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DE19847851A1 - Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors - Google Patents

Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors

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DE19847851A1
DE19847851A1 DE19847851A DE19847851A DE19847851A1 DE 19847851 A1 DE19847851 A1 DE 19847851A1 DE 19847851 A DE19847851 A DE 19847851A DE 19847851 A DE19847851 A DE 19847851A DE 19847851 A1 DE19847851 A1 DE 19847851A1
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valve
internal combustion
combustion engine
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controlling
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DE19847851A
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Takuya Shiraishi
Toshiharu Nogi
Minoru Ohsuga
Yoko Nakayama
Noboru Tokuyasu
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Hitachi Ltd
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors, bei dem der Ventilöffnungszeitpunkt und der Ventilschließzeitpunkt eines Einlaßventils und eines Auslaßventils des Verbrennungsmotors entsprechend einem Betriebszustand des Verbrennungsmotors gesteuert werden.
Zur Steuerung der Last eines Verbrennungsmotors sind zwei Verfahren bekannt, wovon eines ein Verfahren ist zum Zuführen von Kraftstoff in einer der Ansaugluftmenge entsprechenden Menge durch Steuern der Ansaugluftmenge entsprechend einer Last und wovon das zweite ein Verfah­ ren ist zum Steuern der Kraftstoffmenge in Übereinstim­ mung mit einer Last ohne Begrenzung der Ansaugluftmenge. Die obenerwähnten Unterschiede ergeben sich aus der Eigenschaft des zu verwendenden Kraftstoffs, wobei das erstgenannte Verfahren einem Benzin-Verbrennungsmotor entspricht und das letztgenannte Verfahren einem Diesel-Ver­ brennungsmotor entspricht.
Allgemein besteht der Grund, weshalb ein Dieselmotor einen geringen Kraftstoffverbrauch hat, darin, daß die Ansaugluftmenge nicht gedrosselt wird und ein Pumpverlust nicht erzeugt wird. Da andererseits im Benzinmotor eine Laststeuerung entsprechend der Ansaugluftmenge ausgeführt wird, muß in einem Zustand mit niedriger Last die Ansaug­ luftmenge gedrosselt werden, weshalb in der Ansaugluft­ leitung eine Drosselklappe vorgesehen ist. Somit herrscht am Ansauganschluß, der in Strömungsrichtung hinter der Drosselklappe angeordnet ist, ein Druck, der geringer als der Atmosphärendruck, d. h. ein Unterdruck, ist. Da der Druck in der Brennkammer am Ende des Ausstoßtakts angenä­ hert gleich dem Atmosphärendruck ist, ist in Strömungs­ richtung vor dem Einlaßventil (auf Seiten des Einlaßan­ schlusses) am Beginn eines Ansaugtakts ein Unterdruck vorhanden, während dahinter (auf Seiten der Brennkammer) Atmosphärendruck herrscht.
Damit die Luft von der Seite des Ansauganschlusses zur Seite der Brennkammer strömen kann, muß daher die Luft entsprechend einer Absenkbewegung des Kolbens angesaugt werden, so daß der Verbrennungsmotor Arbeit leistet, um die Luft anzusaugen. Diese Arbeit wirkt der Arbeit des Verbrennungsmotors entgegen und wird daher Pumpverlust genannt. Insbesondere während eines Zustands mit niedri­ ger Last und während eines Zustands mit mittlerer Last ist der Öffnungsgrad der Drosselklappe gering, so daß ständig ein Pumpverlust erzeugt wird und ein hoher Kraft­ stoffverbrauch entsteht.
Als Technik zur Reduzierung des Pumpverlusts ist ein Magerverbrennungssystem vorgeschlagen worden, in dem die Verbrennung bei gleicher Kraftstoffmenge, jedoch bei erhöhter Luftmenge ausgeführt wird, wobei dieses Mager­ verbrennungssystem im praktischen Gebrauch ist. In diesem Magerverbrennungssystem wird aber die Luftmenge entspre­ chend der Drosselklappe gesteuert, wobei der Pumpverlust in einem erheblichen Betriebsbereich erzeugt wird.
Um die Erzeugung des Pumpverlusts unter einen Grenzwert zu drücken, wird in Betracht gezogen, die Ansaugluftmenge in der Nähe der Brennkammer zu steuern, wobei diese Steuerung durch das Einlaßventil ausgeführt werden muß. Durch Steuern der Ventilöffnungsperiode und des Ventil­ hubbetrags des Einlaßventils kann die Luftmenge einge­ stellt werden, eine genaue Steuerung der für den Leerlauf notwendigen Luftmenge wird jedoch wesentlich durch die Genauigkeit der Steuerung der Ventilöffnungsperiode und des Ventilhubbetrags des Einlaßventils beeinflußt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Steuern der Ansaugluftmenge durch Steuern des Einlaß­ ventils zu schaffen, bei dem der Pumpverlust im gesamten Betriebsbereich sowie der Kraftstoffverbrauch reduziert werden können.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach einem der unabhängigen Ansprüche. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Wenn ein Betriebszustand des Verbrennungsmotors als Zustand mit niedriger Last oder mit mittlerer Last beur­ teilt wird, wird die Drosselklappe unabhängig vom Betäti­ gungsgrad eines Fahrpedals auf einen großen Öffnungsgrad gesteuert, ferner werden der Ventilschließzeitpunkt und/oder der Ventilhubbetrag des Einlaßventils in der Weise gesteuert, daß die Ansaugluftmenge entsprechend gesteuert wird.
Gemäß weiterer Merkmale der Erfindung werden ein Verbren­ nungsmotor, in dem das Verfahren ausgeführt werden kann, sowie eine Steuervorrichtung eines Verbrennungsmotors zur Ausführung des Verfahrens geschaffen.
