DE19515508A1

DE19515508A1 - Steuervorrichtung für Antriebssysteme bestehend aus Motor und Getriebe

Info

Publication number: DE19515508A1
Application number: DE19515508A
Authority: DE
Inventors: Yoshishige Ohyama; Mamoru Fujieda; Toshiharu Nogi; Takuya Shiraishi; Minoru Ohsuga
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-04-28
Filing date: 1995-04-27
Publication date: 1995-11-02
Anticipated expiration: 2015-04-28
Also published as: KR950031601A; US6298300B1; US20020013653A1; US6058348A; US6516264B2; DE19515508C2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung für ein Antriebssystem, das aus einem Motor und einem Getriebe besteht; und sie bezieht sich insbesondere auf eine Steuervorrichtung für ein Antriebs system, bestehend aus einem Motor, wie etwa einem Benzinmotor oder einem Dieselmotor, und einem Getriebe, wie etwa einem automatischen Getriebe in Kombination mit einem Drehmomentenwandler und einem Getriebezug oder einem kontinuierlich veränderlichen Riemen- und Scheiben-Getriebe.

Beispielsweise offenbaren die japanische Patentveröffentlichung Nr. 63- 45977 und die japanische Patentveröffentlichung Nr. 63-45976 ein Steuer gerät, das ein gewünschtes Raddrehmoment gemäß dem Öffnungsgrad des Drosselventils des Motors einstellt, wobei das Gerät vom Fahrer betätigt wird (und wobei das Raddrehmoment einem Drehmoment entspricht, das am Enddrehzahl-Änderungsgetriebe, etwa einem Differenzialgetriebe; oder das einem Übersetzungsverhältnis zwischen der Motordrehzahl und der Raddrehzahl entspricht, da das Motordrehmoment über den Betriebs geschwindigkeitsbereich im wesentlichen konstant ist, unabhängig von der Motordrehzahl). Weiter ist ein Steuergerät, das das Drehzahlverhältnis gemäß dem Drehmoment des Motors ändert, allgemein bekannt.

Bei einem herkömmlichen Steuergerät für ein Antriebssystem bestehend aus einem Motor und einem Getriebe ist ein gewünschtes Raddrehmo ment bisher nur gemäß dem Motordrehmoment eingestellt worden, unabhängig vom Luft-Kraftstoff-Verhältnis (die Kraftstoffmenge im Motor zylinder), vom Ansaugventil-Schließwinkel, vom Aufladedruck und vom Verhältnis zwischen dem Expansionshub und dem Kompressionshub, welche Parameter des Motordrehmomentes sind. Das heißt, daß weil das gewünschte Drehmoment direkt in Bezug auf das Motordrehmoment und die Fahrzeuggeschwindigkeit eingestellt worden ist, die Vereinbarkeit zwischen der Kraftstoffersparnis und dem Beschleunigungsvermögen ein schwieriges Problem bildete. Dementsprechend sind im Falle des Be schleunigens des Fahrzeuges durch Ändern des Drehmomentes des Motors oder desjenigen des Getriebes, abhängig vom Geschmack des Fahrers (d. h., abhängig davon, ob er eine hohe Beschleunigung liebt oder nicht), oder abhängig von der Umgebung des Fahrzeugs, die nachfolgen den Probleme entstanden. Nämlich, wenn das Beschleunigungsvermögen gesteigert würde, während das Drehmoment des Getriebes in Bezug auf das Motordrehmoment niedrig gehalten wird, würde sich die Kraftstoff ersparnis verschlechtern. Wenn im Gegensatz dazu die Kraftstoffersparnis durch Steigern des Drehmomentes des Getriebes in Bezug auf das Motordrehmoment verbessert werden soll, würde sich das Beschleuni gungsvermögen verschlechtern.

Weiter wurde bisher vorzugsweise ein Motor mit Kraftstoffeinspritzung in den Zylinder als ein das Antriebssystem bildender Motor verwendet, um eine präzise und komplizierte Steuerung durchzuführen. Nun ist aber das herkömmliche Steuergerät so angepaßt worden, daß es die Takt- bzw. Zeitgabe der Kraftstoffeinspritzung und die Zeitgabe der Zündung unter der Bedingung steuert, daß das Luftvolumen als konstant eingestellt wird. Würde daher ein Motor mit Kraftstoffeinspritzung in den Zylinder mit einem Verhältnis zwischen Expansions- und Kompressionshub von weniger als 1 gesteuert, würde die Mischung örtlich übermäßig fett, was im Falle eines großen Kraftstoffeinspritzvolumens die Erzeugung von Ruß ver ursachen würde; oder aber die Mischung würde um die Zündkerze herum übermäßig mager, so daß dadurch im Falle eines kleinen Kraft stoffvolumens eine instabile Verbrennung verursacht würde. Wenn weiter das Kraftstoffvolumen unter der Bedingung zunehmen würde, daß das Luftvolumen konstant bleibt, würde das Luft-Kraftstoff-Verhältnis ab nehmen, was eine Steigerung der Stickstoffoxidemission (NOx-Emission) verursachen würde.

Nun weist beispielsweise ein in dem offengelegten japanischen Patent Nr. 60-30420 offenbarter Motor mit Kraftstoffeinspritzung in den Zylinder ein Kraftstoffeinspritzventil auf, das auf die Zündkerze gerichtet ist. Ein Luftinjektionsventil ist zum Injizieren von Luft angepaßt, die sich mit dem vom Einspritzventil eingespritzten Kraftstoff vermischt. Demgemäß wird, im Falle eines geringeren Kraftstoffeinspritzvolumens während des Schwachlastbetriebes, Luft in den Kraftstoff injiziert, der vom Kraftstoff einspritzventil zur Zündkerze hin eingespritzt wird, so daß der Kraftstoff um die Zündkerze herum konzentriert wird. Mit dieser Anordnung kann ein Magerverbrennungsbetrieb durchgeführt und eine Verringerung der Pumpverluste bewirkt werden. Da aber ein Motor mit einer solchen Ein spritzung in den Zylinder zusätzlich noch das vorerwähnte Luftinjektions ventil benötigt, werden nicht nur die Herstellungskosten des Motors erhöht, sondern es kann auch die Emission unverbrannter Kohlenwasser stoffe nicht genügend verringert werden, selbst nicht durch das Vorsehen der vorerwähnten Anordnung.

Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf die o.g. Probleme kon zipiert, die einem herkömmlichen Steuergerät für ein Antriebssystem anhaften, das aus einem Motor und einem Getriebe besteht. Demgemäß ist ein erstes Ziel der vorliegenden Erfindung die Schaffung einer Steuer vorrichtung für ein Antriebssystem bestehend aus einem Motor und einem Getriebe, die eine flexible Steuerung durchführen kann, so daß sowohl die Kraftstoffersparnis, als auch das Beschleunigungsvermögen gesteigert wird.

Hierzu ist gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Steuervorrichtung für ein Antriebssystem, bestehend aus einem Motor und einem Getriebe, mit einer Recheneinheit zum Steuern des Drehmomentes des Getriebes und des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Motors gemäß dem gewünschten Raddrehmoment und der gewünschten Fahrzeugge schwindigkeit vorgesehen.

Gemäß einer spezifischen Ausbildung der vorliegenden Erfindung ist eine Steuervorrichtung für ein Antriebssystem mit einer Recheneinheit zum Steuern des Drehmomentes des Getriebes und des Schließwinkels eines Ansaugventils im wechselseitigen Verhältnis zueinander gemäß dem ge wünschten Raddrehmoment und der gewünschten Fahrzeuggeschwindigkeit vorgesehen.

Gemäß einer weiteren spezifischen Ausbildung der vorliegenden Erfin dung ist eine Steuervorrichtung für ein Antriebssystem mit einer Rechen einheit zum Steuern des Drehmomentes des Getriebes und des Auflade druckes im wechselseitigen Verhältnis zueinander gemäß dem gewünsch ten Raddrehmoment und der gewünschten Fahrzeuggeschwindigkeit vor gesehen; oder sie ist mit einer Recheneinheit zum Steuern des Drehmo mentes des Getriebes und des Verhältnisses zwischen Expansionshub und Kompressionshub im wechselseitigen Verhältnis zueinander gemäß dem gewünschten Raddrehmoment und der gewünschten Fahrzeuggeschwindig keit vorgesehen.

Die genannte Recheneinheit führt die Steueroperation in der Weise durch, daß der Kraftstoffverbrauch und das Beschleunigungsvermögen durch Verwenden eines Leistungsdiagramms gemäß dem Geschmack des Fahrers oder der Betriebsumgebung des Fahrzeuges optimiert werden.

Weiter besteht ein zweites Ziel der vorliegenden Erfindung darin, eine Steuervorrichtung zum Steuern eines in einem Antriebssystem eines Fahrzeugs verwendeten Motors zu schaffen, vorzugsweise zum Steuern eines Motors mit Kraftstoffeinspritzung in den Zylinder, dessen Verhältnis zwischen Expansionshub und Kompressionshub auf weniger als 1 einge stellt werden kann. Dadurch kann die Rußerzeugung, eine instabile Verbrennung, und die Steigerung der NOx-Emission verhindert werden.

Hierzu umfaßt, gemäß der vorliegenden Erfindung, die Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor: eine Kraftstoffeinspritz-Zeitgabesteuervor richtung zum Steuern des Kraftstoffvolumens, das von der Düsenöffnung der Kraftstoffeinspritzvorrichtung eingespritzt wird, die in der Verbren nungskammer des Motors angeordnet ist, sowie die Kraftstoffeinspritzzeit gabe-, eine Ansaugventil-Öffnungs- und eine Schließsteuervorrichtung zum Steuern der Öffnungs- und Schließzeitgabe des Ansaugventils des Motors, wobei die Kraftstoffeinspritz-Zeitgabesteuervorrichtung das Volumen des Kraftstoffes und die Kraftstoffeinspritzzeitgabe gemäß der Änderung des in der Verbrennungskammer zu verbrennenden Luftvolumens steuert.

Weiter besteht ein drittes Ziel der vorliegenden Erfindung in der Schaf fung eines vorteilhaften Kraftstoffeinspritzventils für den genannten Motor, das die Herstellungskosten des Motors verringern kann, die Emission von unverbranntem Kohlenwasserstoff so weit wie möglich verringern kann, und das eine stabile Verbrennung über einen weiten Betriebsbereich des Motors herbeiführen kann.

Hierzu umfaßt das Kraftstoffeinspritzventil, gemäß der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff mit einem verkleinerten Einspritzumfassungswinkel, sowie eine Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff mit einem vergrößerten Einspritzumfassungs winkel.

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegen den Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnun gen.

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht, die ein Antriebssystem veran schaulicht, bei dem eine Steuervorrichtung gemäß der vorliegen den Erfindung angewandt wird;

Fig. 2 ist ein Steuerblockdiagramm, das eine Recheneinheit zum Steu ern des Drehzahl- bzw. Übersetzungsverhältnisses und des Mo tordrehmomentes veranschaulicht, die in das in Fig. 1 dargestell te Antriebssystem einbezogen ist;

Fig. 3 ist ein Steuerblockdiagramm, das eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis- Berechnungseinheit veranschaulicht, die in das in Fig. 1 darge stellte Steuergerät einbezogen ist;

Fig. 4 ist ein Steuerblockdiagramm, das eine erste Konzeption des in Fig. 1 dargestellten Steuergeräts veranschaulicht;

Fig. 5 ist ein Steuerblockdiagramm, das eine Antriebsdrehmoment- Recheneinheit veranschaulicht, die in die in Fig. 1 dargestellte Recheneinheit einbezogen ist;

Fig. 6 ist ein Steuerblockdiagramm, das eine erste Variante der Re cheneinheit veranschaulicht;

Fig. 7 ist ein Steuerblockdiagramm, das eine zweite Variante der Re cheneinheit veranschaulicht;

Fig. 8 ist ein Leistungsdiagramm;

Fig. 9 ist ein in Abschnitte unterteiltes Leistungsdiagramm;

Fig. 10 ist eine detaillierte Ansicht des in Fig. 9 dargestellten Leistungs diagramms;

Fig. 11 ist eine detaillierte Ansicht des in Fig. 10 dargestellten Lei stungsdiagramms,

Fig. 12 ist ein Leistungsdiagramm, das sich auf das Verhältnis Fahrzeug geschwindigkeit zur Motordrehzahl (Drehzahlverhältnis) bezieht;

Fig. 13 ist ein Leistungsdiagramm zur Erläuterung der Änderung des Luftanteils in Bezug auf die Fahrzeuggeschwindigkeit;

Fig. 14 ist ein Leistungsdiagramm;

Fig. 15 ist ein Leistungsdiagramm zum Raddrehmoment-Motordrehmo ment-Verhältnis;

Fig. 16 ist ein F-V-Leistungsdiagramm;

Fig. 17 ist eine Ansicht, die eine erste Ausführungsform des Motors veranschaulicht, der in dem in Fig. 1 dargestellten Antriebs system verwendet wird;

Fig. 18 ist eine Ansicht zur Erläuterung der Beziehung zwischen der Position eines Beschleunigungspedals und dem Kraftstoffvolumen;

Fig. 19 ist eine Ansicht zur Erläuterung der Beziehung zwischen dem Kraftstoffvolumen, der Einspritzzeitgabe und der Zündzeitgabe;

Fig. 20 ist eine Ansicht zur Erläuterung der Beziehung zwischen dem Betrieb eines Öffnungs- und Schließnockens für ein Ansaugventil und dem Kurbelwinkel;

Fig. 21 ist eine Ansicht zur Erläuterung der Beziehung zwischen dem Kraftstoffvolumen, dem Luftvolumen und der Ansaugventil- Schließzeitgabe;

Fig. 22 ist eine Ansicht zur Erläuterung der Beziehung zwischen dem Kraftstoffvolumen und dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis;

Fig. 23 ist eine Ansicht zur Erläuterung der Beziehung zwischen dem Kraftstoffvolumen und der Emission von Stickstoffoxid und Kohlenwasserstoff;

Fig. 24 ist eine Ansicht zur Erläuterung der Beziehung zwischen dem Kraftstoffvolumen, der Kraftstoffverbrauchsrate und dem Verhält nis zwischen Expansionshub und Kompressionshub;

Fig. 25 ist eine Ansicht zur Erläuterung der Beziehung zwischen dem Kraftstoffvolumen und der Kraftstoffverbrauchsrate;

Fig. 26 ist ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Steuerung der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 27 ist eine schematische Ansicht, die eine Steuervorrichtung für das Luftvolumen veranschaulicht;

Fig. 28 ist eine Ansicht zur Erläuterung der Beziehung zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis, dem Drehmoment und der Stickstoff oxidemission;

Fig. 29 ist eine Ansicht zur Erläuterung der Beziehung zwischen dem Kraftstoffvolumen, dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis und dem Luft volumen;

Fig. 30 ist eine Ansicht zur Erläuterung der Beziehung zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis, der Stickstoffoxidmenge und dem Luftvolumen;

Fig. 31 ist eine schematische Ansicht, die eine zweite Ausführungsform eines Motors veranschaulicht, der in dem in Fig. 1 dargestellten Antriebssystem verwendet wird;

Fig. 32 ist eine schematische Ansicht, die einen den Zylinderkopf des in Fig. 31 dargestellten Motors umgebenden Teil zeigt;

Fig. 33 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Beziehung zwischen dem Krümmungsradius des Ansaugrohres und dem Druckverlust;

Fig. 34 ist eine schematische Ansicht zur Veranschaulichung des in Fig. 1 dargestellten Ansaug- und Auspuffventil-Antriebssystems;

Fig. 35 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Stabilität der Motordreh zahl, die während des Leerlaufbetriebs durch die Ansaugluft öffnungseinspritzung und die Kraftstoffeinspritzung in den Zylin der verursacht wird;

Fig. 36 ist eine Schnittansicht, die eine erste Ausführungsform eines Kraftstoffeinspritzventils (im Zustand der Weitwinkelzerstäubung) veranschaulicht;

Fig. 37 ist eine Schnittansicht, die das in Fig. 36 dargestellte Kraftstoff einspritzventil (im Zustand der Schmalwinkelzerstäubung) dar stellt;

Fig. 38 ist eine Ansicht zur Erläuterung der Positionsbeziehung zwischen dem in Fig. 36 dargestellten Kraftstoffeinspritzventil und einer Zündkerze;

Fig. 39 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Beziehung zwischen der Einspritzzeitgabe und der Kohlenwasserstoffdichte für verschiede ne divergierende Zerstäubungswinkel im Falle der Verwendung des in Fig. 36 dargestellten Kraftstoffeinspritzventils;

Fig. 40 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Beziehung zwischen der Kohlenwasserstoffdichte und der Rate der katalytischen Um wandlung des Stickstoffoxids in Stickstoff durch den Katalysator;

Fig. 41 ist eine Schnittansicht, die eine erste Ausführungsform des in Fig. 31 dargestellten Kraftstoffeinspritzverteilers (der Kraftstoff in einen #1-Motorzylinder speist) veranschaulicht;

Fig. 42 ist eine Schnittansicht, die den in Fig. 41 dargestellten Kraft stoffeinspritzverteiler (der Kraftstoff in einen #4-Motorzylinder speist) veranschaulicht;

Fig. 43 ist eine Schnittansicht entlang der Linie VIII-VIII gemäß Fig. 41;

Fig. 44 ist ein Zeitgabediagramm zur Erläuterung der Zeitgabe der Kraftstoffzufuhr in einen Motorzylinder durch den in Fig. 41 dargestellten Kraftstoffverteiler;

Fig. 45 ist eine Ansicht zur Erläuterung der Struktur des in Fig. 31 dargestellten Katalysators;

Fig. 46 ist ein Diagramm, das die Veränderung der Funktion des in Fig. 45 dargestellten Katalysators zeigt, welche durch Tempera turänderung hervorgerufen wird;

Fig. 47A bis 47G sind Ansichten zur Erläuterung des Betriebs des in Fig. 31 dargestellten Millerzyklusmotors;

Fig. 48 ist eine Schnittansicht, die eine erste Variante des in Fig. 31 dargestellten Kraftstoffeinspritzventils (im geschlossenen Zustand) veranschaulicht;

Fig. 49 ist eine Schnittansicht, die das in Fig. 31 dargestellte Kraftstoff einspritzventil (im Zustand der Weitwinkelzerstäubung) veran schaulicht;

Fig. 50 ist eine Schnittansicht, die das in Fig. 49 dargestellte Kraftstoff einspritzventil (im Zustand der Schmalwinkelzerstäubung) veran schaulicht;

Fig. 51 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Beziehung zwischen dem Überschußluftfaktor und der Kohlenwasserstoffdichte für unter schiedliche Zerstäubungszustände;

Fig. 52 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Beziehung zwischen der Kraftstoffeinspritzzeitgabe und der Kohlenwasserstoffdichte in einem stabförmigen Zerstäubungszustand;

Fig. 53 ist eine Schnittansicht, die eine zweite Variante des in Fig. 31 dargestellten Kraftstoffeinspritzventils veranschaulicht;

Fig. 54 ist eine Schnittansicht, die einen wesentlichen Teil der zweiten Variante des in Fig. 53 dargestellten Kraftstoffeinspritzventils zeigt;

Fig. 55 ist eine Schnittansicht, die eine dritte Variante des in Fig. 51 dargestellten Kraftstoffeinspritzventils zeigt;

Fig. 56 ist ein Schaltbild, das eine Solenoidtreiberschaltung in dem in Fig. 55 dargestellten Kraftstoffeinspritzventil veranschaulicht;

Fig. 57 ist eine Ansicht zur Erläuterung der Positionsbeziehung zwischen dem Kraftstoffeinspritzventil und einer Zündkerze;

Fig. 58 ist ein Zeitgabediagramm zur Erläuterung der Kraftstoffeinspritz zeitgabe;

Fig. 59 ist eine Querschnittsansicht zur Veranschaulichung einer zweiten modifizierten Ausführungsform des in Fig. 31 dargestellten Ver teilers;

Fig. 60 ist eine Schnittansicht zur Veranschaulichung einer dritten modi fizierten Ausführungsform des in Fig. 31 dargestellten Verteilers;

Fig. 61 ist eine schematische Ansicht zur Veranschaulichung einer Aus führungsform der in Fig. 31 dargestellten Kraftstoffpumpe;

Fig. 62 ist eine detaillierte Ansicht, die einen Teil der Kraftstoffpumpe zeigt, gesehen in Richtung des Pfeiles XXXII in Fig. 61 und

Fig. 63 ist ein Zeitgabediagramm zur Veranschaulichung der Kraftstoff einspritzzeitgabe im Falle der Benutzung der in Fig. 62 darge stellten Kraftstoffpumpe.

