AGR-Verhältnis zu dem Zeitpunkt des Wechselns zwischen dem ersten Nockenteil 811 und dem zweiten Nockenteil 812 verändert wird. Zudem stimmt selbst in einer Situation, in der das interne AGR-Verhältnis aufgrund verschiedener Faktoren nicht durch einfaches Einstellen der Betätigungszeit des Auslassventils 22 übereinstimmt, das interne AGR-Verhältnis durch Einstellen des Hubs des Einlassventils 21 überein. Daher wird der Wechsel zwischen dem ersten Nockenteil 811 und dem zweiten Nockenteil 812 sofort durchgeführt.
  • Nachfolgend wird die Steuerung bzw. Regelung des Nockenwechsels zwischen dem nicht aufgeladenen CI-Bereich und dem aufgeladenen CI-Bereich unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm der 14 beschrieben. Bei S1 liest die ECU 10 den Betriebszustand des Motors 1 ausgehend von den Erfassungssignalen, welche von den verschiedenen Sensoren SW1 bis SW16 usw. zugeführt werden.
  • Bei S2 erfasst dann die ECU 10 den für den Motor 1 erforderlichen Betriebszustand ausgehend von den Erfassungssignalen, welche von den verschiedenen Sensoren SW1 bis SW16 usw. zugeführt werden. Die ECU 10 liest ferner einen Satz von grundlegenden Steuer- bzw. Regelbeträgen der jeweiligen Vorrichtungen (des Injektors 6, der Zündkerze 25, des Kraftstoffzuführsystems 61, des Drosselventils 43 und des AGR-Ventils 54) und der jeweiligen Systeme (der variablen Ventilbetätigungssysteme (der Auslass-VVT 241 und der Auslass-WL 242) und des Ladesystems 49 (der elektromagnetischen Kupplung 45 und des Luft-Bypassventils 48) entsprechend dem Betriebszustand.
  • Bei S3 ermittelt dann die ECU 10, ob ein angeforderter Betriebszustand des Motors 1 das Schalten zwischen dem nicht aufgeladenen CI-Bereich und dem aufgeladenen CI-Bereich erfordert. Wenn das Ergebnis positiv ist, geht der Prozess weiter zu S4, während der Prozess zu S1 zurückkehrt, wenn das Ergebnis negativ ist.
  • Bei S4 ermittelt die ECU 10, ob der Wechsel ein Wechsel von dem nicht aufgeladenen CI-Bereich zu dem aufgeladenen CI-Bereich erfolgt. Wenn das Ergebnis positiv ist, geht der Prozess weiter zu S5, während der Prozess zu S7 weiter geht, wenn das Ergebnis negativ ist.
  • Bei S5, welcher darauf folgt, dass der Wechsel von dem nicht aufgeladenen CI-Bereich zu dem aufgeladenen CI-Bereich erfolgt, gibt die ECU 10 zunächst ein Steuersignal an die Auslass-WL 242 aus, den arbeitenden Nockenteil von dem zweiten Nockenteil 812 zu dem ersten Nockenteil 811 zu wechseln. Somit wird die negative Überlappungszeit zwischen dem Einlassventil 21 und dem Auslassventil 22 bereitgestellt.
  • Bei S6 gibt dann die ECU 10 ein Steuersignal an das Ladesystem 49 aus, das Laden zu starten. Somit wird die elektromagnetische Kupplung 45 eingerückt, und der Lader 44 startet das Aufladen.
  • Da das Ladesystem 49 das Aufladen startet, nachdem die Auslass-WL 242 den Nockenteil des Auslassventils 22 wie oben beschrieben gewechselt hat, wird innerhalb des aufgeladenen CI-Bereichs das Vorbeiströmen der Ansaugluft von der Einlassseite zu der Auslassseite verhindert. Als Ergebnis ist das interne AGR-Verhältnis exakt eingestellt.
  • Bei S7, welcher darauf folgt, dass der Wechsel von dem aufgeladenen CI-Bereich zu dem nicht aufgeladenen CI-Bereich erfolgt, gibt die ECU 10 ein Steuersignal an das Ladesystem 49 aus, das Aufladen anzuhalten. Ferner bestimmt die ECU 10 bei S8, ob der Ladedruck niedriger als ein bestimmter Wert ist. Wenn der Ladedruck höher als der bestimmte Wert ist, wird S8 wiederholt. Wenn der Ladedruck niedriger als der bestimmte Wert ist, geht der Prozess weiter zu S9.
