DE3621080C3 - Ventilzeitsteuerungsvorrichtung für Verbrennungsmotoren mit mehreren Einlaßventilen pro Zylinder - Google Patents
Ventilzeitsteuerungsvorrichtung für Verbrennungsmotoren mit mehreren Einlaßventilen pro ZylinderInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor
mit einem Verbrennungsraum, einem
Auslaßventil, einem ersten und einem zweiten Einlaßventil
gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein derartiger Verbrennungsmotor ist beispielsweise
aus der US-PS 42 85 310 bekannt.
Ein weiterer Verbrennungsmotor ist mit der DE-OS
23 06 199 bekanntgeworden. Bei diesem Verbrennungsmotor
ist zur Erzielung unterschiedlicher Steuerzeiten
der Einlaßventile bei verschiedenen Drehzahlbereichen
eine Vorrichtung vorgesehen, die in Abhängigkeit von
der jeweils vorliegenden Drehzahl die Strömungsquerschnitte
der individuellen Einlaßleitungen so freigibt,
daß nur das für den vorliegenden Drehzahlbereich gewünschte
Einlaßventil für die Gemischzufuhr wirksam
ist. Die Verstellung der Steuerzeit erfolgt also hier
durch ein Ändern des Strömungsquerschnittes der entsprechenden
Einlaßleitung. Eine solche Anordnung hat
aber einen negativen Einfluß auf das Drehmomentenverhalten
des Verbrennungsmotors, wie nachfolgend
noch erörtert wird.
Die DE-PS 8 00 616 zeigt einen weiteren Verbrennungsmotor,
bei dem in jedem Zylinder zwei mit verschiedenen
Steuerzeiten betätigte ab- und zuschaltbare
Einlaßventile angeordnet sind, wobei die Zuführung des
Brennstoff-Luft-Gemisches über völlig voneinander getrennte
Saugleitungen erfolgt. Auch hier ergibt sich
durch das Zu- und Abschalten ein ungünstiger Drehmomentverlauf.
Die DE-OS 29 01 186 betrifft einen Verbrennungsmotor
mit variablen Ventil-Steuerzeiten, bei dem pro Zylinder
mindestens ein weiteres Ladungswechselventil
vorgesehen ist, das eine eigene phasenregelbare
Betätigungsvorrichtung aufweist, so daß eine von der
Phasenregelung abhängige Überdeckung mit dem unregelbaren
Einlaß- bzw. Auslaßventil möglich ist. Auch mit dieser
Vorrichtung ist es nicht möglich, einen optimalen
Motordrehmomentenverlauf zu erreichen.
Die DE-OS 28 38 681 zeigt einen Otto-Motor mit je
einem Teillast- und Haupt-Einlaßventil für jeden Zylinder,
die mit verschiedenen, entsprechend den Drehzahlbereichen
abgestimmten Steuerzeiten betätigbar sind,
wobei das Teillast-Einlaßventil ständig in Betrieb und
das Haupt-Einlaßventil zu- und abschaltbar ist. Diese
Vorrichtung erlaubt es zwar, das Drehmoment im Bereich
niedriger Drehzahlen anzuheben, ein optimaler
Drehmomentverlauf, insbesondere im Übergangsbereich
zwischen den beiden drehzahlabhängigen Ventil-
Einsatzbereichen, ist damit ebenfalls nicht möglich.
Der JP-Abstract 56-56 941 (A) beschreibt eine
Brennstoffzuführung für einen Verbrennungsmotor, bei dem
ein erstes und ein zweites Einlaßventil vorgesehen sind.
Während das erste Einlaßventil immer in Betrieb ist,
kann das zweite Einlaßventil über eine Hydraulikeinrichtung
zu- und abgeschaltet werden.
Mit der japanischen Patentveröffentlichung 58-25 537
aus 1983 wurde ein Verbrennungsmotor bekannt, der
mit einem zweifachen Induktionssystem und zwei Einlaßventilen
pro Verbrennungsraum ausgestattet ist, und
der nachfolgend in bezug auf die Fig. 1 bis 5 beschrieben
wird.
Dieser Motor ist so aufgebaut, daß die durch das
Haupt-Induktionssystem 1 induzierte Charge derart in
jeden Zylinder durch ein erstes oder Haupt-Einlaßventil
2 gelangt, daß dadurch ein verwirbeltes Strömungsprofil
in dem Verbrennungsraum begünstigt wird. Das Haupt-
Induktionssystem 1 ist dazu bestimmt, wirkungsvoll
während eines Belastungsbereiches mit niedriger
Motordrehzahl zu arbeiten (s. Kurve A in Fig. 5). Dadurch
wird ein stabiler Betrieb während des Leerlaufs und dgl.
erzielt.
Die frische, durch die Zweit-Induktionseinrichtung 4
induzierte Charge wird in die Verbrennungsräume über
Zweit-Einlaßventile 6 eingeleitet. Die jeder der Zweit-
Einlaßventilen 6 benachbarten Öffnungsanordnungen 8
haben einen größeren Querschnitt als jene, die den entsprechenden
Haupt-Einlaßventilen 2 benachbart sind
und sind so angeordnet, daß sie eher einen guten
Füllungswirkungsgrad als eine Verwirbelung erzielen.
Jeder Zylinder ist mit einem einzigen Abgasventil 10
ausgestattet, das, wie in Fig. 1 gezeigt, entgegengesetzt
zum Haupt-Einlaßventil 2 angeordnet ist.
Jedes der Abgas- und Einlaßventile wird durch eine
Steuerhebel-Anordnung betätigt, die einen Mechanismus
12 beinhaltet, der es erlaubt, jedes Ventil einzeln zu
betätigen oder nicht zu betätigen.
Bei einem Betrieb mit niedriger Belastung bzw. niedriger
Geschwindigkeit sind alle Ventile außer Betrieb
gesetzt, während bei hoher Belastung bzw. niedriger
Geschwindigkeit nur die Zweit-Einlaßventile 2 außer
Betrieb gesetzt werden.
Fig. 3 und 4 zeigen den Ventilhebelsteuermechanismus
12, welcher ein ausgewähltes Abschalten steuert.
Dieser Mechanismus beinhaltet eine gabelartige
Sperreinrichtung 14, die unter dem Einfluß eines hydraulischen
Druckes, versehen mit einer Steuerkammer
16, selektiv bewegbar ist. Wenn es gewünscht ist, das
damit verbundene Ventil abzuschalten, wird der hydraulische
Druck in der Steuerkammer 16 entspannt, und der
Sperreinrichtung 14 ist es ermöglicht, sich unter dem
Einfluß einer Rückzugsfeder 20 von dem Ventilstößel 18
zurückzubewegen. Diese Rückzugsbewegung entriegelt
eine Stößelanordnung 18 und erlaubt einem Kolben 22,
sich im Hauptteil 24 der Anordnung hin- und herzubewegen
und verhindert dadurch ein Übertragen der Bewegung
des Steuerarms 26 zum benachbarten Ventil.
Die Feder 20 der Stößelanordnung ist schwächer als die
Ventilfeder und hält so Kontakt mit der Spitze des Kolbens
22 und dem Oberteil des Ventilstößels, ohne ein
Heben hervorzurufen.
Wenn es gewünscht ist, das stillgesetzte Ventil wieder
zu öffnen, wird der hydraulische Druck in die Steuerkammer
16 durch eine Durchlaßanordnung gefördert,
die eine verlängerte koaxiale Bohrung 28 beinhaltet, die
in dem Steuerhebelschaft 30 und einem Abzweigläufer
32 ausgebildet ist, welche sowieso in den Steuerhebeln
vorhanden sind. Das verfährt die Sperre nach vorwärts
in eine Stellung, in welcher sie den Stößel in Position im
Hauptteil 24 verriegelt.
Benzin wird zum Motor ausschließlich durch das
Haupt-Induktionssystem 1 gefördert. Es ist jedoch nötig,
wegen der An/Aus-Stellung der Steuerung, die mit
dem Betätigen/Ausschalten der Ventile im Zusammenhang
steht, zur vernünftigen Steuerung des
L/B(A/F)-Verhältnisses des Luft-Benzingemisches, das
jeweils den Verbrennungsräumen zugeführt wird, erste
und zweite Benzineinspritzdüsen 34, 35 in der SPI
(Einzelpunkteinspritzung)-Anordnung zu verwenden, die
stromaufwärts von dem Haupt-Drosselventil 36 angeordnet
ist. Zum Anschalten oder Ausschalten der Zweit-
Anlaßventile 6 wird z. B. der plötzliche Wechsel im
Induktionsvolumen durch einen beginnenden oder beendeten
Betrieb von einer der Benzineinspritzdüsen gesteuert.
Daraus läßt sich jedoch der Rückschluß ziehen,
daß das Benzinzuführsystem unübersichtlich und teuer
wird.