In der nachfolgenden Beschreibung wird ein kontinuierlich veränderliches Getriebe 3 als Beispiel eines Getriebes eines Antriebssystems verwendet, in welchem die Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung angewandt wird. Weiter sei darauf hingewiesen, daß das kontinuierlich veränderliche Getriebe 3 kein unerläßlicher Bestandteil der vorliegenden Erfindung ist. Vielmehr kann bei der vorliegenden Erfindung statt des kontinuierlich veränderlichen Getriebes jedes andere Getriebe, wie etwa ein Drehmomentenwandler oder ein Geschwindigkeitswechselgetriebe, in ähnlicher Weise verwendet werden. Weiter wird bei dem Beispiel eines Motors im Antriebssystem gemäß der vorliegenden Erfindung ein Benzin motor mit Kraftstoffeinspritzung in den Zylinder verwendet. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß bei der vorliegenden Erfindung statt des Benzin motors mit Kraftstoffeinspritzung in den Zylinder auch ein Benzinmotor mit Ansaugöffnung-Kraftstoffeinspritzung oder ein Dieselmotor verwendet werden kann.

Das in Fig. 1 dargestellte Antriebssystem besteht aus einem Motor 1 und einem Getriebe 3, das mit dem Motor 1 durch eine Kupplung 2 ver bunden ist, so daß entsprechend ein Drehmoment vom Motor 1 durch die Kupplung 2 und das Getriebe 3 an ein Rad 4 übertragen wird. Weiter wird das Drehzahlverhältnis des Getriebes 3 durch eine Über tragungssteuervorrichtung 22 gesteuert, während die Kupplung 2 durch eine Kupplungssteuervorrichtung 21 gesteuert wird. Das Drehzahlverhältnis eines Getriebes 15 für einen Kompressor 7 wird durch eine Drehzahl verhältnis-Steuervorrichtung 16 gesteuert.

An der Ansaugseite des Motors 1 sind ein Luftfilter 5, ein Luftstromsen sor 6, der Kompressor 7, ein Ansaugrohr 8 und ein Ansaugventil 9 vorgesehen, so daß entsprechend Ansaugluft nacheinander durch diese Komponenten in den Motorzylinder 10 gespeist wird. Der Kompressor 7 wird über das Getriebe 5 durch den Motor 1 angetrieben. Die Öffnungs- und Schließzeitgabe des Ansaugventils 9 wird durch eine Ventilöffnungs- und Schließzeitgabe-Steuervorrichtung 17 gesteuert, die durch eine Noc kenwelle 18 angetrieben wird.

Weiter wird durch ein Kraftstoffeinspritzventil 11 Kraftstoff in den Mo torzylinder 10 eingespritzt, und die Mischung aus Luft und Kraftstoff im Motorzylinder 10 wird durch eine Zündkerze 12 gezündet und dann verbrannt. Das Abgas wird aus dem Zylinder 10 durch ein Auspuffrohr 13 und einen Katalysator 14 in die Atmosphäre ausgestoßen. Ein Luft- Kraftstoff-Verhältnissensor 19 ist am Auspuffrohr 13 befestigt und liefert sein Signal an ein Steuergerät 20.

Das Drehzahlverhältnis-Steuerventil 16, die Kupplungssteuervorrichtung und die Getriebesteuervorrichtung 22 werden durch die Steuereinheit 23 gesteuert, die über ein lokales Netzwerk (LAN) 24 an die Steuereinheit 20 angeschlossen ist. Die Motordrehzahl wird durch einen Motordrehzahl sensor 25 erfaßt, der ein Ausgangssignal 23 liefert. Die Position eines Beschleunigungspedals 26 wird durch ein Potentiometer 27 erfaßt und an die Steuereinheit 23 geliefert, die mit einer Fahrzeugumgebungs-Erkun dungsvorrichtung 28 und einer Fahrererkundungsvorrichtung 29 verbunden ist.

Ein Fahrzeug-Frontmonitorradar 30 liefert ein Signal an die Umgebungs erkundungsvorrichtung 28, das dementsprechend die Fahrumgebung erkun det, d. h., ob sich ein Hindernis, wie etwa ein Fahrzeug, vor dem eigenen Fahrzeug befindet und das Fahren behindert, oder nicht. Das Potentio meter 27 liefert seine Ausgabe an die Erkundungsvorrichtung 29, die dementsprechend erkundet, ob im Hinblick auf eine Zeitänderung in der Ausgabe des Potentiometers 27 der Fahrer ein sportliches Fahrmuster begünstigt, oder nicht. Wenn die Zeitänderung groß ist bedeutet dies, daß die Position des Beschleunigungspedals 26 abrupt geändert wird, und es wird dementsprechend erkannt, daß der Fahrer ein sportliches Fahr muster begünstigt. Weiter empfängt die Steuereinheit 23 das gewünschte Raddrehmoment aus der Position des Beschleunigungspedals 26, die vom Potentiometer 27 geliefert wird. Ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 31 liefert sein Ausgangssignal an die Steuereinheit 23.

Die Steuereinheit 23 enthält eine Drehzahlverhältnis- und Motordrehmo ment-Berechnungsvorrichtung 100 zum Berechnen des Drehzahlverhältnis ses des Getriebes 3, des Motordrehmomentes und des Schlupfes der Kupplung 2 aus dem gewünschten Raddrehmoment und der gewünschten Fahrzeuggeschwindigkeit. Demgegenüber enthält die Steuereinheit 20 eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Berechnungsvorrichtung 101 gemäß Fig. 3 zum Berechnen des Luft-Kraftstoff-Gemischverhältnisses aus dem Motordreh moment. Falls das gewünschte Raddrehmoment groß ist, wird das Luft- Kraftstoff-Verhältnis verkleinert, so daß die Mischung angereichert wird, um das Ausgangsdrehmoment des Motors zu steigern. Das heißt, daß die Drehverhältnis- und Motordrehmoment-Berechnungsvorrichtung 100 und die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Berechnungsvorrichtung 101 einander operativ zugeordnet sind. Wenn also das Drehzahlverhältnis zwischen der Radge schwindigkeit und der Motordrehzahl groß ist, wird das gewünschte Drehmoment auf einen kleineren Wert eingestellt, und infolge dessen nimmt das Luft-Kraftstoff-Verhältnis ab. Wenn jedoch das Geschwindig keitsverhältnis zu klein eingestellt ist, nimmt das gewünschte Raddrehmo ment ab, während das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zunimmt. Aufgrund dieser Tatsache sei darauf hingewiesen, daß gemäß dem Stande der Technik die Beziehung zwischen dem Drehzahlverhältnis mit Hilfe eines Leistungs- /Ersparnis-Wählhebels von Hand geändert worden ist und nicht mit der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Berechnungsvorrichtung 101 in Verbindung gebracht worden ist. Dementsprechend ist die Vorrichtung des Standes der Technik bezüglich der Flexibilität unterlegen.

Bezug nehmend auf Fig. 4, die ein Blockdiagramm zur Erleichterung des Verständnisses der Konzeption der vorliegenden Erfindung ist, werden das Drehzahlverhältnis, der Schlupf der Kupplung und das Luft-Kraftstoff- Verhältnis aus dem gewünschten Drehmoment und der gewünschten Fahrzeuggeschwindigkeit berechnet. Da im vorliegenden Falle der Motor 1 mit Kraftstoffeinspritzung in den Zylinder verwendet wird, ist das geladene Luftvolumen konstant, und demgemäß wird das Luft-Kraftstoff- Verhältnis durch Abstimmen des Volumens des vom Kraftstoffeinspritz ventil 11 ausgestoßenen Kraftstoffes gesteuert. Weiter steuert die Kupp lungsschlupf-Steuervorrichtung 21 den Schlupf der Kupplung; und weiter steuert die Getriebesteuervorrichtung 22 das Drehzahlverhältnis. Wie oben erwähnt arbeitet die Berechnungsvorrichtung 102 in Kombination mit der Drehzahlverhältnis- und Motordrehmoment-Berechnungsvorrichtung 100 sowie der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Berechnungsvorrichtung 101.

Die Steuereinheit 20 enthält eine Leistungsdrehmoment-Berechnungsvor richtung 102, die das am Motor erzeugte Drehmoment aus dem ge wünschten Raddrehmoment und der Änderungsrate der Motorgeschwindig keit berechnet; und sie berechnet das Volumen des Kraftstoffes, der vom Kraftstoffeinspritzventil 11 ausgestoßen wird, so daß das erzeugte Dreh moment erhalten wird, wie in Fig. 5 dargestellt. Dementsprechend kann eine Verringerung des Drehmomentes, die zur Steigerung der Motor drehzahl benutzt wird, kompensiert werden. Herkömmlicherweise wurde die Beziehung zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis und dem Kraft stoffvolumen so festgesetzt, daß die vorerwähnte Kompensation unmöglich war. Weiter sei darauf hingewiesen, daß die Position (Grad des Nieder drückens) des Beschleunigungspedals alternativ statt der Änderungsrate der Motordrehzahl benutzt werden kann.

Übrigens kann das Beschleunigungsvermögen, wie bereits bekannt, gestei gert werden, wenn die Motordrehzahl vor der Beschleunigung erhöht wird. Dies verursacht jedoch eine Steigerung des Kraftstoffverbrauchs. Wie in Fig. 6 dargestellt, wird das vom Radargerät gelieferte Signal an die Umgebungserkundungsvorrichtung 28 geliefert, die daraufhin das maximal gewünschte Raddrehmoment berechnet und dasselbe an die Rechenvor richtung 102 liefert. Falls sich vor dem Fahrzeug kein Hindernis befindet, so daß das maximal gewünschte Drehmoment groß ist, wird das Dreh zahlverhältnis auf einen kleinen Wert eingestellt. Wenn sich jedoch vor dem Fahrzeug ein Hindernis befindet, oder wenn ein Verkehrsstau auftritt, wird das Drehzahlverhältnis vergrößert, so daß der Kraftstoffver brauch gedrosselt wird. Wenn weiter die Fahrererkundungsvorrichtung 29 feststellt, daß der Fahrer ein sportliches Betriebsmuster vorzieht, wird das maximale, gewünschte Raddrehmoment groß, und dementsprechend wird das Drehzahlverhältnis auf einen kleinen Wert eingestellt.

Wie in Fig. 7 dargestellt, verzögert im Falle, daß das gewünschte Dreh moment des Motors klein ist, die Ventilöffnungs- und Schließzeitgabe- Steuervorrichtung 17 den Schließtakt des Ansaugventils, so daß die Kom pressionsarbeit verringert wird und demgemäß die Kraftstoffersparnis gesteigert werden kann. In diesem Falle kann, falls das Luft-Kraftstoff- Verhältnis auf das stöchiometrische Verhältnis hin gesteuert wird, ein Dreiweg-Katalysator für den Katalysator 14 verwendet werden. Wenn weiter das gewünschte Drehmoment des Motors klein ist, verringert die Drehzahlverhältnis-Steuervorrichtung 16 die Umdrehungsgeschwindigkeit des Kompressors 7, so daß der Aufladedruck nach unten hin auf einen Wert verringert wird, der dem atmosphärischen Druck nahezu gleich ist. Dementsprechend wird die Kompressionsarbeit des Kompressors 7 ver ringert, so daß die Kraftstoffersparnis gesteigert wird. Falls das gewünsch te Drehmoment groß ist, wird die Umdrehungsgeschwindigkeit des Kom pressors 7 gesteigert, so daß der Aufladedruck vergrößert wird, während das Luft-Kraftstoff-Verhältnis hinsichtlich seiner stöchiometrischen Zu sammensetzung beibehalten wird. Alternativ wird der Schließtakt des Ansaugventils vorgerückt, um das geladene Luftvolumen des Zylinders 1 zu vergrößern.

Bezugnehmend auf Fig. 7 erzielt die Drehzahlverhältnis- und Motor drehmoment-Berechnungsvorrichtung 100 das gewünschte Motordrehmo ment und das gewünschte Drehzahlverhältnis, und liefert das gewünschte Motordrehmoment an die Drehzahlverhältnis-Steuervorrichtung 16 sowie an die Ventilöffnungs- und Schließzeitgabe-Steuervorrichtung 17, um so die Umdrehungsgeschwindigkeit des Kompressors 7 und den Schließwinkel des Ansaugventils 9 optimal zu steuern.

Als nächstes wird die Betriebsweise der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung beschrieben.

Bezugnehmend auf Fig. 8, und unter Bezeichnung des Verhältnisses zwischen der Raddrehzahl und der Motordrehzahl als Drehzahlverhältnis x fällt, wenn x groß ist, das Raddrehmoment in den Bereich der Kurve A, während wenn x klein ist, das Raddrehmoment in den Bereich der Kurve B fällt. Wenn dem Raddrehmoment F in Bezug auf die Fahrzeug geschwindigkeit ein gewünschter Wert F₀ erteilt wird, wird x in der Kurve B gewählt, falls F₁ < F₀ und V₁ < V₀ ist. Falls das kontinuier lich veränderliche Getriebe verwendet wird, ändert sich der Punkt B₂ kontinuierlich zum Punkt A₁ hin. Dabei ist die Drehzahl des Motors am höchsten. Weiter ändert sich der Punkt B₁ kontinuierlich zum Punkt A₁ hin. Diesmal ist die Motordrehzahl am niedrigsten. Im Hinblick auf die Kraftstoffersparnis wird der Motor vorzugsweise mit einer Drehzahl und einer Belastung gefahren, die jeweils entsprechend so niedrig und so hoch wie möglich sind. Dementsprechend wird der Motor entlang der Kurve A₁-B₁ gefahren. Falls F = F₂, wird der Motor entlang der Kurve A₁-A₂ gefahren. Falls F = F₁, wird der Motor entlang der Kurve B₁-B₂ gefahren. Falls V <V₁ und F < F₁ ist, wird die Ausgangsleistung des Motors auf das Drehzahlverhältnis B hin gesteuert. Falls F < F₁ und V = V₁ ist, wird der Motor entlang der Kurve V₁-B₁ betrieben, während wenn V = V₂ ist, wird der Motor entlang der Kurve V₂-A₁ gefahren. Wenn V < V₂ ist, wird die Drehzahl des Motors verringert, falls kein Schlupf auftritt; und entsprechend beginnt die Kupplung zu schlüpfen, um die Drehzahl des Motors beizubehalten. Die in Fig. 8 dargestellte Kurve RL zeigt das gewünschte Drehmoment F während der Fahrt auf einer horizontalen Straßenoberfläche an, bei der der Motor nicht mit einer mageren Mischung über den Punkt P₂ hinaus gefahren werden kann.

Um den Fahrzeuggeschwindigkeitsbereich und den Raddrehmomentenbe reich zu vergrößern, wird die Mischung angereichert. Dementsprechend wird das Drehmoment F₂ auf einen Wert F₂′ gesteigert, mit welchem das Fahrzeug eine Steigung herauffahren kann. Weiter wird das Drehmoment F₁ auf einen Wert F₁′ gesteigert, so daß der fahrbare Punkt auf einen Wert P₂′ angehoben wird. Bezugnehmend auf Fig. 9 wird der Motor in einem Bereich α bei niedrigster Motordrehzahl mit Teillast und einem mageren Gemisch gefahren. Im Bereich β, in welchem das Drehzahl verhältnis am niedrigsten ist, wird der Motor bei der größten Motor drehzahl mit einer fetten Mischung gefahren. Im Bereich γ wird der Motor beim höchsten Drehzahlverhältnis x mit einer fetten Mischung gefahren. Im Bereich δ, in welchem das Drehzahlverhältnis x am größten ist, wird der Motor mit einem fetten Gemisch gefahren. Im Bereich ε wird der Motor mit einem mageren Gemisch gefahren, während das Drosselventil voll geöffnet ist. Das Drehzahlverhältnis x ändert sich in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit V.

Der Bereich ε kann gemäß Fig. 10 unterteilt werden. Im Bereich ε₁ kann der Motor auch beim höchsten Drehzahlverhältnis x mit einer fetten Mischung gefahren werden. In diesem Falle wird aber der Motor, weil der Kraftstoffverbrauch in diesem Betriebszustand groß im Vergleich zum Betriebszustand ist, in welchem der Motor mit einem mageren Gemisch gefahren wird, während das Drosselventil voll geöffnet ist, der Motor im letztgenannten Betriebszustand gefahren.

Im Bereich ε₂ kann der Motor bei niedriger Motordrehzahl mit einem fetten Gemisch gefahren werden. Demgemäß wird er auf der linken Seite der Kurve E₁-E₂ mit einer fetten Mischung gefahren, während das Drosselventil voll geöffnet ist, um die Motordrehzahl am Ansteigen zu hindern. Im Bereich ε₃ wird der Motor mit einem fetten Gemisch und einem voll geöffneten Drosselventil gefahren. Auf der linken Seite der Kurve E₁-E₂ wird der Motor mit einem fetten Gemisch und einem voll geöffneten Drosselventil gefahren. Das heißt, daß obwohl der Motor im Bereich ε₂ mit einem mageren Gemisch und einem voll geöffneten Drosselventil gefahren werden kann, die Mischung in einem Bereich auf fett eingestellt wird, in welchem die Motordrehzahl beispielsweise 3.000 U/min überschreitet, so daß die Motordrehzahl verringert wird, da der Kraftstoffverbrauch aufgrund der mechanischen Reibung zunimmt, wenn die Motordrehzahl gesteigert wird.

Wie in Fig. 11 dargestellt, wird in den Bereichen α, β das Luft-Kraft stoff-Verhältnis im Bereich von 25 bis 80 gesteuert, d. h., daß je größer das Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, umso größer das Kraftstoffvolumen ist. Im Bereich δ wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, im Bereich von 25 bis 12 gesteuert. Im Bereich ε auf der linken Seite der Kurve E₁-E2 wird der Motor mit einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis von 25 gefahren, während das Raddrehmoment F in Abhängigkeit von dem Drehzahlverhältnis x abgestimmt wird. Im Bereich γ wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis entlang der Kurve A₁-A₂ auf 12 eingestellt, während es entlang der Kurve B₁- B₂ auf 25 eingestellt wird. In diesem Zustand ist die Motordrehzahl am größten, d. h., sie beträgt 6.000 U/min.

Entlang der Kurve C in Fig. 11 wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf 12 eingestellt, so daß die Motordrehzahl auf einen Wert unter 3.000 U/min beschränkt wird. Dementsprechend wird das Luft-Kraftstoff-Ver hältnis auf einen niedrigen Wert eingestellt, um die Motordrehzahl herabzusetzen, statt daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf 25 eingestellt wird, so daß die Motordrehzahl gesteigert wird. Im Bereich zwischen den Kurven E, C wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis von 25 auf 12 geändert, so daß die Motordrehzahl bei 3.000 U/min gehalten wird.

Bezugnehmend auf Fig. 12 ist die Motordrehzahl unter der Last RL während des Fahrens auf einer waagrechten Straße niedrig, d. h., sie beträgt 1.000 U/min; und die Fahrzeuggeschwindigkeit wird durch Erhö hen des Drehzahlverhältnisses gesteigert. Wenn das Drehzahlverhältnis x seinen maximalen Wert X_max erreicht, wird die Fahrzeuggeschwindigkeit durch Erhöhen der Motordrehzahl gesteigert. Wenn die Fahrzeugge schwindigkeit den Wert V₃ überschreitet, bei welchem die Motordrehzahl 3.000 U/min erreicht, wird das Drehzahlverhältnis verringert, während das Drehmoment F erhöht wird; und weiter wird die Motordrehzahl so erhöht, daß die Fahrzeuggeschwindigkeit auf einen Wert V₄ gesteigert wird, wie es in Fig. 12 durch die gestrichelte Linie dargestellt ist. Bei V₄ erreicht die Motordrehzahl 6.000 U/min. Jetzt erreicht die Fahrzeug geschwindigkeit durch Steigern des Drehzahlverhältnisses den Wert V₅. Falls das Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Punkt V₃ verringert wird, wird die Fahrzeuggeschwindigkeit erhöht, wie in Fig. 12 durch die ausgezogene Linie dargestellt ist, jedoch ohne Verringerung des Drehzahlverhältnisses x.

Bezugnehmend auf Fig. 13, die die Änderung des Luft-Kraftstoff-Ver hältnisses im Bezug auf die Fahrzeuggeschwindigkeit darstellt, nimmt die Stickstoffoxidemission im Bereich um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis von 16 hierum zu. Dieser Punkt kann zur Seite höherer Geschwindigkeit hin ver schoben werden, wie durch die gestrichelte Linie dargestellt ist.

Falls die Fahrzeuggeschwindigkeit vom Punkte P auf der Kurve RL aus erhöht wird, wenn der Grad des Niederdrückens des Beschleunigungs pedals groß wird, d. h., wenn die Position des Pedals tief liegt, wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Bereich δ oder im Bereich γ von 25 nach 12 hin eingestellt. Falls der Grad des Niederdrückens des Beschleuni gungspedals klein ist, wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis von 25 nach 80 hin eingestellt. Mit dem Verschieben in den Bereich δ wird das Dreh zahlverhältnis x verringert, und entsprechend sollte die Motordrehzahl zunehmen, so daß ein Teil des vom Motor erzeugten Drehmomentes dazu verbraucht wird, die Motordrehzahl zu erhöhen, so daß dement sprechend das Beschleunigungsvermögen abnimmt. Zur entsprechenden Kompensation wird ein zusätzliches Drehmoment erzeugt. Das heißt, daß sich das Raddrehmoment F durch den folgenden Ausdruck darstellt:

F = k(n_e/V)T = k₁(T/x) (EX1)

In der Formel stellen k, k₁ Konstanten dar; T ist das Ausgangsdrehmo ment zum Getriebe; n_e ist die Motordrehzahl, und V ist die Fahrzeug geschwindigkeit. Wenn das erzeugte Motordrehmoment mit T_e bezeichnet wird, ergibt sich folgende Gleichung:

T_e = T + I*dn_e/dt (EX2)

wobei I der Trägheitsterm des beweglichen Teils ist.