  • Bei S9 gibt die ECU 10 ein Steuersignal an die Auslass-WL 242 aus, den arbeitenden Nockenteil von dem ersten Nockenteil 811 zu dem zweiten Nockenteil 812 zu wechseln. Somit öffnet sich das Auslassventil 22 auf dem Einlasshub. Da der Ladedruck niedrig ist, wenn der Nocken gewechselt wird, wird das Vorbeiströmen der Ansaugluft von der Einlassseite zu der Auslassseite verhindert. Als Ergebnis ist das interne AGR-Verhältnis exakt eingestellt.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass die hier offenbarte Technik nicht auf die Anwendung auf den Motor 1 mit der obigen Konfiguration beschränkt ist. Verschiedene Konfigurationen können für den Motor 1 verwendet werden. Beispielsweise enthält die obige Konfiguration den Lader, doch kann alternativ ein Turbolader bereitgestellt sein, welcher dafür konfiguriert ist, durch Empfangen von Abgasenergie angetrieben zu werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Motor
    10
    ECU (Steuerung)
    17
    Brennraum
    21
    Einlassventil
    22
    Auslassventil
    221
    großer vorstehender Abschnitt (erster Nockenansatz)
    222
    flacher vorstehender Abschnitt (zweiter Nockenansatz)
    223
    kleiner vorstehender Abschnitt (zweiter Nockenansatz)
    231
    Einlass-VVT (variables Ventilbetätigungssystem, variabler Ventilzeitsteuermechanismus)
    232
    Einlass-CWL (variables Ventilbetätigungssystem, Hubänderungsmechanismus)
    241
    Auslass-WT (variables Ventilbetätigungssystem, variabler Ventilzeitsteuermechanismus)
    242
    Auslass-WL (variables Ventilbetätigungssystem)
    44
    Lader (Turbolader)
    45
    elektromagnetische Kupplung
    811
    erster Nockenteil (erster Nocken)
    812
    zweiter Nockenteil (zweiter Nocken)
    82
    Endseitennocken (Schaltmechanismus)
    83
    elektromagnetischer Betätiger (Schaltmechanismus)
    49
    Ladesystem
    SW1
    Luftströmungssensor
    SW2
    erster Ansauglufttemperatursensor
    SW3
    erster Drucksensor
    SW4
    zweiter Ansauglufttemperatursensor
    SW5
    zweiter Drucksensor
    SW6
    Drucksensor
    SW7
    Abgastemperatursensor
    SW8
    linearer O2-Sensor
    SW9
    Lambda-O2-Sensor
    SW10
    Wassertemperatursensor
    SW11
    Kurbelwinkelsensor
    SW12
    Beschleunigeröffnungssensor
    SW13
    Einlassnockenwinkelsensor
    SW14
    Auslassnockenwinkelsensor
    SW15
    AGR-Druckdifferenzsensor
    SW16
    Kraftstoffdrucksensor
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2015098802 A [0002, 0003]

Claims (11)

  1. Verbrennungsmotor mit Kompressionsselbstzündung, welcher dafür konfiguriert ist, Gasgemisch in einem Brennraum (17) durch Selbstzündung zu verbrennen, umfassend: ein variables Ventilbetätigungssystem (242), welches dafür konfiguriert ist, durch Ändern einer Öffnungsbetätigung mindestens eines Auslassventils (22) des Motors internes AGR-Gas in den Brennraum (17) einzuführen; ein Ladesystem (49), welches konfiguriert ist, in den Brennraum (17) eingeführte Ansaugluft aufzuladen; wobei eine Betriebsart des variablen Ventilbetätigungssystems (242) zwischen einer ersten Betriebsart, in welcher das Auslassventil (22) vor einem oberen Totpunkt des Auslasshubs geschlossen wird, um das interne Abgasrückführungs (AGR)-Gas in dem Brennraum (17) einzuschließen, und einer zweiten Betriebsart umschaltbar ist, in welcher das Auslassventil (22) auf dem Einlasshub geöffnet wird, um das interne AGR-Gas in den Brennraum (17) einzuführen, in einem Betriebsbereich des Motors, in dem der Motor durch Selbstzündungsverbrennung arbeitet, das Ladesystem (49), wenn eine Motorlast höher als eine bestimmte Last ist, die in den Brennraum (17) eingeführte Ansaugluft auflädt, und wenn die Motorlast niedriger als die bestimmte Last ist, das Aufladen der Ansaugluft verhindert wird, und wenn die Motorlast höher als die bestimmte Last ist, die variable Ventilbetätigung (49) in der ersten Betriebsart arbeitet, und wenn die Motorlast niedriger als die bestimmte Last ist, das variable Ventilbetätigungssystem (242) in der zweiten Betriebsart arbeitet.