Nochmals weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlich beim Lesen der folgenden Beschreibung zweckmäßiger Ausführungen, die auf die beigefügte Zeich­ nung Bezug nimmt; es zeigen:
Fig. 1 eine Gesamtansicht eines Systems, in dem das Verfahren der Erfindung verwendet wird;
Fig. 2 ein Diagramm zur Erläuterung einer Beziehung zwischen dem Ventilschließzeitpunkt des Einlaß­ ventils und der Ansaugluftmenge;
Fig. 3 ein Diagramm zur Erläuterung des Betriebszustand-Er­ fassungsergebnisses und des Ventilschließzeit­ punkts des Einlaßventils;
Fig. 4 eine Ansicht zur Erläuterung eines Zustands eines Einlaßanschluß-Einspritzmotors, in dem ein System mit späterer Schließung der Erfindung verwendet wird;
Fig. 5 eine Ansicht zur Erläuterung eines Zustands eines Direkteinspritzungsmotors, in dem ein System mit späterer Schließung der Erfindung verwendet wird;
Fig. 6 eine Ansicht zur Erläuterung eines Zustandes eines Direkteinspritzungsmotors, in dem ein Sy­ stem mit früherer Schließung der Erfindung ver­ wendet wird;
Fig. 7 eine Ansicht zur Erläuterung eines Betriebszu­ standes mit hoher Last eines Direkteinspritzungs­ motors, in dem das Verfahren der Erfindung ver­ wendet wird;
Fig. 8 ein Diagramm zur Erläuterung einer Beziehung zwischen einem Ventilschließvorgang des Einlaß­ ventils und dem Druck in der Brennkammer;
Fig. 9 ein Diagramm zur Erläuterung einer Beziehung zwischen dem Niederdrückungsgrad eines Fahrpedals und dem Öffnungsgrad einer Drosselklappe gemäß der Erfindung;
Fig. 10 ein Diagramm zur Erläuterung einer Beziehung zwischen dem Niederdrückungsgrad eines Fahrpe­ dals, dem Ventilschließzeitpunkt des Einlaßven­ tils und der Ansaugluftmenge;
Fig. 11 einen Ablaufplan zur Erläuterung eines Betriebs­ zustand-Beurteilungsverfahrens, wenn ein Klopfen erzeugt wird;
Fig. 12 ein Diagramm zur Erläuterung einer Beziehung zwischen dem mittleren effektiven Bremsdruck und einem spezifischen Kraftstoffverbrauch für unter­ schiedliche Ventilschließzeitpunkte des Einlaß­ ventils;
Fig. 13 eine Ansicht zur Erläuterung einer Beziehung zwischen dem mittleren effektiven Bremsdruck und einem spezifischen Kraftstoffverbrauch für unter­ schiedliche Ventilschließzeitpunkte des Einlaß­ ventils und unterschiedliche Luft-/Kraftstoff­ verhältnisse; und
Fig. 14 ein Diagramm zur Erläuterung einer Beziehung zwischen Hubbetrag des Einlaßventils und der An­ saugluftmenge.
Wie in Fig. 1 gezeigt ist, enthält ein Verbrennungsmotor 1 einen Kurbelmechanismus mit einer Pleuelstange 4 und einer Kurbelwelle 5, sowie eine Brennkammer 3, die durch einen mit diesem Kurbelmechanismus verbundenen Kolben 2 und einen Motorkopf 8 des Verbrennungsmotors 1 gebildet ist. Die Brennkammer 3 ist durch ein Einlaßventil 10, ein Auslaßventil 11 und eine Zündkerze 12, die im Motorkopf 8 angebracht sind, dicht verschlossen. Sowohl das Einlaß­ ventil 10 als auch das Auslaßventil 11 werden durch variable Ventilmechanismen 30 bzw. 40 betätigt. Der Verbrennungsmotor 1 saugt die zur Ausführung der Verbren­ nung erforderliche Luft in die Brennkammer 3 entsprechend einer Betätigung einer Drosselklappe 17 und einer hin- und hergehenden Bewegung des Kolbens 2 an.
Was die in den Verbrennungsmotor 1 angesaugte Luft be­ trifft, werden die in der Luft enthaltenen Stäube und Schmutzpartikel durch einen Luftfilter 15 entfernt und wird mittels eines Luftmengensensors 16 die angesaugte Luftmenge, die eine Grundlage für die Berechnung der Kraftstoffeinspritzmenge bildet, gemessen. Wenn der Öffnungsgrad der Drosselklappe 17 gering ist, herrscht am Einlaßanschluß 19 hinter der Drosselklappe 17 und inner­ halb der Brennkammer ein Unterdruck, der niedriger als der Atmosphärendruck ist, wobei ein Drucksensor 14 in der Ansaugluftleitung diesen Druck in der Ansaugluftleitung, der für die Steuerung des Verbrennungsmotors 1 verwendet wird, mißt.
Eine Steuereinheit 63 zum Steuern des Verbrennungsmotors 1 enthält eine Betriebszustand-Erfassungseinrichtung 66 zur Erfassung des Betriebszustands des Verbrennungsmotors 1 anhand der Signale von verschiedenen Sensoren, sowie eine Einrichtung 64 für variable Ventilsteuerung zur Steuerung der variablen Ventilmechanismen 30 und 40, die im Verbrennungsmotor 1 angebracht sind. Die Steuereinheit 63 steuert die Kraftstoffmenge und den Einspritzzeitpunkt des von einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung 13 einge­ spritzten Kraftstoffs.
Ein Niederdrückungsgrad des Fahrpedals 61, das durch einen Fahrer 60 des Fahrzeugs, das den Verbrennungsmotor 1 enthält, betätigt wird, wird durch ein Potentiometer 62 in elektrische Signale umgesetzt und in die Betriebs zu­ stand-Erfassungseinrichtung 66 in der Steuereinheit 63 eingegeben. Die Signale, die in die Betriebszustand-Er­ fassungseinrichtung 66 eingegeben werden, umfassen weitere Signale, beispielsweise Signale von Kurbelwinkel­ sensoren 6 und 7, die an der Kurbelwelle 5 montiert sind, Signale von einem Temperatursensor 25 zur Erfassung der Temperatur eines Abgaskatalysators, Signale von einem Drucksensor 21, der in der Brennkammer 3 installiert ist und den Druck im Innenraum der Brennkammer 3 erfaßt, sowie Signale von einem Klopfsensor 22 zur Erfassung eines Klopfens.
Die Einrichtung 64 für variable Ventilsteuerung gibt die Steuersignale an einen Motor 18 zur Betätigung der Dros­ selklappe 17 anhand der Signale von der Betriebszustand-Er­ fassungseinrichtung 66 und an den variablen Ventilme­ chanismus 30 zum Betätigen des Einlaßventils 10 aus, wodurch die Einrichtung 64 für variable Ventilsteuerung die Luftmenge, die in den Verbrennungsmotor 1 angesaugt wird, einstellt. Die Steuereinheit 63 gibt Steuersignale an die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 13 auf der Grund­ lage der Signale von der Betriebszustand-Erfassungsein­ richtung 66 aus, ferner stellt die Steuereinheit 63 die Kraftstoffeinspritzmenge und die Einspritzperiode ein.
Zunächst wird mit Bezug auf Fig. 2 die Beziehung zwischen dem Ventilschließzeitpunkt des Einlaßventils 10 und der Luftansaugmenge, die einen wesentlichen Punkt der Erfin­ dung darstellt, mit Bezug auf Fig. 2 erläutert. In Fig. 2 ist auf der horizontalen Achse der Ventilschließzeitpunkt des Einlaßventils 10 aufgetragen, der auf einen vorgege­ benen konstanten Wert festgelegt ist, der in der Nähe des OTP (oberer Totpunkt) liegt, während auf der vertikalen Achse die Luftansaugmenge aufgetragen ist. Wenn der Ventilöffnungszeitpunkt des Einlaßventils 10 vom Ansaug­ takt zum Verdichtungstakt geändert wird, wird, wie in dieser Figur gezeigt ist, auch die Ansaugluftmenge von der durchgezogenen Linie 101 zur Strichlinie 102 geän­ dert.