Durch Einsetzen von EX1 in die Formel EX2 und Gleichsetzen von F = F₀ wird die folgende Gleichung erhalten:

T_e = F₀*x/k₁ + I*dn_e/dt (EX3)

Demgemäß wird das Motordrehmoment vom Motordrehmoment D₀ im Beharrungszustand um einen Wert gesteigert, der durch den zweiten Term auf der rechten Seite der Gleichung angegeben wird.

Gemäß Fig. 14 kann das Fahrzeug in einem Bereich von A₁-A₁′-B₁′- B₁ ohne Ändern des Drehzahlverhältnisses x beschleunigt werden, wenn der Motor durch Ändern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses von 25 nach 12 gefahren wird. Weiter kann das Beschleunigungsvermögen im Bereich α gesteigert werden, wenn der Minimalwert der Motordrehzahl vorher erhöht worden ist. Dabei ist aber eine Zunahme des Kraftstoffverbrauchs unvermeidbar. Bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit V₁ kann das Drehzahl verhältnis x so eingestellt werden, daß die Geschwindigkeit entweder maximal oder minimal wird. Falls das Drehzahlverhältnis x auf das Minimum eingestellt wird, kann das Raddrehmoment entlang der Kurve A₁-A₂′ erhöht werden, ohne die Motordrehzahl zu steigern. Wenn im Gegensatz dazu das Drehzahlverhältnis x auf den Maximalwert eingestellt wird, kann das Raddrehmoment entlang der Kurve B₁-B₂ nur dann erhalten werden, wenn die Motordrehzahl konstant gehalten wird. Um ein höheres Drehmoment als dieses zu erhalten, ist es erforderlich, daß das Drehzahlverhältnis x verringert und die Motordrehzahl erhöht wird. In diesem Falle wird ein Teil des vom Motor erzeugten Drehmomentes zum Beschleunigen des Motors selber verbraucht.

Bei der obigen Anordnung wird unter der Ausnahme, daß das gewünschte Raddrehmoment zum Beschleunigen vor der Beschleunigung bekannt ist, das Drehzahlverhältnis vorher auf einen kleinen Wert eingestellt, falls das gewünschte Raddrehmoment groß ist; und dementsprechend ist es mög lich, das Beschleunigungsvermögen am Abnehmen zu hindern. Der Kraft stoffverbrauch wird aber während des Beharrungsbetriebes leicht gestei gert. Das gewünschte Raddrehmoment wird groß, wenn vor dem betref fenden Fahrzeug kein Fahrzeug als Hindernis vorhanden ist, oder wenn eine Beschleunigung zum Überholen, zum Herauffahren auf einer steilen Steigung, oder dergleichen durchgeführt wird. Ein solcher Betriebszustand kann aus der Erfassung der Umgebung des Fahrzeugs erkannt werden. Es ist allgemein bekannt, daß das Vorhandensein eines Widerstandes vor einem Fahrzeug durch Benutzen eines Radargerätes, eines Lasergerätes oder eines Bilderfassungsprozesses erfaßt werden kann. Weiter ist es allgemein bekannt, eine Steigung durch Benutzen eines Neigungssensors, oder aufgrund der Änderung des Fahrwiderstandes zu erfassen. Dabei ist der eine Fahrer für eine abrupte Beschleunigung, während ein anderer Fahrer eine Kraftstoffersparnis bevorzugt. Es ist auch allgemein bekannt, daß dies durch Abwickeln eines Beschleunigungspedal-Niederdruckmusters erreicht werden kann. Falls der Fahrer ein sportliches Fahrmuster bevor zugt, wird das Drehzahlverhältnis x während des Dauerbetriebs auf einen kleinen Wert eingestellt.

Falls die Fahrzeuggeschwindigkeit den Wert V₄ überschreitet, kann das Drehzahlverhältnis x nicht auf den Minimalwert eingestellt werden, und demgemäß kann das Raddrehmoment nicht die Kurve A₂′-B₂′ über schreiten. Auch wird in diesem Falle das Drehmoment während der Beschleunigung auf einmal herabgesetzt falls die Motordrehzahl während des Beharrungsbetriebs auf einen niedrigen Wert eingestellt ist. Das Drehmoment entlang der Line A₁-A₂-B₂ kann auch mit einem mageren Gemisch erreicht werden. Wenn die Kurve überschritten wird, wird die Mischung angereichert. Bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit V₅ wird das Drehzahlverhältnis x maximal, und dementsprechend wird die Höhe des Drehmomentes auf einen Wert unter der Kurve B₁-B₂ begrenzt. Um ein größeres Drehmoment als dieses zu erreichen, muß das Drehzahlverhältnis x verringert und gleichzeitig die Motordrehzahl erhöht werden; oder es muß das Drehzahlverhältnis x auf ein Maximum einge stellt werden, während die Mischung angereichert wird. Im Hinblick auf das Beschleunigungsvermögen ist die letztgenannte Maßnahme vorteilhaft, während im Hinblick auf die Kraftstoffersparnis die erstgenannte Maß nahme vorteilhaft ist. Dementsprechend hängt die Maßnahme, ob die Mischung angereichert wird, um das Drehmoment zu steigern, oder ob das Drehzahlverhältnis x verringert wird, um das Drehmoment zu stei gern, vom Geschmack des Fahrers oder von der Umgebung des Fahr zeuges ab.

Beim Millerzyklusmotor, bei dem das Verhältnis zwischen dem Expan sionshub und dem Kompressionshub gleich 1 ist oder unter 1 liegt, d. h., bei dem das Expansions-/Kompressionshub-Verhältnis 1 ist wird der Schließwinkel des Ansaugventils so eingestellt, daß das vom Motor erzeugte Drehmoment gesteuert wird. Alternativ wird der Druck des Aufladers so gesteuert, daß das erzeugte Drehmoment gesteuert wird. Falls das Wirksamwerden des Schließwinkels verzögert wird, wird der Kompressionshub verringert, so daß das vorerwähnte Hubverhältnis vergrößert wird; und dementsprechend kann die Expansionsenergie wirk sam benutzt werden, um die Kraftstoffersparnis zu steigern. Um das vom Motor erzeugte Drehmoment zu erhöhen, muß der Kompressionshub vergrößert werden. Allerdings wird dadurch die Kraftstoffersparnis ver ringert. Ob nun das Drehzahlverhältnis x verringert wird, um das Rad drehmoment zu steigern, oder ob der Kompressionshub vergrößert wird, um das Drehmoment zu vergrößern, hängt vom Geschmack des Fahrers oder von der Umgebung des Fahrzeuges ab.

Wenn unter Bezugnahme auf Fig. 15 die Fahrzeuggeschwindigkeit kon stant ist, ist im Falle, daß das Drehzahlverhältnis x groß ist, das Motor drehmoment ebenfalls groß; doch wenn das Drehzahlverhältnis x klein ist, ist auch das Motordrehmoment klein. Bis zu einem Werte T_e1 kann der Motor durch Konstanthalten des Hubverhältnisses gefahren werden. Es ist aber erforderlich, daß der Kompressionshub mit der Verschiebung von T_e1 nach T_e2 verringert wird. Falls das Drehzahlverhältnis x verringert wird, kann der Motor durch Konstanthalten des Hubverhältnisses im Bereich von F₀₁ bis F₀₂ gefahren werden, da die Motordrehzahl kleiner als der Wert T_e1 ist. Wenn aber das Drehzahlverhältnis x übermäßig verringert wird, wird die Motordrehzahl erhöht, so daß der Kraftstoffver brauch gesteigert wird. Wenn die Motordrehzahl 3.000 U/min überschrei tet, wird die Motordrehzahl auf einen großen Wert eingestellt. Falls eine Beschleunigung gewünscht wird, wird das Drehzahlverhältnis x verringert; und falls die Kraftstoffersparnis wichtig ist, wird der Wert T_e1 bei einer Motordrehzahl von 3.000 U/min so klein wie möglich eingestellt.

Beim Millerzyklusmotor ist es zur Erhöhung des Motordrehmomentes bei gleichzeitigem Aufrechterhalten eines großen Expansions- und Kompres sionshubverhältnisses erforderlich, den Aufladungsdruck zu erhöhen. Selbst wenn der Kompressionshub klein ist, wird ein großes Volumen in den Motorzylinder geladen, so daß das Motordrehmoment erhöht wird. Da aber die Kompressionsarbeit gesteigert wird, wird auch das Drehzahl verhältnis x erhöht, so daß das gewünschte Motordrehmoment solange verringert wird, bis die Motordrehzahl den Wert 3.000 U/min erreicht.

Durch Setzen von T = T_e in Gleichung EX1 wird der nachfolgende Ausdruck erhalten:

F = k(n_e/V)*T_e (EX4)

Im Bereich A der Fig. 16 ist es im Falle, daß der Motor mit einem Drehmoment T_e =T_e1 betrieben wird, erforderlich, die Motordrehzahl auf einen Wert größer als 3.000 U/min einzustellen. In dieser Phase wird das Motordrehmoment T_e bis auf T_e2 gesteigert, so daß die Motordreh zahl am Ansteigen gehindert wird. Wie aus der obigen Erläuterung hervorgeht, kann gemäß der vorliegenden Erfindung nicht nur die Kraft stoffersparnis, sondern auch das Beschleunigungsvermögen gesteigert werden. Weiter ist es möglich, ein hochgradig flexibles Steuergerät für ein Antriebssystem, bestehend aus einem Motor und einem Getriebe, zu schaffen.

Nachfolgend wird eine erste Ausführungsform eines Motors erläutert, der im oben genannten Antriebssystem verwendet wird. Bezugnehmend auf Fig. 17 umfaßt der Motor 201 einen Kolben 202 mit einer konkaven Verbrennungskammer, ein Ansaugventil 203, ein Abgasventil 204, ein Kraftstoffeinspritzventil 205, eine Zündkerze 206, ein Ansaugrohr 207, in welchem ein Luftfilter 208 plaziert ist, und ein Auspuffrohr 209, in wel chem ein Katalysator 210 zum Reinigen des Stickstoffoxids enthalten ist. Das Ansaugventil 203 wird von einem Schwachlastnocken 211 und einem Schwerlastnocken 212 gesteuert. Das Abgasventil 205 wird von einem Nocken 213 gesteuert. Der Nocken 211 drückt auf einen Kipphebelarm 214 während der Nocken 212 einen Kipphebelarm 215 drückt. In dieser Anordnung wird ein unter geringer Belastung stehendes Solenoid 216 aktiviert, so daß es den Kipphebelarm 215 mit dem Ansaugventil 203 verbindet. Die Zündkerze 206, das Kraftstoffeinspritzventil 205 und die Solenoide 216, 217 werden unter der Kontrolle eines Steuergerätes 218 betrieben. Die Position (Grad des Niederdrückens) eines Beschleunigerpe dals 219, die durch ein Potentiometer 220 erfaßt wird; die Drehzahl des Motors, die von einem Drehzahlsensor 221 erfaßt wird; und das Luft- Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das durch einen Luft-Kraftstoff-Verhält nissensor 222 erfaßt wird, werden an das Steuergerät 218 geliefert.

Das Kraftstoffeinspritzvolumen, das vom Kraftstoffeinspritzventil 205 ausgestoßen wird, wird gemäß der Position des Beschleunigungspedals 219 gesteuert, wie in Fig. 18 dargestellt ist. Der Grund, warum das Kraft stoffeinspritzvolumen verringert wird, wenn die Motordrehzahl groß ist, besteht darin, daß der Motor am Überdrehen gehindert wird, wie all gemein bekannt ist. Da das Verhältnis zwischen dem Luftvolumen und dem Kraftstoffvolumen groß wird, so daß die Mischung mager ist, wenn das Kraftstoffvolumen klein ist, wird der Einspritztakt bis zu einer Posi tion in der Nähe des Kompressionstotpunktes verzögert, wie in Fig. 19 dargestellt. Infolge dessen wird der Kraftstoff um die Zündkerze 206 herum konzentriert, um die Zündung zu stabilisieren. Es ist allgemein bekannt, daß der Einspritztakt auf einen früheren Zeitpunkt als das Ende des Ansaughubes eingestellt wird, um die Vermischung von Kraft stoff und Luft zu begünstigen, wenn das Kraftstoffvolumen groß ist. Es ist außerdem allgemein bekannt, daß der Zündtakt auf einen späteren Zeitpunkt als der Einspritztakt eingestellt wird, wie in Fig. 19 dargestellt ist. Und wenn das Kraftstoffvolumen größer ist, wird er verzögert. Das Kraftstoffvolumen und der in den Fig. 18, 19 dargestellte Einspritztakt und Zündtakt werden durch das Steuergerät 218 überwacht, wie weiter oben erwähnt wurde.

Die Formen des Schwerlastnockens 212 und des Schwachlastnockens 211 sind in Fig. 20 dargestellt. Der Schwachlastnocken 211 öffnet das An saugventil 203 bis zum Erreichen des Mittelpunktes des Kompressions hubes. Demgegenüber schließt der Schwerlastnocken 212, der die gleiche Form wie die eines herkömmlichen Nockens aufweist, das Ansaugventil 203 am Anfang des Kompressionshubes. Dementsprechend werden die Solenoide eingeschaltet, so daß der Schwerlastnocken 212 an das An saugventil 203 gekuppelt wird, wenn das Kraftstoffvolumen groß ist; wäh rend der Schwachlastnocken 211 an das Ansaugventil 203 gekuppelt wird, wenn das Kraftstoffvolumen kleiner ist. Entsprechend kann die in Fig. 21 dargestellte Charakteristik des Luftvolumens erzielt werden. Das Ab gasventil 213 wird am Ende des Auspuffhubes geschlossen, ähnlich einem herkömmlichen Ventil. Das Luftvolumen ist also klein, wenn das Kraft stoffvolumen klein ist; und dementsprechend ist es möglich, das An steigen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in einem Bereich zu verhindern, in welchem das Kraftstoffvolumen klein ist, wie in Fig. 22 dargestellt wird. Somit wird die Verbrennung auch dann stabilisiert, wenn das Kraftstoffvolumen klein ist. Wenn in diesem Falle das Kraftstoffvolumen auf einen Wert (a) eingestellt wird, wie in Fig. 22 dargestellt, wird das Luftvolumen so eingestellt, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis daran gehindert wird, kleiner als 16 zu werden, da sonst die Stickstoffoxid emission örtlich im Bereich um ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis von 16 maximal wird. Demgemäß wird der in Fig. 21 dargestellte Schließtakt des Ansaugventils so eingestellt, daß es dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis möglich ist, die obige Bedingung zu erfüllen. Wie in Fig. 22 dargestellt, kann somit der Zuwachs der Kohlenwasserstoffemission in einem Bereich, in dem das Kraftstoffvolumen klein ist, begrenzt werden, und ebenso kann der Zuwachs der Stickstoffoxidemission begrenzt werden, wie in Fig. 22 dargestellt ist. Das in Fig. 22 dargestellte Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird durch den Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor 222 erfaßt. Wenn daher das Luft-Kraftstoff-Verhältnis sich dem Wert 16 im Punkte a nähert, wird das Kraftstoffvolumen verringert, oder der Schließtakt des Ansaugventils vor gerückt, so daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis korrigiert wird. Demgemäß wird die Stickstoffoxidemission am Ansteigen gehindert.

Wie in Fig. 24 dargestellt, wird, da der Schließtakt des Ansaugventils verzögert wird, der Kompressionshub verkleinert, während der Expansions hub nicht geändert wird. Dementsprechend nimmt das Verhältnis zwi schen der Expansion und der Kompression den Wert 2 an, so daß die Expansionsarbeit wirksam auf den Kolben übertragen wird und als Ergebnis die Kraftstoffverbrauchsrate um 10% verringert wird. Die Verzögerung der Schließzeitgabe des Ansaugluftventils ist in Anbetracht des Millerzyklusmotors allgemein bekannt. Allerdings ist sie in Kom bination mit der Kraftstoffeinspritzung in den Zylinder neu. Das heißt, daß technische Multiplikatoreffekte und Vorteile durch die Kombination der vom Millerzyklusmotor erzeugten Wirkung, welche die Expansions arbeit wirksam nutzt, und der Wirkung der Stabilisierung des Kraftstoffes, aufgrund der Verringerung des Luftvolumens im Motorzylinder, erreicht werden können.

Bei der in Fig. 17 dargestellten ersten Ausführungsform wird die Schließ zeitgabe des Ansaugventils 203 so gesteuert, daß das Luftvolumen in einem Bereich vergrößert wird, in welchem das Luftvolumen groß ist. Alternativ kann der Aufladedruck gesteigert werden, während die Schließ zeitgabe unverändert bleibt, um das Luftvolumen zu vergrößern. In diesem Falle nimmt das Verhältnis zwischen der Expansion und der Kompression den Wert 2 an, sogar in einem Bereich, in welchem das Kraftstoffvolumen groß ist. Dementsprechend kann der spezifische Kraft stoffverbrauch als ganzer verringert werden.

Wie oben erwähnt, kann ein stabiler Betrieb bei einem hohen Über schußluftfaktor (großes Luft-Kraftstoff-Verhältnis) durch Einspritzen von Kraftstoff in den Zylinder erreicht werden. Und weiter kann die Expan sionsarbeit durch Verzögern der Schließzeitgabe des Ansaugventils wirk sam genutzt werden. Als Ergebnis kann der Kraftstoffverbrauch erheblich verringert werden, und auch die Emission von Kohlenwasserstoff und Stickstoffoxid wird verringert.

Eine Vergrößerung des Luftvolumens im Falle der Verzögerung der Schließzeitgabe des Ansaugventils 203 kann durch Abstimmen des Aufla dedruckes oder durch Abstimmen der Schließzeitgabe des Ansaugventils 203 durchgeführt werden. Bei der vorliegenden ersten Ausführungsform gemäß Fig. 17 wurde gesagt, daß die Schließzeitgabe schrittweise ge ändert wird. Die Schließzeitgabe kann aber auch kontinuierlich auf leichte Weise geändert werden, selbst unter Benutzung der herkömm lichen Technik.

Bei einem herkömmlichen Motor mit Kraftstoffeinspritzung in den Zylin der wurden die Einspritzzeitgabe und die Zündzeitgabe unter der Bedin gung eingestellt, daß das Luftvolumen im Motorzylinder konstant ist. Wie bei der vorliegenden Ausführungsform ist es jedoch schwierig, mit der Zunahme des Luftvolumens in einem Bereich fertig zu werden, in wel chem das Kraftstoffvolumen groß ist. Wenn das Luftvolumen zunimmt, wird die Konzentration des Kraftstoffes um die Zündkerze 206 herum kleiner, wenn die Zündzeitgabe unverändert bleibt. Dementsprechend ist die Verbrennung instabil. Um diese Erscheinung zu verhindern, ist es erforderlich, die Einspritzzeitgabe und die Zündzeitgabe in Abhängigkeit von der Änderung des Luftvolumens zu steuern.

Das heißt, daß der Motor der ersten Ausführungsform im wesentlichen durch das Vorsehen einer der folgenden Maßnahmen gekennzeichnet ist:

(1) Das Luftvolumen wird präzise gemäß der Änderung der Belastung (für die Kraftstoffmasse) gesteuert, und die Einspritzzeitgabe sowie die Zündzeitgabe werden präzise gemäß der Änderung der Belastung gesteuert. Das heißt, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Auspuff gases durch den Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor 222 erfaßt wird, um Kenntnis vom Vorliegen eines Fehlers im kontrollierten Luftvolumen zu erhalten, so daß entsprechend eine Korrekturoperation durch geführt wird; und
(2) die Einspritzzeitgabe und die Zündzeitgabe werden präzise gemäß der Änderung der Belastung gesteuert; und weiter werden die Ein spritzzeitgabe und die Zündzeitgabe synchron mit dem Luft-Kraft stoff-Steuersignal überwacht, wie etwa dem Steuersignal für die Solenoide 216 oder 217.

Bezugnehmend auf Fig. 25 wird im Falle, daß das Luftvolumen einen Wert G₂ besitzt, die Einspritzzeitgabe in dem Maße mehr und mehr negativ; wie das Kraftstoffvolumen zunimmt. Das heißt, daß weil der Kompressionstotpunkt auf Null eingestellt ist, die Einspritzeingabe bis zum Erreichen eines Kurbelwinkels von 180° vorgerückt wird, das heißt, bis zum Beginn des Kompressionshubes.

Beim Millerzyklusmotor wird das Luftvolumen bis auf einen Wert von beispielsweise G₁ verringert, wenn der Aufladedruck verringert wird. Sollte in diesem Falle die Kraftstoffeinspritzzeitgabe in Bezug auf das Kraftstoffvolumen festgesetzt werden, wie im herkömmlichen Falle, würde die Einspritzzeitgabe in der Nähe des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff- Verhältnisses 190° betragen, so daß das Vermischen von Luft und Kraft stoff nicht begünstigt werden könnte. Im Gegensatz dazu wird gemäß der vorliegenden Erfindung die Einspritzzeitgabe auf -180° vorgerückt, so daß das Vermischen von Luft und Kraftstoff begünstigt wird, wodurch eine Stabilisierung der Verbrennung möglich ist.