  2. Motor nach Anspruch 1, wobei das variable Ventilbetätigungssystem (242), wenn sich ein Betriebszustand des Motors von dem zweiten Bereich zu dem ersten Bereich ändert, die Betriebsart von der zweiten Betriebsart zu der ersten Betriebsart wechselt und das Ladesystem (49) das Aufladen der Ansaugluft startet, nachdem die Betriebsart gewechselt worden ist.
  3. Motor nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Betriebsbereich, in dem der Motor durch Selbstzündungsverbrennung arbeitet, einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich beinhaltet, in dem die Motorlast niedriger als in dem ersten Bereich ist, das Ladesystem (49) die in den Brennraum eingeführte Ansaugluft innerhalb des ersten Bereichs auflädt und das Aufladen der Ansaugluft innerhalb des zweiten Bereichs verhindert wird, und/oder innerhalb des ersten Bereichs das variable Ventilbetätigungssystem (242) in der ersten Betriebsart arbeitet und innerhalb des zweiten Bereichs das variable Ventilbetätigungssystem (242) in der zweiten Betriebsart arbeitet, und/oder wenn sich der Betriebszustand des Motors von dem ersten Bereich zu dem zweiten Bereich ändert, das variable Ventilbetätigungssystem (242) die Betriebsart von der ersten Betriebsart zu der zweiten Betriebsart wechselt, nachdem der Ladedruck des Ladesystems (49) auf einen bestimmten Druck gefallen ist.
  4. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ladesystem (49) beinhaltet: einen Turbolader, welcher durch den Motor angetrieben ist; und eine Kupplung (45), welche zwischen dem Motor und dem Turbolader vorgesehen und dafür ausgebildet ist, die Übertragung der Antriebskraft von dem Motor zu dem Turbolader auszuführen und zu unterbrechen, und die Kupplung verbunden wird, nachdem die Betriebsart des variablen Ventilbetätigungssystems (242) von der zweiten Betriebsart zu der ersten Betriebsart gewechselt ist; und/oder das variable Ventilbetätigungssystem (242) beinhaltet: einen ersten Nocken (811), welcher dafür konfiguriert ist, in der ersten Betriebsart gewählt zu werden und das Auslassventil (22) auf dem Auslasshub zu öffnen; einen zweiten Nocken (812), welcher dafür konfiguriert ist, in der zweiten Betriebsart gewählt zu werden und das Auslassventil (22) auf dem Auslasshub und dem Einlasshub zu öffnen; und einen Schaltmechanismus (82), welcher dafür konfiguriert ist, den arbeitenden Nocken zwischen dem ersten und dem zweiten Nocken (811, 812) zu wechseln, und das variable Ventilbetätigungssystem (242) dafür konfiguriert ist, den arbeitenden Nocken zwischen dem ersten und dem zweiten Nocken in Abhängigkeit des Betriebszustands des Motors zu wechseln.
  5. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Motor in einem dritten Bereich, in dem die Motorlast höher als der erste Bereich ist, durch Verbrennen des Gasgemischs mit einem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis durch Funkenzündung arbeitet, innerhalb des ersten Bereichs das Ladesystem (49) den Ladedruck mit zunehmender Motorlast erhöht, und das Ladesystem (49) den Ladedruck zu einem Zeitpunkt, zu dem sich der Betriebszustand des Motors von dem ersten Bereich zu dem dritten Bereichs ändert, einmal senkt.
  6. Motor nach Anspruch 5, wobei das Ladesystem (49) die in den Brennraum (17) eingeführte Ansaugluft innerhalb des dritten Bereichs auflädt, und das variable Ventilbetätigungssystem innerhalb des dritten Bereichs in einer dritten Betriebsart arbeitet, in dem sowohl das Einlassventil als auch das Auslassventil um den oberen Totpunkt des Auslasshubs herum offen sind, um Abgas in dem Brennraum (17) auszuspülen.
  7. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das variable Ventilbetätigungssystem (242) einen variablen Ventilzeitsteuermechanismus (241) enthält, welcher dafür konfiguriert ist, eine Betätigungszeit des Auslassventils (22) zu ändern, wenn das variable Ventilbetätigungssystem (242) in der ersten Betriebsart arbeitet, ein internes AGR-Verhältnis innerhalb des Brennraums (17) ansteigt, während die Betätigungszeit des Auslassventils (22) vorgezogen wird, wenn das variable Ventilbetätigungssystem (242) in der zweiten Betriebsart arbeitet, das interne AGR-Verhältnis ansteigt, während die Betätigungszeit des Auslassventils (22) verzögert wird, und wenn die Betätigungszeit des Auslassventils (22) eine bestimmte Betätigungszeit ist, das interne AGR-Verhältnis in der ersten Betriebsart das gleiche wie das interne AGR-Verhältnis in der zweiten Betriebsart ist, und wenn der Betriebszustand des Motors zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich wechselt, das variable Ventilbetätigungssystem (242) die Betriebsart zwischen der ersten Betriebsart und der zweiten Betriebsart umschaltet, wenn die Betätigungszeit des Auslassventils (22) die bestimmte Betätigungszeit ist.