Da durch ein Schließen des Einlaßventils 10 während des Ansaugtakts die Luftströmung in die Brennkammer 3 unter­ brochen wird, wird die Ansaugluftmenge reduziert. Wenn der Ventilschließzeitpunkt des Einlaßventils 10 verzögert wird und sich dem UTP (unterer Totpunkt) annähert, wie durch die durchgezogene Linie 101 gezeigt ist, wird die Ansaugluftmenge erhöht. Der Maximalwert für die Ansaug­ luftmenge wird bei einem Ventilschließzeitpunkt erhalten, der den UTP geringfügig (um einen Kurbelwinkel von 20° bis 30°) durchlaufen hat. Dies ist ein Phänomen, das Trägheitsaufladung genannt wird und bewirkt, daß die Ansaugluft aufgrund ihrer Trägheit nach dem Durchlaufen des UTP in die Brennkammer 3 strömt.
Da nach dem Durchlaufen des UTP der Verdichtungstakt erfolgt, nimmt nach Verstreichen einer gewissen Zeit aufgrund der Aufwärtsbewegung des Kolbens 2 die Ansaug­ luftmenge in der Brennkammer 3 ab, da die in die Brenn­ kammer 3 angesaugte Luft teilweise wieder zurückgeschoben wird (Rückströmung zur Einlaßanschlußseite), wie durch die Strichlinie 102 gezeigt ist. Ferner ist die Verbren­ nung bis zum Zündzeitpunkt unzureichend, da sie unvoll­ ständig ist und der Ventilschließzeitpunkt des Einlaßven­ tils 10 verzögert ist, weshalb das obenerwähnte Phänomen nicht zweckmäßig ist.
Nun wird mit Bezug auf Fig. 3 das Verfahren zur Bestim­ mung des Ventilschließzeitpunkts für den Fall beschrie­ ben, in dem die Betriebszustand-Erfassungseinrichtung 66 beurteilt, daß der Betriebszustand des Verbrennungsmotors 1 ein Zustand mit niedriger Last, mit mittlerer Last bzw. mit hoher Last ist. Wie später beschrieben wird (in Verbindung mit Fig. 9), wird die Drosselklappe 17 ledig­ lich zur Steuerung der Luftansaugmenge in einem äußerst niedrigen Lastzustand wie etwa dem Leerlauf und derglei­ chen und in einem hohen Lastzustand verwendet, während die Drosselklappe 17 im Zustand mit niedriger Last und im Zustand mit mittlerer Last vollständig geöffnet ist.
Aus den oben angegebenen Gründen wird die Luftansaug­ menge, die in die Brennkammer 3 strömt, in Übereinstim­ mung mit der Ventilöffnungsperiode des Einlaßventils 10 gesteuert. Falls der Ventilöffnungszeitpunkt konstant ist, wird die Luftansaugmenge in Übereinstimmung mit dem Ventilschließzeitpunkt des Einlaßventils 10 gesteuert. Daher wird der Ventilschließzeitpunkt des Einlaßventils 10 in einem Zustand mit niedriger oder mittlerer Last wie in Fig. 3 durch die durchgezogene Linie 105 bzw. die durchgezogene Linie 106 gezeigt bestimmt.
Die durchgezogene Linie 106 zeigt den Fall eines Systems mit früherer Ventilschließung an, in dem das Einlaßventil 10 vor dem UTP des Ansaugtakts geschlossen wird, während die durchgezogene Linie 105 das System mit späterer Schließung an,zeigt, bei dem das Einlaßventil 10 nach dem UTP geschlossen wird. In dem System mit späterer Schlie­ ßung muß das Zeitintervall bis zum Zündzeitpunkt, der durch die durchgezogene Linie 108 gezeigt ist, beachtet werden.
Wenn ein Zustand mit hoher Last ermittelt wird, der durch die durchgezogene Linie 107 angezeigt ist, ist der Ven­ tilschließzeitpunkt des Einlaßventils 10 auf einen vorge­ gebenen konstanten Wert festgelegt. Dieser vorgegebene konstante Wert ist ein Zeitpunkt, zu dem die Ausnutzung der Trägheit der Luft maximal ist und der im allgemeinen ungefähr 20° bis 30° nach dem UTP liegt.
Nun wird ein Steuerverfahren, in dem ein variabler Ven­ tilmechanismus und ein Verbrennungsmotor mit Direktein­ spritzung kombiniert sind, durch Vergleich mit einem Einlaß-Einspritzmotor erläutert.
Zunächst ist in Fig. 4 ein Diagramm gezeigt, das den Ventilschließbetrieb des Einlaßventils 10 und des Auslaß­ ventils 11 sowie den Zustand des Verbrennungsmotors 1 zu den obigen Zeiten zeigt, falls der variable Ventilmecha­ nismus mit dem Einlaß-Einspritzmotor kombiniert ist. In Fig. 4 ist ferner ein Diagramm gezeigt, in dem der Ven­ tilhubbetrag gegen den Kurbelwinkel aufgetragen ist, der von den Kurbelwinkelsensoren 6 und 7 ausgegeben wird, die in dem in Fig. 1 gezeigten Verbrennungsmotor 1 montiert sind.
Der angenähert rechtwinklige Kurvenverlauf 70 zeigt eine Änderung des Ventilhubbetrags des Auslaßventils 11, während der angenähert rechtwinklige Kurvenverlauf 80 eine Änderung des Ventilhubbetrags des Einlaßventils 10 zeigt. Bei dem mit dem Bezugszeichen 74 bezeichneten Kurbelwinkel beginnt das Auslaßventil 11 den mit dem Bezugszeichen 71 bezeichneten Ventilöffnungsbetrieb und erreicht schnell einen mit dem Bezugszeichen 72 bezeich­ neten vorgegebenen Wert in der Nähe des maximalen Ventil­ hubbetrags (einschließlich des maximalen Ventilhubbe­ trags), wobei dieser Ventilhubbetrag während einer vorge­ gebenen Periode ununterbrochen aufrechterhalten wird.
Zu diesem Zeitpunkt befindet sich der Verbrennungsmotor 1 in dem mit dem Bezugszeichen 90 bezeichneten Zustand, in dem nur das Abgasventil 11 geöffnet ist, wobei das Abgas in der Brennkammer 3 wie durch den Pfeil 90a entsprechend der aufsteigenden Bewegung des Kolbens 2 ausgestoßen wird. Bei dem mit dem Bezugszeichen 75 bezeichneten Kurbelwinkel beginnt das Auslaßventil 11 den Ventil­ schließbetrieb, der mit dem Bezugszeichen 73 bezeichnet ist, wobei dieser Ventilschließbetrieb vor dem OTP been­ det ist.
Dann beginnt das Einlaßventil 10 bei dem mit dem Bezugs­ zeichen 84 bezeichneten Kurbelwinkel nach dem OTP den mit dem Bezugszeichen 81 bezeichneten Ventilöffnungsbetrieb und erreicht schnell den mit dem Bezugszeichen 82 be­ zeichneten vorgegebenen Wert in der Nähe des maximalen Ventilhubbetrags (einschließlich des maximalen Ventilhub­ betrags), wobei dieser Ventilhubbetrag während einer vorgegebenen Periode ununterbrochen beibehalten wird.