Bezugnehmend auf Fig. 26, die ein Steuerflußdiagramm für die vorliegen de Ausführungsform bildet, wird in Schritt 291 die Motordrehzahl erfaßt, und in Schritt 292 wird die Position des Beschleunigerpedals erfaßt. In Schritt 293 wird das gewünschte Kraftstoffvolumen aus beiden erfaßten Werten berechnet. Das heißt, daß das gewünschte Kraftstoffvolumen aus einer Tabelle gelesen wird, in welcher die aus dem in Fig. 18 dargestell ten Diagramm erhaltenen Daten registriert sind. Bezugnehmend auf Fig. 24 wird, wenn das Luftvolumen größer als der Wert F₁ ist, das Luftvolu men auf einen Wert G₂ eingestellt; wenn es aber kleiner als der Wert F₁ ist, wird das Luftvolumen auf den Wert G₁ eingestellt. In Schritt 293′ kann das Luftvolumen kontinuierlich in Bezug auf das Kraftstoffvolumen eingestellt werden. In Schritt 294 wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis durch den Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor 222 erfaßt; und in Schritt 295 wird das aktuelle Luftvolumen aus dem erfaßten Wert ermittelt. In Schritt 296 wird das Luftvolumen in Übereinstimmung mit dem ermittelten Luftvolu men durch Abstimmen des Aufladedruckes korrigiert, und zwar durch Justieren des Ansaugrohrdruckes mit Hilfe eines in das Ansaugrohr 7 eingebauten Drosselventils, oder durch Justieren der Schließzeitgabe des Ansaugventils. In Schritt 297 wird unter Benutzung der in Fig. 25 darge stellten Tabelle, die die Einspritzzeitgabe in Bezug auf das Kraftstoff volumen, das Luftvolumen und die Motordrehzahl wiedergibt, die Kraft stoffzeitgabe bestimmt; und in Schritt 298 wird die aktuelle Kraftstoffein spritzung durchgeführt. In Schritt 299 wird, ähnlich der Bestimmung der Einspritzzeitgabe in Schritt 298, die Einspritzzeitgabe unter Benutzung einer Tabelle bestimmt, die die Zündzeitgabe in Bezug auf das Kraft stoffvolumen, das Luftvolumen und die Motordrehzahl wiedergibt; und in Schritt 300 wird die tatsächliche Einspritzung durchgeführt.

Im Falle des Viertaktmotors werden die im Flußdiagramm der Fig. 16 dargestellten Schritte alle zwei Umdrehungen einmal ausgeführt. Im Falle eines Zweitaktmotors werden sie im Zuge jeder Umdrehung ausgeführt.

Bezugnehmend auf Fig. 27, die ein Luftvolumen-Steuergerät darstellt, wird eine Schließzeitgabe-Steuervorrichtung 301 für das in Fig. 17 darge stellte Ansaugventil 203 durch ein Solenoidbetätigungsglied 307 gesteuert. Wenn die Schließzeitgabe verzögert wird, wird das Luftvolumen verrin gert. Wenn die Schließzeitgabe bis zum Ende des Ansaughubes vorge rückt wird, wird das Luftvolumen vergrößert. Weiter ist ein Drosselventil 302 in das Ansaugrohr 207 eingebaut und wird von einem Motorbetäti gungsglied 303 gesteuert. Wenn das Ventil 302 geöffnet wird, wird das Luftvolumen vergrößert; wenn es jedoch geschlossen wird, wird das Luftvolumen verringert. Weiter ist ein Kompressor 304 eingebaut und wird von einem Motor oder einer Kraftmaschine 201 angetrieben, so daß der Druck der Luft gesteigert wird, um das Luftvolumen zu vergrößern. Ein Bypassventil 305 wird zum Öffnen durch einen Motor 306 betätigt, und das Luftvolumen wird vergrößert. Da das Luftvolumen geändert wird, und zwar in Abhängigkeit von der Änderung des atmosphärischen Druc kes oder der Lufttemperatur, werden die von einem Temperatursensor 308 und einem Drucksensor 309 ausgegebenen Signale an das Steuergerät 218 geliefert. Dementsprechend wird in dem in Fig. 26 angegebenen Schritt 295 das Luftvolumen gemäß den ausgegebenen Signalen ermittelt.

Das maximale Luftvolumen wird durch das Hubvolumen des Motors 201 und die Kapazität des Kompressors begrenzt. Um die Leistung bzw. das Drehmoment des Motors 201 zu steigern, ist es erforderlich, das Kraft stoffvolumen bis zu einem Werte zu vergrößern, bei dem das Luft-Kraft stoff-Verhältnis den Wert 11 annimmt, wie in Fig. 28 dargestellt, ähnlich wie im Falle eines herkömmlichen Motors. Die Dichte des Stickstoffoxids (NOx) zeigt einen lokalen Maximalwert im Luft-Kraftstoff-Verhältnis bereich zwischen 16 und 18, und demgemäß wird der Motor 1 unter Vermeidung dieses Bereiches gefahren. Wie in Fig. 29 dargestellt, wird im Falle, daß das Kraftstoffvolumen kleiner als ein Wert f₁ ist, das Luftvolumen auf einen kleinen Wert eingestellt, um ein Luft-Kraftstoff- Verhältnis bis auf einen Wert größer als 18 einzustellen.

Weiter wird im Falle, daß das Kraftstoffvolumen größer als ein Volumen f₂ ist, das Luftvolumen auf einen großen Wert eingestellt, so daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf einen Wert kleiner als 14.7 eingestellt wird (stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis). Wenn das Kraftstoffvolumen zwischen den Werten f₁ und f₂ liegt, wird das Luftvolumen kontinuierlich geändert, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das stöchiometrische Luft- Kraftstoff-Verhältnis einzuregeln. In diesem Bereich wird das Stickstoff oxid unter Benutzung eines Dreiwege-Katalysators gereinigt.

Bezugnehmend auf Fig. 30, die die NOx-Emission in Bezug auf das Luft- Kraftstoff-Verhältnis darstellt, zeigt sich, daß je später die Einspritzzeitga be liegt, je größer das Luft-Kraftstoff-Verhältnis ausfällt, das Spitzenwerte für NOx anzeigt. Bei einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das größer als die dicke schwarze Punktmarke auf der Kurve liegt, wird die Verbrennung des Motors instabil. Demgemäß wird der Motor auf der rechten Seite der dicken schwarzen Punktmarke gefahren. Wenn aber das Luft-Kraft stoff-Verhältnis klein wird, nimmt die Emission von NOx zu, und dem entsprechend wird der Motor in der Nähe der dicken schwarzen Punkt marke gefahren. Das heißt, daß die Einstellung des Luft-Kraftstoff-Ver hältnisses in Bezug auf die Einspritzzeitgabe, die Einstellung der Ein spritzzeitgabe in Bezug auf das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, oder die Ein stellung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in Bezug auf das Kraftstoff volumen (siehe Fig. 19) in Übereinstimmung mit empirischen Daten bestimmt wird, wie Fig. 30 zeigt. Falls die Einspritzzeitgabe verzögert wird, während das Luft-Kraftstoff-Verhältnis unverändert bleibt, nimmt die NOx-Emission zu. Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in Bezug auf das Kraftstoffvolumen verringert wird, wird im Falle, daß die Vorrücksteue rung der Einspritzzeitgabe verzögert wird, die NOx-Emission verzögert. Da aber bei dieser Ausführungsform das Kraftstoffeinspritzventil 5 elek trisch gesteuert wird, wird die Einspritzzeitgabe nicht verzögert, so daß es möglich ist, die NOx-Emission am Ansteigen zu hindern.

Wie oben erwähnt, versteht sich von selbst, daß obwohl die Beschreibung bisher auf die erste Ausführungsform eines Motors mit Kraftstoffein spritzung in den Zylinder gerichtet worden ist, bei dem die Mischung durch die Zündkerze gezündet und dann verbrannt wird, kann die vor liegende Erfindung auch auf einen Motor mit Selbstzündung, wie etwa einen Dieselmotor, angewendet werden. Weiter kann bei der ersten Ausführungsform, obwohl dort der Millerzyklusmotor mit einem Verhält nis zwischen dem Kompressionshub und dem Expansionshub von unter 1 als Beispiel beschrieben worden ist, der Millerzyklusmotor auch bei einer Anordnung verwirklicht werden, bei der die Schließzeitgabe des Ansaug ventils vorgerückt ist, d. h., bei der das Ansaugventil in der Mitte eines Ansaughubes geschlossen ist.

Da bei der vorliegenden Ausführungsform die Kraftstoffeinspritzzeitgabe gemäß dem Luftvolumen im Motorzylinder gesteuert werden kann, ist es bei dieser Ausführungsform möglich, die Erzeugung von Ruß, das Auf treten einer instabilen Verbrennung und die Zunahme von NOx zu verhindern.

Da weiter das Verhältnis zwischen dem Kompressionshub und dem Expansionshub auf einen Wert kleiner als 1 eingestellt und eine stabile Verbrennung erreicht wird, kann die Kompressionsarbeit verringert wer den, so daß es möglich ist, die Kraftstoffersparnis zu steigern.

Nachfolgend wird eine zweite Ausführungsform des Motors beschrieben, der im Antriebssystem gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.

Bezugnehmend auf Fig. 31, die die Anordnung eines Motors und die darum angeordneten Komponenten der zweiten Ausführungsform zeigt, ist der Motor dieser Ausführungsform ein mit Benzin betriebener Vierzylin der-Millerzyklusmotor 310, der einen Zylinderkopf mit einer darin einge arbeiteten Ansaugöffnung 313, und eine Abgasöffnung 314 aufweist, die jeweils entsprechend an ein Ansaugrohr 320 und ein Auspuffrohr 330 angeschlossen sind. Weiter sind im Zylinderkopf ein Kraftstoffeinspritzven til 380 und eine Zündkerze 340 vorgesehen. Weiter ist ein Ansaugventil 315 in der Ansaugöffnung 313 vorgesehen, während ein Abgasventil 316 in der Abgasöffnung 316 vorgesehen ist. Das Ansaugrohr 310 ist darin mit einem Drosselventil 321 zum Abstimmen des Durchflußmenge der hindurchfließenden Luft versehen. Weiter ist das Auspuffrohr 330 mit einem darin befindlichen Katalysator 331 zum Entfernen schädlicher Komponenten aus dem hindurchfließenden Abgas versehen. Ein Wasser mantel 318, der Kühlwasser enthält, ist um die äußere Peripherie des Motorzylinders 317 angeordnet. Der Wassermantel 318 ist an einen Kühler angeschlossen (der nicht dargestellt ist), und zwar durch ein Rohr, so daß das Kühlwasser zwischen dem Wassermantel und dem Kühler umläuft.

Ein Ansaug- und Auslaßventil-Antriebsmechanismus 356 ist an das An saugventil 315 und das Abgasventil 316 angeschlossen. Weiter ist das Kraftstoffeinspritzventil 380 in jedem Motorzylinder 380 mit einem Kraft stoffverteiler 360 verbunden (Einspritzzeitgabe-Einstellvorrichtung). Das Drosselventil 321 ist über einen Draht 322 an das Beschleunigungspedal 323 angeschlossen, so daß es in Abhängigkeit vom Betätigungsgrad des Beschleunigungspedals 323 geöffnet werden kann. Die Zündkerze 340 ist an eine Zündkerzen-Steuerschaltung 341 angeschlossen. Der Ansaug- und Auslaßventil-Antriebsmechanismus 350, der Kraftstoffverteiler 360, das Kraftstoffeinspritzventil 380 und die Zündkerzen-Steuerschaltung 341 sind an eine Steuereinheit CPU 390 angeschlossen, die Steuersignale an diese Komponenten liefert.

Das Ansaugrohr 320 enthält einen Luftstrommesser 319 zur Erfassung der Massendurchflußrate A der hindurchfließenden Luft. Weiter enthält das Auspuffrohr 330 ein Abgasthermometer 394 zur Erfassung der Tem peratur Tg des hindurchfließenden Abgases. Weiter enthält der Wasser mantel 318 ein Kühlwasserthermometer 393 zur Erfassung der Tempera tur TW des hindurchfließenden Kühlwassers. Das Drosselventil 321 ist daran mit einem Drosselöffnungsgradmesser 392 zur Erfassung des Öff nungsgrades desselben versehen. Der Motor besitzt eine Kurbelwelle (nicht dargestellt) und ist mit einem Motordrehzahlmesser 395 zur Erfas sung der Drehzahl des Motors versehen.

Der Luftdurchflußmesser 391, der Drosselventilöffnungsgradmesser 392, das Kühlwasserthermometer 393 und das Abgasthermometer 391 sind an die Zentraleinheit 390 angeschlossen, die von diesen Meßgeräten Erfas sungssignale empfängt.

Die Steuereinheit 390 ist der sogenannte Mikrocomputer und enthält einen A/D-Umsetzer (der nicht dargestellt ist) zum. Umsetzen der von diesen Meßgeräten 391, 392, 393 gelieferten Signale in digitale Signale; sie umfaßt einen ROM (der auch nicht dargestellt ist), in welchem mehrere Programme, und dergleichen, gespeichert sind; eine CPU (die nicht dargestellt ist) zum Durchführen verschiedener Arten von Berech nungen gemäß den im ROM gespeicherten Programmen; einen RAM (der nicht dargestellt ist), in welchem die von den Meßgeräten geliefer ten Erfassungsergebnisse und die von der CPU gelieferten Berechnungs ergebnisse zeitweilig gespeichert werden; und dergleichen. Diese Steuer einheit 390 dient als Steuervorrichtung zum Liefern von Steuersignalen an die Kraftstoffeinspritzvolumen-Berechnungsvorrichtung zum Berechnen des Kraftstoffeinspritzvolumens; an den Verteiler 360 als Kraftstoffein spritz-Zeitgabeeinstellvorrichtung; an das Kraftstoffeinspritzventil 380 und dergleichen.

Bezugnehmend auf Fig. 32 weist das Ansaugrohr 320 einen geradlinigen Teil in der Nähe der Ansaugöffnung 313 des Motors 310 auf. Bei dieser Anordnung ist das Verhältnis zwischen dem Krümmungsradius R des An saugrohres 320 in der Nähe der Ansaugöffnung 313 und dem Druck verlust in Fig. 33 dargestellt. D.h., daß wenn der Krümmungsradius R des Ansaugrohres 330 eine Größe von 10 cm besitzt, der Druckverlust im Ansaugrohr 320 die Größe von 1 × 10³ Pa erreicht, wobei es sich im wesentlichen um einen Mindestwert handelt. Demgemäß kann, selbst wenn der Krümmungsradius R weiter vergrößert wird, der Druckverlust nicht wesentlich weiter verringert werden. Der Wert 1 × 10³ Pa, der durch die Bemessung des Krümmungsradius R auf 10 cm vorgegeben ist, beeinflußt die abgegebene Leistung des Motors 30 nicht wesentlich. Demgemäß wird bei dieser Ausführungsform der Krümmungsradius R des Ansaugrohres 320 in der Nähe der Ansaugöffnung 313 auf einen Wert eingestellt, der etwas größer als 10 cm ist, so daß das Abbrechen des Luftstromes verhindert wird, um den Druckverlust so weit wie möglich zu verringern. Als Ergebnis wird das in den Motor 310 geladene Luftvolu men vergrößert, und dementsprechend wird die Ausgangsleistung des Motors 310 gesteigert.

Bei dieser Ausführungsform sind, bezugnehmend auf Fig. 34, zwei An saugventile 315 und zwei Abgasventile 316 für jeden Motorzylinder vor gesehen (es ist nur ein einzelnes Ansaugventil 315a und ein einzelnes Abgasventil 316 in der Figur dargestellt). Der Ansaug- und Abgasventil- Antriebsmechanismus 350 ist zur Betätigung der Ventile 315, 316 mit einer geeigneten Zeitgabe angepaßt. Der Ansaug- und Abgas-Antriebs mechanismus 350 besitzt eine Nockenwelle 351, die an die Kurbelwelle (nicht dargestellt) des Motors 310 durch eine Steuerkette, einen Nocken 352 der angepaßt ist, um in Verbindung mit der Drehung der Nocken welle 351 in Umdrehung versetzt zu werden, Kipphebelarme 351a, 353b, die an einem Ende derselben Kontakt mit der peripheren Oberfläche des Nockens 352 geben und am anderen Ende derselben mit den Schaftköp fen der Ventile 315a, 316a Kontakt geben, und an Schwinghebelwellen 354a, 354b zum schwingfähigen Unterstützen der Kipphebelarme 353a, 353b angeschlossen ist. Die Schwinghebelarme 353a, 353b schwingen an einem Ende entlang der peripheren Oberfläche des Nockens und drucken entsprechend am anderen Ende auf die Schäfte der Ventile 315a, 316a, die somit betätigt werden. Die Anhebungen und der Betriebstakt der Ventile 315a, 316a kann durch Ändern des Profils des Nockens 352 abgestimmt werden. Der Betriebstakt der Ventile wird nachfolgend beschrieben. Obwohl in den Fig. 31 und 34 der Antriebsmechanismus für die Abgasventile 316 nicht dargestellt ist, ist die Basisstruktur dersel ben derjenigen des Antriebsmechanismus für die Ansaugventile 315 ähnlich, die in Fig. 34 dargestellt sind.

Bei dieser Ausführungsform ist, wie in Fig. 34 dargestellt, das Kraftstoff einspritzventil 380 so angeordnet, daß es den Kraftstoff direkt in die Zylinderkammer 312 des Motors 310 einspritzt. Bei einem Ansaugöff nungs-Kraftstoffeinspritzsystem, wie es bei einem üblichen Benzinmotor aussieht, heftet sich Kraftstoff an die innere Oberfläche des Ansaugrohres 320 und an die obere Oberfläche des Ansaugventils 315 an. Die Folge ist, daß der Kraftstoff nicht mit dem gewünschten Volumen zur ge wünschten Zeit in die Zylinderkammer eingespeist werden kann und dementsprechend die Verbrennung in der Zylinderkammer möglicherweise instabil wird. Insbesondere tritt im Falle, daß die Anhebung des Ans augventils 315 gering ist (d. h., weniger als 1,98 mm beträgt), tritt der auf der oberen Oberfläche des Ansaugventils 315 stagnierende Kraftstoff direkt in die Zylinderkammer ein, was eine instabile Verbrennung ver ursacht, so daß dementsprechend die Neigung zu einem instabilen Um laufen des Motors groß ist. In Anbetracht dieses Umstandes wird bei der vorliegenden Ausführungsform der Kraftstoff direkt in den Motorzylinder eingespritzt, um den Kraftstoff am Anhaften an der inneren Oberfläche des Ansaugrohres 320 und an der oberen Oberfläche des Ansaugventils 315 zu hindern. Weiter wird bei dieser Ausführungsform während des Ansaughubes im unteren Motordrehzahlbereich von zwei Ansaugventilen 315a, 315b das eine Ventil 315b zeitweilig angehalten, während das andere Ventil 315a geöffnet wird, so daß eine Wirbelströmung in der Zylinderkammer 312 erzeugt wird, um die Verbrennung zu fördern. Als Ergebnis ist, wie in Fig. 35 dargestellt, ist bei dieser Ausführungsform die Motordrehzahl während des Leerlaufbetriebs bemerkenswert stabil.