Bei dieser Art einer Motoranordnung ist das Haupt-
Induktionssystem 1 dazu bestimmt, wirksam bei niedrigen
Motordrehzahlen zu arbeiten, wobei die Verbrennungsstabilität
ein Problem darstellt, während das
Zweitsystem 4 dazu bestimmt ist, die Schaffung einer
großen Leistungsmenge während des Hochgeschwindigkeitsbetriebes
zu steuern. Wenn das Zweit-System 4
nicht vornehmlich für den Gebrauch bei hoher Motordrehzahl
bestimmt ist, wird es unmöglich, die erforderliche
Leistungsmenge unter solchen Bedingungen zu entwickeln.
Da jedoch das Haupt-Induktionssystem 1 an die Bedürfnisse
bei einem Betrieb mit niedriger Drehzahl und
das zweite an die Bedürfnisse bei einem Betrieb mit
hoher Motordrehzahl angepaßt werden müssen, ist ein
weiterer Rückschluß zu ziehen, indem wie grafisch in
Fig. 5 dargestellt, beim Übergang von einem Betrieb
mit niedriger auf einen mit hoher Drehzahl ein "abgeflachter
Bereich" erzeugt wird, in dem im 2500-4000
UPM-Gebiet ein niedriger Drehmomentenverlauf erzielt
wird. Das verschlechtert die Motorleistung in diesem
Bereich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verbrennungsmotor
so auszubilden, daß kein abgeflachter
Bereich im Motordrehmomentenverlauf zwischen dem
Betrieb mit niedriger und mit hoher Drehzahl auftritt.
Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen
Einrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des
Patentanspruchs 1 gelöst.
Zu bevorzugende Weiterbildungen der Erfindung
sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein Vorteil der Erfindung
liegt in der Steuerung der ersten einstellbaren
Ventilzeitsteuerungsvorrichtung durch die Verwendung
eines Steuerungsablaufs, der in Abhängigkeit von
einem Motor-Betriebsparameter bestimmt
ist und der in eine Vielzahl von Belastungszonen
unterteilt ist, die die Motorbelastung überwachen und
eine erste Steuerkurve der ersten einstellbaren
Ventilzeitsteuerungsvorrichtung steuern in Abhängigkeit vom
Übergang der Motorbelastung von einer Zone in eine
andere, der ausgelöst ist durch ein Ansteigen in der
Größe von dem
Parameter, so daß der Motor umgehend in einer Art
betrieben wird, die die erste Steuerkurve in einer Rotationsrichtung
dreht, die das Anheben des zweiten Einlaßventils
vergrößert, und in der Steuerung der Motorbelastung
in Abhängigkeit von dem Übergang zwischen
einer Belastungszone zu einer anderen, der durch eine
Verringerung der Größe des
Parameters hervorgerufen wird, um
die Energiezufuhr zum Motor in einer Art zu verzögern,
die die erste Steuerkurve in einer Rotationsrichtung
verdreht, die das Anheben des zweiten Einlaßventils
vermindert.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend
anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine Draufsicht des Motors, wie sie bereits in
den einleitenden Absätzen der vorliegenden Offenbarung
erläutert wurde,
Fig. 2 eine Ansicht (teilweise im Schnitt) des Motors
von Fig. 1,
Fig. 3 und Fig. 4 eine Seitenansicht und Draufsicht der
Ventilsteuerungsvorrichtung, durch die der Betrieb jedes
Ventils des Motors, gezeigt in Fig. 1, selektiv abgeschaltet
werden kann,
Fig. 5 eine Kurve in Abhängigkeit vom Motordrehmoment
und der Motordrehzahl mit dem Drehmomentenverlauf
des Motors aus Fig. 1,
Fig. 6 einen Schnitt durch eine Ventilsteuerungsvorrichtung,
die die vorliegende Erfindung charakterisiert,
Fig. 7 eine Draufsicht auf den Mechanismus, gezeigt
in Fig. 6,
Fig. 8 eine Draufsicht auf den unteren Teil des Zylinderkopfes,
gezeigt in Fig. 6 mit der Ventilvorrichtung
des Motors, auf die sich die Erfindung bezieht,
Fig. 9 eine teilweise auseinandergezogene Darstellung,
die im Detail die Konstruktion der Nockenanordnung
zeigt, welche die Zeitsteuerung und das Heben der
Einlaßventile bei der vorliegenden Erfindung steuert,
Fig. 10 eine perspektivische Ansicht der Steuernockenanordnung,
gezeigt in Fig. 9,
Fig. 11 eine perspektivische Ansicht einer Welle, auf
der die Steuerhebel der verstellbaren Ventilzeitsteuerungsvorrichtung,
gezeigt in Fig. 6, befestigt werden,
Fig. 12 und Fig. 13 die Profile der Steuernocken, die
dazu bestimmt sind, das Anheben der Haupt- und
Zweiteinlaßventile gemäß der Erfindung zu verändern,
Fig. 14 eine alternative Steuerhebelanordnung, die
dazu benutzt werden kann, das Abgasventil zu betreiben
(oder das Haupt-Einlaßventil im Fall, daß das letztere
nicht dazu bestimmt ist, das variable Anheben/Zeitsteuern
durchzuführen,
Fig. 15 ein Schaubild mit dem Hebeverlauf des Abgasventils,
des Haupt-Einlaßventils und des zweiten Einlaßventils
gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 16 ein Schaubild, das in Abhängigkeit vom Motordrehmoment
und von der Motordrehzahl den Drehmomentenverlauf
darstellt, wie er von der ersten Ausführungsform der Erfindung erzielt wird,
Fig. 17 bis Fig. 22 Anhebeverläufe, wie sie bei einer
ersten Ausführungsform der Erfindung erhalten werden,
wenn die Steuernocken, gezeigt in Fig. 12 und 13, um
eine ihrer sechs Betriebspositionen gedreht werden,
Fig. 23 in schematischer Block-Diagramm-Form eine
Meßfühler- und Steuerungsanordnung, durch die die
Steuernockenanordnung, gezeigt in Fig. 6-13, betätigt
wird,
Fig. 24 ein Schaubild, das die verschiedenen Betriebsbereiche
der Steuerung einer ersten Ausbildung der Erfindung
in Abhängigkeit von der Motordrosselöffnung
(Motorbelastung) und der Motordrehzahl verdeutlicht,
Fig. 25 bis Fig. 27 ein Fließbild mit den Steuerungsschritten,
die zum Erzielen eines geeigneten Betriebs
der Ventilfolge der ersten Ausbildungsform mit einbezogen
werden,
Fig. 28 ein Schaubild mit den Ventil-Hebeverläufen,
erzielt durch eine zweite Ausbildungsform der Erfindung,
Fig. 29 und Fig. 30 Profile der zwei fünfnockigen Steuerungskurven,
die in der zweiten Ausbildungsform verwendet
werden, um jeweils die ersten und zweiten der
Haupt-Einlaßventile zu steuern,
Fig. 31 bis Fig. 35 die Ventilhebesteuerung, die erzielt
wird, wenn jeder der Steuernocken, gezeigt in Fig. 29
und 30, durch ihre fünf Betriebspositionen gedreht werden,
Fig. 36 in Abhängigkeit von Log P und Log V (wobei
P und V jeweils den Druck und das Volumen bezeichnen)
die Verringerung des Pumpverlustes ermöglicht
mit der zweiten Ausbildungsform der Erfindung bei
niedrigen Motordrehzahlen.
Die Fig. 6 bis 13 zeigen die Konstruktion und Anordnung
einer ersten Ausführungsform der Erfindung, die
in diesem Fall auf einen Vierzylinder-Viertaktreihenmotor
angewendet wird.
Wie am besten in Fig. 8 zu sehen ist, sind die Ventile
der Motorventilreihe so in dem Zylinderkopf 100 angeordnet,
daß beide Einlaßventile 101, 102 auf derselben
Seite des Verbrennungsraumes 104 plaziert sind, wohingegen
das Abgasventil 106 im wesentlichen gegenüber
dem Haupt-Einlaßventil 101 angeordnet ist. Die Haupt-
Einlaßöffnung 103 ist derart angeordnet, daß die
ankommende Charge tangential im Hinblick auf die Zylinderachse
(nicht gezeigt) in den Verbrennungsraum 104
eingeleitet wird mit einer starken Strömungskomponente
in einer Ebene senkrecht zu dieser Achse und in
einer Art, daß die Charge im wesentlichen so verwirbelt,
wie durch den eingezeichneten Pfeil verdeutlicht. Die
Zündkerze 110 ist so angeordnet, daß sie sich im wesentlichen
in dem Weg der verwirbelten Chargenstruktur
befindet. In diesem Motor ist die Zündkerze 110 stromabwärts
von dem Abgasventil 106 in bezug auf die
Verwirbelungsrichtung und in einer Stellung angeordnet,
die relativ weit von dem Haupt-Einlaßventil 101 entfernt
ist und im wesentlichen dem Zweit-Einlaßventil
102 gegenüberliegt.