Zu diesem Zeitpunkt ist der Motor 1 in dem mit dem Be­ zugszeichen 91 bezeichneten Zustand, in dem das Auslaß­ ventil 11 geschlossen ist und nur das Einlaßventil 10 geöffnet ist und somit, wie durch den Pfeil 91a gezeigt ist, entsprechend einer Abwärtsbewegung des Kolbens 2 Luft in die Brennkammer 3 strömt. Dann wird von der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 13 ein Kraftstoffein­ spritzsprühstrahl 20 erzeugt.
Während des Ansaugtakts wird der Kraftstoffeinspritz­ sprühstrahl 20 mit der Luft vollständig vermischt, so daß ein homogenes Gemisch erzeugt wird. Nachdem der Ansaug­ takt den UTP durchlaufen hat, beginnt der Kolben 2 mit einer Aufwärtsbewegung, so daß sich der Verbrennungsmotor 1 in dem mit dem Bezugszeichen 92 bezeichneten Zustand befindet. Zu diesem Zeitpunkt ist das Einlaßventil 10 noch immer geöffnet, so daß ein Teil des in der Brennkam­ mer 3 befindlichen Gemisches 20b in Richtung des Einlaß­ anschlusses zurückströmt, wie durch den Pfeil 92a gezeigt ist.
Nach dem UTP, d. h. bei dem mit dem Bezugszeichen 85 bezeichneten Kurbelwinkel, beginnt das Einlaßventil 10 den Ventilschließbetrieb, der mit dem Bezugszeichen 83 bezeichnet ist. Nachdem das Einlaßventil 10 geschlossen ist und der Kurbelwinkel einen mit dem Bezugszeichen 86 bezeichneten Wert hat, hat der Verbrennungsmotor eine Umdrehung ausgeführt und befindet sich in einer Stellung, die dem mit dem Bezugszeichen 76 bezeichneten Kurbelwin­ kel entspricht; daraufhin wird ein ähnlicher Betrieb wiederholt ausgeführt.
Daher nimmt in der Periode vom UTP zur Ventilschließung die Menge des Gemischs 20b aufgrund der Rückströmung in der Brennkammer 3 ab, so daß die Motorausgangsleistung abgesenkt wird. Da ferner das in dem Einlaßanschluß zurückströmende Gemisch beim nächsten Zyklus in die Brennkammer 3 angesaugt wird, entsteht ein vom Sollwert abweichendes Luft-/Kraftstoffverhältnis. Daher ist die Verwendung dieses Steuerverfahrens des variablen Ventil­ mechanismus gemäß der Erfindung für einen Einlaß-Ein­ spritzmotor nicht zweckmäßig.
Nun wird mit Bezug auf Fig. 5 der Fall beschrieben, in dem der variable Ventilmechanismus mit einem Direktein­ spritzungsmotor kombiniert ist. Die Betriebsweisen des Einlaßventils 10 und des Auslaßventils 11 sind die glei­ chen wie jene, die in Fig. 4 gezeigt sind.
In der Periode, in der das Auslaßventil 11 geöffnet ist, befindet sich der Verbrennungsmotor 1 in dem mit dem Bezugszeichen 93 bezeichneten Zustand, in dem das Abgas wie durch den Pfeil 93a gezeigt ausgestoßen wird. Dann wird das Auslaßventil 11 geschlossen, während das Einlaß­ ventil 10 geöffnet wird, weshalb sich der Verbrennungsmo­ tor 1 in dem mit dem Bezugszeichen 94 bezeichneten Zu­ stand befindet.
Entsprechend der Abwärtsbewegung des Kolbens 2 wird lediglich Luft angesaugt, wie durch den Pfeil 94a gezeigt ist. Nach dem Durchlaufen des UTP des Ansaugtakts befin­ det sich der Verbrennungsmotor 1 in dem mit dem Bezugs­ zeichen 95 bezeichneten Zustand, wobei das Einlaßventil 10 noch immer geöffnet ist. Da der Kolben 2 eine Auf­ wärtsbewegung ausführt, strömt die in der Brennkammer 3 befindliche Luft wie durch den Pfeil 95a gezeigt zurück. Hierbei enthält die zurückströmende Substanz nur Luft.
Bei dem mit dem Bezugszeichen 85 bezeichneten Kurbelwin­ kel nach dem UTP beginnt das Einlaßventil 10 den Ventil­ schließbetrieb, der mit dem Bezugszeichen 83 bezeichnet ist. Dann ist das Einlaßventil 10 geschlossen und somit die Brennkammer 3 dicht verschlossen, woraufhin der Kraftstoff 20 eingespritzt wird und eine Rückströmung des Kraftstoffs 20 verhindert wird.
Ein wesentlicher Punkt der Erfindung ist, daß der Kraft­ stoff 20 nach dem Schließen des Einlaßventils 10 einge­ spritzt wird, was ein Grund für die Kombination mit dem Direkteinspritzmotor ist. Die Festlegung des obenerwähn­ ten Einspritzzeitpunkts ist auf den Zustand mit niedriger Last und niedriger Drehzahl eingeschränkt, damit wegen der Verkürzung der Zeit bis zur Zündung, die mit dem Bezugszeichen 88 bezeichnet ist, die Verdampfungszeit für den Kraftstoff 20 nicht unzureichend wird.
Bei dem mit dem Bezugszeichen 86 bezeichneten Kurbelwin­ kel, d. h. nach dem Schließen des Einlaßventils 10, hat der Verbrennungsmotor eine Umdrehung ausgeführt und befindet sich in einer Stellung, die dem mit dem Bezugs­ zeichen 76 bezeichneten Kurbelwinkel entspricht, worauf­ hin ein ähnlicher Betrieb wiederholt ausgeführt wird.
In Fig. 6 ist ein Verfahren zum Ausführen einer früheren Ventilschließung (System mit früherer Schließung) ge­ zeigt, in dem das Einlaßventil 10 keine Rückströmung erzeugt. Bei dem mit dem Bezugszeichen 84 bezeichneten Kurbelwinkel nach dem Ende des Ausstoßtakts beginnt das Einlaßventil 10 den Ventilöffnungsbetrieb, der mit dem Bezugszeichen 81 bezeichnet ist, und erreicht schnell einen mit dem Bezugszeichen 82 bezeichneten vorgegebenen Wert in der Nähe des maximalen Ventilhubbetrags (einschließlich des maximalen Ventilhubbetrags), wobei der obenerwähnte Ventilhubbetrag für eine vorgegebene Periode ununterbrochen beibehalten wird.
