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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Steuertechnologie einer variablen
Ventilsteuervorrichtung, welche eine Ventilzeitensteuerung und eine Ventilhubbetragsteuerung
von einem Einlassventil und/oder einem Auslassventil unabhängig durchführt.
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In
der Praxis wurden verschiedene Arten von variablen Ventilsteuervorrichtungen
verwendet, welche Ventilzeiten oder einen Ventilhubbetrag eines Einlassventils
bzw. eines Auslassventils auf einen optimalen Steuerbetrag steuern.
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Um
die Motorleistung und das Abgasreinigungsverhalten eines Motors
weiter zu verbessern, wurde eine Vorrichtung entwickelt, welche
sowohl Ventilzeiten als auch ein Ventilhubbetrag eines Einlassventils
bzw. eines Auslassventils variabel steuert.
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In
der japanischen ungeprüften
Patentveröffentlichung
2000-328971 sind
eine variable Ventilzeitensteuervorrichtung (Öffnungs- und Schließzeiten) und
eine Ventilcharakteristikschaltvorrichtung eines Einlassventils
zusammen an einer einlassseitigen Nockenwelle angeordnet, so dass
sowohl Ventilzeiten als auch Ventilhubbetrag des Einlassventils
geändert
werden können,
wodurch die Ventilzeiten und der Ventilhubbetrag für jeden
Betriebsbereich, bestimmt auf der Grundlage einer Drehzahl und einer Last
eines Motors, variabel gesteuert werden.
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Die
oben erwähnte
herkömmliche
variable Ventilsteuervorrichtung führt die Ventilzeitensteuerung
und die Ventilhubbetragsteuerung des Einlassventils unabhängig aus,
und jeder Steuerbereich wird festgelegt, so dass das Motorverhalten
(Betriebsverhalten, Abgasreinigungsverhalten und Ähnliches)
in Abhängigkeit
von jeder Steuercharakteristik auf ein Maximum erhöht werden
kann. Jedoch wird in einem Fall, in welchem die Ventilzeitensteuerung
und die Ventilhubbetragsteuerung ausgeführt werden, beispielsweise
bei Teillast in einem mittleren Drehzahlbereich, wenn die Ventilzeiten
zu einer Voreilwinkelseite gesteuert werden bzw. der Ventilhubbetrag
zu einer Seite eines großen
Hubbetrags gesteuert wird, der Ventilhubbetrag in der Nähe des oberen
Totpunkts eines Kolbens extrem groß, wodurch möglicherweise
eine Störung
zwischen dem Einlassventil und dem Kolben bewirkt wird.
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Wenn
ein Anschlag und Ähnliches
verwendet werden, um einen maximalen Voreilwinkelwert der variablen
Ventilzeitensteuervorrichtung und den Ventilhubbetrag der Ventilcharakteristikschaltvorrichtung
des Einlassventils mechanisch auf ein Maximum zu begrenzen, so dass
eine übermäßige Erhöhung eines
Ventilhubbetrags in der Nähe
des oberen Totpunkts des Kolbens vermieden wird, so wird der Steuerbereich
verengt. Ferner wird bei der Steuerung der Ventilzeiten und des
Ventilhubbetrags, bei welcher keine Störung zwischen dem Einlassventil und
dem Kolben auftritt, eine Obergrenze eines Steuerbetrags begrenzt.
Daher ist es nicht möglich,
ausreichende Wirkungen infolge einer Erhöhung einer Motorleistung und
der Verbesserung eines Abgasreinigungsverhaltens unter Verwendung
sowohl der variablen Ventilzeitensteuerung als auch der variablen Ventilhubbetragsteuerung
des Einlassventils zu erhalten.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass bei einer derartigen Vorrichtung, bei
welcher eine Ventilzeitensteuerung und eine Ventilhubbetragsteuerung
eines Auslassventils zusammen durchgeführt werden, wenn die Ventilzeiten
zu einer Nacheilwinkelseite gesteuert werden und gleichzeitig der
Ventilhubbetrag zu einer Seite eines großen Hubbetrags gesteuert wird,
es die Möglichkeit
einer Störung
zwischen dem Auslassventil und dem Kolben gibt, was zu einem Problem
führt.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung wurde gemacht vor dem Hintergrund des oben
dargelegten Problems, und es ist deren Aufgabe, in einer variablen Ventilsteuervorrichtung,
welche sowohl eine Ventilzeitensteuerung als auch eine Ventilhubbetragsteuerung
eines Einlassventils bzw. eines Auslassventils verwendet, jedoch
die Ventilzeitensteuerung und die Ventilhubbetragsteuerung unabhängig durchführt, Steuerbereiche
von Ventilzeiten und eines Ventilhubbetrags des Einlassventils und/oder
des Auslassventils möglichst
weit auszuweiten, während
eine Störung
des Einlassventils bzw. des Auslassventils mit einem Kolben verhindert
wird, um dadurch die Motorleistung auf ein Maximum zu erhöhen.
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Um
die obige Aufgabe zu lösen,
sieht die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren
zum Steuern einer variablen Ventilsteuervorrichtung vor, welche
eine Ventilzeitensteuerung und eine Ventilhubbetragsteuerung eines
Einlassventils und/oder eines Auslassventils durchführt, wobei
ein Steuerbereich der Ventilzeiten und oder des Ventilhubbetrags
in Übereinstimmung
mit einem Steuerzustand des jeweils anderen begrenzt wird.