Die Zweit-Induktionsöffnung 112 ist so angeordnet,
daß sie einen Querschnitt hat, der größer ist als derjenige
der Haupt-Induktionsöffnung 108 und einen hohen
Beschickungswirkungsgrad erzielt.
In der in Fig. 6 gezeigten Anordnung ist das Abgasventil
106 so plaziert, daß es durch eine Steuerhebelanordnung
114 angehoben wird, die bestimmte Hebe/Zeitsteuerungsverläufe
verdeutlicht, wobei beide (in Fig. 6
ist nur das Haupt-Einlaßventil gezeigt) angeordnet sind,
um durch die Anordnung 116 angehoben zu werden,
deren Hebe/Zeitsteuerungsverläufe verändert werden
können.
In dieser Ausführungsform sind alle Einlaß- und Abgasventil-
"Antriebs"-Nocken auf einer gemeinsamen
Nockenwelle 118 befestigt, wodurch eine allgemeine
Vereinfachung der Ventilgetriebereihe und der
Zylinderkopfkonstruktion erzielt wird.
Der Abgasventil-Steuerhebel 119 ist in geeigneter
Weise auf einer Zylinder-Konsole 120 befestigt. Da die
Konstruktion und Anordnung dieses Teils der Ventilreihe
zum Erzeugen bestimmter Hebeverläufe dient und
für Fachleute in der Automobil-Motor-Technik naheliegend
sind, scheint damit keine weitere Erklärung nötig.
Von den VVT (einstellbare Ventilzeitsteuerung) Einrichtungen,
durch die die Haupt- und Zweiteinlaßventile
gesteuert werden, weist jede eine vielfach genockte
Steuerkurve 122, einen Reaktions-Hebel 124 auf, welcher
an einem Ende mit der Kurve 122 in Verbindung
steht und an dem anderen Ende beweglich mit einem
hydraulischen Stößel 126 verbunden ist, und einen Steuerhebel
128, der mit der unteren Fläche des Reaktions-
Hebels 124 in Verbindung steht. Wie gezeigt ist jeder
Steuerhebel 128 an einem Ende mit einer einzigen Nocken-
"angetriebenen" Steuerkurve 130 und am anderen
Ende mit dem Oberteil eines Einlaßventilstößels verbunden.
In Fig. 6 ist nur das Haupt-Einlaßventil 101 gezeigt.
Es wird unterstrichen, daß zur Klarheit der Veröffentlichung
sich die Bezeichnung "Antrieb" auf einteilige
Nocken-Steuerkurven 130 bezieht, die kontinuierlich
gedreht werden und als eine Quelle der Bewegungsenergie
für die Steuerhebel 128 dienen, während die
selektiv gedrehten vielfach-genockten Steuerkurven
122 als "Steuer"-Nocken bezeichnet werden.
Die Steuerhebel 128, die die Haupt- und Zweit-Einlaßventile
101, 102 jedes Zylinders betätigen, sind einzeln
drehbar auf der Welle 132 gelagert. Diese Welle
132 ist durch eine geeignete, in dem jeweiligen Steuerarm
ausgebildete Bohrung angeordnet und (wie in
Fig. 11 gezeigt) dafür vorgesehen, ein paar Blindbohrungen
134 zur Aufnahme der unteren Enden der Federn
136 aufzunehmen. Ferner ist diese Welle mit parallelen
abgeflachten Oberflächen oder "Abflachungen" an
den Enden ausgebildet. Diese Endabschnitte der Welle
132 sind beweglich in Längsschlitzen 138, ausgebildet in
den Reaktionshebeln, angeordnet, die sich an der jeweiligen
Seite des damit verbundenen Steuerhebels nach
unten erstrecken. Die Federn 136 neigen die Steuerarme
128 zum Eingriff mit den Antriebsnocken 130 und
den Einlaßventilstößeln. Diese Federn 136 haben eine
Federkonstante, die wesentlich schwächer ist, als jene
der Ventilfedern 140 und üben deshalb nicht genug
Druck aus, das Anheben der Ventile zu beeinflussen.
Jeder der hydraulischen Stößel 126 wird durch eine
Vielzahl von Bohrungen (im allgemeinen bezeichnet
durch die Bezugsziffer 144), die in der Zylinderkopfkonsole
125 ausgebildet sind, mit unter Druck stehender
hydraulischer Flüssigkeit versorgt. Die in die Durchlaßkonstruktion
gepumpte Flüssigkeit wird durch Öffnungen
146, 148 entspannt. Einige dieser Öffnungen 148 sind,
wie gezeigt, so angeordnet, daß sie die Flüssigkeit in
Durchgangsbohrungen 149 fördern, die in den Reaktionshebeln
ausgebildet sind, um die Oberflächen der
Reaktionshebel 124 und der Steuerhebel 128, die während
des Motorbetriebs ständig untereinander in Kontakt
stehen, mit Schmieröl zu versorgen.
Die Größe der Öffnungen 146, 148 und die Konstruktion
der Stößel 126 sind so ausgewählt, daß ein Null-
Spiel zwischen den Steuerhebeln 128 und der Oberseite
der Einlaßventilstößel eingehalten wird.
Während des Betriebs, wenn die Nockenwelle 118 die
Einlaßventil-Steuernockenkurven drehen, wird bei den
Steuerhebeln 128 eine Bewegung hin zu den Reaktionshebeln
124 hervorgerufen, bis deren ellbogenartige Teile
in die untere Oberfläche der Reaktionshebel zum
Festlegen eines Drehpunktes eingreifen. Nachfolgend
zu diesem Reaktionsablauf zwischen den Hebeln 124
und den Steuerhebeln 128 wird letzterer in einer Art
verschwenkt, die die Einlaßventile gegen die damit korrespondierenden
Ventilfedern 140 bewegt.
Durch Verändern der Drehstellung der einzelnen
Steuerkurven 122 kann der Winkel der Reaktionshebel
derart variiert werden, daß dadurch die Zeit, bei der die
Ellbogen der Steuerhebel 128 mit den unteren Oberflächen
der Reaktionshebel 124 in Kontakt stehen, variiert
werden, wodurch der Beginn des Ventilhebens hervorgerufen
wird. Die Formen oder Profile der Antriebsnocken
130 bestimmen das Basis-Anheben und die Zeitsteuerungsverläufe
der Einlaßventile. Eine einzeln gesteuerte
Rotation der Steuernocken 122 erlaubt eine
große Variationsbreite bei dieser Grundsteuerung, wie
nachfolgend noch deutlich wird.
Die unteren Oberflächen der Reaktionshebel, die mit
den Steuerhebeln 128 in Eingriff stehen, haben die gezeigte
Kontur. Durch das Auswählen der Krümmung
dieser Kontur kann die Zeitsteuerung des Anhebens
verändert werden. Die Oberflächen der Reaktionshebel
124 und der Steuerhebel 128, die miteinander in Eingriff
stehen, sind abgeflacht, um einen linienförmigen Kontakt
zu bestimmen. Die Position dieser Linie bewegt
sich, sobald die Steuerhebel auf den Reaktionshebeln
124 "entlangrollen", bis die Ellbogen der Steuerhebel
128 den Kontakt herstellen und dadurch der Ventilhebeprozeß
beginnt.
Die Rotation der Steuernocken 122 ist in dieser Ausführungsform
durch eine einzelne Stelleinrichtung gesteuert,
die in diesem Fall die Form eines Schrittmotors
150 hat. Wie aus Fig. 7 klar wird, sind alle Kontrollnocken
122 auf einer einzigen Steuerwelle 152 angeordnet.
Das bewirkt in Kombination mit der einzigen Steuerwelle
118, auf der die Einlaß- und Abgas-"Antriebs"-
Nocken gelagert sind, eine vereinfachte Zylinderkopfkonstruktion.
Fig. 14 zeigt die Konstruktion einer Steuerhebelanordnung,
die anstelle der Vorrichtung in der Anordnung
von Fig. 6 angewendet werden kann, um das Abgasventil
und/oder eines der Haupt- oder Zweit-Einlaßventile
in dem Fall zu betreiben, so daß es unnötig erscheint,
beide der Einlaßventil-Anhebung und -zeitsteuerung zu
verändern.
In dieser Anordnung ist der Steuerhebel 160 mit einem
gekrümmten konkaven Rücksprung 162 ausgebildet,
in der die abgerundete nasenartige Spitze 163 des
hydraulischen Stößels 164 aufgenommen wird. Dieser
Stößel wird mit hydraulischem Druck betätigt, in einer
Art ähnlich dem Stößel, wie er in der in Fig. 6 dargestellten
Anordnung verwendet wird. In diesem Fall ist es
auch notwendig, darauf zu achten, daß die hydraulische
Flüssigkeit ohne weiteres in den Stößel eingeleitet werden
kann, und nur langsam abströmt, um sicherzustellen,
daß die Länge der Anordnung nicht durch den Druck
während des Motorbetriebs reduziert wird, was eine
Verminderung des für das Ventilheben erforderlichen
Betrages bewirkt.