Während dieser Zeit befindet sich der Verbrennungsmotor 1 in dem mit dem Bezugszeichen 94 bezeichneten Zustand, in dem das Auslaßventil 11 geschlossen ist und nur das Einlaßventil 10 geöffnet ist, so daß aufgrund der Ab­ wärtsbewegung des Kolbens 2 Luft in die Brennkammer 3 strömt, wie durch den Pfeil 94a gezeigt ist.
Während des Ansaugtakts beginnt das Einlaßventil 10 bei dem mit dem Bezugszeichen 85 bezeichneten Kurbelwinkel den mit dem Bezugszeichen 83 bezeichneten Ventilschließ­ betrieb, wobei die Ventilschließung erheblich vor dem UTP ausgeführt wird und das Einströmen von Luft unterbrochen wird, wodurch die Ansaugluftmenge abnimmt.
Wenn sich der Verbrennungsmotor 1 nach dem Schließen des Ventils in dem mit dem Bezugszeichen 99 bezeichneten Zustand befindet und die Brennkammer 3 durch das Einlaß­ ventil 10 und das Auslaßventil 11 dicht verschlossen ist, führt der Kolben 2 die Abwärtsbewegung aus. Nach dem UTP wird der Verdichtungstakt ausgeführt, so daß aufgrund der ansteigenden Bewegung des Kolbens 2 die Luft in der Brennkammer 3 verdichtet wird.
In diesem System mit früherer Ventilschließung tritt das Rückströmphänomen nicht auf, so daß der Einspritzzeit­ punkt für den Kraftstoff 20 während des Ansaugtakts und ebenfalls während des Verdichtungstakts ausgeführt werden kann, so daß ein Magerverbrennungsbetrieb mit optimalem Einspritzzeitpunkt ausgeführt werden kann.
Fig. 7 zeigt den Betrieb des Einlaßventils 10 und des Auslaßventils 11 sowie die Motorzustände im Zustand hoher Last. Wenn die Betriebszustand-Erfassungseinrichtung 66 den Zustand des Verbrennungsmotors 1 als Zustand mit hoher Last beurteilt, wird der Ventilschließzeitpunkt des Einlaßventils 10 wie in Fig. 2 gezeigt unter Berücksich­ tigung der Trägheitsladewirkung so gesteuert, daß die Luftansaugmenge maximal wird.
Bei dem mit dem Bezugszeichen 84 bezeichneten Kurbelwin­ kel nach dem Ende des Ausstoßtakts beginnt das Einlaßven­ til 10 mit dem Ventilöffnungsbetrieb, der mit dem Bezugs­ zeichen 81 bezeichnet ist, und erreicht sofort den mit dem Bezugszeichen 82 bezeichneten vorgegebenen Wert in der Nähe des maximalen Ventilhubbetrags (einschließlich des maximalen Ventilhubbetrags), wobei dieser Wert wäh­ rend einer vorgegebenen Periode ununterbrochen aufrecht­ erhalten wird.
Während dieser Zeit befindet sich der Motor 1 in dem mit dem Bezugszeichen 97 bezeichneten Zustand, wobei das Auslaßventil 11 geschlossen ist und nur das Einlaßventil 10 geöffnet ist, so daß entsprechend der Abwärtsbewegung des Kolbens 2 Luft in die Brennkammer 3 strömt, wie durch den Pfeil 97a gezeigt ist, woraufhin die Kraftstoffein­ spritzeinrichtung 13 Kraftstoff 20 einspritzt. Während dieses Ansaugtakts werden der Kraftstoffeinspritzsprüh­ strahl 20 und die Luft vollständig vermischt, so daß ein homogenes Gemisch gebildet wird.
Um in diesem Zustand hoher Last eine große Luftmenge anzusaugen, beginnt das Einlaßventil 10 den mit dem Bezugszeichen 83 bezeichneten Ventilschließbetrieb bei dem mit dem Bezugszeichen 85 bezeichneten Kurbelwinkel, wodurch die Ventilschließung in der Nähe von 20° bis 30° nach dem UTP erfolgt. Der Ventilschließzeitpunkt des Einlaßventils 10 ist so bestimmt, daß eine große Luft­ menge unter Berücksichtigung des Trägheitsladeeffekts angesaugt wird.
In dem mit dem Bezugszeichen 98 bezeichneten Zustand wird in der Brennkammer 3 nach dem Schließen des Einlaßventils 10 ein homogenes Gemisch 20b gebildet. Was den Betrieb des Einlaßventils 10 während des Zustands hoher Last betrifft, wird im Hinblick auf eine große Luftansaugmenge der Ventilschließzeitpunkt so gesetzt, daß die Rückströ­ mung minimal ist. Im Ergebnis ist der Einspritzzeitpunkt für den Kraftstoff 20 vor dem Ventilschließzeitpunkt des Einlaßventils 10 gesetzt, so daß die Ansaugluft und der Kraftstoff 20 vollständig vermischt werden.
Nun wird mit Bezug auf Fig. 8 ein Verfahren zur Beurtei­ lung des Betriebszustandes des Verbrennungsmotors 1 erläutert. Auf der horizontalen Achse ist der Ventil­ schließzeitpunkt des Einlaßventils 10 aufgetragen (der Ventilöffnungszeitpunkt ist auf einen vorgegebenen kon­ stanten Wert in der Nähe des OTP festgelegt), während auf der vertikalen Achse der Druck in der Brennkammer 3 aufgetragen ist, wenn das Einlaßventil 10 geschlossen ist.
Der Druck in der Brennkammer 3 wird unter Verwendung eines am Verbrennungsmotor 1 angebrachten Sensors 21 gemessen. Wenn am Motor 1 eine Aufladevorrichtung mon­ tiert ist, steigt die Luftmenge proportional zum Lade­ druck an. Wenn daher der Ladedruck über den Atmosphären­ druck angestiegen ist und die Luftmenge zunimmt, hat der Druck in der Brennkammer 3 bei geöffnetem Einlaßventil 10 einen Wert, der über dem Atmosphärendruck liegt, wie durch die Strichlinie 111 gezeigt ist.
Dieser Zustand wird als Zustand mit hoher Last beurteilt. Wenn jedoch der Druck niedriger als der Atmosphärendruck ist, wird der Zustand als Zustand mit niedriger Last bzw. als Zustand mit mittlerer Last beurteilt. Falls am Ver­ brennungsmotor 1 keine Aufladevorrichtung montiert ist, ist es nicht möglich, das obenbeschriebene Verfahren zur Beurteilung des Betriebszustands zu verwenden, da der Druck in der Brennkammer 3 stets niedriger als der Atmo­ sphärendruck ist, wie durch die durchgezogene Linie 110 angezeigt ist.