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Gemäß dem obigen
Aufbau kann, wenn unabhängig
vom Steuerzustand der Ventilzeiten bzw. des Ventilhubbetrags des Einlassventils
bzw. des Auslassventils das jeweils andere in Übereinstimmung mit einem Motorbetriebszustand
gesteuert wird und folglich eine Störung des Einlassventils bzw.
des Auslassventils mit dem Kolben hervorgerufen wird, die Störung mit
dem Kolben verhindert werden durch Begrenzen des Steuerbereichs
des jeweils anderen.
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Die
weiteren Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung gehen
aus der folgenden Beschreibung mit der beiliegenden Zeichnung deutlich hervor.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnung
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1 ist
ein Diagramm einer Systemstruktur eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels;
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2 ist
eine perspektivische Teilansicht einer variablen Ventilhubbetragsteuervorrichtung,
verwendet in dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel;
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3 ist
eine Ansicht in einer Richtung eines Pfeils A von 2;
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4A ist
eine Funktionserläuterungsansicht,
welche einen Ventilöffnungszustand
bei einem minimalen Hubbetrag der variablen Ventilhubbetragsteuervorrichtung
darstellt;
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4B ist
eine Funktionserläuterungsansicht,
welche einen Ventilschließzustand
bei dem minimalen Hubbetrag der variablen Ventilhubbetragsteuervorrichtung
darstellt;
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5A ist
welche einen Ventilöffnungszustand
bei einem minimalen Hubbetrag der variablen Ventilhubbetragsteuervorrichtung
darstellt;
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5B ist
ein Funktionserläuterungsdiagramm,
welches einen Ventilschließzustand
dem minimalen Hubbetrag der variablen Ventilhubbetragsteuervorrichtung
darstellt;
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6 ist
ein Flussdiagramm zu einem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel;
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7 ist
ein Flussdiagramm zu einem zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel;
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8 ist
ein erster Abschnitt eines Flussdiagramms zu einem dritten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel;
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9 ist
ein letzter Abschnitt des Flussdiagramms zu dem dritten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel.
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Ausführungsbeispiel
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Nachfolgend
wird ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel
beschrieben.
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1 ist
ein Diagramm einer Systemstruktur eines Verbrennungsmotors, welcher
mit einer variablen Ventilsteuervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist.
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Ein
Luftdurchflussmesser 3, welcher eine Einlassluftdurchflussmenge
Q misst, ist in einem Einlasskanal 2 eines Verbrennungsmotors
2angeordnet, und eine Drosselklappe 4, welche die Einlassluftdurchflussmenge
Q steuert, ist auf der Stromabwärtsseite
des Durchflussmessers 3 angeordnet.
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Ein
Kraftstoffeinspritzventil 6, welches Kraftstoff in eine
Brennkammer 5 jedes Zylinders stromabwärts des Einlasskanals 2 einspritzt,
ist angeordnet. Ein Gemisch aus dem Kraftstoff, welcher von dem Kraftstoffeinspritzventil
eingespritzt wird, und der Luft, welche durch ein Einlassventil 7 von
der Drosselklappe 4 angesaugt wird, wird in der Brennkammer 5 durch
einen Kolben 8 komprimiert und durch eine Funkenzündung durch
eine Zündkerze 9,
welche in der Brennkammer 5 angeordnet ist, gezündet.
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Ein
Abgas des Verbrennungsmotors 1 wird zu einem Auslasskanal 11 von
der Brennkammer 5 durch ein Auslassventil 10 ausgestoßen, um
durch einen Abgasreinigungskatalysator 12 in die Atmosphäre abgegeben
zu werden.
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Ein
Einlassventil 7 und ein Auslassventil 10 werden
zum Öffnen/Schließen durch
Betätigungen von
Nocken angetrieben, welche jeweils auf einer einlassseitigen Nockenwelle 14 und
einer auslassseitigen Nockenwelle 15 angeordnet sind, wobei
eine Kurbelwelle 13 als Kraftquelle hierfür dient.
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Auf
der Einlassseite ist eine variable Ventilhubbetragsteuervorrichtung 16 (nachfolgend
VEL) mit einer mehrgelenkigen Verbindungsvorrichtung, welche nacheinander
eine variable Steuerung eines Ventilhubbetrags und eines Betriebswinkels
eines Einlassventils 7 ausführt, auf einem Umfang einer einlassseitigen
Nockenwelle 14 angeordnet. Die VEL 16 ist mit
einem VEL-Betriebswinkelsensor 17 angeordnet, welcher den
Ventilhubbetrag und den Betriebswinkel des Einlassventils 7 erfasst.
Die genaue Struktur der VEL 16 wird unten beschrieben.
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Ferner
ist auf der Einlassseite eine variable Ventilzeitensteuervorrichtung
(nachfolgend VTC) mit einer Vorrichtung, welche nacheinander eine
variable Steuerung einer Drehphase einer einlassseitigen Nockenwelle 14 relativ
zur Kurbelwelle 13 ausführt,
um eine Voreilung/Nacheilung der Ventilzeiten des Einlassventils 7 (Ventilöffnungs-
und – schließzeiten)
zu bewirken, an einem Ende der einlassseitigen Nockenwelle 14 angeordnet.