Das Kraftstoffeinspritzventil 380 besteht, wie in Fig. 36 dargestellt, aus einem Ventilelement 386, einem Positionsjustierer 387, Kraftstoffkanälen 382, 383, einem Ventilverschiebungsraum 385 und einem Ventilgehäuse 381 zum Unterbringen der vorgenannten Komponenten. Die Kraftstoff kanäle 382, 383 weisen einen daran gebildeten Endabschnitt mit einer Kraftstoffeinlaßöffnung (nicht dargestellt), und einen daran gebildeten anderen Endabschnitt mit einer Kraftstoffeinspritzöffnung 384 auf. Der Ventilverschiebungsraum 385 ist zwischen den Kraftstoffkanälen 382, 383 gebildet, wobei Kraftstoff in den Ventilverschiebungsraum 385 fließt. D.h., daß ein Abschnitt des Ventilverschiebungsraumes 385 als Kraftstoffkanal dient. Der Kanal (der nachfolgend als "Ventilraum-Auslaßseitenkanal" genannt wird) 383 zwischen dem Ventilverschiebungsraum 385 und der Kraftstoffeinspritzöffnung 384 ist zylindrisch ausgebildet. Der Kanal (der nachfolgend als "Ventilraum-Einlaßöffnungsseitenkanal" genannt wird) 382 gabelt sich in die beiden Kanäle 382a, 382b. Einer dieser Kanäle 382a, 382b, der nachfolgend "Weitwinkelzerstäubungskanal" genannt wird, er streckt sich senkrecht zur Mittelachse C des zylindrischen Auslaßöffnungs seitenkanals 383; und der andere von ihnen (der nachfolgend als "Schmalwinkelzerstäubungskanal" genannt wird) 382b erstreckt sich in einer Richtung, die zur Mittelachse C des Auslaßöffnungsseitenkanals 383 einen stumpfen Winkel bildet. Das Ventilelement 386 ist im Ventilver schiebungsraum 385 plaziert, so daß es zwischen der Ventilschließposition, in der das Ventilelement 386 die Ventilverschiebungsraum-Seitenöffnung des Ventilraumauslaß-Seitenkanals 383 blockiert, und einer Weitwinkelzer stäubungsposition (wie in Fig. 36 dargestellt), in der es die Ventilver schiebungsraum-Seitenöffnung des Weitwinkelzerstäubungskanals 382a öffnet, beweglich, blockiert aber die Ventilverschiebungsraum-Seitenöff nung des Schmalwinkelzerstäubungskanals 382b und die Schmalwinkelzer stäubungsposition (wie in Fig. 37 dargestellt), in der sie die Ventilver schiebungsraum-Seitenöffnung des Weitwinkelzerstäubungskanals 382a und die Ventilverschiebungsraum-Seitenöffnung des Schmalwinkelzerstäubungs kanals 382b öffnet. Der Positionsjustierer 387 weist einen klein bemesse nen Schrittmotor 387a, der von der CDU 390 ein Steuersignal empfängt, und einen Stopper 387b auf, der angepaßt ist, um vom Schrittmotor 387a angetrieben zu werden. Der Positionsjustierer 387 plaziert das Ventil element 386 in einer gewünschten Position, da der Stopper 389b Kontakt am Ventilelement 385 gibt. Im einzelnen plaziert der Positionsjustierer 387 das Ventilelement 386 in einer der vorerwähnten Ventilschließposi tionen, der Weitwinkelzerstäubungsposition und der Schmalwinkelzerstäu bungsposition, und zwar gemäß einem von der CPU 390 gelieferten Signal.

Wenn das Ventilelement 386 in der Ventilschließposition plaziert ist, kann aus dem Ventilverschiebungsraum 385 kein Kraftstoff zum Auslaß öffnungs-Seitenkanal 383 fließen, so daß vom Kraftstoffeinspritzventil 380 kein Kraftstoff eingespritzt wird. Wenn das Ventilelement 386 in der Weitwinkelzerstäubungsposition plaziert ist, wird nur der Weitwinkelzer stäubungskanal 382a, der sich in einer Richtung senkrecht zur Auslaßöff nung des Kanals 383 erstreckt, geöffnet. Wenn daher Kraftstoff aus dem Weitwinkelzerstäubungskanal 382 austritt, wird der Kraftstoff im Ventil verschiebungsraum 385 in eine Wirbelströmung versetzt und von der Kraftstoffeinspritzöffnung 384 in einer kegeligen Form durch den Auslaß öffnungsseitenkanal 383 gespritzt. Wenn weiter das Ventilelement 386 in der Schmalwinkelzerstäubungsposition plaziert ist, sind sowohl der Weit winkelzerstäubungskanal 382a, als auch der Schmalwinkelzerstäubungskanal 382b geöffnet. Da der Schmalwinkelzerstäubungskanal 382b sich in einer Richtung erstreckt, die mit dem Auslaßöffnungsseitenkanal 383 einen stumpfen Winkel bildet, wird die Wirbelkraft des aus dem Weitwinkel zerstäubungskanal 382a ausgetretenen Kraftstoffes verringert. Dement sprechend ist der Divergenzzerstäubungswinkel des von der Kraftstoffein spritzöffnung 384 ausgestoßenen Kraftstoffes schmaler bzw. kleiner, wenn das Ventilelement 386 in der Schmalwinkelzerstäubungsposition plaziert ist, als wenn es in der Weitwinkelzerstäubungsposition plaziert wäre. Im einzelnen beträgt der Divergenzzerstäubungswinkel des Kraftstoffes 120°, wenn, wie in Fig. 36 dargestellt, das Ventilelement 386 in der Weitwin kelzerstäubungsposition plaziert ist, während wenn es in der Schmalwin kelzerstäubungsposition plaziert ist, der Divergenzzerstäubungswinkel 60° beträgt.

Da bei dieser Ausführungsform der Motor 310 ein Vierzylindermotor ist, wie oben erwähnt, ist das Kraftstoffeinspritzventil 380 für jeden der Motorzylinder vorgesehen, d. h., daß insgesamt vier Kraftstoffeinspritzventi le 380 für den Motor 310 vorgesehen sind. Der Verteiler 360 zum Verteilen des vom Kraftstofftank (der nicht dargestellt ist) durch eine Kraftstoffpumpe (die nicht dargestellt ist) in das Kraftstoffeinspritzventil 380 gespeister Kraftstoff ist stromaufwärts des letzteren angeordnet, wie in Fig. 31 dargestellt.

Der Verteiler 360 umfaßt ein Verteilergehäuse 361, einen Plunger 366, der im Gehäuse 361 angeordnet und so angepaßt ist, daß er gedreht wird, wenn er im Gehäuse hin und her bewegt wird, einen Plunger antriebsmechanismus 370 zum Bewegen des Plungers 366 während er gedreht wird, einen Kraftstoffdurchflußmengen-Justiermechanismus 368 zum Abstimmen des Volumens des in jedes der Kraftstoffeinspritzventile 360 eingespeisten Kraftstoffes, und einen Kraftstoffeinspritzzeitgabe-Justier mechnismus 376 zum Justieren der Zeitgabe der Einspeisung des Kraft stoffes in jedes der Kraftstoffeinspritzventile 360.

Das Verteilergehäuse 361 enthält einen Plungerbewegungsraum 365, eine Kraftstoffeinlaßöffnung 262, die mit dem Plungerbewegungsraum 365 in Verbindung steht, und vier Kraftstoffauslaßöffnungen 363a, . . . 363d (vgl. Fig. 43), die jeweils entsprechend mit den Kraftstoffeinspritzventilen 380a, 380d verbunden sind. Die Gehäusekraftstoffeinspritzöffnung 362 ist mit einer Kraftstoffpumpe verbunden, die nicht dargestellt ist. Der Plunger 366 ist zylindrisch ausgebildet, und in einer Position entsprechend der Mittelachse des Plungers 366 ist ein Hauptkraftstoffkanal 367 gebildet. Ein Endabschnitt des Hauptkraftstoffkanals 367 ist mit einer Kraftstoff einlaßöffnung 362 zum Leiten von Kraftstoff, der aus der Kraftstoffein laßöffnung 362 des Verteilergehäuses 361 in den Plungerbewegungsraum 365 geströmt ist, in den Hauptkraftstoffkanal 367 des Plungers 366 versehen. Der andere Endabschnitt des Hauptkraftstoffkanals 367 ist mit einer Kraftstoffaustrittsöffnung 367b zum Rückführen des Kraftstoffes, der in den Hauptströmungskanal 367 geflossen ist in den Kraftstofftank (der nicht dargestellt ist) versehen. In einem Zwischenabschnitt des Haupt kraftstoffkanals 367 sind Plungerkraftstoffauslaßöffnungen 367c, 367d gebil det, die mit den Gehäusekraftstoffauslaßöffnungen 363a, . . . 363d in Verbindung stehen. Von diesen Kraftstoffauslaßöffnungen 367c, 367d ist eine erste Kraftstoffauslaßöffnung 367c und eine zweite Kraftstoffauslaß öffnung 367d vorhanden, wobei beide Öffnungen 367c, 367d symmetrisch zueinander um die Mittelachse des Plungers 366 angeordnet sind und gegeneinander leicht in einer Richtung verschoben sind, in die sich die Mittelachse des Plungers 366 erstreckt.

Der Plungerantriebsmechanismus 370 besteht aus: einer Nockenscheibe 371, die auf einem Endabschnitt des Plungers 366 befestigt ist; einer Rolle 372, die mit der äußeren Oberfläche der Nockenscheibe 371 in der Nähe der äußeren Peripherie derselben in Berührung steht; einer Rollen halteplatte 373 zum drehbaren Haltern der Rolle 372; einer Nockenwelle 374, die an die Kurbelwelle des Motors 319 durch einen Synchronisie rungsriemen oder dergleichen, verbunden ist; und einer Verbindungsstange 375 mit einem Endabschnitt, der an die Nockenwelle 374 angekuppelt ist, so daß er in der Richtung der Mittelachse des Plungers 366 bewegbar ist; sowie einem anderen Endabschnitt, der an der Nockenscheibe 371 befestigt ist. Die Kurbelwelle des Motors 310 und die Nockenwelle 374 sind miteinander so verbunden, daß die Nockenwelle 374 um eine Um drehung gedreht wird, wenn sich die Kurbelwelle des Motor 61575 00070 552 001000280000000200012000285916146400040 0002019515508 00004 61456s 310 um eine Umdrehung dreht. Wenn sich also die Kurbelwelle des Motors 310 um eine Umdrehung dreht, wird der Plunger 366 um die Mittelachse desselben mit Hilfe der Nockenwelle 374, der Verbindungsstange 375 und der Nockenscheibe 371 um zwei Umdrehungen gedreht. Vier konvexe Abschnitte 371a, 371b . . . sind auf der äußeren Oberfläche der Nocken scheibe 371 an der äußeren Peripherie derselben gebildet. Die Rolle 372 ist so angeordnet, daß sie mit diesen konvexen Abschnitten 371a, 371b . . . in Berührung steht. Wenn daher die Nockenwellen 374 um eine Umdrehung gedreht wird, werden die Nockenscheibe 371 und der daran befestigte Plunger 366 um eine Umdrehung gedreht, wodurch sie viermal hin und her bewegt werden.

Der Kraftstoffdurchflußraten-Justiermechanismus 368 besteht aus: einem Durchflußmengenjustierring 368a, der ringförmig ausgebildet ist, um mit der äußeren Peripherie des zylindrischen Plungers 366 in Berührung zu kommen, der zwischen einer Position, in der er die Plungerkraftstoffaus trittsöffnung 367b blockiert, und einer Position, in der er die Kraftstoff austrittsöffnung 367b öffnet, hin- und herbeweglich ist; ein Solenoid 368b zum Hin- und Herbewegen des Ringes 368a; und einer Verbindungs stange 368c, die den Anschluß zwischen dem Solenoid 368b und dem Durchflußmengenjustierring 368a bildet.

Der Kraftstoffeinspritz-Zeitgabejustiermechanismus 376 besteht aus: einem Einspritzzeitgabejustierring 377, der kreisförmig ausgebildet ist, so daß er mit der äußere Peripherie des zylindrischen Plungers 366 in Berührung kommt und zwischen einer ersten Plungereinspritzposition, in der er die erste Plungerkraftstoffeinspritzöffnung 367c öffnet, während er die zweite Plungerkraftstoffeinspritzauslaßöffnung 367d sperrt, hin- und herbewegbar ist; einem Solenoid 378 zum Hin- und Herbewegen des Ringes 377; und einer Verbindungsstange 379, die die Verbindung zwischen dem Solenoid 378 und dem Einspritzzeitgabejustierring 377 bildet. Der Einspritzzeitgabe justierring 377 ist mit Verbindungslöchern 377a . . . 377d, die mit den Kraftstoffauslaßöffnungen 363a . . . 363d der ersten Einspritzposition in Verbindung stehen, wie in Fig. 43 dargestellt ist, versehen.

Der Kraftstoffverteiler 360 führt den Kraftstoff aus der Gehäusekraftstoff einlaßöffnung 362 in den Plungerbewegungsraum 365 aufgrund der Hin- und Herbewegung des Plungers 366, die durch die Drehung der Nocken welle 364 verursacht wird, während er Kraftstoff, der in den Plungerbe wegungsraum 365 geflossen ist, aus der Vielzahl der Gehäusekraftstoffaus laßöffnungen 363a . . . 363d durch den Hauptkraftstoffkanal 367 des Plun gers 366 und die Verbindungslöcher 377a . . . 377d in den Kraftstoffein spritzzeiteingabering 377 ausläßt. Welche dieser Gehäusekraftstoffauslaß öffnungen 363a . . . 363d den Kraftstoff ausläßt, wird durch den Drehwin kel des Plungers 366 relativ zum Gehäuse 361 bestimmt. Der Kraftstoff verteiler 360 verteilt Kraftstoff in das Kraftstoffeinspritzventil 380a des #1-Zylinders, das Kraftstoffeinspritzventil 380c des #3-Zylinders, das Kraftstoffeinspritzventil 380d des #4-Zylinders und das Kraftstoffeinspritz ventil 380b des #2-Zylinders, und zwar nacheinander in der erwähnten Reihenfolge.

Die Volumina des aus den Gehäusekraftstoffauslaßöffnungen 363a, 363d ausgelassenen Kraftstoffes werden durch den Kraftstoffdurchflußra ten-Justiermechanismus 368 abgestimmt. Kraftstoff, der aus der Plunger kraftstoffeinlaßöffnung 367a in den Plungerhauptkraftstoffkanal 367 geflos sen ist, kann aus der Plungerkraftstoffauslaßöffnung 367b austreten, zusätzlich zu den Plungerkraftstoffauslaßöffnungen 367c, . . . 367d. Demge mäß wird der aus der Plungerkraftstoffauslaßöffnung 367b ausgelassene Kraftstoff durch passendes Bewegen des Durchflußmengenjustierringes 368a des Kraftstoffdurchflußmengen-Justiermechanismus 366 abgestimmt, und dementsprechend wird die Durchflußmenge des Kraftstoffes, die nach außerhalb des Gehäuses 361 aus den Plungerkraftstoffauslaßöffnungen 367c, 367d durch die Gehäusekraftstoffauslaßöffnungen 363a . . . 363d ausgelassen wird, indirekt abgestimmt. Es sei darauf hingewiesen, daß der aus der Plungerkraftstoffauslaßöffnung 376b ausgelassene Kraftstoff in den Kraftstofftank zurückgeführt wird.

Der Einspeisetakt des Kraftstoffes in jede der Kraftstoffeinspritzventile 380 aus dem Kraftstoffverteiler 360 wird durch den Kraftstoffeinspritz- Zeitgabejustiermechanismus 376 abgestimmt. Beispielsweise wird, wie in den Fig. 41 bis 44 dargestellt, die erste Plungereinspritzöffnung 367c, wenn die erste Plungerkraftstoffauslaßöffnung 367c mit der #1-Zylin dergehäuse-Kraftstoffauslaßöffnung 363a ausgerichtet ist, und wenn der Kraftstoffeinspritz-Zeitgabejustierring 377 mit der ersten Einspritzposition ausgerichtet ist, mit der #1-Zylindergehäuse-Kraftstoffauslaßöffnung 363a durch das Verbindungsloch 377a im Kraftstoffeinspritz-Zeitgabejustierring 377 in Verbindung gebracht. Dementsprechend wird der im Hauptkraft stoffkanal 367 des Plungers 366 befindliche Kraftstoff in das #1-Zylinder- Kraftstoffeinspritzventil 380a durch die erste Plunger-Kraftstoffauslaßöff nung 367c, das Verbindungsloch 377a im Ring 377 und die #1-Zylin dergehäuse-Kraftstoffauslaßöffnung 363a gespeist. Obwohl die erste Plun ger-Kraftstoffauslaßöffnung 367c mit der #1-Zylindergehäuse-Kraftstoffaus laßöffnung 363a ausgefluchtet ist, wird weiter die erste Plunger-Kraftstoff auslaßöffnung 377c, wenn der Kraftstoffeinspritz-Zeitgabejustierring 377 in der zweiten Einspritzposition positioniert ist, wie in Fig. 34 gezeigt, durch den Einspritzzeitgabejustierring 377 blockiert, während die zweite Plunger- Kraftstoffauslaßöffnung 367d geöffnet ist, so daß die zweite Plunger- Kraftstoffauslaßöffnung 367d mit der #4-Zylindergehäuse-Kraftstoffauslaß öffnung 363d in Verbindung gebracht wird. Dementsprechend wird der im Hauptkraftstoffkanal 367 des Plungers 366 befindliche Kraftstoff in das #4-Zylinder-Kraftstoffeinspritzventil 380d durch die zweite Plunger- Kraftstoffauslaßöffnung 367d und die #4-Zylindergehäuse-Kraftstoffauslaß öffnung 363d gespeist. Der Kraftstoff wird also nicht in das #1-Zylinder- Kraftstoffeinspritzventil 380a gespeist, sondern in das #4-Zylinder-Kraft stoffeinspritzventil 380d, und zwar mit der Zeitgabe des Einspeisens von Kraftstoff in das #1-Zylinder-Kraftstoffeinspritzventil 380a durch Bewegen des Einspritzzeitgabejustierringes 377. Anders ausgedrückt kann die Phase der Kraftstoffeinspritzung um 180° geändert werden, wie in Fig. 44 dargestellt, und zwar durch Betätigen des Kraftstoffeinspritz-Zeitgabeju stiermechanismus 376.

Als nächstes wird nachfolgend eine kurze Erläuterung des Millerzyklus motors gegeben, der bei der vorliegenden Ausführungsform als Motor 310 benutzt wird.

Ein üblicher Motor mit vier Zylindern hat gleiche Kompressions- und Expansionshübe. Der Millerzyklusmotor 310 hat jedoch einen Expansions hub, der länger als sein Kompressionshub ist, d. h., er weist ein Verhält nis zwischen dem Expansionshub und dem Kompressionshub auf, das gleich oder kleiner als 1 ist, d. h., bei dem der Expansions-/Kompres sionshub 1 ist, um die wirksame Arbeit des Motors zu erhöhen.

Bei dieser Ausführungsform ist der Expansionshub durch Steuern der Öffnungs- und Schließzeitgabe des Ansaugventils 315 länger als der Kom pressionshub eingestellt. Im einzelnen wird zuerst das Ansaugventil 315 geöffnet, während der Kolben 311 absteigt, so das Luft in, die Zylin derkammer 312 eingeleitet wird (vergleiche Fig. 47a), und dann kommt der Kolben 311 am unteren Totpunkt an (vergleiche Fig. 47b). Danach wird das Ansaugventil 315 geschlossen, kurz nachdem der Kolben 311 etwas aufsteigt (vergleiche Fig. 47c). Der Kompressionshub vergrößert sich während der Periode beginnend vom Zeitpunkt, in welchem der Kolben am oberen Totpunkt ankommt. Die Zündung des Kraftstoffes wird kurz vor dem Zeitpunkt durchgeführt, in welchem der Kolben zum oberen Totpunkt kommt (vergleiche Fig. 47d). Wenn der Kolben 311 zum oberen Totpunkt gelangt, wird er durch die Explosion des Kraft stoffes nach unten gedruckt (vergleiche Fig. 47e). Der Expansionshub erstreckt sich über die Periode, in der sich der Kolben 311 vom oberen Totpunkt zum unteren Totpunkt bewegt (vergleiche Fig. 47f). Das Abgasventil 316 wird kurz vor dem Zeitpunkt geöffnet, in welchem der Kolben 311 zum unteren Totpunkt gelangt. Der Kolben 311 leitet erneut seine Aufwärtsbewegung ein, so daß das Abgas aus der Zylinderkammer 312 in das Auspuffrohr 330 ausgestoßen wird (vergleiche Fig. 47g).

Bei dieser Ausführungsform beginnt also der Kolben 311 seinen Aufstieg mit dem Übergang zwischen dem Ansaughub und dem Kompressionshub; jedoch ist das Ansaugventil 315 nach wie vor geöffnet, obwohl das Volu men der Zylinderkammer abzunehmen beginnt, d. h., das Ansaugventil 315 wird später geschlossen als das in einem herkömmlichen Motor, und dementsprechend kann der Kompressionshub kürzer eingestellt werden als der Expansionshub; mit anderen Worten ist der Expansionshub länger als der Kompressionshub eingestellt. Die Steuerung des Öffnungs- und Schließtaktes des Ansaugventils 315 kann durch Ändern des Profils des Nockens 52 im Ventilantriebsmechanismus 350 geändert werden.

Während des Millerzyklus tendiert die Kompressionstemperatur gewöhn lich dahin, herunterzugehen, so daß die Verdampfungsrate des Kraftstoffs verringert wird, weil der Kompressionshub kurz und somit das Kom pressionsverhältnis klein ist. Dementsprechend entsteht der Nachteil, daß bei dem gewünschten Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Kraftstoff nicht verbrannt werden kann. Da aber die Kompressionstemperatur niedrig ist, entsteht der Vorteil, daß ein Klopfen kaum auftreten kann.