  8. Motor nach Anspruch 7, wobei das variable Ventilbetätigungssystem (242) so betrieben wird, dass das interne AGR-Verhältnis kontinuierlich abnimmt, während die Motorlast über den gesamten ersten und den gesamten zweiten Bereich zunimmt.
  9. Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors mit Kompressionsselbstzündung, welcher dafür konfiguriert ist, Gasgemisch in einem Brennraum (17) durch Selbstzündung zu verbrennen, die folgenden Schritte umfassend: Einführen von internem AGR-Gas in den Brennraum (17) durch Ändern einer Öffnungsoperation mindestens eines Auslassventils (22) des Motors; Aufladen von in den Brennraum (17) eingeführter Ansauglauft; wobei Wechseln zwischen einer ersten Betriebsart, in welcher das Auslassventil (22) vor einem oberen Totpunkt des Auslasshubs geschlossen wird, um das interne Abgasrückführungs (AGR)-Gas in dem Brennraum (17) einzuschließen, und einer zweiten Betriebsart, in welcher das Auslassventil (22) auf dem Einlasshub geöffnet wird, um das interne AGR-Gas in den Brennraum (17) einzuführen, in einem Betriebsbereich des Motors, in dem der Motor durch Selbstzündungsverbrennung arbeitet, Aufladen der in den Brennraum (17) eingeführten Ansaugluft, wenn eine Motorlast höher als eine bestimmte Last ist, und Verhindern des Aufladens der Ansaugluft, wenn die Motorlast niedriger als die bestimmte Last ist, und Arbeiten in der ersten Betriebsart, wenn die Motorlast höher als die bestimmte Last ist, und Arbeiten in der zweiten Betriebsart, wenn die Motorlast niedriger als die bestimmte Last ist.
  10. Computerprogrammprodukt, welches computerlesbare Befehle umfasst, die, wenn sie auf einem geeigneten System geladen sind und ausgeführt werden, die Schritte des Verfahrens des Anspruchs 9 ausführen können.
  11. Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor mit Kompressionsselbstzündung, welcher dafür konfiguriert ist, Gasgemisch in einem Brennraum (17) durch Selbstzündung zu verbrennen, wobei die Steuervorrichtung umfasst: eine Steuerung (10), welche dafür konfiguriert ist, ein Steuersignal an mindestens ein variables Ventilbetätigungssystem (242) des Motors auszugeben, um den Motor zu betreiben; und wobei die Steuerung (10) mit mindestens einem Sensor des Motors verbunden ist, um einen Parameter zu erfassen, welcher einen Betriebszustand des Motors betrifft, wobei die Steuervorrichtung dafür konfiguriert ist, den Motor derart zu steuern, sodass: eine Betriebsart des variablen Ventilbetätigungssystems (242) zwischen einer ersten Betriebsart, in welcher das Auslassventil (22) vor einem oberen Totpunkt des Auslasshubs geschlossen wird, um das interne Abgasrückführungs (AGR)-Gas in dem Brennraum (17) einzuschließen, und einer zweiten Betriebsart umschaltbar ist, in welcher das Auslassventil (22) auf dem Einlasshub geöffnet wird, um das interne AGR-Gas in den Brennraum (17) einzuführen, in einem Betriebsbereich des Motors, in dem der Motor durch Selbstzündungsverbrennung arbeitet, das Ladesystem (49), wenn eine Motorlast höher als eine bestimmte Last ist, die in den Brennraum (17) eingeführte Ansaugluft auflädt, und wenn die Motorlast niedriger als die bestimmte Last ist, das Aufladen der Ansaugluft verhindert wird, und wenn die Motorlast höher als die bestimmte Last ist, die Steuerung (10) ein Steuersignal an das variable Ventilbetätigungssystem (242) ausgibt, um das variable Ventilbetätigungssystem (242) zum Arbeiten in der ersten Betriebsart zu veranlassen, und wenn die Motorlast niedriger als die bestimmte Last ist, die Steuerung (10) ein Steuersignal an das variable Ventilbetätigungssystem (242) ausgibt, um das variable Ventilbetätigungssystem (242) zum Arbeiten in der zweiten Betriebsart zu veranlassen (10).
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