Am anderen Ende der einlassseitigen Nockenwelle 14 ist
ein einlassseitiger Nockenwinkelsensor 19 angeordnet, welcher
eine Drehposition der einlassseitigen Nockenwelle 14 erfasst.
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Eine
Motorsteuereinheit (ECU) 20 erhält eine Motorlast und eine
Motordrehzahl auf der Grundlage eines Einlassluftdurchflussmengensignals,
ausgegeben von einem Luftdurchflussmesser 3, und eines Kurbelwinkelsignals,
ausgegeben von einem Kurbelwinkelsensor 21, welcher auf
der Kurbelwelle 13 angeordnet ist, um eine Drehposition
der Kurbelwelle 13 zu erfassen, und berechnet eine Kraftstoffeinspritzmenge,
einen VEL-Ziel-Ventilhubbetrag bzw. VTC-Ziel-Ventilzeiten. Die ECU 20 gibt
ein Rückkopplungssteuersignal
an die VEL auf der Grundlage eines VEL-Betriebswinkelsignals aus,
welches von dem VEL-Betriebswinkelsensor 17 ausgegeben
wird, so dass ein tatsächlicher
VEL-Ventilhubbetrag sich an den Ziel-VEL-Ventilhubbetrag annähert. In ähnlicher Weise erhält die ECU 20 tatsächliche
VTC-Ventilzeiten aus der Phasendifferenz zwischen einem Ausgangssignal
von einem einlassseitigen Nockenwinkelsensor 19 und dem
Kurbelwinkelsignal von dem Kurbelwinkelsensor 21 und gibt
ein Rückkopplungssteuersignal
an die VTC 18 aus, so dass sich die tatsächlichen
VTC-Ventilzeiten
einem Ziel-VTC-Winkel annähern.
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Als
Nächstes
wird die VEL 16 auf der Grundlage von 2 und 3 beschrieben.
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Eine
Steuerwelle 23 von VEL 16 ist parallel mit einer
einlassseitigen Nockenwelle 14 angeordnet, und beide Enden
davon sind durch Lager 24 getragen, welche an in den Kuhlen
nicht dargestellten Zylinderblöcken
befestigt sind.
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Eine
Steuernocke 25 ist in einer im Wesentlichen zylindrischen
Form ausgebildet, welche einen Außendurchmesser aufweist, der
größer ist
als eine Steuerwelle 23, und ist auf der Steuerwelle 23 in
einem Zustand angeordnet, in welchem die Mittelachse davon um einen
vorbestimmten Betrag α von
der Mittelachse der Steuerwelle 23 vorgespannt ist.
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Ein
Kipphebel 26 ist in einer im Wesentlichen rhombusartigen
Form ausgebildet, und eine Außenfläche des
Steuernockens 25 ist gleitfähig in ein Durchgangsloch eingesetzt,
welches auf der Mitte des Kipphebels 26 ausgebildet ist.
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Eine
Verbindungsstange 27 ist in einer im Wesentlichen sichelartigen
Form ausgebildet, und ein Ende davon ist drehbar mit einem Ende
des Kipphebels 26 über
einen Stift 28 verbunden, und das andere Ende davon ist
drehbar mit einer von der Mittelachse der einlassseitigen Nockenwelle 14 vorgespannten
Position über
einen Stift 29 verbunden.
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Ein
Antriebsnocken 30 umfasst einen Nockenkörper 30a, ausgebildet
in einer zylindrischen Form, welche einen großen Aussendruchmesser aufweist,
und einen zylindrischen Abschnitt 30b, welcher in einer
zylindrischen Form ausgebildet ist, die einen kleinen Aussendruchmesser
aufweist, und neben einem Ende des Nockenkörpers 30a angeordnet ist.
Eine Wellenbohrung 30c ist durch den Mittelabschnitt des
zylindrischen Abschnitts 30b ausgebildet, und die einlassseitige
Nockenwelle 14 ist gleitfähig in die Wellenbohrung 30c eingesetzt.
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Die
Mittelachse des zylindrischen Abschnitts 30b stimmt mit
der Mittelachse X der einlassseitigen Nockenwelle 14 überein,
jedoch ist die Mittelachse Y des Nockenkörpers 30a um einen
vorbestimmten Betrag von der Mittelachse X der einlassseitigen Nockenwelle 14 vorgespannt.
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Ein
Verbindungsarm 31 ist in einer ringartigen Form ausgebildet,
welche einen größeren Außendurchmesser
als der Antriebsnocken 30 aufweist, und ein Umfang des
Nockenkörpers 30a des
Antriebsnocken 30 ist über
ein Lager 32 gleitfähig
in eine Bohrung eingesetzt, welche durch den Mittelabschnitt des
Verbindungsarms 31 hindurch ausgebildet ist.
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Ein
Endabschnitt des Verbindungsarms 31, welcher in einer Außendurchmesserrichtung
davon vorsteht, ist drehbar mit dem anderen Ende des Kipphebels 26 über einen
Stift 33 verbunden.
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Ein
Einlassnocken 34 ist in einer Regentropfenform ausgebildet
und an einem einlassseitigen Nocken 14 derart befestigt,
dass der einlassseitige Nocken 14 in eine Wellenbohrung 34b eingesetzt
ist, welche ein Basisende 34a durchläuft, wobei ein Einlassnocken 34 drehbar
mit einer Verbindungsstange 27 verbunden ist, so dass ein
Stiftloch 34d durch einen Nockennasenabschnitt 34c hindurch
ausgebildet ist, welcher auf einem Endabschnitt des Einlassnockens 34 positioniert
ist, welcher in einer Außendurchmesserrichtung
vom Basisende 34a vorsteht, und ein Stift 29 ist
in das Stiftloch 34d eingesetzt.