Bei dieser Ausführungsform wird also, um das oben genannte Problem zu lösen, der Kraftstoff direkt in die Zylinderkammer 312 eingespritzt, d. h., es wird eine Kraftstoffeinspritzung in den Zylinder durchgeführt. Normalerweise wird im Falle der Kraftstoffeinspritzung in die Ansaugöff nung die Verdampfung des Kraftstoffes im Ansaugöffnungsteil begünstigt, und speziell wird die Temperatur des Ansaugventils 315 oder des Zylin derkopfes erhöht, um Kraftstoff, der auf der inneren peripheren Ober fläche des Ansaugrohres, der rückseitigen Oberfläche des Ansaugventils 315 (d. h. derjenigen Oberfläche, die von der zur Zylinderkammer weisen den Oberfläche entfernt ist), und dergleichen haftet. Infolgedessen ver ursacht die Ansaugöffnungseinspritzung eine Verringerung des geladenen Luftvolumens oder eine Verringerung der abgegebenen Leistung infolge des Ansteigens der Temperatur. Im Gegensatz dazu haftet gemäß der vorliegenden Erfindung kein Kraftstoff am Ansaugöffnungsabschnitt, da der Kraftstoff direkt die Zylinderkammer 312 eingespritzt wird, so daß es nicht nötig ist, die Kompressionstemperatur zu steigern, um die Ver dampfungsrate des Kraftstoffes zu erhöhen. Da keine Steigerung der Kompressionstemperatur erforderlich ist, kann der der Ansaugöffnungsein spritzung anhaftende Nachteil, wie die Verringerung der abgegebenen Leistung, aufgrund der Verkleinerung des geladenen Luftvolumens oder das mögliche Auftreten von Klopfen beseitigt werden. D.h., das es bei der vorliegenden Ausführungsform möglich ist, die Antiklopffunktion ebenso wie die Ausgangsleistung des Motors 310 zu verbessern, da das geladene Luftvolumen vergrößert werden kann.

Da die Kompressionstemperatur abnimmt, wenn das Schließen des An saugventils 315 um einen Winkel größer als 30° vom unteren Totpunkt beginnend während des Ansaughubes abnimmt, wird die Verdampfungs rate des Kraftstoffes verringert, so daß die Verbrennung im Motor 310 instabil wird. Im Gegensatz dazu kann bei der vorliegenden Ausführungs form eine stabile Verbrennung aufgrund der oben erwähnten Tatsache aufrechterhalten werden, da ein Kraftstoffeinspritzen in den Zylinder durchgeführt wird und dies obwohl das Schließen des Ventils 315 um einen Winkel von über 30° vom unteren Totpunkt aus während des Ansaughubes verzögert wird. Infolgedessen kann die Verringerung der Kompressionsarbeit, die Zweck des Millerzyklusmotors ist, deutlich herbei geführt werden. Es sei bemerkt, daß das Schließen des Ansaugventils 315 bei einer Verzögerung des Kurbelwinkels von mehr als 30° ab dem unteren Totpunkt des Ansaughubes derart erfolgt, daß das Ansaugventil 315 bei einem Winkel geschlossen wird, der beim Kompressionshub kleiner als der Kurbelwinkel von 250° ab dem oberen Totpunkt vorliegt.

Fig. 39 zeigt die Beziehung zwischen der Einspritzzeitgabe und der Dichte des Kohlenwasserstoffes im Abgas bei jedem Kraftstoffdivergenz- Zerstäubungswinkel, die bei der vorliegenden Ausführungsform durch das Kraftstoffeinspritzventil 380 erfolgt, und die weiter oben erläutert worden ist. In Fig. 39 entspricht die Einspritzzeitgabe bei 0° auf der Abzisse dem Totpunkt beim Kompressionshub.

Wie in Fig. 39 dargestellt, nimmt im Falle, das der Kraftstoffdivergenz- Zerstäubungswinkel auf 120° eingestellt ist, die Kohlenwasserstoffdichte in dem Maße zu, wie der Einspritztakt verzögert wird (d. h., wie der Ein spritztakt in Richtung der Annäherung an den oberen Totpunkt (0°) geändert wird). Dementsprechend wird die Dichte des Kohlenwasserstoffs am größten, wenn die Einspritzzeitgabe auf einen Kurbelwinkel von 100° ab dem oberen Totpunkt (0°) eingestellt wird. Wenn die Einspritzzeitgabe weiter verzögert wird, nimmt die Dichte des Kohlenwasserstoffes wieder nachteilig ab. Wenn weiter der Kraftstoffdivergenz-Zerstäubungswinkel auf 60° eingestellt wird, ist die Kohlenwasserstoffdichte geringer als diejenige, die durch Einstellen des Kraftstoffdivergenz-Zerstäubungswinkels auf 120° erreicht wird; und sie wird nicht wesentlich geändert, selbst dann nicht, wenn der Einspritztakt bis Erreichen eines Kurbelwinkels von etwa -40° vom oberen Totpunkt ab (0°) verzögert wird. Wie oben erwähnt besteht der Grund, warum die Dichte des Kohlenwasserstoffes bei einem Kraft stoffdivergenz-Zerstäubungswinkel von 120° größer als bei einem Kraft stoffdivergenz-Zerstäubungswinkel von 60° ist, darin, daß das an der Wandoberfläche des Zylinders 17 haftende Volumen an Kraftstoff bei einem Kraftstoffdivergenz-Zerstäubungswinkel von 120° größer als bei einem Kraftstoffdivergenz-Zerstäubungswinkel von 60° ist. Wenn weiter beim Kompressionshub der Einspritztakt auf etwa -40° vom Totpunkt (0°) ab verzögert wird, liegt der Grund dafür, warum die Dichte des Kohlen wasserstoffes bei einem Kraftstoffdivergenz-Zerstäubungswinkel von 60° größer als bei einem Kraftstoffdivergenz-Zerstäubungswinkel von 120° ist, darin, daß beim Kompressionshub der Kolben 311 durch Verzögern des Einspritztaktes in der Nähe des oberen Totpunktes dem Kraftstoffein spritzventil 380 nahe kommt, und daß dementsprechend die auf der oberen Oberfläche des Kolbens 311 haftende Kraftstoffmenge bei einem Kraftstoffdivergenz-Zerstäubungswinkel von 60° größer als bei einem Kraftstoffdivergenz-Zerstäubungswinkel von 120° ist.

Wenn also der Einspritztakt vorgerückt wird, und wenn insbesondere beim Kompressionshub der Kraftstoff in den Zylinder vor Erreichen des Kurbelwinkels von -40° ab dem oberen Totpunkt (0°) eingespritzt wird, wird der Kraftstoffdivergenz-Zerstäubungswinkel auf 60° eingestellt. Wenn weiter der Einspritztakt verzögert wird, und insbesondere beim Kom pressionshub der Kraftstoff in den Zylinder nach einem Kurbelwinkel von etwa mindestens 40° ab dem oberen Totpunkt (0°) eingespritzt wird, wird der Kraftstoffdivergenz-Zerstäubungswinkel auf 120° eingestellt, so daß die Dichte des Wasserstoffes im Abgas so weit wie möglich verringert wird.

Im übrigen ist während des Teillastbetriebs, wenn das Kraftstoffeinspritz volumen klein ist, die Mischung um die Zündkerze 340 mager. Dement sprechend wird die Verbrennung möglicherweise instabil. Infolgedessen wird der Kraftstoffdivergenz-Zerstäubungswinkel auf 120° eingestellt, wie in Fig. 38 zu sehen ist, so daß während des Teillastbetriebs ein größe res Kraftstoffvolumen zur Zündkerze 340 hin eingespritzt wird. Somit kann die Gleichmäßigkeit der Konzentration des Kraftstoffes um die Zündkerze 340 herum aufrechterhalten werden, und demgemäß kann eine stabile Verbrennung gewährleistet werden.

Zusammenfassend wird, wie in Fig. 44 dargestellt, der Einspritztakt während des Teillastbetriebs verzögert, während der Zerstäubungswinkel auf 120° eingestellt wird. Während des Schwerlastbetriebes wird aber der Einspritztakt vorgerückt, während der Zerstäubungswinkel auf 60° einge stellt wird. Dementsprechend kann die Dichte des Kohlenwasserstoffs im Abgas verringert und eine stabile Verbrennung gewährleistet werden. Um die angesprochene Steuerung durchzuführen, weist bei der vorliegenden Ausführungsform die CPU 390 den Kraftstoffeinspritz-Zeitgabejustierme chanismus 376 im Kraftstoffverteiler 360 an, die Kraftstoffeinspritzzeitgabe zu verzögern. Sie weist weiter den Ventilpositionsjustierer 357 im Kraft stoffeinspritzventil 380 an, den Zerstäuberungswinkel auf 120° einzustellen, wenn das Kraftstoffeinspritzvolumen, das gemäß der Luftdurchflußmenge, welche durch den Luftdurchflußmesser 391 bestimmt wird, sowie der Öffnungsgrad des Drosselventils 321, der vom Drosselöffnungsgradmesser 392 erfaßt wird, bestimmt wird, kleiner als ein vorbestimmter Wert ist. Weiter weist die CPU 390 den Kraftstoffeinspritz-Zeitgabejustiermechanis mus im Kraftstoffverteiler 360 an, die Kraftstoffeinspritzzeitgabe um einen Kurbelwinkel von etwa 180° vorzurücken; und sie weist den Ventil positionsjustierer 357 in Kraftstoffeinspritzventil 380 an, den Zerstäubungs winkel auf 60° einzustellen, wenn das durch die CPU 390 selbst be stimmte Kraftstoffeinspritzvolumen einen vorbestimmten Wert überschrei tet.

Durch Experimente, die von den Anmeldern durchgeführt worden sind, wurde gefunden, daß der Zerstäubungswinkel während des Teillastbe triebes zufriedenstellend auf einen Wert über 100° eingestellt und im Schwerlastbetrieb auf einen Wert kleiner als 90° eingestellt wird. Weiter werden bei der vorliegenden Ausführungsform, wenn das Ventilelement in der Schmalwinkelzerstäubungsposition plaziert ist, die Ventilverschie bungsraum-Seitenöffnung des Weitwinkelzerstäubungskanal 382a und die Ventilverschiebungsraum-Seitenöffnung des Schmalwinkelzerstäubungskanals 382b geöffnet. Es ist aber auch möglich, die Ventilverschiebungsraum- Seitenöffnung des Weitwinkelzerstäubungskanals 382a zu schließen, wenn die Ventilverschiebungsraum-Seitenöffnung des Schmalwinkelzerstäubungs kanals geöffnet wird.

Übrigens ist die Dichte des Kohlenwasserstoffes im Abgas mit dem Umwandlungsvermögen des Katalysators 331 zum Reinigen des Stickstoff oxids korrelliert, was später beschrieben wird, d. h., daß das Umwand lungsvermögen des Katalysators 331 zum Umwandeln von Stickstoffoxid in Stickstoff in dem Maße gesteigert wird, wie die Dichte des Stickstoff oxides zunimmt. Im allgemeinen sollten die Vorschriften und Regeln in Bezug auf die Dichte des Stickstoffoxids erfüllt werden. Wenn also die Kohlenwasserstoffdichte übermäßig verringert wird, wird auch das Um wandlungsvermögen des Katalysators 331 verringert, so daß die Dichte des Stickstoffoxids größer wird und demgemäß die Vorschriften und Regeln manchmal nicht erfüllt werden können. Demgemäß ist es im Hinblick auf das Umwandlungsvermögen des Katalysators 331 erforderlich, eine Regelung solcher Art durchzuführen, daß die Kohlenwasserstoffdichte in einem Bereich verringert wird, in welchem die Dichte des Stickstoff oxids den vorgeschriebenen Wert nicht überschreitet.

Ein Metallionenaustausch-Zeolithkatalysator 331a ist auf Seiten des Motors 310 der Katalysatoreinheit 331 an das Auspuffrohr 330 angeschlossen, während ein Platin- und Aluminiumoxidgruppenkatalysator auf Seiten der Abgasöffnung der Einheit plaziert ist. Der Metallionenaustausch-Zeolithka talysator 331a besitzt eine Charakteristik, wonach seine Aktivität bei niedriger Temperatur hoch ist, aber seine Aktivität zur selektiven Ver ringerung der NOx gering ist. Weiter ist der Platin- und Aluminiumoxid gruppenkatalysator so beschaffen, daß seine Aktivität bei niedriger Tem peratur gering, aber die Aktivität zum selektiven Reduzieren der NOx groß ist. Infolgedessen ist in einem Operationsbereich, in welchem die Dichte des Kohlenwasserstoffs (HC) bei hoher Motordrehzahl und Schwerlastbetrieb groß ist, derart, daß wie zuvor unter Bezugnahme auf Fig. 40 erläutert, die Dichte des Kohlenwasserstoffs (HC) bei hoher Motordrehzahl gering ist, und dementsprechend der Wirkungsgrad der Stickstoffoxid-Stickstoff-Umwandlung des Katalysators dazu neigt, abzuneh men, wobei der Platin-Aluminiumoxidgruppenkatalysator 318 eine hohe Aktivität zum selektiven Reduzieren der NOx hauptsächlich dann wirksam wird, wenn die katalytische Umgebungstemperatur hoch ist. Im Gegensatz dazu ist in einem Betriebsbereich, in welchem die Dichte von HC bei niedriger Motordrehzahl und Schwachlastbetrieb groß ist, so daß, wie oben erwähnt, der Wirkungsgrad der Stickstoffoxid-Stickstoff-Umwandlung des Katalysators hoch ist, der Metallionenaustausch-Zeolithkatalysator haupt sächlich wirksam, der selbst dann aktiv ist, wenn die katalytische Um welttemperatur niedrig ist. Es sei darauf hingewiesen, daß der Grund dafür, warum die Dichte von HC bei hoher Motordrehzahl und hoher Belastung niedrig ist, darin besteht, daß die oxidierende Reaktion begün stigt wird, weil die Temperatur des Abgases während des Prozesses hoch ist, bei dem HC aus der Zylinderkammer 312 in das Auspuffrohr 330 ausgestoßen wird. Weiter besteht der Grund, warum die Dichte von HC bei niedriger Motordrehzahl und Schwachlastbetrieb groß ist, darin, daß die oxidierende Reaktion nicht begünstigt wird, weil die Temperatur des Abgases niedrig ist, und dementsprechend HC direkt, wie es ist, ausgestoßen wird.

Kohlenwasserstoff (HC), der mit dem Starten des Motors 310 ausgestoßen wird, wird hauptsächlich durch den Metallionenaustausch-Zeolithka talysator 321a adsorbiert. Wenn die Temperatur der Katalysatoreinheit 331 durch das Abgas erhöht wird, wird der am Metallionenaustausch- Zeolithkatalysator 331a adsorbierte HC abgetrennt und durch den Platin- Aluminiumoxidgruppenkatalysator 331b oxidiert. Ein herkömmlicher Platin- Aluminiumoxidgruppenkatalysator erzeugt erwartungsgemäß Stickstoffdioxid (N₂O), wenn der HC nicht bei niedriger Temperatur oxidiert wird. Um diesem Problem aus dem Wege zu gehen, wird der Platin-Aluminium oxidgruppenkatalysator dieser Ausführungsform durch Palladium, oder dergleichen ergänzt, um die katalytische Aktivität bei niedriger Tempera tur zu steigern. Um die Wirksamkeit der Umwandlung von Stickstoff dioxid (N₂O) während des Anlaufens des Motors zu steigern, wird weiter die Kraftstoffeinspritzzeitgabe verzögert, so daß die Temperatur des Abgases erhöht wird. Alternativ kann das Verhältnis zwischen dem Expansionshub und dem Kompressionshub während des Millerzyklus geändert werden, so daß die Temperatur des Abgases erhöht wird.

Bezugnehmend auf Fig. 36 wird genau nach dem Starten des Motors HC und NOx vom Metallionenaustausch-Zeolithkatalysator 331a adsorbiert, weil die Temperatur des Abgases niedrig ist. Während dieser Periode wird der Kraftstoffeinspritztakt verzögert, so daß die Temperatur des Abgases erhöht wird, um die Erzeugung von NOx so klein wie möglich zu halten. Wenn die Temperatur des Abgases höher und höher wird, wird das vom Metallionenaustausch-Zeolithkatalysator 331a adsorbierte HC und NOx nach und nach in H₂O, CO₂, N₂ um gewandelt. Dabei wird auch das im Abgas enthaltene NOx durch HC adsorbiert. Wenn das am Metallionenaustausch-Zeolithkatalysator 331 adsorbierte HC zu Ende geht, wird der Einspritztakt vorgerückt, so daß die Dichte des HC im Abgas gesteigert wird. Wenn weiter die Temperatur hoch wird, wird hauptsäch lich der Platin- und Aluminiumoxidgruppenkatalysator wirksam. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird, wie oben erwähnt, die Steuerung in der Weise durchgeführt, daß die Einspritzzeitgabe während des Teillastbe triebes verzögert, hingegen im Schwerlastbetrieb vorgerückt wird. Wäh rend des Startens des Motors wird jedoch die Steuerung in der Weise durchgeführt, daß das Starten oder Nichtstarten des Motors gemäß der Temperatur erkundet wird, die vom Kühlwasserthermometer 393 erfaßt wird; und wenn der Motor startet, wird die Kraftstoffeinspritzzeitgabe in Übereinstimmung mit der Temperatur gesteuert, die vom Abgasther mometer 394 erfaßt wird, das im Katalysator 331 enthalten ist, um die Funktion des Katalysators 331 zu verstärken. Bis die vom Kühlwasser thermometer 393 erfaßte Temperatur auf eine vorbestimmte Temperatur ansteigt, erkennt die CPU 390, daß sich der Motor erwärmt. In diesem Falle weist die CPU 390 den Kraftstoffeinspritz-Zeitgabejustiermechanis mus 376 im Kraftstoffverteiler 360 an, den Einspritztakt solange zu verzögern, bis die vom Abgasthermometer 394 erfaßte Temperatur auf die vorbestimmte Temperatur ansteigt. Wenn die vom Abgastemperatur thermometer 394 erfaßte Temperatur den vorbestimmten Wert übersteigt, weist die CPU 390 den Mechanismus an, den Einspritztakt vorzurücken. Wenn die vom Kühlwasserthermometer 393 erfaßte Temperatur die vorbestimmte Temperatur überschreitet, erkennt die CPU 390, daß das Aufwärmen des Motors beendet ist, so daß der Einspritztakt in Überein stimmung mit der Last gesteuert wird.

Wie oben festgestellt, wird die Einspritzung in den Zylinder so durch geführt, daß der Kraftstoff am Anhaften an der inneren Oberfläche des Ansaugrohres 320, oder an der oberen Oberfläche des Ansaugventils 315 gehindert wird; und dementsprechend kann das gewünschte Kraftstoff volumen in der gewünschten Zeit in die Zylinderkammer 312 eingespeist werden. Da weiter der Kraftstoff am Anhaften an der inneren Ober fläche des Ansaugrohres 320 oder an der oberen Oberfläche des An saugventils 315 gehindert wird, kann die Notwendigkeit der Steigerung der Kompressionstemperatur zur Erhöhung der Verdampfungsrate des Kraftstoffes beseitigt werden. Infolgedessen ist es möglich, das geladene Luftvolumen zu vergrößern, um die abgegebene Leistung des Motors sowie die Antiklopffunktion desselben zu verbessern.

Weiter wird bei dieser Ausführungsform beim Teillastbetrieb der Kraft stoffdivergenz-Zerstäubungswinkel (Sprühwinkel) auf einen Wert größer als 100° eingestellt, so daß eine befriedigende Mischung um die Zündker ze 340 hergestellt wird. Beim Schwerlastbetrieb wird der Kraftstoffdiver genz-Zerstäubungswinkel (Sprühwinkel) auf einen Wert kleiner als 90° eingestellt, und die Kraftstoffeinspritzzeitgabe wird vorgerückt, um die Vermischung von Luft und Kraftstoff zu begünstigen. Dadurch ist es möglich, eine stabile Verbrennung über einen weiten Motorbetriebsbe reich anzustreben.

Weiter werden bei der vorliegenden Ausführungsform die Kraftstoffein spritzzeitgabe und der Kraftstoffdivergenz-Zerstäubungswinkel so gesteuert, daß die Abgasemission von Kohlenwasserstoff aus dem Motor 310 selber verringert und der Katalysator 331 wirksam betrieben wird. Damit ist es möglich, die Wirksamkeit der Beseitigung schädlicher Substanzen aus dem Abgas zu steigern.

Es sei darauf hingewiesen, daß eine Ausführungsform erläutert worden ist, bei der die vorliegende Erfindung bei einem Millerzyklusmotor angewandt wird. Die vorliegende Erfindung soll aber nicht auf diese Ausführungsform beschränkt sein. D.h., das die vorliegende Erfindung natürlich auch bei jedem beliebigen anderen üblichen Motor angewandt werden kann.

Als nächstes wird eine Variante des Kraftstoffeinspritzventils dieser Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Fig. 48 bis 50 erläutert.

Das Kraftstoffeinspritzventil 400 der in Fig. 48 dargestellten Variante umfaßt ein Ventilelement 406, einen Positionsjustierer 407 zum Justieren der Position des Ventilelementes 406 und ein Ventilgehäuse 401, in welchem Kraftstoffkanäle 402, 403 sowie ein Ventilverschiebungsraum 405 eingearbeitet sind, und wobei das Gehäuse das Ventilelement 406 und den Justierer 407 enthält. Die Kraftstoffkanäle 402, 403 sind an ihrem einen Ende mit Kraftstoffansaugöffnungen (nicht dargestellt) versehen, und an ihrem anderen Ende mit Kraftstoffeinspritzöffnungen 404. Der Ventilverschiebungsraum 405 ist zwischen diesen Kraftstoffkanälen 402, 403 gebildet, wobei der Kraftstoff auch in diesen Ventilverschiebungsraum 405 fließt. Eine Mehrzahl von Kanälen 403 (die nachfolgend als "Raum auslaßöffnungs-Seitenkanäle" bezeichnet werden) sind zwischen dem Ventilverschiebungsraum 405 und den Kraftstoffeinspritzöffnungen 404 gebildet. Eine Gruppe dieser Raumauslaßöffnungs-Seitenkanäle (die nachfolgend als "Schmalwinkelzerstäubungskanäle" bezeichnet werden) erstreckt sich in einer Richtung, die einen Winkel von 30° zur Einspritz mittelachse C einschließt, während die Gruppe der restlichen Kanäle 403a (die nachfolgend als "Weitwinkelzerstäubungskanäle" bezeichnet werden) sich in einer Richtung erstreckt, die einen Winkel von 60° zur Einspritzmittelachse C einschließt.