Die Fig. 9 und 10 zeigen Konstruktionsdetails der
Steuernocken 122. Wie gezeigt, ist jede Nocke drehbar
an der Steuerwelle 152 gelagert und weist zylindrische
nabenartige Abschnitte 170, 171 auf, die sich jeweils
seitlich erstrecken. Auf der Steuerwelle 152 ist ein Halter
172 befestigt und mit einem Nockenkörper durch
eine Spiralfeder 174 verbunden. Diese Feder 174 ist an
der Welle 152, wie dargestellt, angeordnet. Ein Verschlußglied
176 ist vorhanden, um die Nocke abzudecken
und ist derart rücksprungartig ausgebildet, daß deren
freie Drehung möglich ist.
Wie am besten in Fig. 10 zu sehen ist, ist einer der
zylindrischen Abschnitte mit einem Ausschnitt 177 versehen.
Ein auf der Steuerwelle 152 ausgebildeter Sperrstift
178 ist so angeordnet, daß er sich in den Ausschnitt
erstreckt. Ab einer bestimmten Verdrehung steht der
Stift 178 mit dem zylindrischen Abschnitt 170 in Eingriff
und betätigt formschlüssig die Nocke zur Rotation mit
der Steuerwelle 152. Diese Anordnung bestimmt eine
wenig bewegte Verbindung, die verhindert, daß die Feder
174 überaus stark ausgebildet ist, während sie ein
weiches Schalten der Nocke aus einer Stellung in die
andere ermöglicht. Während irgendeiner Relativdrehung
zwischen der Steuerwelle 152 und der Nocke entwickelt
die Feder eine Spannung, die bewirkt, daß die
Nocke in der erforderlichen Richtung rotiert. Nimmt
man bei dem Steuerhebel eine nicht-gehobene Stellung
an, neigt die Nocke unter dem Einfluß der aufgebauten
Spannung zur Rotation.
In bezug auf eine weitere Offenlegung dieser Art eines
VVT-Mechanismus wird als Bezugsquelle die US-PS
45 39 951 genannt.
Die Fig. 12 und 13 zeigen im einzelnen die Profile der
Haupt- und Zweit-Einlaßventilsteuernocken. Jede dieser
Nocken ist mit sechs Nockenoberflächen oder -kurven
versehen. Bei der Haupt-Einlaßventilsteuernocke
122 kann die Nockenoberfläche a-f im einzelnen
Hubbewegungen von 2 mm, 5 mm, 8 mm, 8 mm, 9,4 mm und
10,8 mm erzeugen, während die korrespondierenden
Oberflächen der Zweit-Hebesteuernocke 123 im einzelnen
0,5 mm, 2 mm, 5 mm, 8 mm, 9,4 mm und 10,8 mm
erzeugen.
Mit der oben beschriebenen Anordnung werden die
Nocken, z. B. während des Hochgeschwindigkeitsbetriebes,
derart rotiert, daß die Nockenoberfläche 122f und
123f mit den zugehörigen Reaktionshebeln in einer Art
in Eingriff stehen, die maximale Hubverläufe erzeugt,
während bei dem anderen Extrem des Motorbetriebes
(z. B. im Leerlauf) die Nocken so bewegt werden, daß das
Minimum und/oder der geeignete kleine Hubbetrag
ausgelöst werden.
Fig. 15 zeigt in grafischer Form die Hubverläufe, die
mit der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
möglich sind. Darin verdeutlicht die Kurve C die
Anhebe-Zeitsteuerung des Abgasventils, das, wie gezeigt,
befestigt ist. A und B bezeichnen im einzelnen das
Anheben der Haupt- und Zweit-Einlaßventile. Die Kurven
A6 bis A1 bezeichnen die Anhebeverläufe unter Verwendung der
Nockenoberflächen a-f der Nocken
122, während die Kurven B6-B1 die Anhebeverläufe
bezeichnen, die durch die Nockenoberflächen a-f der
Nocken 123 hervorgerufen werden.
Wenn der Motor unter Zuständen mit dazwischenliegender
Motordrehzahl - hohe Belastung betrieben wird
durch die Rotation der Steuernocken, so daß die Nocken
122c und 123c mit den Reaktionshebeln in Eingriff
stehen und diese in die geeigneten Positionen bewegen,
werden die Einlaßventile in Übereinstimmung mit den
Kurven A2 und B2, wie in Fig. 15 gezeigt, angehoben,
und das durch den Motor entwickelte Drehmoment verändert
sich, wie durch die Kurve Y in Fig. 16 angegeben
ist.
Wie anhand dieser Kurve festgestellt werden kann, ist
der abgeflachte Bereich, in dem ein unzureichendes
Drehmoment erzeugt wird, durch die vorgenannten, in
den Fig. 1 und 2 gezeigten Motoren vollständig ausgeglichen,
und der Motor ist in der Lage, ein ausreichendes
Drehmoment, wie es für Beschleunigungszwecke und
dgl. erforderlich ist, zu erzeugen.
Wenn der Motor unter Zuständen mit niedriger
Drehzahl - hoher Belastung betrieben wird, rotieren die
Steuernocken derart, daß die Nocken 122d und 123d mit
den entsprechenden Reaktionshebeln in Eingriff stehen.
Mit den Bedingungen dieses VVT-Systems werden die
Einlaßventile, wie durch die Kurven A3 und B3 veranschaulicht,
angehoben.
Wenn der Motor ferner unter Zuständen mit dazwischenliegender
Geschwindigkeit - geringer bis dazwischenliegender
Belastung betrieben wird, werden die
Steuernocken so betrieben, daß die Nocken 122c und
123c mit den Reaktionshebeln in Kontakt stehen, so daß
die Haupt-Einlaßventile 101 8 mm angehoben werden,
während die Zweit-Einlaßventile 102 5 mm angehoben
sind (s. Kurven A4, B4 in Fig. 15).
Unter diesen Bedingungen geschieht die Induktion
hauptsächlich durch die Haupt-Einlaßöffnung 108 und
ruft eine starke Verwirbelung in den Verbrennungsräumen
104 hervor. Zu diesem Zeitpunkt ist es möglich, das
Luft-Benzingemisch derart auszubilden, daß es magerer
als stöchiometrisch eingestellt ist und daß große Mengen
des Abgases zurück in die Verbrennungsräume (das
ermöglicht die Verwendung einer hohen EGR-Rate) geführt
werden. Das eröffnet den Weg zu einem guten
Benzinverbrauch. Die verminderte Ventilüberlappung,
die unter diesen Bedingungen (s. Fig. 19) eintritt, verbessert
die Abgascharakteristik.
Während des Motorbetriebes mit niedriger Drehzahl-
niedriger Belastung werden die Steuernocken derart
gedreht, daß die Nocken 122b, 123b in Kontakt mit
den Reaktionshebeln stehen. Das ruft ein Anheben des
Haupteinlaßventils von 5 mm und ein Anheben des
Zweit-Ventils von 2 mm hervor (Kurven A5, B5). Wegen
des verminderten Anhebens ist die Geschwindigkeit
der über die Haupt-Einlaßventile 101 eingeführten
Charge erhöht und begünstigt die Ausbildung einer geeigneten
Verwirbelung. Der verminderte Hubweg des
Ventils schwächt die Reibungsverluste im Kraftübertragungsweg
ab.
Wenn der Motor in eine Leerlaufstellung des Betriebes
eintritt, werden die Steuernocken weitergedreht,
um die Nocken 122a und 123a in Kontakt mit den Reaktionsarmen
zu bringen und um eine Situation herbeizuführen,
in der das Haupt-Einlaßventil 101 um 2 mm und
das Zweit-Einlaßventil 102 um 0,5 mm angehoben ist.
Das verringert beider Reibungsverluste und die Intensität
der in den Verbrennungsräumen bis zu einem geeigneten
Maß erzeugten Wirbel. Unter diesen Bedingungen
ist die Gemischtaufbereitung des Luft-Benzingemisches
verbessert, und das letztere wird zu den Elektroden
der Zündkerzen 110 geleitet. Das begünstigt ein
Reinigen der Elektroden und stellt sicher, daß das diese
umgebende Gemisch ein sofort zündfähiges ist und ein
instabiler Motor-Leerlauf verhindert ist. Wie aus Fig. 15
(und Fig. 17) zu erkennen ist, tritt hier unter diesen Bedingungen
im wesentlichen keine Ventilüberlappung
auf, die die Restgasmenge vermindert, welche schließlich
in den Verbrennungsräumen 104 zurückgehalten
wird.
Die Fig. 17 bis 22 verdeutlichen im einzelnen jede der
sechs Ventilsteuerphasen, die mit der Anordnung der
ersten Ausführungsform möglich sind. Diese Diagramme
verdeutlichen nämlich die Ventilhebeverläufe, die
durch die Nockenoberflächen 122a bis 122f und 123 bis
123f im einzelnen erzeugt werden.