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Ein
Ventilstößel 35 ist
in einer zylindrischen Form mit einem Deckel ausgebildet, und eine
Nockenfläche 34e des
Einlassnocken 34 ist in Kontakt mit einer vorbestimmten
Position einer oberen Fläche
des Ventilstößels 35 in Übereinstimmung
mit einer Schwingposition des Einlassnockens 34, während das
Einlassventil 7 an einem unteren Abschnitt des Ventilstößels 35 befestigt
ist.
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Ein
elektrisch betriebener Aktuator 36 umfasst ein Schneckenrad 37,
welches an einem Antriebswellenende davon befestigt ist und in Eingriff mit
einem Zahnrad ist, das an einem Ende der Steuerwelle 23 befestigt
ist, und dreht die Steuerwelle 23 innerhalb eines feststehenden
Bereichs durch ein von der ECU 20 ausgegebenes Ansteuersignal.
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Der
VEL-Betriebssensor 17 ist an einem Ende der Steuerwelle 23 angeordnet,
um einen Ventilhubbetrag der VEL 16 auf der Grundlage eines Drehbetrags
der Steuerwelle 23 zu erfassen und ein Erfassungssignal
an die ECU 20 auszugeben.
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Als
Nächstes
wird die Wirkungsweise der VEL 16 beschrieben.
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4A und 4B zeigen
jeweils einen Öffnungszustand
und einen Schließzustand
der VEL 16 bei Ausführen
einer Minimalhubbetragsteuerung. Wenn der elektrisch betriebene
Aktuator 36 ein Ansteuersignal von der ECU 20 empfängt, um
die Steuerwelle 23 in eine Drehung im Uhrzeigersinn zu
versetzen, so dass ein Steuern eines Hubbetrags auf einen Minimalbetrag
erfolgt, so bewegt sich ein dicker Abschnitt 25a des Steuernocken 25 nach
oben, und synchron damit bewegt sich ferner der Kipphebel 26 nach
oben. Dabei wird der Nockennasenabschnitt 24c des Einlassnocken 34 durch
die Verbindungsstange 27 gehoben. dadurch kommt die Nockenfläche 34e des
Einlassnocken 34, welche durch die Drehung der einlassseitigen
Nockenwelle 14 in Kontakt mit dem Ventilstößel 35 ist,
dem Basisabschnitt 34a nahe, und der Ventilhubbetrag wird
auf einen kleinen Hubbetrag, dargestellt durch L1 in 4A, gesteuert.
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Hingegen
zeigen 5A und 5B jeweils einen Öffnungszustand
und einen Schließzustand der
VEL 16 bei Ausführen
einer Maximalhubbetragsteuerung. Wenn der elektrisch betriebene
Aktuator 36 ein Ansteuersignal von der ECU 20 empfängt, um die
Steuerwelle 23 in eine Drehung gegen den Uhrzeigersinn
zu versetzen, so dass ein Steuerung eines Hubbetrags auf einen Maximalbetrag
erfolgt, so bewegt sich der dicke Abschnitt 25a des Steuernocken 25 nach
unten, und synchron damit bewegt sich auch der Kipphebel 26 nach
unten. Dabei wird der Nockennasenabschnitt 34c des Einlassnocken 34 über die Verbindungsstange 27 nach
unten gedrückt.
Dadurch wird die Nockenfläche 34e des
Einlassnocken 34, welche durch die Drehung der einlassseitigen
Nockenwelle 14 in Kontakt mit dem Ventilstößel 35 ist, zwischen
einer Spitze des Nockennasenabschnitts 34c und dem Basisabschnitt 34a angeordnet,
und der Ventilhubbetrag wird auf einen großen Betrag, dargestellt durch
L2 in 5A, gesteuert.
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Als
Nächstes
werden Steuerungen der VEL und der VTC in einem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel
beschrieben.
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Bei
der Ventilhubbetragsteuerung durch die VEL wird ein Zielventilhubbetrag
festgelegt auf der Grundlage einer Motordrehzahl Ne und einer Kraftstoffeinspritzmenge
Tp, und anschließend
wird die Steuerung unter Verwendung einer Proportionalitätskomponente,
einer Integrationskomponente und einer Ableitungskomponente (siehe
zweites Ausführungsbeispiel)
durchgeführt,
ohne Begrenzung eines Steuerbereichs, so dass ein Zielventilhubbetrag
erhalten wird.
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Hingegen
wird die Ventilzeitensteuerung durch die VTC durchgeführt in Übereinstimmung
mit einem Steuerzustand durch die VEL des Ventilhubbetrags, während der
Steuerbereich begrenzt wird, so dass das Einlassventil 7 und
der Kolben sich nicht gegenseitig stören. Der Steuervorgang durch
die VTC wird anhand eines Flussdiagramms in 6 beschrieben.
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In
Schritt 1 (in der Figur kurz als S1 bezeichnet, wobei diese
Regel auch im Weiteren angewandt wird) wird eine Kraftstoffeinspritzmenge
Tp (= K × Q/Ne:
K ist konstant) berechnet auf der Grundlage der Einlassluftmenge
Q, welche durch den Luftdurchflussmesser 3 erfasst wird,
und der Motordrehzahl Ne, welche durch den Kurbelwinkelsensor 13 erfasst wird.