Das Ventilelement 406 umfaßt einen Ventilendabschnitt 406b, der ange paßt ist, um die Ventilverschiebungsraum-Seitenöffnungen der Weitwinkel zerstäubungskanäle 403a sowie die Ventilverschiebungsraum-Seitenöff nungen der Schmalwinkelzerstäubungskanäle 403b zu sperren; und es umfaßt einen Körper 406a mit einem vorderen Endabschnitt an dem der Ventilendabschnitt 406b gebildet ist. Der Ventilverschiebungsraum 405 besteht aus einem Ventilendabschnitt-Verschiebungsraum 405b, in den nur der Ventilendabschnitt 406b des Ventilelementes 406 eintritt; und er besteht aus einem Körperverschiebungsraum 405a, in den der Körper 406a des Ventilelementes 406 eingepaßt ist. Im Ventilgehäuse 401 ist eine Ventilsitz 401a in der Grenzzone zwischen dem Ventilendeverschie bungsraum 405b und dem Körperverschiebungsraum 405a ausgebildet.

Das Ventilelement 406 ist im Ventilverschiebungsraum 405 so plaziert, daß es zwischen drei Positionen bewegbar ist, d. h., zwischen einer Ventil schließposition, in welcher der vom Körperverschiebungsraum 405 (wie in Fig. 48 dargestellt) gelieferte Kraftstoff nicht in den Ventilendever schiebungsraum 405b fließt; zwischen einer Weitwinkelzerstäubungsposi tion, in welcher die Ventilverschiebungsraum-Seitenöffnung der Weitwin kelzerstäubungskanäle 403a geöffnet sind, während die Ventilverschie bungsseitenöffnungen der Schmalwinkelzerstäubungskanäle 403b geschlos sen sind (wie in Fig. 49 dargestellt); und zwischen einer Schmalwinkel zerstäubungsposition, in welcher die Ventilverschiebungsseitenöffnungen der Weitwinkelzerstäubungskanäle 403a geschlossen sind, während die Ventilverschiebungsseitenöffnungen der Schmalwinkelzerstäubungskanäle 403b geöffnet sind (wie in Fig. 50 dargestellt).

Der Positionsjustierer 409 umfaßt einen klein bemessenen Schrittmotor 407a, der von der CPU 390 ein Signal empfängt, sowie einen Stopper 407b, der unter der Steuerung des Schrittmotors 407a arbeitet. Im Posi tionsjustierer 407 gelangt der Stopper 407b in Berührung mit dem Ventil element 406, so daß das Ventilelement 406 in einer gewünschten Position plaziert wird. Im einzelnen plaziert der Positionsjustierer 407 das Ventil element 406 in einer der oben erwähnten Schließpositionen der Weitwin kel- und der Schmalwinkelzerstäubungspositionen in Übereinstimmung mit dem von der CPU 490 gelieferten Signal.

Wenn unter Bezugnahme auf Fig. 48 das Ventilelement 406 in der Ventilschließposition so plaziert ist, daß es in Berührung mit dem Ventil sitz 401a des Ventilgehäuses 401 kommt, kann kein Kraftstoff aus dem Körperverschiebungsraum 405a in den Ventilendeverschiebungsraum 405b fließen, und demgemäß kann vom Ventil 400 kein Kraftstoff eingespritzt werden. Wenn weiter das Ventilelement 406 leicht nach oben angehoben ist, wie in Fig. 49 dargestellt, so daß es in der Weitwinkelzerstäubungs position plaziert ist, in welcher der Ventilendabschnitt 406b des Ventil elementes 406 die Ventilverschiebungsraum-Seitenöffnungen der Schmal winkelzerstäubungskanäle 403b sperrt, fließt Kraftstoff aus dem Ventilver schiebungsraum 405 in die Weitwinkelzerstäubungskanäle 403a und wird dann von den Kanalaustrittsöffnungen 404a an den Enden der Kanäle 403a eingespritzt. Dabei ist der Kraftstoffdivergenz-Zerstäubungswinkel auf 120° eingestellt. Wenn dann das Ventilelement 406, wie in Fig. 50 dargestellt, weiter angehoben wird und in der Schmalwinkelzerstäubungs position plaziert ist, in welcher der Ventilendabschnitt 406b des Ventil elementes 406 nur die Ventilverschiebungsraum-Seitenöffnungen der Weitwinkelzerstäubungskanäle 403a sperrt, fließt der Kraftstoff vom Ventilverschiebungsraum 405 durch die Schmalwinkelzerstäubungskanäle 403b und wird dann von dem Kraftstoffauslaßöffnungen 404b an ihren Enden eingespritzt. Dabei ist der Kraftstoffdivergenz-Zerstäubungswinkel auf 60° eingestellt.

Somit kann auch bei diesem Kraftstoffeinspritzventil 400 der vorliegenden Ausbildungsvariante der Kraftstoffdivergenz-Zerstäubungswinkel geändert werden. Das in dieser Variante ausgebildete Kraftstoffeinspritzventil 400 kann auch anstelle des Kraftstoffeinspritzventils 380 der weiter oben erwähnten Ausführungsform verwendet werden, mit technischen Wirkun gen, die denen ähnlich sind, die von dem Kraftstoffeinspritzventil 380 erzielt werden.

Übrigens weist der von den Kraftstoffauslaßöffnungen 404 des Kraftstoff einspritzventils 400 dieser Variante eingespritzte Kraftstoff eine stabartige Zerstäubungsform auf, während der von der einzigen Kraftstoffauslaßöff nung 304 des Kraftstoffeinspritzventils 320 der weiter oben behandelten Ausführungsform eine kegelige Zerstäubungsform aufweist. Wie in Fig. 51 dargestellt, liefert die stabartige Zerstäubungsform eine Kohlenwasser stoffdichte, die im allgemeinen größer als diejenige ist, die von der kegeligen Zerstäubungsform erzeugt wird, und dies obwohl die Luftüber schußrate verschieden geändert wird. D.h., daß die stabartige Zerstäu bungsform in Bezug auf die Kraftstoffverteilung unterlegen ist und eine örtliche fette Mischung erzeugt. Demgemäß ist es vorteilhaft, ein Kraft stoffeinspritzventil zu verwenden, bei dem der Kraftstoff von der einzel nen Kraftstoffauslaßöffnung in kegeliger Zerstäubungsform eingespritzt wird.

Nunmehr wird auf Fig. 52 bezug genommen, die die Beziehung zwi schen der Einspritzzeitgabe des Kraftstoffeinspritzventils, das den Kraft stoff in einer stabartigen Zerstäubungsform einspritzt, und der Dichte des Kohlenwasserstoffes wiedergibt.

Wenn der Einspritztakt vorgerückt wird, nimmt die Menge des Kraft stoffes, der die Wandoberfläche des Zylinders erreicht und vor der Zündung einen Film bildet, zu, so daß die Dichte des Kohlenwasser stoffes groß wird. Da die Dichte des Kohlenwasserstoffes in Beziehung zum Umwandlungsvermögen des Katalysators steht, wie oben erwähnt, ist es vorteilhaft, die Kohlenwasserstoffdichte unter Berücksichtigung dieses Umwandlungsvermögens zu steuern, selbst wenn bei dieser Variante das Kraftstoffeinspritzventil 400 verwendet wird, das eine stabartige Zerstäu bungsform aufweist.

Als nächstes wird eine zweite Variante des Kraftstoffeinspritzventils unter Bezugnahme auf Fig. 53 erläutert.

Bei dieser Variante weist das Kraftstoffeinspritzventil 410 ein kugelförmi ges Ventilelement 412 auf und wird, wie in Fig. 53 dargestellt, verwen det. Das kugelförmige Ventilelement 412 ist mit Hilfe eines Stiftes 416 durch einen flexiblen, dünnen Anschlußstab 415 mit dem Kolben 417 flexibel verbunden. Demgemäß kann im Falle, daß ein Fehler, wie etwa eine durch die Bearbeitung verursachte Exzentrizität beim Ventilsitz 411a, oder dergl., des Ventilgehäuse 411 vorliegt, der Fehler durch den flexi blen Anschlußstab 415 absorbiert werden. Wenn das Ventilelement 419a eines Solenoidventils 419 angehoben wird, wird der Druck der Druckkam mer 418 verringert. Dementsprechend wird ein Kolben 417 durch die Kraft einer Feder 414 nach oben gedrückt, was das kugelige Ventil element 412 veranlaßt, nach oben zu steigen, so daß ein Raum zwischen dem Ventilsitz 411a und dem kugeligen Ventilelement 412 hergestellt und der Kraftstoff eingespritzt wird. Das kugelige Ventilelement 412, eine Führung 413, der Anschlußstab 415 und der Kolben 417 sind beweglich, und alle diese Komponenten sind klein bemessen, leichtgewichtigt und sprechen empfindlich an, so daß eine zweimalige Einspritzung pro Zyklus durchgeführt werden kann. Wenn das Ventilelement 419a des Solenoid ventils 419 geschlossen wird, wird der Druck der Druckkammer 418 erhöht, so daß der Kolben 417 nach unten gedrückt wird und infolgedes sen der kugelige Körper 412 schließt.

Obwohl das Solenoidventil 419 zum Abstimmen des Druckes in der Druckkammer 4, 18 benutzt wird, kann bei dieser Anordnung auch ein laminiertes, piezoelektrisches Element anstelle des Solenoidventils 418 verwendet werden. Wie in Fig. 54 dargestellt, ist das laminierte, piezo elektrische Element 420 in einem Abschnitt der die Druckkammer 418 bildenden Wandoberfläche vorgesehen. Da der Kraftstoff in die Druck kammer 418 fließt, ist der Druck in dieser Kammer 418 hoch. Dement sprechend wird der Kolben 417 nach unten gedrückt, und dementspre chend wird das kugelige Ventilelement 412 gegen den Sitz 411a des Gehäuses 411 gedrückt, wenn das Druckelement 420 angedrückt wird. Wenn also das piezoelektrische Element 420 angepreßt wird, wird ein Kondensator 421 geladen. Am Ende des Kompressionshubes wird der geladene Kondensator 421, wenn ein Schalter 422 geschlossen wird, entladen, so daß sich das piezoelektrische Element 420 zusammenzieht und der Druck in der Druckkammer 418 absinkt. Infolgedessen wird der Kolben 417 leicht angehoben, so daß er das kugelige Ventilelement 412 leicht anhebt und dementsprechend der Kraftstoff eingespritzt wird.

Als nächstes wird eine dritte Variante des Kraftstoffeinspritzventils unter Bezugnahme auf die Fig. 55 und 56 erläutert.

Wie in Fig. 55 dargestellt, umfaßt ein Kraftstoffeinspritzventil 430 dieser Ausführungsform: ein Ventilgehäuse 431 mit einem darin gebildeten Ventilverschiebungsraum 432 und einem Solenoidspeicherabschnitt 433; ein Ventilelement 431, das angepaßt ist, um in den Ventilverschiebungs raum 432 einzudringen; eine Feder 436, die das Ventilelement 430 in die Ventilschließrichtung drückt; einen Anker 435, der am Endabschnitt des Ventilelementes 434 befestigt ist; ein Solenoid 437 zum Bewegen des Ventilelementes 434 zusammen mit dem Anker 435; eine Solenoidan triebsschaltung 440 zum Antreiben des Solenoids 437; und ein Kraft stoffilter 438 zum Entfernen von Fremdstoffen im Kraftstoff, der in das Ventilgehäuse 431 fließt. Das Solenoid 437 wird so eingeschaltet und ausgeschaltet, daß das Ventil geöffnet und geschlossen wird, um das Ventilelement 434 zu bewegen. Im einzelnen wird das Ventilelement 434 geöffnet, wenn das Solenoid 437 eingeschaltet wird, indem es die Kraft der Feder überwindet. Wenn dann das Solenoid 437 abgeschaltet wird, wird das Ventil 434 durch die Kraft der Feder geschlossen.

Wie in Fig. 56 dargestellt, umfaßt die Solenoidantriebsschaltung 440 eine Niederspannungsversorgungsquelle 441 und eine Hochspannungsversor gungsquelle 442; einen Umschalter 413 zum Anlegen einer Spannung entweder der Hochspannungsversorgungsquelle oder der Niederspannungs versorgungsquelle an das Solenoid 437; und einen Transistor 444 zum Steuern der Größe des durch das Solenoid 437 fließenden Stromes. Wenn das Ventilelement 434 angehoben wird (Ventilöffnungsoperation), wird der Schalter 443 betätigt, so daß die Spannung von der Hochspan nungsversorgungsquelle 442 an das Solenoid 437 angelegt wird. Nachdem das Ventilelement 434 vollständig angehoben ist, wird, wenn dieser Ventilanhebungszustand aufrechterhalten wird, der Schalter 443 betätigt, um die Spannung der Niederspannungsversorgungsquelle 441 an das Solenoid 437 anzulegen. Da also die Hochspannungsversorgungsquelle 442 zum Betätigen des Ventilelementes 434 benutzt wird, kann das Ansprech verhalten gesteigert werden, so daß während jedes Zyklus eine zweimali ge Kraftstoffeinspritzung durchgeführt werden kann. Wenn das Ventil element 434 in einer spezifischen Position gehalten wird, wird die Nie derspannungsversorgungsquelle 441 benutzt und der Leistungsverbrauch kann verringert werden, während gleichzeitig eine Überhitzung des Sole noids 437 verhindert werden kann.

Obwohl beide Varianten, die zweite und die dritte Variante des Kraft stoffeinspritzventils, den Zerstäubungswinkel nicht ändern können, kann der flexible Stab 415, der für diese Varianten von wesentlicher Bedeu tung ist, für die Kraftstoffeinspritzventile 380, 400 der ersten und zweiten Ausführungsform verwendet werden, welche den Zerstäubungswinkel ändern können. Weiter kann das Solenoid 437 zum Verschieben des Ventilelementes 434 benutzt werden, so daß die Hochspannungsversor gungsquelle 442 und die Niederspannungsversorgungsquelle 441 durch Einschalten des Solenoids 437 umgeschaltet werden.

Bezugnehmend auf Fig. 57, die den Zylinderkopf, gesehen von der Zylinderkammer her, zeigt, ist die Einspritzdüse mit zwei Strahllöchern 511, 512 versehen, die nebeneinander liegen. Elektroden 513, 514 der Zündkerze sind in einem Bereich plaziert, in welchem die Strahllöcher 511, 512 einander beeinflussen. Flammenkerne 517, 518, die durch eine zwischen den Elektroden 515, 516 der Zündkerze erzeugten elektrischen Entladung hervorgerufen werden, werden durch die Zerstäubung 513 und die Zerstäubung 514 in Richtung des Pfeiles bewegt. Die Gewindigkeit der Strömung in diesem Bereich ist geringer als jene im Zentrum der Zerstäubung 5, 13, 514, und demgemäß werden die Flammenkerne durch die Zerstäubung 513, 514 nicht wesentlich gekühlt. Wenn in einem bestimmten Zeitpunkt die Strahldüse 517 geschlossen wird, werden die Flammenkerne 517, 518 in den in der Figur gezeigten Punkten gestoppt, und dann wird die Flammenausbreitung ausgelöst. In diesem Falle wird, wie in Fig. 58 dargestellt, während des Ansaughubes vor der Bildung der Flammenkerne Hauptkraftstoff in den Zylinder 512 eingespritzt, so daß ein gleichförmiges Gemisch erzeugt wird; und dann wird am Ende des Kompressionshubes Zündkraftstoff eingespritzt, um die Zündung zu gewährleisten. Dementsprechend ist es erforderlich, Kraftstoff zweimal pro Zyklus einzuspritzen.

Um den Kraftstoff zweimal pro Zyklus einzuspritzen, ist es erforderlich, den oben genannten Verteiler 360 zu modifizieren, wie in Fig. 59 darge stellt. Es sei darauf hingewiesen, daß der Verteiler in dieser Figur mit den gleichen Bezugszeichen versehen ist, die zur Bezeichnung von Teilen benutzt werden, die jenen des Verteilers 360 gleichen, um bei der Erläuterung Redundanz zu vermeiden.

Der Verteiler 550 dieser modifizierten Ausführungsform ist ein solcher, bei dem der Einspritzzeitgabejustierring 357 des oben erwähnten Ver teilers 360 geändert ist. Bei dieser geändertem Ausbildungsform ist der Einspritzzeitgabejustierring 557 mit Verbindungslöchern 357a, 357b, . . . , so getroffen, daß wenn die Gehäusekraftstoffauslaßöffnung 363a, die eine der beiden Gehäusekraftstoffauslaßöffnungen 363a, 363d ist, welche symme trisch zur Mittelachse des Plungers angeordnet sind, mit einer ersten Plunger-Kraftstoffauslaßöffnung 367c in Verbindung gebracht werden, während die andere Gehäusekraftstoffauslaßöffnung 363d mit der zweiten Plunger-Kraftstoffauslaßöffnung 367d in Verbindung gebracht wird. Wenn daher Kraftstoff aus einer der beiden Gehäusekraftstoffauslaßöffnungen fließt, die an untereinander symmetrischen Positionen um die Mittelachse des Plungers plaziert sind, fließt Kraftstoff auch aus der anderen Öff nung. Insbesondere fließt im Falle, daß der Kraftstoff aus der #1-Motor zylindergehäuse-Kraftstoffauslaßöffnung 363a fließt, Kraftstoff auch aus der #4-Motorzylindergehäuse-Kraftstoffauslaßöffnung 363d.

Übrigens geht im Falle eines Vierzylindermotors, wenn der #1-Motor zylinder vom Auspuffhub in den Ansaughub übergeht, der #4-Motorzylin der vom Kompressionshub in den Expansionshub über, wie in Fig. 44 gezeigt. Wenn weiter der #1-Motorzylinder vom Kompressionshub in den Expansionshub übergeht, geht der #4-Motorzylinder vom Auspuffhub in den Ansaughub über. Demgemäß wird, wie in Fig. 58 dargestellt, im Falle, daß die Hauptkraftstoffeinspritzung und die Zündkraftstoffeinsprit zung durchgeführt wird, wird die Hauptkraftstoffeinspritzung im #1-Mo torzylinder, und die Zündkraftstoffeinspritzung im #4-Motorzylinder durch geführt. Wenn weiter die Hauptkraftstoffeinspritzung im #4-Motorzylinder erfolgt, erfolgt die Zündkraftstoffeinspritzung im #1-Motorzylinder. Dem entsprechend fließt bei dieser modifizierten Ausführungsform Kraftstoff aus der #1-Motorzylindergehäuse-Kraftstoffauslaßöffnung 363a, und ebenso fließt Kraftstoff aus der #4-Motorzylindergehäuse-Kraftstoffauslaßöffnung 363d.

Wenn übrigens der Hauptkraftstoff (mit einem großen Kraftstoffvolumen) von der Gehäusekraftstoffauslaßöffnung 436s als einer der beiden Auslaß öffnungen eingespeist wird, ist es erforderlich, den Zündkraftstoff (mit einem kleinen Kraftstoffvolumen) aus der anderen Gehäusekraftstoffaus laßöffnung 363d einzuspeisen. Entsprechend ist der Ring 457 mit Ver bindungslöchern 457a, 457d, . . . versehen, so daß auch in einem Zustand, in welchem die eine Gehäusekraftstoffauslaßöffnung 363a und die erste Plunger-Kraftstoffauslaßöffnung 367a ganz miteinander in Verbindung stehen, die andere Gehäusekraftstoffauslaßöffnung 363d halb mit der zweiten Plunger-Kraftstoffauslaßöffnung 367d in Verbindung steht.

Es sei bemerkt, daß zur Durchführung der Hauptkraftstoffeinspritzung in dem #4-Motorzylinder sowie zur gleichzeitigen Durchführung der Zünd kraftstoffeinspritzung in dem #1-Motorzylinder der Kraftstoffeinspritz- Zeitgabejustierring 457 leicht nach rechts bewegt werden könnte.