Es wird für den Fall hervorgehoben, daß während des
Leerlaufs und/oder während eines Betriebs mit geringer
Belastung - geringer Drehzahl die Öffnung der Zweit-
Ventile nicht reduziert wurden und gleichzeitig ein starker
Wirbel erzeugt wurde, mager aufbereitetes Benzin
in die Verbrennungsräume eingeleitet würde, das dazu
neigt, das Abkühlen an den Wänden der Zylinder und/oder
eine vergleichbare instabile Verbrennung hervorzurufen,
was die Bildung von CO und HC vermehren
würde. Mit der ersten Ausführungsform dieser Erfindung
wird jedoch, da die Zweit-Ventile 102 an einem
Öffnen in jedweder Hinsicht gehindert sind, und die Intensität
der erzeugten Wirbel abgeschwächt ist, das in
die Verbrennungskammer eingeführte Benzin in der
Lage sein, gut zu zerstäuben und ein Abkühlen und/oder
eine ungleichmäßige Verbrennung zu verhindern.
Es wird ferner festgestellt, daß in Betriebszonen mit
hoher Geschwindigkeit, in denen das Drosselventil bis
oder hinter den Punkt "R", z. B. gezeigt in Fig. 24, geöffnet
ist, die Induktionsmenge relativ hoch ist, und die
Mischung der in die Verbrennungsräume durch die
Haupt- und Zweit-Induktionsöffnungen eintretenden
Strömungen dazu neigt, darin starke Turbulenzen zu
erzeugen. Unter diesen Bedingungen wird es in der ersten
Ausführungsform bevorzugt, die Haupt- und
Zweit-Einlaßventile 101, 102 mit im wesentlichen der
gleichen Zeitsteuerung und dem gleichen Hub zu betätigen
- siehe Fig. 20-22. Das verhindert die Bildung von
unerwünschtem, lautem Verbrennungslärm, der vor allem
erzeugt wird, wenn der Hub und die Zeitsteuerung
unterschiedlich sind und die Haupt- und Zweit-
Induktionsströmungen überaus starke Turbulenzen erzeugen.
Fig. 23 zeigt in schematischer Form eine Fühler-
Steueranordnung, mit deren Hilfe die erste Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung steuerbar ist.
Wie gezeigt, beinhaltet diese Anordnung einen Mikroprozessor,
der eine zentrale Datenverarbeitungseinheit
(CPU), einen Festwertspeicher (ROM), einen Speicher
mit direktem Zugriff (RAM), einen Zeitgeber (Kreislauf)
und eine Eingangs-/Ausgangs-(I/O)Leiterplatte umfaßt.
Eine Vielzahl von Meßfühlern sind vorhanden, die im
einzelnen einen Motor-Kühlmittel-Temperaturmeßfühler
201, einen Motor-Drehzahlmesser 202, einen
Drosselstellungsmeßfühler 203 (Motor-Belastungsfühler)
und einen Übertragungslagemeßfühler 204 beinhalten,
der abtastet, ob oder nicht die Übertragung in einem
neutralen Gang steht. Desweiteren mit einem Kupplung-
Lagemeßfühler 205 ausgestattet ist, der ein Signal ausgibt,
das die Lage der Kupplung anzeigt, welches den
Motor mit der Übertragungseinrichtung verbindet, die
an ein Übertragen des Drehmomentes zwischen den
beschriebenen Vorrichtungen angepaßt ist (es wird festgestellt,
daß trotz der Einfachheit der Offenlegung angenommen
wird, daß die Kupplung von der Art ist, wie
sie bei manuellen Übertragungen verwendet wird, daß
es möglich ist, eine geeignete Vorrichtung zu verwenden,
die die entsprechende Lage eines Drehmomentenumwandlers
oder für den vergleichbaren Fall überwachen
kann, daß der Motor, auf den sich die Erfindung
bezieht, mit einer automatischen Überwachung verbunden
ist) und mit einem Steuernocken-Lagemeßfühler
206 und Einspeisedaten, die die augenblickliche Lage
der Betriebsbedingungen anzeigen. In dieser Ausführungsform
sind die Meßfühler 201-205 so angeordnet,
daß sie ein digitales Signal direkt zur Eingabe-/Ausgabe-
(I/O)Leiterplatte ausgeben, während der Steuernocken-
Lagemeßfühler 206 ein analoges Signal CP (zentrale
Datenverarbeitung) abgibt, welches A/D (analog/digital)
in ein digitales Signal Vpos umgewandelt wird.
Es wird festgestellt, daß es anstelle der Drosselöffnung
alternativ möglich ist, den Betrag der in den Motor
oder das Induktionsvakuum eingeführten Luftmenge
mit Mitteln zum Bestimmen der Motorbelastung zu
messen.
Dem Betätigungselement (Schrittmotor 150) wird ein
Antriebssignal SK von einer Verstärker-Schaltung 208
oder dgl. zugeführt. Diese Schaltung wird durch ein
Ausgangssignal von der Eingabe/Ausgabe-(I/O)Leiterplatte
gesteuert und erzeugt ein Rückflußsignal SA, das
den Nicht-Betrieb der Einrichtung anzeigt. Ausgelöst
durch die verschiedenen Eingangssignale steuert der Mikrocomputer
den Betrieb des Schrittmotors 150 derart,
daß eine Rotation der Steuernocken zur geeigneten
Stellung für die gegebenen Betriebsbedingungen
sichergestellt ist.
Fig. 24 zeigt ein Steuerungsschema, das in Abhängigkeit
von der Drossel-Ventilöffnung (Motorbelastung)
und der Motordrehzahl (UPM) dargestellt ist. In diesem
Schaubild kennzeichnen die durchgezogenen Linien, die
die unterschiedlichen Betriebszonen (Zustände) unterteilen,
die Phasenverschiebungslinie, bei der die Steuerung
von jener, geeignet für einen Betriebszustand zu
jenem, geeignet für den nächsten verschoben ist, wenn
die Belastung oder Drehzahl des Motors zunimmt, während
die unterbrochenen Linien die Situation kennzeichnen,
in der eine Phasenverschiebung von einer Art
zur nächsten durchgeführt wird, wenn die Größe der
Belastung oder der Motordrehzahl vermindert ist. Das
legt dem System eine Hysterese auf, die unerwünschte
Phänomene verhindert, bei denen die Steuernocken
schnell zurückschalten und von einer Position in die
andere hin- und herbewegt oder "getrieben" sind.
Zustand 1 dieses Schaltungschemas ist definiert durch
den mit Leerlauf gekennzeichneten Punkt und
tritt ein, wenn die Belastung des Motors minimal ist und
die Motordrehzahl in etwa 500 Umdrehungen pro Minute
(RPM) beträgt. Die nachfolgenden Betriebszustände
"Zustand 2" bis "Zustand 6" sind wie gezeigt definiert.
Die korrespondierenden Nocken (a-f) der Steuernocken,
die während jeder dieser Betriebsweisen benutzt
werden, ist in Klammern gezeigt.
Wenn die Eingangssignale der verschiedenen Meßfühler
anzeigen, daß der Motor im Leerlauf fährt (betrieben
ist im Zustand 1) wird das dem Motor unter
solchen Bedingungen zugeführte Luft-Benzingemisch
stöchiometrisch eingestellt. Wenn jedoch der Motor
vom Zustand 1 in den Zustand 2 wechselt, ist das Luft-
Benzingemisch entweder mager mit einem Benzin/Luft-
(A/F)-Verhältnis größer als 20 : 1 eingestellt oder
bei oder kurz unterhalb des stöchiometrischen Verhältnisses
gehalten und mit einer großen Menge von EGR-
Gas vermischt. In Verbindung mit der zuvor beschriebenen
Ventilzeitsteuerung, die durch die Steuernockenkurven
122b und 123b erzeugt wurde, vermindert dieses
die Bildung von NOx, während ein guter Benzinverbrauch
erhalten wird.
Um in dem Motor die Produktion einer großen Leistungsmenge
hervorzurufen, ist es möglich, eine
Drosselstellungsschaltung vorzusehen, die betätigt wird,
wenn die Drossel bis zum Punkt "R" geöffnet ist. Die
Steuervorrichtung (nicht gezeigt) des Luft-Benzin-Gemisches
des Motors kann empfindlich gemacht werden
für das Ausgangssignal dieses Schalters, um dem Motor
eine Mischung zuzuführen, die reicher als die stöchiometrische
ist unabhängig von der augenblicklichen Art
der Motorbetriebsweise.