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In
Schritt 2 werden auf der Grundlage der Kraftstoffeinspritzmenge
Tp und der Motordrehzahl Ne, berechnet in Schritt 1, Zielventilzeiten
VTCTRG0 von VTC 18 aus einer zuvor gespeicherten Tabelle berechnet.
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In
Schritt 3 wird ein tatsächlicher
VEL-Ventilhubbetrag VCS_IN von VEL 16 erhalten aus einem Erfassungssignal
vom VEL-Betriebswinkelsensor 17.
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In
Schritt 4 wird auf der Grundlage des erfassten tatsächlichen
VEL-Ventilhubbetrags VCS_IN ein oberer Grenzwert VTCLIM der VTC-Zielventilzeiten
berechnet aus einer zuvor gespeicherten Tabelle.
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Der
obere Grenzwert VTCLIM der VTC-Zielventilzeiten ist derart festgelegt,
dass er derselbe ist wie die äußerste Voreilwinkelposition,
welche durch eine Anschlagvorrichtung der VTC 18 geregelt
wird, da es keine Möglichkeit
einer Störung
zwischen dem Einlassventil 7 und dem Kolben 8 gibt,
selbst wenn die VTC 18 zu der äußersten Voreilwinkelposition
gesteuert wird, in einem Fall, in welchem der Ventilhubbetrag des
Einlassventils 7 in einem Bereich von einem niedrigen Hubbetrag
bis zu einem mittleren Hubbetrag liegt.
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Hingegen
wird, wenn der Ventilhubbetrag des Einlassventils 7 in
einen Bereich eines hohen Hubbetrags gelangt, mit einer Annäherung der
VTC 18 an die äußerste Voreilwinkelposition
die Möglichkeit
einer Störung
zwischen dem Einlassventil 7 und dem Kolben 8 an
dem oberen Totpunkt des Kolbens bewirkt. Daher wird in einem Bereich
von dem mittleren Hubbetrag bis zu dem hohen Hubbetrag der obere
Grenzwert VTCLIM der VTC- Zielventilzeiten
allmählich
zu einer Nacheilwinkelseite eingestellt.
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In
Schritt 5 werden die VTC-Zielventilzeiten VTCTRG0, erhalten
in Schritt 2, und der obere Grenzwert VTCLIM der VTC-Zielventilzeiten,
erhalten in Schritt 4, miteinander verglichen. Wenn die VTC-Zielventilzeiten
VTCTRG0 gleich oder kleiner sind als der obere Grenzwert VTCLIM
der VTC-Zielventilzeiten,
so fährt
die Steuerung mit Schritt 6 fort, während dann, wenn die VTC-Zielventilzeiten VTCTRG0
größer sind
als der obere Grenzwert VTCLIM der VTC-Zielventilzeiten, die Steuerung
mit Schritt 7 fortfährt.
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In
Schritt 6 werden die VTC-Zielventilzeiten VTCTRG0 aus der
Tabelle von Schritt 2 bestimmt als endgültige VTC-Zielventilzeiten VTCTRG.
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In
Schritt 7 wird statt der VTC-Zielventilzeiten VTCTRG0 aus
der Tabelle von Schritt 2 der obere Grenzwert VTCLIM der
VTC-Zielventilzeiten,
erhalten in Schritt 4, bestimmt als endgültige VTC-Zielventilzeiten
VTCTRG.
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In
Schritt 8 werden tatsächliche
VTC-Zielventilzeiten VTCNOW erhalten auf der Grundlage eines Erfassungssignal
von einem Kurbelwinkelsensor 21 und eines Erfassungssignals
von einem einlassseitigen Nockenwinkelsensor 19.
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In
Schritt 9 wird eine Abweichung VTCERR zwischen den VTC-Zielventilzeiten
VTCTRG und den tatsächlichen
VTC-Zielventilzeiten
VTCNOW, bestimmt in Schritt 6 bzw. Schritt 7,
berechnet.
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In
Schritt 10 werden auf der Grundlage der Abweichung VTCERR,
bestimmt in Schritt 9, und der Rückkopplungsgewinne Gp (Proportionalitätskomponente),
Gi (Integrationskomponente) und Gd (Ableitungskomponente) ein Proportionalitätskomponenten-Steuerbetrag VTCp,
ein Integrationskomponenten-Steuerbetrag VTCi und ein Ableitungskomponenten-Steuerbetrag
VTCd aus den folgenden Gleichungen erhalten: VTCp
= Gp × VTCERR; VTCi = VTCiz + Gi × VTCERR; und VTCd = Gd × (VTCERR – VTCERRz),wobei
VTCiz der vorhergehende Wert des Integrationskomponenten-Steuerbetrags
VTCi ist und
VTCERRz der vorhergehende Wert der Abweichung VTCERR
ist.
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In
Schritt 11 wird ein VTC Duty-Wert VTCDTY, berechnet auf
der Grundlage eines Werts, erhalten durch Addieren eines Basis-Duty-Werts BRSDTYvtc,
und der Steuerbeträge
VTCp, VTCi und VTCd, und anschließend wird der berechnete VTC-Duty-Wert
VTCDTY als ein Ausgangssignal ausgegeben, um den Aktuator der VTC 18 anzutreiben,
und die Steuerung wird beendet.