Falls der Kraftstoff aus der Gehäusekraftstoffauslaßöffnung 363d, die eine der beiden Gehäusekraftstoffauslaßöffnungen 363a, 363d ist, welche symmetrisch zueinander um die Mittelachse des Plungers angeordnet sind, gleichzeitig mit dem Fließen von Kraftstoff aus der anderen Gehäuse kraftstoffauslaßöffnung 363a fließt, und falls die Kraftstoffeinspritzventile unterschiedliche Strömungscharakteristika haben, kann entweder das Hauptkraftstoffeinspritzvolumen, oder das Zündkraftstoffeinspritzvolumen nicht mit seinen entsprechenden gewünschten Werten eingespeist werden, und zwar aufgrund ihrer unterschiedlichen Strömungscharakteristika. D.h. beispielsweise, daß falls eines der Kraftstoffeinspritzventile einen großen Druckverlust aufweist, während das andere Ventil einen kleinen Druck verlust aufweist, wenn Kraftstoff von ein und derselben Kraftstoffver sorgungsquelle gleichzeitig in die Kraftstoffeinspritzventile gespeist wird, der Kraftstoff mit einem kleineren Volumen als dem gewünschten Wert aus einem der Kraftstoffeinspritzventile fließt, während Kraftstoff mit dem größeren Volumen als dem gewünschten Wert aus dem anderen Ventil fließt. Dementsprechend wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 60 eine zweite modifizierte Ausführungsform des Verteilers beschrieben, der Kraftstoff mit den gewünschten Volumina in die Kraftstoffeinspritzventile speisen kann, selbst wenn diese Kraftstoffeinspritzventile unterschiedliche Strömungscharakteristika aufweisen.

Bei dem in Fig. 60 dargestellten Verteiler 460 erstreckt sich eine zweite Plunger-Kraftstoffauslaßöffnung 467a in einer Richtung, die zur ersten Plunger-Kraftstoffauslaßöffnung 467c einen Winkel unter 180°, jedoch nur etwas unter 180°, um die Plunger-Mittelachse als Zentrum erstreckt. Es sei darauf hingewiesen, daß der Verteiler bei dieser zweiten modifizierten Ausführungsform im wesentlichen der gleiche ist wie der Verteiler der ersten modifizierten Ausführungsform ist, mit Ausnahme der vorerwähnten Anordnungsweise. Bei Verwendung dieser Plunger-Kraftstoffauslaßöff nungen 467c, 467d wird kein Kraftstoff in den #1-Motorzylinder gespeist, wenn Kraftstoff in den #4-Motorzylinder gespeist wird. Allerdings wird der Kraftstoff etwas später in den #1-Motorzylinder eingespeist. Demge mäß wird aus dem Verteiler 460 kein Kraftstoff gleichzeitig in die Kraftstoffeinspritzventile gespeist, und daher kann der Kraftstoff mit dem im wesentlichen gewünschten Volumen in jedes der Kraftstoffeinspritzven tile eingespeist werden, selbst wenn sie eine unterschiedliche Durchfluß charakteristik aufweisen.

Als nächstes wird unter Bezugnahme auf die Fig. 61 und 62 eine Aus führungsform der Kraftstoffpumpe erläutert.

Wie oben erwähnt, wurde dargelegt, daß der Kraftstoff für die Motor zylinder in jedes der Kraftstoffeinspritzventile aus einer einzigen Kraft stoffpumpe mit Hilfe des Kraftstoffverteilers gespeist wird. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird jedoch der Kraftstoff durch entspre chende Kraftstoffpumpen in die Kraftstoffeinspritzventile gespeist, d. h., daß nunmehr die sogenannte in-line-Pumpe bzw. die Reihenpumpe, erläutert wird.

Die Kraftstoffpumpe 470 dieser Ausführungsform weist ein Pumpengehäu se 471, einen Kolben 473, der angepaßt ist, um im Pumpengehäuse 471 hin- und herbewegt zu werden, und einen Kolbenantriebsmechanismus 473 auf. Der Kolbenantriebsmechanismus 473 umfaßt: eine Nockenwelle 474, die durch einen Synchronisationsriemen, oder dergl., an eine Kurbel welle angekuppelt ist; einen Vorrücknocken 475a und einen Verzöge rungsnocken 475b, die an der Nockenwelle 474 befestigt sind, so daß sie in Verbindung mit der Drehung der Nockenwelle 474 in Drehung ver setzt werden; ein Vorrücknockenstößel 476a, das so angeordnet ist, daß es mit der äußeren peripheren Oberfläche des Vorrücknockens 457a in Berührung steht; ein Verzögerungsnockenstößel 476b, das so angeordnet ist, daß es mit der äußeren Oberfläche des Verzögerungsnockens 475b in Berührung steht; einen schwenkbaren Stab 476c, der mit dem Endab schnitt des Kolbens 472 in Berührung steht; einen Haltestift 478 zum schwenkbaren Haltern des Vorrücknockenstößels 476a, des Verzögerungs nockenstößels 476b und des schwenkbaren Stabes 476c; einen synchroni sierenden Umschaltstift 479 zum Schwenken des schwenkbaren Stabes 476c als Antwort auf eines der beiden Nockenstößel 476a, 476b; und ein Solenoid (das nicht dargestellt ist) zum Bewegen des synchronisierenden Umschaltstiftes 479. Das Vorrücknockenstößel 467a, das Verzögerungs nockenstößel 476b und der schwenkbare Stab 467c sind parallel zuein ander angeordnet und werden an ihrem einen Endabschnitt vom Halte stift 478 getragen. Der andere Endabschnitt des schwenkbaren Stabes 476c ist mit einem Durchtrittsloch 477c für den synchronisierenden Um schaltstift versehen, durch das der synchronisierende Umschaltstift 479 hindurchdringt; und der andere Endabschnitt des Vorrücknockenstößels 476a sowie der andere Endabschnitt des Verzögerungsnockenstößels 476b sind jeweils entsprechend mit Umschaltstift-Einsteckabschnitten 477a, 477b versehen, in die gegenüberliegende Endabschnitt des synchronisierenden Umschaltstiftes 479 eingreifen. Der synchronisierende Umschaltstift 479 ist stets in das für den synchronisierenden Umschaltstift vorgesehene Durch trittsloch des schwenkbaren Stabes 476c eingefügt, wird aber mit jedem seiner Endabschnitte entweder in dem einen Einsteckabschnitt 477a des Vorrücknockenstößels 467a, oder in dem des Verzögerungsnockenstößels 467b gemäß seiner eigenen Position eingesteckt.

Nachfolgend wird die Betriebsweise der Kraftstoffpumpe 470 erläutert.

Wenn die Nockenwelle 474 in Verbindung mit der Drehung der Kurbel welle in Drehung versetzt wird, wird auch der an der Nockenwelle 474 befestigte Vorrücknocken 475a sowie der Verzögerungsnocken 475b gedreht. In Verbindung mit der Drehung dieser Nocken 475a, 475b werden die die äußere periphere Oberfläche der Nocken 475a, 475b berührenden Nockenstößel 476a, 476b um den Haltestift 478 als Zen trum, gemäß den Formen der Nocken, mit denen sie in Berührung stehen, geschwenkt. Wenn dabei der synchronisierende Umschaltstift 479 in den Einsteckabschnitt 477a des Vorrücknockenstößels 476a eingesteckt wird, wird auch der schwenkbare Stab 467c in Verbindung mit dem Schwenken des Vorrücknockenstößels 476d geschwenkt. Wenn dabei alternativ der synchronisierende Umschaltstift 479 in den Einsteckabschnitt 477b des Verzögerungsnockenstößels 476b eingesteckt wird, wird der schwenkbare Stab 467c in Verbindung mit der Schwenkung des Ver zögerungsnockenstößels 476b geschwenkt. Dementsprechend wird der Kolben 472 in Verbindung mit dem Schwenken des schwenkbaren Stabes 476c hin- und herbewegt.

Wie oben erwähnt, kann der Kolben, wenn das Solenoid als Antwort auf die CPU 390 eingeschaltet wird, so daß es den synchronisierenden Um schaltstift 479 bewegt, aufgrund der Betätigung eines der Nocken 475a, 475b betätigt werden, und dementsprechend kann der Kraftstoffeinspritz takt geändert werden, wie in Fig. 63 dargestellt.

Die Kraftstoffeinspritzzeitgabe und der Kraftstoffdivergenz-Zerstäubungs winkel sind gleichmäßig auf die Wasserstoffdichte bezogen. Weiter sind das Umwandlungsvermögen des Katalysators und die Kohlenwasserstoff dichte im Abgas gleichmäßig aufeinander bezogen. Wenn daher diese Beziehungen vorher überprüft werden, und wenn die Kraftstoffeinspritz zeitgabe sowie der Kraftstoffdivergenz-Zerstäubungswinkel zusammen mit der Benutzung der Kraftstoffeinspritzventile gemäß der vorliegenden Erfindung gesteuert werden, können schädliche Substanzen im Abgas wirksam beseitigt werden.

Weiter wird während des Teillastbetriebes der Kraftstoffdivergenz-Zer stäubungswinkel ausgeweitet, so daß der Kraftstoff vom Kraftstoffein spritzventil direkt in die Elektroden gerichtet und eine befriedigende Mischung um die Elektroden der Zündkerzen herum erzeugt wird. Während des Vollastbetriebes wird der Kraftstoffdivergenz-Zerstäubungs winkel eingeengt, während die Kraftstoffeinspritzzeitgabe vorgerückt wird, um die Vermischung von Luft und Kraftstoff zu begünstigen. Es ist daher möglich, die Durchführung einer stabilen Verbrennung über einen weiten Betriebsbereich anzustreben.

Claims

1. Steuergerät für ein Antriebssystem, bestehend aus einem Motor und einem Getriebe, gekennzeichnet durch eine Berechnungsvorrichtung zum Steuern des Antriebssystems in Bezug auf das Verhältnis zwi schen der Raddrehzahl und der Motordrehzahl und dem Luft-Kraft stoff-Verhältnis gemäß einem gewünschten Raddrehmoment und einer gewünschten Fahrzeuggeschwindigkeit.

2. Steuergerät für ein Antriebssystem, bestehend aus einem Motor und einem Getriebe, gekennzeichnet durch eine Berechnungsvorrichtung zum Steuern des Antriebssystems in Bezug auf das Verhältnis zwi schen der Raddrehzahl und der Motordrehzahl und dem Ansaugven tilschließwinkel gemäß einem gewünschten Raddrehmoment und einer gewünschten Fahrzeuggeschwindigkeit.

3. Steuergerät für ein Antriebssystem, bestehend aus einem Motor und einem Getriebe, gekennzeichnet durch eine Berechnungsvorrichtung zum Steuern des Antriebssystems in Bezug auf das Verhältnis zwi schen der Raddrehzahl und der Motordrehzahl und dem aufgelade nen Druck gemäß einem gewünschten Raddrehmoment und einer gewünschten Fahrzeuggeschwindigkeit.

4. Steuergerät für ein Antriebssystem, bestehend aus einem Motor und einem Getriebe, gekennzeichnet durch eine Berechnungsvorrichtung zum Steuern des Antriebssystems in Bezug auf das Verhältnis zwi schen der Raddrehzahl und der Motordrehzahl und dem Verhältnis zwischen Expansionshub und Kompressionshub gemäß einem ge wünschten Raddrehmoment und einer gewünschten Fahrzeuggeschwin digkeit.

5. Steuergerät nach einem beliebigen Anspruch 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, daß die Berechnungsvorrichtung so arbeitet, daß die Kraftstoffersparnis und das Beschleunigungsvermögen unter Benutzung eines Betriebsdiagramms optimiert werden.

6. Steuergerät nach einem beliebigen Anspruch 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, daß die Rechenvorrichtung die Berechnung gemäß dem Geschmack des Fahrers in Bezug auf die Beschleunigung oder den Kraftstoffverbrauch, oder gemäß der Fahrumgebung des Fahrzeuges durchführt.

7. Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors, indem ein Volu men an Kraftstoff aus einem Kraftstoffeinspritzventil mit einer Strahlöffnung in die Verbrennungskammer des Verbrennungsmotors eingespritzt wird; bei dem die Einspritzzeitgabe gesteuert wird; und bei dem auch die Öffnungs- und Schließzeitgabe des Ansaugventils gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Kraftstoffein spritzventil eingespritzte Kraftstoffvolumen sowie die Einspritzzeitgabe gemäß der Änderung des Luftvolumens gesteuert werden, das in der Verbrennungskammer verbrannt wenden soll.

8. Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors, indem ein Volu men an Kraftstoff aus einem Kraftstoffeinspritzventil mit einer Strahlöffnung in die Verbrennungskammer des Verbrennungsmotors eingespritzt wird; bei dem die Einspritzzeitgabe gesteuert wird; und bei dem auch die Öffnungs- und Schließzeitgabe des Ansaugventils gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Kraftstoffein spritzventil eingespritzte Kraftstoffvolumen sowie die Einspritzzeitgabe gemäß der Position des Beschleunigungspedals gesteuert werden.

9. Steuergerät für einen Verbrennungsmotor, aufweisend:
eine Kraftstoffeinspritzzeitgabe-Steuervorrichtung zum Steuern des Kraftstoffvolumens, das von einem Kraftstoffeinspritzventil mit einer Strahlöffnung in die Verbrennungskammer des Verbrennungsmotors eingespritzt wird, sowie zum Steuern der Kraftstoffeinspritzzeitgabe, und
eine Ansaugventilöffnung und eine Schließsteuervorrichtung zum Steuern der Öffnung und der Schließzeitgabe des Ansaugventils, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffeinspritzzeitgabe-Steuervor richtung das Kraftstoffvolumen und die Kraftstoffeinspritzzeitgabe gemäß der Änderung des Luftdruckvolumens steuert, das in der Verbrennungskammer verbrannt werden soll.

10. Steuergerät für einen Verbrennungsmotor, aufweisend:
eine Kraftstoffeinspritzzeitgabe-Steuervorrichtung zum Steuern des Kraftstoffvolumens, das von einem Kraftstoffeinspritzventil mit einer Strahlöffnung in die Verbrennungskammer des Verbrennungsmotors eingespritzt wird, sowie zum Steuern der Kraftstoffeinspritzzeitgabe, und
eine Ansaugventilöffnung und eine Schließsteuervorrichtung zum Steuern der Öffnung und der Schließzeitgabe des Ansaugventils, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffeinspritzzeitgabe-Steuervor richtung das Kraftstoffvolumen und die Kraftstoffeinspritzzeitgabe gemäß der Position des Beschleunigungspedals gesteuert wird.

11. Kraftstoffeinspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff in den Motor zylinder eines Verbrennungsmotors, aufweisend:
ein Ventilgehäuse mit einem darin definierten Kraftstoffkanal, bei dem ein Endabschnitt mit einer Kraftstoffansaugöffnung, und der andere Endabschnitt mit einer Kraftstoffeinspritzöffnung ausgebildet ist, und bei dem ein Kraftstoffverschiebungsraum im Mittelabschnitt des Kraftstoffkanals gebildet ist;
ein Ventilelement, das verschiebbar in den Ventilverschiebungsraum des Ventilgehäuses eingebaut ist; und
eine Ventilpositions-Justiervorrichtung zum Abstimmen der Position des Ventilelementes im Ventilverschiebungsraum,
dadurch gekennzeichnet, daß der im Gehäuse gebildete Kraftstoff kanal einen Schmalwinkelzerstäubungskanal aufweist, der durch einen Divergenz-Zerstäubungswinkel für den beim Durchfließen durch den Kanal zerstäubten Kraftstoff auf einen vorbestimmten spezifischen Winkel eingestellt wird; und einen Weitwinkelzerstäubungswinkel aufweist, der durch einen Divergenz-Zerstäubungswinkel für den beim Durchfließen durch den Kanal zerstäubten Kraftstoff größer einge stellt wird als der vorbestimmte spezifische Winkel,
wobei der Ventilverschiebungsraum im Ventilgehäuse so ausgebildet ist, daß das Ventilelement zwischen einer Schmalwinkelzerstäubungs position, in der der Kraftstoff in den Schmalwinkelzerstäubungskanal, aber nicht in den Weitwinkelzerstäubungskanal fließt, zwischen einer Weitwinkelzerstäubungsposition, in der der Kraftstoff durch den Weitwinkelzerstäubungskanal fließt, und einer Ventilschließposition bewegbar ist, in der der Kraftstoff weder in den Weitwinkelzerstäu bungskanal, noch in den Schmalwinkelzerstäubungskanal fließt und
wobei die Ventilpositions-Justiervorrichtung das Ventilelement zwi schen der Schmalwinkelzerstäubungsposition, der Weitwinkelzerstäu bungsposition und der Ventilschließposition verschiebt.

12. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 11, bei der der Kraftstoffkanal einen Raumeinlaßöffnungs-Seitenkanal zum Leiten des Kraftstoffes aus der Kraftstoffansaugöffnung in den Ventilverschiebungsraum, sowie einen Raumauslaßöffnungs-Seitenkanal zum Leiten des Kraft stoffes aus dem Ventilverschiebungsraum in die Kraftstoffauslaßöff nung umfaßt;
wobei der Raumauslaßöffnungs-Seitenkanal in zylindrischer Form um eine Einspritzmittelachse gebildet ist, die sich in einer vorbestimmten Richtung als Mittelachse erstreckt, wobei der Raumeinlaßöffnungs- Seitenkanal genau stromaufwärts des Ventilverschiebungsraumes in zwei Zweigkanäle gegabelt ist, wobei einer der Zweigkanäle so ausgebildet ist, daß der aus ihm in den Ventilverschiebungsraum fließende Kraftstoff um die Einspritzmittelachse wirbelt, und daß der andere der Zweigkanäle so ausgebildet ist, daß der aus ihm in den Ventilverschiebungsraum fließende Kraftstoff die Wirbelkraft des Kraftstoffes schwächt, der aus dem einen Zweigkanal in den Ventil verschiebungsraum zum Verwirbeln im Ventilverschiebungsraum geflossen ist; und daß der eine Zweigkanal den Weitwinkelzerstäu bungskanal definiert, während der andere Zweigkanal den Schmal winkelzerstäubungskanal definiert.

13. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 11, bei dem der Kraftstoff kanal einen Raumeinlaßöffnungs-Seitenkanal zum Leiten des Kraft stoffes aus der Kraftstoffansaugöffnung in den Ventilverschiebungs raum, sowie eine Vielzahl von Raumauslaßöffnungs-Seitenkanälen zum Leiten des aus dem Ventilverschiebungsraum kommenden Kraft stoffes in die Kraftstoffauslaßöffnung umfaßt;
wobei die Vielzahl der Raumauslaßöffnungs-Seitenkanäle jeweils am Ende Kraftstoffauslaßöffnungen aufweist;
wobei sich ein Teil der Vielzahl der Raumauslaßöffnungs-Seiten kanäle in eine Richtung erstreckt, die einen vorbestimmten spezifi schen Winkel zur Einspritzmittelachse einschließen, die sich in einer vorbestimmten Richtung erstreckt, während sich der restliche Teil der Kanäle- in einer Richtung erstreckt, die einen größeren Winkel als den genannten spezifischen Winkel zur Einspritzmittelachse einschließt und
wobei der genannte Teil der Vielzahl der Raumauslaß-Seitenkanäle einen Schmalwinkelzerstäubungskanal definieren, während der restli che Teil Weitwinkelzerstäubungskanäle definiert.

14. Verbrennungsmotorgerät, umfassend:
einen Viertaktmotor, der einen Zylinder, einen im Zylinder hin- und herbewegten Kolben, und eine Zündkerze zum Zünden im Zylinder;
ein Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, 2 oder 3;
eine Kraftstoffeinspritz-Zeitgabejustiervorrichtung zum Abstimmen des Taktes, mit dem der Kraftstoff aus dem Kraftstoffeinspritzventil eingespritzt wird;
eine Kraftstoffeinspritzvolumen-Berechnungsvorrichtung zum Berech nen des vom Kraftstoffeinspritzventil eingespritzten Kraftstoffvolu mens; und
eine Steuervorrichtung zum Anweisen der Kraftstoffeinspritzzeitgabe- Justiervorrichtung, den Einspritztakt des vom Kraftstoffeinspritzventil kommenden Kraftstoffes zu ändern, und zum Anweisen ,der Ventilpo sitions-Justiervorrichtung des Kraftstoffeinspritzventils, die Position des Ventilelementes in Abhängigkeit davon zu ändern, daß das von der Kraftstoffeinspritzvolumen-Berechnungsvorrichtung ermittelte Kraftstoff einspritzvolumen einen vorbestimmten Wert erreicht, oder nicht,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Kraftstoffeinspritzventil Kraftstoff direkt in den Zylinder einspeist und im Zylinder derart vorgesehen ist, daß der Kraftstoff, der eingespritzt wird, wenn das Ventilelement in der Weitwinkelzer stäubungsposition plaziert ist, auf eine Elektrode der Zündkerze gerichtet ist.

15. Verbrennungsmotorgerät nach Anspruch 14, daß der Viertaktmotor, in welchem sich der Kolben hin- und herbewegt, so daß er den Ansaughub, den Kompressionshub, den Expansionshub und den Auspuffhub wiederholt, eine Vorrichtung zur Durchführung des Millerzyklus aufweist, um den Expansionshub länger als den Kom pressionshub zu machen.

16. Verbrennungsmotorgerät nach Anspruch 14 oder 15, das weiter einen Katalysator zur Beseitigung schädlicher Substanzen aus dem Abgas umfaßt, das vom Viertaktmotor ausgestoßen wird, wobei der Kataly sator aus einem Metallionenaustausch-Zeolithkatalysator und einem Platin-Aluminiumoxidgruppenkatalysator besteht.