Nun wird ein weiteres Verfahren zur Beurteilung des Betriebszustandes eines Verbrennungsmotors ohne Auflade­ vorrichtung erläutert. Fig. 9 zeigt eine Beziehung zwi­ schen dem Niederdrückungsgrad des Fahrpedals und dem Öffnungsgrad der Drosselklappe. Wenn das Fahrpedal 61 nicht niedergedrückt wird, ist die Drosselklappe 17 leicht geöffnet, um die für den Leerlauf des Verbren­ nungsmotors 1 erforderliche Luftmenge zuzuführen. Wenn die Drosselklappe 17 und das Fahrpedal 61 über eine Seileinrichtung miteinander verbunden wären, würde die Drosselklappe 17 entsprechend dem Niederdrückungsgrad des Fahrpedals 61 gesteuert, wie durch die Strichlinie 118 gezeigt ist.
Einer der wesentlichen Punkte der Erfindung besteht darin, daß mit Ausnahme des Zustandes mit äußerst niedri­ ger Last und des Zustandes mit hoher Last die Drossel­ klappe 17 vollständig geöffnet ist, d. h., daß ihr Öff­ nungsgrad den mit der durchgezogenen Linie 116 angezeig­ ten Verlauf hat, so daß der Pumpverlust reduziert wird. In dem Zustand mit äußerst niedriger Last wird die Dros­ selklappe 17 mit einer Steigung gesteuert, derart, daß die Änderung der Ansaugluftmenge nicht zu plötzlich erfolgt, wie durch die durchgezogene Linie 115 gezeigt ist.
Da der Niederdrückungsgrad des Fahrpedals 61 einen Hin­ weis für das vom Fahrer 60 angeforderte Drehmoment bil­ det, wird ein Niederdrücken des Fahrpedals 61 um mehr als 3/4 des maximalen Niederdrückungsgrades als Zustand mit hoher Last beurteilt, wobei, wie durch die durchgezogene Linie 117 gezeigt ist, die Drosselklappe 117 auf den Niederdrückungsgrad des Fahrpedals 61 verriegelt wird.
Bis zu dem Niederdrückungsgrad von 3/4 des Fahrpedals 61 wird die Ansaugluftmenge durch den Ventilschließzeitpunkt des Einlaßventils 10 gesteuert, bei einem Niederdrüc­ kungsgrad von mehr als 3/4 des Fahrpedals 61 ist jedoch der Ventilschließzeitpunkt des Einlaßventils 10 auf den Zeitpunkt festgelegt, zu dem die maximale Ansaugluftmenge angesaugt wird, wobei durch die Steuerung der Drossel­ klappe 17 die Ansaugluftmenge weiter erhöht werden kann. Die Drosselklappe 17 wird durch einen elektronisch ge­ steuerten Aktuator oder Motor 18, der am Verbrennungsmo­ tor 1 montiert ist, betätigt. Daher kann der Betriebszu­ stand des Verbrennungsmotors 1 anhand des Niederdrüc­ kungsgrades des Fahrpedals 61 beurteilt werden.
Fig. 10 zeigt die Beziehung zwischen dem Niederdrückungs­ grad des Fahrpedals 61 und dem Ventilschließzeitpunkt des Einlaßventils 10 und gibt gleichzeitig die Änderung der Ansaugluftmenge in Abhängigkeit von dem Ventilschließ­ zeitpunkt an. In Fig. 10 bezeichnet das Bezugszeichen QNA die maximale Ansaugluftmenge während des normalen Ansaug­ vorgangs. Bis der Fahrpedal-Niederdrückungsgrad 3/4 des maximalen Niederdrückungsgrades beträgt, ist im Fall des Systems mit früherer Schließung der Ventilschließzeit­ punkt durch die durchgezogene Linie 121 bestimmt, während der Ventilschließzeitpunkt im Fall des Systems mit späte­ rer Schließung durch die durchgezogene Linie 120 bestimmt ist.
Wenn der Niederdrückungsgrad des Fahrpedals 61 wenigstens 3/4 des maximalen Niederdrückungsgrades beträgt, wird er, wie oben angegeben worden ist, auf den mit dem Bezugszei­ chen 122 bezeichneten Zeitpunkt gesteuert, zu dem die maximale Luftmenge angesaugt wird. Die durchgezogene Linie gibt das Luft-/Kraftstoffverhältnis für den Fall des stöchiometrischen Luft-/Kraftstoffverhältnisses an, wobei durch Erhöhen des Luft-/Kraftstoffverhältnisses ein Magerverbrennungsbetrieb ausgeführt wird, was bei glei­ chem Drehmoment, d. h. bei gleichem Niederdrückungsgrad des Fahrpedals 61, bedeutet, daß die Ansaugluftmenge erhöht wird und durch die Strichlinie 131 gegeben ist, während der Ventilschließzeitpunkt des Einlaßventils der Strichlinie 123 oder der Strichlinie 124 und der Strichlinie 125 folgt.
Nun wird mit Bezug auf Fig. 11 ein weiteres Beurteilungs­ verfahren erläutert, das bei Vorhandensein eines Klopf­ phänomens ausgeführt wird. Der am Verbrennungsmotor 1 montierte Klopfsensor 22 erfaßt ständig das Klopfphäno­ men. Im Block 141 wird das Vorhandensein eines Klopfens beurteilt, wobei in dem Fall, in dem kein Klopfen auf­ tritt, beurteilt wird, daß ein Zustand mit niedriger Last oder ein Zustand mit mittlerer Last vorliegt.
Wenn das Klopfen auftritt, wird ein Zustand mit hoher Last ermittelt, wobei im Block 142 die Stärke des Klop­ fens ermittelt wird. Da das Klopfen eine Ursache für eine Zerstörung des Verbrennungsmotors 1 sein kann, muß es in jedem Fall vermieden werden. Wenn jedoch die Klopfstärke gering ist, wird eine Betriebsart für einen Zustand mit hoher Last festgelegt, d. h. im Block 143 wird der Ven­ tilschließzeitpunkt des Einlaßventils 10 in der Nähe von 20° bis 30° nach dem UTP gesetzt, wobei die Luftansaug­ menge durch die Drosselklappe 17 gesteuert wird. Im Block 144 wird der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt vor den Ventil­ schließzeitpunkt des Einlaßventils 10 gesetzt.
Mit der obigen Konstruktion werden die Luft und der Kraftstoff in der Brennkammer 3 vollständig vermischt, so daß ein homogenes Gemisch gebildet wird. Dann wird auf­ grund der durch die latente Wärme bewirkten Verdampfung des Kraftstoffs 20 die Temperatur in der Brennkammer 3 abgesenkt, wodurch die Erzeugung eines Klopfens verhin­ dert werden kann.
Im Block 145 wird nochmals das Vorhandensein eines Klop­ fens beurteilt, wobei der Prozeß in dem Fall, in dem die Beurteilung ergibt, daß kein Klopfen vorliegt, beendet ist. Wenn im Block 145 ein Klopfen festgestellt wird oder wenn im Block 142 festgestellt wird, daß die Klopfstärke groß ist, wird eine Klopfvermeidungssteuerung ausgeführt. Da angenommen wird, daß das in diesem Zustand erzeugte Klopfen aufgrund des hohen Verbrennungsdrucks in der Brennkammer 3 erzeugt wird, kann durch Nacheilung oder Voreilung des Winkels des Ventilschließzeitpunkts des Einlaßventils 10 und ferner durch Absenken des effektiven Verdichtungsverhältnisses das Klopfen begrenzt werden.