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Die
Steuerungen der VEL und der VTC in einem zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel
werden nachfolgend beschrieben.
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In
der Ventilzeitensteuerung durch die VTC werden Zielventilzeiten
festgelegt auf der Grundlage einer Motordrehzahl Ne und einer Kraftstoffeinspritzmenge
Tp, und anschließend
wird die Steuerung unter Verwendung einer Proportionalitätskompanente, einer
Integrationskomponente und einer Ableitungskomponente (erstes Ausführungsbeispiel)
durchgeführt
ohne Begrenzen eines Steuerbereichs, so dass die Zielventilzeiten
erhalten werden.
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Hingegen
wird die Ventilhubbetragsteuerung durch die VEL durchgeführt in Übereinstimmung
mit einem Steuerzustand durch die VTC der Ventilzeiten, während der
Steuerbereich begrenzt wird, so dass das Einlassventil 7 und
der Kolben sich nicht gegenseitig stören. Nachfolgend wird der Steuervorgang durch
die VTC anhand eines Flussdiagramms in 7 beschrieben.
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In
Schritt 21 wird Kraftstoffeinspritzmenge Tp berechnet auf
der Grundlage einer Einlassluftmenge Q und einer Motordrehzahl Ne
in der gleichen Weise wie in Schritt 1.
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In
Schritt 22 wird ein Zielventilhubbetrag der VEL 16 erhalten
auf der Grundlage der Kraftstoffeinspritzung Tp und der Motordrehzahl
Ne aus einer zuvor gespeicherten Tabelle in der gleichen Weise wie bei
der Berechnung der VTC-Zielventilzeiten der VTC 18 in Schritt 2.
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In
Schritt 23 werden tatsächliche
VTC-Ventilzeiten VTCNOW erhalten aus einer Phasendifferenz zwischen
einem Ausgangssignal von dem Kurbelwinkelsensor 21 und
einem Ausgangssignal von dem einlassseitigen Nockenwinkelsensor 19.
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In
Schritt 24 wird ein oberer Grenzwert VELLIM des VLM-Zielventilhubbetrags
berechnet auf der Grundlage der VTC-Ventilzeiten VTCNOW, erhalten in Schritt 23.
Wie beim ersten Ausführungsbeispiel existiert,
wenn die tatsächlichen
VTC-Ventilzeiten
zu einer Voreilwinkelseite gesteuert werden und ferner der Ventilhubbetrag
zu einer Seite eines hohen Hubbetrags gesteuert wird, die Möglichkeit
einer Störung zwischen
dem Einlassventil 7 und dem Kolben an dem oberen Totpunkt
des Kolbens. Daher wird bei diesem Ausführungsbeispiel in einem Fall,
in welchem die tatsächlichen
VTC-Ventilzeiten in einem Bereich von einem mittleren Voreilwinkelbetrag
bis zu einem äußersten
Voreilwinkelbetrag liegen, mit der Verschiebung der Ventilzeiten
zu der Voreilwinkelseite der Zielventilhubbetrag allmählich zu
einer Seite eines niedrigeren Zielventilhubbetrags gesteuert.
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In
Schritt 25 werden der Zielventilhubbetrag VELTRG0, erhalten
in Schritt 22, und der obere Grenzwert VELLIM des VEL-Zielventilhubbetrags, erhalten
in Schritt 24, miteinander verglichen. Wenn der VEL-Zielventilhubbetrag
VELTRG0 gleich oder kleiner ist als der obere Grenzwert VELLIM des VEL-Ventilhubbetrags,
so fährt
die Steuerung mit Schritt 26 fort, während dann, wenn der VEL-Zielventilhubbetrag
VELTRG0 größer ist
als der obere Grenzwert VELLIM des VEL-Ventilhubbetrags, die Steuerung
mit Schritt 27 fortfährt.
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In
Schritt 26 wird der VEL-Zielventilhubbetrag VELTRG0 aus
der Tabelle von Schritt 22 festgelegt als ein endgültiger VEL-Zielventilhubbetrag VELTRG.
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Hingegen
wird in Schritt 27 statt des VEL-Zielventilhubbetrags VELTRG0
aus der Tagelle von Schritt 22 der obere Grenzwert VELLIM
des VEL-Zielventilhubbetrags, erhalten in Schritt 24 festgelegt
als ein endgültiger
VEL-Zielventilhubbetrag VELTRG.
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In
Schritt 28 wird ein tatsächlicher VEL-Zielventilhubbetrags
VCS_IN erhalten auf der Grundlage eines Erfassungssignals von dem
VEL-Betriebswinkelsensor 17.
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In
Schritt 29 wird eine Abweichung VELRR zwischen dem VEL-Zielventilhubbetrag
und dem tatsächlichen
VEL-Zielventilhubbetrag
VCS_IN, bestimmt in Schritt 26 bzw. Schritt 28,
berechnet.
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In
Schritt 30 werden ein Proportionalitätskomponenten-Steuerbetrag VELp,
ein Integrationskomponenten-Steuerbetrag VELi und ein Ableitungskomponenten-Steuerbetrag
VELd jeweils erhalten auf der Grundlage der Abweichung VELRR, bestimmt
in Schritt 29, und der Rückkopplungsgewinne Gp' (Proportionalitätskomponente),
Gi' (Integrationskomponente)
und Gd' (Ableitungskomponente)
durch die folgenden Gleichungen: VELp = Gp' × VELERR; VELi
= VELiz + Gi' × VELERR;
und VELd = Gd' × (VELERR – VELERRz),wobei
VELiz der vorhergehende Wert des Integrationskomponenten-Steuerbetrags
VELi ist und
VELERRz der vorhergehende Wert der Abweichung VELERR
ist.