In den Zonen außerhalb des Zustandes 1 und unterhalb
des Niveaus R ist es möglich, dem Motor eine
Mischung zuzuführen, die ein Luft-Benzin-Verhältnis
gleich oder etwas niedriger als das stöchiometrische
Verhältnis aufweist, so daß sichergestellt ist, daß die
erforderliche Menge des Motorausstoßes erzielt wird
und jedes Klopfen verhindert ist, das eintreten kann,
wenn das Luft-Benzinverhältnis des Gemisches, welches
dem Motor zugeführt wird, plötzlich von fett auf mager
oder umgekehrt infolge von Übergängen in der Betriebsweise
verändert werden sollte.
Die Fig. 25 bis 27 zeigen ein Schaubild, daß die Prozeßschritte
darstellt, die ausgeführt werden, um die erste
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in geeigneter
Weise zu steuern.
Wie gezeigt, wenn man dem Start des Steuerprogramms
folgt, wird der Strömungszustand der Motorbelastung
durch ein Sammeln der Positionen der Motor-
Drosselventile bestimmt. Wenn das Ausgangssignal dieser
Untersuchung anzeigt, daß das TV (Drosselventil)
geschlossen ist, dann folgt das Programm den Schritten
1002, in denen festgestellt wird, ob eine Nachfrage vorhanden
ist, das Drehmoment von dem Motor zu dem
Übergang zu übertragen durch ein Abtasten der Ausgangssignale
von dem Kupplungs-Lagemeßfühler 205.
Wenn die Antwort auf diese Nachfrage derart ist, daß
das Niederdrücken des Kupplungspedals angezeigt
wird (d. h. es gibt keinen Bedarf für eine Drehmoment-
Übertragung), dann geht das Programm zum Schritt
1003, worin festgestellt wird, ob sich die Übertragung in
einem neutralen Gang oder nicht befindet.
Beim Schritt 1004 wird die Motordrehzahl abgetastet
und eine Untersuchung durchgeführt, ob der Motor im
Leerlauf steht oder nicht. Wenn, wie gezeigt, das Ausgangssignal
der Schritte 1001-1004 anzeigt, daß keine
Absicht zum Fahren des Kraftfahrzeuges vorliegt und
daß der Motor für diesen Zeitpunkt im Leerlauf fährt,
dann wird bei Schritt 1005 eine Markierung Fpos ist
gleich "1" gesetzt, und das Programm fährt weiter zum
KSF-Maschinenprogramm, welches in Fig. 27 gezeigt
ist. Wenn das Ausgangssignal von einem der Schritte
1001-1004 auf der anderen Seite die Möglichkeit
anzeigt, daß für die Motorleistung ein Bedarf vorhanden
ist oder in Kürze vorhanden sein wird, dann läuft das
Programm quer zum Schritt 1006, bei dem untersucht
wird, ob der Motor tatsächlich läuft. Wenn nicht, dann
wird es beim Schritt Markierung Fpos an der Stelle 1007
zu Null gesetzt, und das Programm geht über zum KSF-
Maschinenprogramm.
Wenn jedoch der Motor läuft, dann wird beim Schritt
1008 überprüft, ob der Schrittmotor 150 gegenwärtig in
Betrieb ist. Wenn der Motor gegenwärtig tatsächlich in
Betrieb ist, fährt das Programm zurück zum Schritt
1001, um die Vervollständigung der augenblicklichen
Betriebsphase zu erlauben. Diese Vervollständigung
wird angezeigt durch die Erzeugung des Signals SA.
Wenn der Betrieb vervollständigt ist, läuft das Programm
zum Schritt 1009, indem die gegenwärtige Motordrehzahl
abgetastet und eine Untersuchung durchgeführt
wird, um festzustellen, ob die Motordrehzahl
gleich oder über einem vorbestimmten Wert E1 liegt
oder nicht. Für diesen Fall ist dieser Wert festgelegt auf
4000 Umdrehungen pro min (RPM). Wenn die Motordrehzahl
gleich oder größer als E1 ist, dann wird beim
Schritt 1010 die Markierung Fpos ist gleich 6 gesetzt,
und das Programm geht dann über zum Abschnitt KSF
(Fig. 27).
Wenn jedoch ein Wert kleiner als E1 festgestellt
wird, dann geht das Programm zum Schritt 1011, worin
überprüft wird, ob der Motor unter Zustand 6 betrieben
wird oder nicht. Diese Bedingung kann z. B. mit Hilfe
einer Abtastung des Ausgangssignals des Motor-Drehzahlmessers
und des Ausgangssignals des Motor-Belastungsmeßfühlers
(Drosselventil-Stellungsmeßfühler)
und durch einen Blick in das Schaubild überprüft werden,
wo die Daten der Zustände, gezeigt in Fig. 24, im
Festwertspeicher (ROM) gespeichert sind. Bei diesem
Schritt sollte beachtet werden, ob entweder eine oder
beide der Variablen ansteigt oder abfällt, um die nötige,
geeignete Verschiebesteuerentscheidung zu ermöglichen.
Wenn z. B. die Koordinate, die der augenblicklichen
Motordrehzahl und -belastung entspricht, in die Zone
fällt, die den Betrieb im Zustand 6 bezeichnet, dann läuft
das Programm zum Schritt 1012, worin eine Markierung
COND gesetzt ist, die einen Wert von 6 annimmt.
Nachfolgend wird beim Schritt 1013 eine Markierung
Fpos auf einen Wert von 6 festgesetzt. Das Programm
geht dann über zum KSF-Maschinenprogramm.
Im Fall, daß das Ausgangssignal der Anfrage beim
Schritt 1011 jedoch anzeigt, daß der Motor in einem
anderen Bereich als dem Zustand 6 betrieben ist, dann
wird beim Schritt 1014 überprüft, ob der gegenwärtige
Zustand der Markierung COND 6 ist oder nicht. Wenn
das Ausgangssignal positiv ist, dann wird beim Schritt
1015 eine Abfrage zu der Feststellung durchgeführt, ob
der Motor in der nächst tieferen Zone (d. h. im Zustand
5) betrieben ist. Wenn das Ausgangssignal dieser Abfrage
anzeigt, daß der Motor tatsächlich im Bereich des
Zustandes 5 betrieben ist, dann läuft das Programm
quer zum Schritt 1013 und schließlich zum KSF-Maschinenprogramm.
In dem Fall jedoch, daß das Ausgangssignal
dieser Abfrage negativ ist, läuft das Programm
dann quer zum Schritt 1019, in dem der Zustand der
COND-Markierung überprüft wird.
Es ist augenscheinlich, daß die Schritte 1016-1020,
1021-1025 und 1026-1031 im wesentlichen Wiederholungen
der Schritte 1011-1015 mit der Ausnahme sind,
daß die Werte der bestimmten Zustände stufenweise
durch einen Wert pro Schritt vermindert werden. Die
Schritte 1032-1034 laufen im wesentlichen parallel zu
den Schritten 1011-1013. Schritt 1031 ist jedoch ein
solcher zum Klarstellen der Markierung COND.
Es ist klar, daß die Schritte 1011-1034 die einbezogenen
Markierungen schnell auf den neuesten Stand bringen,
wenn der Motor in einer Art betrieben wird, die
den Wert des Motorbetriebszustandes erhöht (d. h. Fortschreiten
aus dem Zustand 1 zum Zustand 6), aber den
Markierungswechsel verlangsamt, sobald sich der Wert
vermindert.
Das KSF-Maschinenprogramm ist derart ausgebildet,
daß es den augenblicklichen Zustand der Fpos-Markierung
vergleicht mit dem Ausgangssignal Vpos, das der
Eingabe/Ausgabe-(I/O) Leiterplatte von dem Steuernocken-
Lagemeßfühler (über den A/D-Umwandler) zugeführt
wird. Wenn das Stellungssignal und die Werte
der Fpos-Markierung zusammentreffen, läuft das Signal
dann direkt zum Schritt 1054, worin ein Steuerbefehl
zum Beenden weiterer Motorbetriebsschritte ausgegeben
wird. Auf der anderen Seite wird die Markierung
Fth in die Schritte 1037-1051 auf einen Wert von "0"
oder "1" in Abhängigkeit von der Richtung gesetzt, in
welcher es nötig ist, die Nocke unter den augenblicklichen
Betriebsbedingungen zu rotieren.
Fig. 28 zeigt in grafischer Form die Ventilhebeverläufe,
welche durch eine zweite Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung bestimmt werden. In dieser Ausführungsform
sind die Steuernocken der Haupt- und Zweit-
Einlaßventile mit fünf Steuerkurven ausgebildet, die im
einzelnen in den Fig. 29 und 30 dargestellt sind. Die
Ausführungsform weist das Merkmal auf, daß die Zeitsteuerung,
mit welcher der maximale Hub der Haupt-
Einlaßventile eintritt und mit welcher die Zweit-Einlaßventile
den maximalen Hub erfahren, derart verstellt
wird, daß der maximale Hub der Zweit-Ventile später
als der der Haupt-Ventile eintritt.