Da im Block 143 der Ventilschließzeitpunkt des Einlaßven­ tils 10, bei dem kein Klopfen erzeugt wird, bestimmt wird, wird im Block 146 der Ventilschließzeitpunkt des Einlaßventils 10 gegenüber dem oben gesetzten Wert in der Nähe von 20° bis 30° nach dem UTP auf einen Wert geän­ dert, der im Block 144 bestimmt wird, woraufhin die Ansaugluftmenge durch die Drosselklappe 17 gesteuert wird.
Ferner wird im Block 144 der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt vor dem Ventilschließzeitpunkt des Einlaßventils 10 gesetzt. Bei dieser Konstruktion wird bei Vorhandensein des Klopfens der Betriebszustand des Verbrennungsmotors 1 beurteilt, wobei bei Auftreten eines Klopfens die Be­ triebsart für hohe Last eingestellt wird und ferner eine Klopfvermeidungssteuerung ausgeführt wird.
Fig. 12 zeigt ein Testergebnis für den Motor in dem Fall, in dem das Luft-/Kraftstoffverhältnis konstant ist und der Ventilschließzeitpunkt des Einlaßventils 10 geändert wird. In Fig. 12 bezeichnet das Bezugszeichen (ABDC) auf der vertikalen Achse 30° nach dem UTP des Ansaugtakts an. Bei dem Motor handelt es sich um einen Viertaktmotor mit vier Zylindern und mit einem Hubraum von 1800 cm3, wobei dieser Motor 1 ein Direkteinspritzungsmotor ist, bei dem der Kraftstoff direkt in die Brennkammer 3 eingespritzt wird.
Auf der vertikalen Achse ist der spezifische Kraftstoff­ verbrauch aufgetragen, während auf der horizontalen Achse der mittlere effektive Bremsdruck Pe (kPa) aufgetragen ist, der durch das Verhältnis des von der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 1 aus gegebenen Bremsdrehmoments T (Nm) zu einer Verschiebung Vs (L), multipliziert mit einem Proportionalitätsfaktor von 1,257, gegeben ist:
Pe = 1,257.(T/Vs) (1).
Wenn der Ventilschließzeitpunkt des Einlaßventils 10 30° beträgt, verändert sich der spezifische Kraftstoffver­ brauch SFC (g/psh) in Abhängigkeit von Pe wie durch die durchgezogene Linie 180 gezeigt. Das Luft-/Kraft­ stoffverhältnis beträgt dabei 14,7.
Bezüglich des mittleren effektiven Bremsdrucks Pe kann für einen in einem Kraftfahrzeug verwendeten Verbren­ nungsmotor angemerkt werden, daß der Betriebsbereich mit niedriger Last und mit mittlerer Last ein großer Bereich zwischen einem Abschnitt a bis in die Nähe eines Ab­ schnitts e ist, in dem der spezifische Kraftstoffver­ brauch reduziert ist, so daß es wirksam ist, (1) den Kraftstoffverbrauch (kg/L) und (2) die Kraftstoffökonomie (km/L) des Fahrzeugs zu verbessern.
Durch Ändern des Ventilschließzeitpunkts des Einlaßven­ tils 10 beispielsweise auf 50° verhält sich der spezifi­ sche Kraftstoffverbrauch (SFC) zwischen einem Abschnitt a bis zu einem Abschnitt d von Pe entsprechend der mit der Markierung o bezeichneten Linie, wobei klar ist, daß (1) der Kraftstoffverbrauch (kg/L) und (2) die Kraftstofföko­ nomie (km/L) verbessert werden. Hierbei beträgt das Luft- /Kraftstoffverhältnis 14,7.
Bei konstant gehaltenem Luft-/Kraftstoffverhältnis wird der Kraftstoffverbrauch verbessert, wenn die Zeit, in der das Einlaßventil 10 geschlossen ist, lang ist. Der Grund hierfür besteht darin, daß der Öffnungsgrad der Drossel­ klappe 17 groß wird und der Pumpverlust reduziert wird und daß ferner der Expansionstakt länger als der Verdich­ tungstakt wird und der thermische Wirkungsgrad verbessert wird.
Wenn jedoch die Ventilschließzeit des Einlaßventils 10 zu groß ist, wird, da der Verdichtungstakt verkürzt wird und somit der Verdichtungsdruck niedrig wird, eine instabile und unvollständige Verbrennung erzeugt.
Was die maximale Ausgangsleistung betrifft, hat in dem Fall, in dem der Ventilschließzeitpunkt des Einlaßventils 10 30° ist, Pe den Wert f, wenn jedoch der Ventilschließ­ zeitpunkt des Einlaßventils 10 50° ist, liegt Pe wegen der Rückströmung der Luft in einem Abschnitt e. Wenn der Ventilschließzeitpunkt des Einlaßventils 10 einen Wert von 70° oder 90° besitzt, liegt Pe aus den gleichen Gründen wie oben in Verbindung mit der maximalen Aus­ gangsleistung erwähnt in einem Abschnitt d bzw. einem Abschnitt b.
In Fig. 13 sind die Testergebnisse für einen Verbren­ nungsmotor für den Fall gezeigt, in dem das Luft-/Kraft­ stoffverhältnis und der Ventilschließzeitpunkt des Ein­ laßventils 10 geändert werden. Wenn die Ventilschließ­ zeitpunkte des Einlaßventils 10 30° bzw. 70° betragen, betragen die Luft-/Kraftstoffverhältnisse 14,7 bzw. 20.
Die durchgezogene Linie 180 zeigt den Fall an, in dem der Ventilschließzeitpunkt des Einlaßventils 10 30° ist und das Luft-/Kraftstoffverhältnis 14,7 beträgt. Wenn der Verbrennungsmotor mit magerer Verbrennung mit einem Luft-/Kraftstoffverhältnis von 20 betrieben wird, wird der spezifische Kraftstoffverbrauch (SFC) im gesamten Be­ triebsbereich verbessert, wie durch die durchgezogene Linie 185 gezeigt ist. Der Grund hierfür besteht darin, daß der Öffnungsgrad der Drosselklappe 17 größer als derjenige für das Luft-/Kraftstoffverhältnis von 14,7 (durchgezogene Linie 180) ist und daß der Pumpverlust reduziert wird.
Andererseits ist durch die durchgezogene Linie 182 der spezifische Kraftstoffverbrauch im Fall eines Ventil­ schließzeitpunkts des Einlaßventils 10 von 70° bei einem Luft-/Kraftstoffverhältnis von 14,7 gezeigt. Wenn der Verbrennungsmotor mit magerer Verbrennung, genauer mit einem Luft-/Kraftstoffverhältnis von 20, arbeitet, ist der spezifische Kraftstoffverbrauch durch die durchgezo­ gene Linie 186 gegeben. Daher ist es möglich, den Motor mit magerer Verbrennung zu betreiben, wobei eine ähnliche Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs zu erwarten ist.