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In
Schritt 31 wird ein VEL-Duty-Wert VELDTY berechnet auf
der Grundlage eines durch Addieren eines Basis-Duty-Werts BASDTYvel
und der Steuerbeträge
VELp, VELi und VELd erhaltenen Werts, und anschließend wird
der berechnete VEL-Duty-Wert VELDTY ausgegeben als ein Ausgangssignal,
um einen elektrisch betriebenen Motor 45 der VEL 16 anzutreiben,
und die Steuerung wird beendet.
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Gemäß dem ersten
und dem zweiten Ausführungsbeispiel
wird in dem Bereich, in welchem die VEL in einem hohen Ventilhubbetrag
ist und ferner die VTC an dem äußersten
Voreilwinkel ist, die Störung
zwischen dem Einlassventil 7 und dem Kolben 8 am
oberen Totpunkt des Kolbens unterdrückt durch Begrenzen eines der
Steuerbeträge
des Ventilhubbetrags und der Ventilzeiten, und in dem Bereich außerhalb
des oben genannten Bereichs wird ein Betriebsbereich bis zu dem
Betrag des äußersten
Voreilwinkels und dem höchsten
Ventilhub jeweils mechanisch gewährleistet.
So wird es möglich,
in jedem Betriebszustand die Verbesserung der Ausgangsleistung und des
Abgasreinigungsverhaltens des Motors zu erreichen.
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Bei
diesen Ausführungsbeispielen
ist lediglich der Steuerbetrag entweder des Ventilhubbetrags oder
der Ventilzeiten begrenzt, jedoch kann die Anordnung derart beschaffen
sein, dass der Steuerbereich des Ventilhubbetrags in Übereinstimmung
mit einem Steuerzustand der Ventilzeiten begrenzt ist und ferner
der Steuerbereich der Ventilzeiten in Übereinstimmung mit einem Steuerzustand
des Ventilhubbetrags begrenzt ist. Ein drittes Ausführungsbeispiel,
bei welchem beide der Steuerbereiche der Ventilzeiten und der Ventilhubbetrags
begrenzt sind, wird unten beschrieben.
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8 und 9 zeigen
ein Flussdiagramm einer Steuerung des dritten Ausführungsbeispiels.
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In
Schritt 41 wird eine Kraftstoffeinspritzmenge Tp in der
gleichen Weise wie oben festgelegt, und die VTC-Zielventilzeiten VTCTRG0 und ein VEL-Zielventilhubbetrag
VELTRG0 werden berechnet auf der Grundlage einer Motordrehzahl Ne
bzw. der Kraftstoffeinspritzmenge Tp in Schritt 42 und
Schritt 43.
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In
Schritt 44 wird ein Zielwertkorrekturkoeffizient KTRG aus
einem in den Figuren dargestellten Kennfeld auf der Grundlage der
VTC-Zielventilzeiten VTCTRG0 und des VEL-Zielventilhubbetrags VELTRG0 gelesen.
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In
Schritt 45 werden die VTC-Zielventilzeiten VTCTRG0 und
der VEL-Zielventilhubbetrag VELTRG0 jeweils mit einem Wert korrigiert,
welcher erhalten wird durch Multiplizieren des Zielwertkorrekturkoeffizienten
KTRG (< 1), um
VTC-Zielventilzeiten VTCTRG1
und einen VEL-Zielventilhubbetrag VELTRG1 zu erhalten.
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Der
Zielwertkorrekturkoeffizient KTRG wird auf einen Wert gesetzt, welcher
in der Lage ist, eine Störung
zwischen einem Einlassventil und einem Kolben zu verhindern, durch
Korrigieren der VTC-Zielventilzeiten VTCTRG0 und des VEL-Zielventilhubbetrags
VELTRG0 mit dem Zielwertkorrekturkoeffizienten KTRG (< 1) in dem Bereich,
in welchem die Störung
zwischen dem Einlassventil und dem Kolben, wenn die tatsächlichen
Ventilzeiten und der Ventilhubbetrag zu den VTC-Zielventilzeiten VTCRTG0
und dem VEL-Zielventilhubbetrag VELTRG0
gesteuert werden. In einem Bereich, in welchem keine Störung zwischen
dem Einlassventil und dem Kolben existiert, welche durch die VTC-Zielventilzeiten
VTCTRG0 und den VEL-Zielventilhubbetrag VELTRG0 hervorgerufen ist,
wird der Zielwertkorrekturkoeffizient KTRG auf 1 gesetzt, und die VTC-Zielventilzeiten
VTCTRG0 sowie der VEL-Zielventilhubbetrag VELTRG0 werden keiner
Korrektur unterzogen. Ferner kann der Zielwertkorrekturkoeffizient
KTRG getrennt für
die Korrektur der VTC-Zielventilzeiten VTCTRG0 und für die Korrektur
des VEL-Zielventilhubbetrags VELTRG0 festgelegt werden. In einem
Teilbereich kann der Zielwertkorrekturkoeffizient KTRG für lediglich
die Korrektur entweder der VTC-Zielventilzeiten VTCTRG0 oder des VEL-Zielventilhubbetrags
VELTRG0 festgelegt werden.