Bei der zweiten Ausführungsform ist das Haupthebeventil
so angeordnet, daß es in drei Stellungen steuerbar
ist, während das Zweit-Ventil in fünf Stellungen steuerbar
ist. Das wird erreicht durch die Anordnung der
Nocken c, d und e der Kurve 301, um das gleiche Anheben
zu erzielen.
Die Fig. 31 bis 35 verdeutlichen die individuell erstellten
Hebeverläufe, wenn die zwei Steuernocken
durch ihre fünf Betriebsstellungen gedreht werden.
Wie aus Fig. 31 klar wird, ist der Hub des Haupt- und
Zweit-Ventils sehr klein und derart ausgebildet, daß ein
Öffnen nach der Stelle TDC und ohne ein Überlappen
mit dem Abgasventil stattfindet. Das Schließen der Ventile
geschieht auch vor der Stelle BDC. Durch diese
Zeitsteuerung ist das in den Induktionsleitungen vorherrschende
Vakuum stromabwärts vom Drosselventil
daran gehindert, Abgase in das Abgassystem aus dem
Rückstrom in die Verbrennungsräume anzusaugen und
dadurch die darin befindliche Menge zu verringern. Außerdem
bewirkt die frühe Verschluß-Zeitsteuerung und
das niedrige Anheben verminderte Pumpverluste, wie
aus dem P-V-Diagramm der Fig. 36 klar wird.
Wenn der Motorbetrieb aus dem Leerlauf in einen
Betrieb mit niedriger Drehzahl - niedriger Belastung
(d. h. Wechsel aus dem Zustand 1 in den Zustand 2)
wechselt, wird die Zeitsteuerung der Haupt- und Zweit-Ventile
derart vorgenommen, daß sich die Spitzen der
einzelnen Hübe einander annähern. D. h., wie in Fig. 31
gezeigt, daß die Spitze des Zweit-Ventilanhebens zu einem
Zeitpunkt erreicht wird, der nahe dem Verschlußzeitpunkt
des Hauptventils angeordnet ist, während wie
in Fig. 32 gezeigt, bei einem Verschieben aus dem Zustand
1 in den Zustand 2 der Spitzenhub des Zweit-Ventils
gerade nach dem Spitzenhub des Haupt-Ventils eintritt.
Der nachfolgende Betrieb unter der Steuerung der
c-Nocken der Steuerkurven ist derart ausgebildet, daß
eine Situation hervorgerufen wird, in der das Anheben
des Zweit-Ventils zur Spitze gerade beginnt, wenn die
Spitze des Haupt-Ventils abfällt.
Es wird ferner aus Fig. 32 klar, daß das Anheben des
Haupt-Einlaßventils so ausgebildet ist, daß es vor der
Stelle BDC beendet ist, während es sofort nach der
Stelle TDC mit einer kleinen Überlappung mit dem Abgasventil
beginnt. Das vermehrte Anheben vergrößert
das Induktionsvolumen und steigert den Betrag des von
dem Motor erzeugten Drehmomentes.
Die Verwendung der d-Nocken der Steuerkurven
301, 302 vergrößert das Induktionsvolumen und läßt das
Ventil mit dem Ergebnis überlappen, daß ein erhöhtes
Drehmoment produziert und ein Induktionsrückstoß
verhindert ist. Beim Eintritt in den Betrieb hohe
Drehzahl - hohe Belastung löst das durch die e-Nocken
gesteuerte Anheben das Öffnen der Zweit-Ventile an
einem Punkt aus, der im wesentlichen synchron ist mit
dem der Haupt-Ventile. Ein vermehrtes Induktionsvolumen
bewirkt einen gesteigerten Motor-Leistungsausstoß.
Ein den zuvor beschriebenen Ausführungsformen
gemeinsames, vorteilhaftes Merkmal besteht
darin, daß die Anordnung, durch welche das Luft-Benzin-
Gemisch hergestellt wird, stark vereinfacht werden
kann, verglichen mit der Anordnung, wie er im Stand
der Technik gezeigt und in Verbindung mit den Fig. 1
bis 5 diskutiert wurde.
Claims (9)
1. Verbrennungsmotor mit einem Verbrennungsraum, einem Auslaßventil,
einem ersten und einem zweiten Einlaßventil und mit einer ersten Vorrichtung
zum Verändern des Ventilhubs wenigstens eines der
Einlaßventile und mit einer Steuereinrichtung zum Steuern der Vorrichtung
in Abhängigkeit der Drehzahl und der Belastung des Motors,
dadurch gekennzeichnet,
daß die erste Vorrichtung (116) so ausgebildet ist, daß sie auch den Zeitpunkt des zweiten Einlaßventils (102) verändert,
daß die Steuereinrichtung (150, 201-206, 208) eine zweite Ventilsteuerungsvorrichtung steuert, die den Ventilhub und den Zeitpunkt des ersten Einlaßventils (101) steuert, und
daß die Steuereinrichtung erste und zweite Meßfühler (202, 203) zum Erfassen der Drehzahl und der Belastung des Motors und zum Erzeugen von diesen entsprechenden Signalen aufweist.
daß die erste Vorrichtung (116) so ausgebildet ist, daß sie auch den Zeitpunkt des zweiten Einlaßventils (102) verändert,
daß die Steuereinrichtung (150, 201-206, 208) eine zweite Ventilsteuerungsvorrichtung steuert, die den Ventilhub und den Zeitpunkt des ersten Einlaßventils (101) steuert, und
daß die Steuereinrichtung erste und zweite Meßfühler (202, 203) zum Erfassen der Drehzahl und der Belastung des Motors und zum Erzeugen von diesen entsprechenden Signalen aufweist.
2. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die erste einstellbare Ventilzeitsteuerungsvorrichtung
umfaßt:
einen ersten Kipphebel (128), dessen erstes Ende mit einem Stößel des zweiten Einlaßventils (102) im Eingriff steht;
eine erste kontinuierlich drehbare Nocke (130), die mit dem zweiten Ende des ersten Kipphebels in Eingriff steht;
einen ersten Reaktionshebel (124), der schwenkbar an einem Ende gelagert und zum Eingriff mit dem ersten Kipphebel derart angeordnet ist, daß, sobald eine Steuerkurve der ersten Nocke an dem zweiten Ende so angreift, daß dieses verschoben wird, sich der erste Kipphebel zu dem Reaktionshebel hinbewegt und auf diesen derart wirkt, daß dadurch ein Verschwenken des Kipphebels und Anheben des zweiten Einlaßventils bewirkt wird;
eine erste Steuernocke (123), die wahlweise in eine Vielzahl von Positionen drehbar ist, wobei diese erste Steuernocke mit dem ersten Reaktionshebel an einer Stelle in Eingriff steht, die von dem einen Ende entfernt ist, an dem er schwenkbar gelagert ist; und
wobei die erste Steuernocke die Ausrichtung des ersten Reaktionshebels in einer Art ändert, die den Ventilhub des zweiten Ventils verändert.
einen ersten Kipphebel (128), dessen erstes Ende mit einem Stößel des zweiten Einlaßventils (102) im Eingriff steht;
eine erste kontinuierlich drehbare Nocke (130), die mit dem zweiten Ende des ersten Kipphebels in Eingriff steht;
einen ersten Reaktionshebel (124), der schwenkbar an einem Ende gelagert und zum Eingriff mit dem ersten Kipphebel derart angeordnet ist, daß, sobald eine Steuerkurve der ersten Nocke an dem zweiten Ende so angreift, daß dieses verschoben wird, sich der erste Kipphebel zu dem Reaktionshebel hinbewegt und auf diesen derart wirkt, daß dadurch ein Verschwenken des Kipphebels und Anheben des zweiten Einlaßventils bewirkt wird;
eine erste Steuernocke (123), die wahlweise in eine Vielzahl von Positionen drehbar ist, wobei diese erste Steuernocke mit dem ersten Reaktionshebel an einer Stelle in Eingriff steht, die von dem einen Ende entfernt ist, an dem er schwenkbar gelagert ist; und
wobei die erste Steuernocke die Ausrichtung des ersten Reaktionshebels in einer Art ändert, die den Ventilhub des zweiten Ventils verändert.
3. Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung einen
Motor (150) mit
einer Steuerwelle (152) aufweist, die mit dem Motor (150) wirkungsmäßig verbunden ist, wobei die erste Steuernocke auf der Antriebswelle angeordnet und wirkungsmäßig mit dieser derart verbunden ist, daß sie von dieser antreibbar ist, wenn der Motor erregt wird, wobei die wirkungsmäßige Verbindung
eine federnde Einrichtung (174) umfaßt, die eine begrenzte Drehbewegung zwischen der Steuerwelle und der ersten Steuernocke ermöglicht, wodurch die begrenzte Drehbewegung eine Vorspannung bewirkt, die die erste Steuernocke zu ihrer nächsten Wirkstellung hin zu drehen trachtet, und wobei die wirkungsmäßige Verbindung desweiteren eine Totgang-Verbindung (176, 178) umfaßt, die kraftschlüssig die Steuerwelle und die erste Steuernocke verbindet, nachdem sich die Steuerwelle relativ zur Steuernocke um ein bestimmtes Maß gedreht hat.
einer Steuerwelle (152) aufweist, die mit dem Motor (150) wirkungsmäßig verbunden ist, wobei die erste Steuernocke auf der Antriebswelle angeordnet und wirkungsmäßig mit dieser derart verbunden ist, daß sie von dieser antreibbar ist, wenn der Motor erregt wird, wobei die wirkungsmäßige Verbindung
eine federnde Einrichtung (174) umfaßt, die eine begrenzte Drehbewegung zwischen der Steuerwelle und der ersten Steuernocke ermöglicht, wodurch die begrenzte Drehbewegung eine Vorspannung bewirkt, die die erste Steuernocke zu ihrer nächsten Wirkstellung hin zu drehen trachtet, und wobei die wirkungsmäßige Verbindung desweiteren eine Totgang-Verbindung (176, 178) umfaßt, die kraftschlüssig die Steuerwelle und die erste Steuernocke verbindet, nachdem sich die Steuerwelle relativ zur Steuernocke um ein bestimmtes Maß gedreht hat.
4. Verbrennungsmotor nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung weiterhin
eine Einrichtung (Fig. 23) umfaßt, die ein Steuerschema
(Fig. 24) beinhaltet, das in Abhängigkeit
von den ersten und zweiten Betriebsparametern
festgelegt und in eine Vielzahl von Betriebsbereichen
unterteilt ist, wobei die Einrichtung auf
- (a) den Übergang des Verbrennungsmotorbetriebs von einem Betriebsbereich in einen anderen anspricht, wobei der Übergang durch ein Ansteigen der Größe von einem oder von beiden der ersten und zweiten Betriebsparameter hervorgerufen wird, so daß der Motor sofort derart erregt wird, daß die erste Steuernocke in einer Drehrichtung verdreht wird, die den Ventilhub des zweiten Einlaßventils erhöht; und auf
- (b) einen Übergang von einem Betriebsbereich zu einem anderen, der durch eine Verminderung in der Größe von einem oder von beiden der ersten und zweiten Betriebsparameter derart hervorgerufen wird, daß die Erregung des Motors derart verzögert wird, daß die erste Steuernocke in einer Drehrichtung verdreht wird, die den Ventilhub des zweiten Einlaßventils verringert.
5. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die zweite einstellbare Ventilzeitsteuerungsvorrichtung
umfaßt:
einen zweiten Kipphebel (128), dessen erstes Ende mit einem Stößel des ersten Einlaßventils in Eingriff steht;
eine zweite kontinuierlich drehbare Nocke (130), die mit dem zweiten Ende des zweiten Kipphebels in Eingriff steht;
einen zweiten Reaktionshebel (124), der an einem Ende schwenkbar gelagert und zum Eingriff mit dem zweiten Kipphebel derart angeordnet ist, daß, sobald eine Steuerkurve dieser zweiten Nocke mit dem zweiten Ende des zweiten Kipphebels derart in Eingriff gelangt, daß dieses verschoben wird, sich der zweite Kipphebel zum zweiten Reaktionsarm hinbewegt und auf diesen derart einwirkt, daß der zweite Kipphebel geschwenkt und das erste Einlaßventil angehoben wird;
eine zweite Steuernocke (122), die wahlweise in eine Vielzahl von Positionen drehbar ist, wobei die zweite Steuernocke mit dem zweiten Reaktionshebel an einer Stelle entfernt von dem einen Ende in Eingriff steht, an dem er schwenkbar gelagert ist, und wobei die zweite Steuernocke die Ausrichtung des zweiten Reaktionshebels in einer Art ändert, die den Ventilhub des ersten Einlaßventils verändert.
einen zweiten Kipphebel (128), dessen erstes Ende mit einem Stößel des ersten Einlaßventils in Eingriff steht;
eine zweite kontinuierlich drehbare Nocke (130), die mit dem zweiten Ende des zweiten Kipphebels in Eingriff steht;
einen zweiten Reaktionshebel (124), der an einem Ende schwenkbar gelagert und zum Eingriff mit dem zweiten Kipphebel derart angeordnet ist, daß, sobald eine Steuerkurve dieser zweiten Nocke mit dem zweiten Ende des zweiten Kipphebels derart in Eingriff gelangt, daß dieses verschoben wird, sich der zweite Kipphebel zum zweiten Reaktionsarm hinbewegt und auf diesen derart einwirkt, daß der zweite Kipphebel geschwenkt und das erste Einlaßventil angehoben wird;
eine zweite Steuernocke (122), die wahlweise in eine Vielzahl von Positionen drehbar ist, wobei die zweite Steuernocke mit dem zweiten Reaktionshebel an einer Stelle entfernt von dem einen Ende in Eingriff steht, an dem er schwenkbar gelagert ist, und wobei die zweite Steuernocke die Ausrichtung des zweiten Reaktionshebels in einer Art ändert, die den Ventilhub des ersten Einlaßventils verändert.
6. Verbrennungsmotor nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung aufweist:
einen Motor (150);
eine Steuerwelle (152), die wirkungsmäßig mit dem Motor verbunden ist, wobei die ersten und zweiten Steuernocken auf der Steuerwelle angeordnet und wirkungsmäßig mit dieser derart verbunden sind, daß sie durch diese antreibbar sind, wenn der Motor erregt wird, wobei diese wirkungsmäßige Verbindung umfaßt:
eine federnde Einrichtung (174), die eine begrenzte Drehbewegung zwischen der Steuerwelle und jeder der ersten und zweiten Steuernocken ermöglicht, wobei die begrenzte Drehbewegung eine Vorspannung bewirkt, die die erste und zweite Steuernocke zu verdrehen trachtet und Totgang- Verbindungen (176, 178), die die Steuerwelle und die ersten und zweiten Steuernocken kraftschlüssig verbinden, nachdem sich die Steuerwelle relativ zu diesen um ein vorbestimmtes Maß gedreht hat.
einen Motor (150);
eine Steuerwelle (152), die wirkungsmäßig mit dem Motor verbunden ist, wobei die ersten und zweiten Steuernocken auf der Steuerwelle angeordnet und wirkungsmäßig mit dieser derart verbunden sind, daß sie durch diese antreibbar sind, wenn der Motor erregt wird, wobei diese wirkungsmäßige Verbindung umfaßt:
eine federnde Einrichtung (174), die eine begrenzte Drehbewegung zwischen der Steuerwelle und jeder der ersten und zweiten Steuernocken ermöglicht, wobei die begrenzte Drehbewegung eine Vorspannung bewirkt, die die erste und zweite Steuernocke zu verdrehen trachtet und Totgang- Verbindungen (176, 178), die die Steuerwelle und die ersten und zweiten Steuernocken kraftschlüssig verbinden, nachdem sich die Steuerwelle relativ zu diesen um ein vorbestimmtes Maß gedreht hat.
7. Verbrennungsmotor nach Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung ferner
aufweist:
eine Einrichtung (Fig. 23), die ein Steuerschema (Fig. 24) beinhaltet, das in Abhängigkeit von den ersten und zweiten Betriebsparametern festgelegt und in eine Vielzahl von Betriebsbereichen unterteilt ist, wobei die Mittel auf
eine Einrichtung (Fig. 23), die ein Steuerschema (Fig. 24) beinhaltet, das in Abhängigkeit von den ersten und zweiten Betriebsparametern festgelegt und in eine Vielzahl von Betriebsbereichen unterteilt ist, wobei die Mittel auf
- (a) einen Übergang des Verbrennungsmotor- Betriebs von einem Bereich in einen anderen ansprechen, wobei der Übergang durch ein Ansteigen der Größe von einem oder von beiden der ersten und zweiten Betriebsparameter derart hervorgerufen wird, daß der Motor sofort derart erregt wird, daß die ersten und zweiten Steuernocken in eine Drehrichtung gedreht werden, die den Ventilhub der ersten und zweiten Einlaßventile vergrößert, und auf
- (b) einen Übergang von einem Betriebsbereich in einen anderen, welcher durch eine Verminderung der Größe von einem oder von beiden der ersten und zweiten Betriebsparameter derart hervorgerufen ist, daß die Erregung des Motors derart verzögert wird, daß die ersten und zweiten Steuernocken in einer Drehrichtung verdreht werden, die den Ventilhub der zweiten und ersten Einlaßventile verringert.
8. Verbrennungsmotor nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Steuernocken
so angeordnet sind, daß die erste Steuernocke
den Maximalhub des zweiten Einlaßventils
zu einem Zeitpunkt bewirkt, der später als der Zeitpunkt
ist, bei dem die zweite Steuernocke den Maximalhub
des ersten Einlaßventils bewirkt.
9. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche
3 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor
(150) ein Schrittmotor ist.
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