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In
Schritt 46 werden tatsächliche
VTC-Ventilzeiten VTCNOW und ein tatsächlicher VEL-Zielventilhubbetrag
VCS_IN gelesen.
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In
Schritt 47 und in Schritt 48 werden ein oberer
Grenzwert VTCLIM der VTC-Zielventilzeiten und ein oberer Grenzwert
ELLIM des VEL-Zielventilhubbetrags nacheinander berechnet, wobei
dies in der gleichen Weise wie in Schritt 4 und in Schritt 24 erfolgt.
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In
Schritt 49 werden die VTC-Zielventilzeiten VTCTRG1, korrigiert
in Schritt 45, und der obere Grenzwert VTCLIM der VTC-Zielventilzeiten,
korrigiert in Schritt 47, miteinander verglichen, und derjenige,
welcher auf die Seite des weiter verzögerten Winkels (Weite des kleineren
Voreilwinkelbetrags) festgelegt ist, wird ausgewählt, um als endgültige VTC-Zielventilzeiten
VTCTRG festgelegt zu werden.
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In
Schritt 50 werden der VEL-Zielventilhubbetrag VELTRG1,
korrigiert in Schritt 45, und der oberer Grenzwert VELLIM
des VEL-Zielventilhubbetrags, korrigiert in Schritt 48,
miteinander verglichen, und derjenige, welcher auf die Seite des
niedrigeren Hubbetrags festgelegt ist, wird ausgewählt, um
als endgültiger
VEL-Zielventilhubbetrag VELTRG festgelegt zu werden.
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Das
heißt,
wenn infolge einer Steuerverzögerung
oder Ähnlichem
die tatsächlichen
VTC-Ventilzeiten VTCNOW auf die Voreilwinkelseite relativ zu den
korrigierten VTC-Zielventilzeiten
VTCTRG1 festgelegt sind bzw. der tatsächliche VEL-Ventilhubbetrag
VCS_IN auf die Seite des höheren
Hubbetrags relativ zum VEL-Zielventilhubbetrag VELTRG1 festgelegt
ist, so existiert die Möglichkeit
einer Störung zwischen
dem Eingangsventil und dem Kolben. Eine derartige Störung wird
wie oben verhindert.
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In
Schritt 51 wird ein VTC-Duty-Wert VTCDTY in der gleichen
Weise berechnet wie in Schritt 10 und in Schritt 11,
und der berechnete VTC-Duty-Wert VDTY wird als ein Ausgangssignal
ausgeben, um den Aktuator der VTC 10 anzutreiben.
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In
Schritt 52 wird ein VEL-Duty-Wert VELDTY in der gleichen
Weise wie in Schritt 30 und in Schritt 31 berechnet,
und der berechnete Wert VEL-Duty-Wert VELDTY wird als ein Ausgangssignal ausgegeben,
um dem elektrisch betriebenen Motor der VEL 16 anzutreiben,
und die Steuerung wird beendet.
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Beim
dritten Ausführungsbeispiel
können, obwohl
die Steuerung kompliziert ist, jeder Grenzbetrag der Ventilzeiten
und des Ventilhubbetrags verringert werden. So kann eine Steuerung
durchgeführt werden,
welche für
die Anforderung des Motorbetriebszustands weitestmöglich geeignet
ist.
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Bei
den obigen Ausführungsbeispielen
wurde der Fall beschrieben, in welchem die VTC und die VEL lediglich
auf der Einlassventilseite angeordnet waren. Jedoch kann die vorliegende
Erfindung auch auf einen Motor angewendet werden, bei welchem die
VTC und die VEL auf der Auslassventilseite angeordnet sind und die
Möglichkeit
einer Störung
zwischen dem Auslassventil und dem Kolben existiert, wenn der Verzögerungswinkelbetrag
der Ventilzeiten des Auslassventils derart festgelegt ist, dass
dieser groß ist,
und ferner der Ventilhubbetrag auf die Seite eines hohen Hubbetrags
festgelegt ist. In diesem Fall kann die Steuerung ausgeführt werden
durch Ersetzen des Voreilwinkelbetrags der Ventilzeiten des Einlassventils
durch den Verzögerungswinkelbetrag
der Ventilzeiten des Auslassventils.
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Ferner
wurden bei den obigen Ausführungsbeispielen
elektrisch betriebene Aktuatoren 36 als Antriebsvorrichtung
der VEL verwendet. Jedoch kann statt des elektrisch betriebenen
Aktuators ein Öldruckaktuator
als Antriebsvorrichtung verwendet werden. Ferner kann eine elektrisch
betriebene VTC an Stelle der ölbetriebenen
VTC ebenso wie bei der VEL verwendet werden.
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Als
eine variable Vorrichtung des Ventilhubbetrags wurde die VEL verwendet,
welche nacheinander die variable Steuerung des Ventilhubbetrags und
des Betriebswinkels ausführt.
Jedoch kann die Anordnung derart beschaffen sein, dass der Ventilhubbetrag
in mehreren Schritten variabel gesteuert wird.
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Der
gesamte Inhalt der japanischen Patentanmeldung Nr. 2001 090972,
eingereicht am 27. März
2001, für
welche Priorität
beansprucht wird, ist hierin durch Verweis enthalten.