Fig. 14 zeigt eine Beziehung zwischen dem Ventilhubbetrag des Einlaßventils 10 und der Ansaugluftmenge. Indem der Ventilhubbetrag des Einlaßventils 10 gesteuert wird, ändert sich die Ansaugluftmenge entsprechend der durchge­ zogenen Linie 190. In diesem Fall kann die Ansaugluft­ menge durch den Ventilschließzeitpunkt des Einlaßventils 10 gesteuert werden. Hierbei wird der Ventilschließzeit­ punkt des Einlaßventils 10 auf einen konstanten Wert gesteuert.
Wenn der Ventilhubbetrag des Einlaßventils 10 ansteigt, nimmt die Ansaugluftmenge entsprechend der durchgezogenen Linie 190 zu, da die Einströmungsfläche für die Luft proportional zur Zunahme des Ventilhubbetrags ansteigt. Wenn daher der Betriebszustand des Verbrennungsmotors 1 als Zustand mit niedriger oder mittlerer Last beurteilt wird, kann die Ansaugluftmenge selbst dann gesteuert werden, wenn die Drosselklappe 17 vollständig geöffnet ist.
Wenn die Ansaugluftmenge gering ist, weil der Ventilhub­ betrag klein ist, wird die Geschwindigkeit der durch das Einlaßventil 10 strömenden Luft groß, wodurch in der Brennkammer 3 eine für die Magerverbrennung erforderliche Luftbewegung erzeugt wird. Falls für den Betriebszustand des Verbrennungsmotors 1 ein Zustand mit hoher Last beurteilt wird, wird der Ventilhubbetrag gleich dem maximalen Ventilhubbetrag gesetzt, wodurch die Luft leicht in die Brennkammer 3 eintreten kann. Dadurch kann die maximale Ausgangsleistung gewährleistet werden.
Da in dem erfindungsgemäßen Steuerverfahren für Verbren­ nungsmotoren der variable Ventilmechanismus und die Drosselklappe gemeinsam verwendet werden, kann die An­ saugluftmenge geeignet gesteuert werden. Hierbei kann die Verbrennung während eines Zustandes mit niedriger Last wie etwa während des Leerlaufs stabilisiert werden, ferner kann während des Zustandes mit niedriger oder mit mittlerer Last der Pumpverlust reduziert werden. Schließ­ lich kann im Zustand mit hoher Last eine große Ausgangs­ leistung sichergestellt werden.

Claims (15)

1. Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors (1), der enthält:
einen Ventilmechanismus mit einem Einlaßventil (10) und einem Auslaßventil (11), die an einem Einlaßan­ schluß (19) bzw. an einem Auslaßanschluß (23) eines Zylinders (3) des Verbrennungsmotors (1) vorgesehen sind, eine Ventilmechanismus-Steuereinrichtung (30, 40, 64) zum Steuern des Ventilmechanismus (10, 11),
eine Betriebszustand-Erfassungseinrichtung (66) zum Erfassen des Betriebszustandes des Verbrennungsmotors (1) und
eine Drosselklappe (17) zum Steuern der Ansaug­ luftmenge als Antwort auf einen Niederdrückungsgrad eines Fahrpedals (61),
gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
Steuern der Drosselklappe (17) auf einen hohen Öffnungsgrad unabhängig vom Niederdrückungsgrad des Fahrpedals (61), wenn die Betriebszustand-Erfassungsein­ richtung (66) einen Betriebszustand mit niedriger Last oder mit mittlerer Last des Verbrennungsmotors (1) ermit­ telt, und
Steuern der Ansaugluftmenge durch Steuern des Ventilschließzeitpunkts und/oder des Ventilhubbetrags des Einlaßventils (10).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß
das Einlaßventil (10) geschlossen wird, bevor ein Kolben (2) des Verbrennungsmotors (1) während eines Ansaugtakts einen unteren Totpunkt (UTP) durchlaufen hat.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß
das Einlaßventil (10) geschlossen wird, nachdem ein Kolben (2) des Verbrennungsmotors (1) während eines Ansaugtakts einen unteren Totpunkt (UTP) durchlaufen hat.
4. Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors (1), der enthält:
einen Ventilmechanismus mit einem Einlaßventil (10) und einem Auslaßventil (11), die mit einem Zylinder (3) des Verbrennungsmotors (1) kombiniert sind,
eine Ventilmechanismus-Steuereinrichtung (30, 40, 64) zum Steuern des Ventilmechanismus (10, 11), eine Betriebszustand-Erfassungseinrichtung (66) zum Erfassen eines Betriebszustandes des Verbrennungsmo­ tors (1) und
eine Drosselklappe (17) zum Steuern der Ansaug­ luftmenge als Antwort auf einen Niederdrückungsgrad eines Fahrpedals (61),
gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
Steuern des Öffnungsgrades der Drosselklappe (17) als Antwort auf den Niederdrückungsgrad des Fahrpedals (61), wenn die Betriebszustand-Erfassungseinrichtung (66) einen Betriebszustand mit hoher Last des Verbrennungsmo­ tors (1) ermittelt, und
Steuern des Einlaßventils (10) in der Weise, daß es während eines Ansaugtakts eines Kolbens (2) des Ver­ brennungsmotors (1) zu einem vorgegebenen Zeitpunkt nach dem unteren Totpunkt (UTP) geöffnet wird.
5. Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors (1), der enthält:
einen Ventilmechanismus mit einem Einlaßventil (10) und einem Auslaßventil (11), die mit einem Zylinder (3) des Verbrennungsmotors (1) kombiniert sind,
eine Ventilmechanismus-Steuereinrichtung (30, 40, 64) zum Steuern des Ventilmechanismus (10, 11), eine Betriebszustand-Erfassungseinrichtung (66) zum Erfassen eines Betriebszustandes des Verbrennungsmo­ tors (1), eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung (13) zum direkten Einspritzen von Kraftstoff (20) in den jeweili­ gen Zylinder (3), und
eine Drosselklappe (17) zum Steuern der Ansaug­ luftmenge als Antwort auf einen Niederdrückungsgrad eines Fahrpedals (61),
gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
Steuern der Drosselklappe (17) auf einen hohen Öffnungsgrad unabhängig vom Niederdrückungsgrad des Fahrpedals (61), wenn die Betriebszustand-Erfassungsein­ richtung (66) einen Betriebszustand mit niedriger Last oder mit mittlerer Last des Verbrennungsmotors (1) ermit­ telt,
Steuern der Ansaugluftmenge durch Steuern des Ventilschließzeitpunkts und/oder des Ventilhubbetrags des Einlaßventils (10) und
Einspritzen des Kraftstoffs (20) durch die Ein­ spritzeinrichtung (13) nach dem Schließen des Einlaßven­ tils (10).
6. Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors (1), der enthält:
einen Ventilmechanismus mit einem Einlaßventil (10) und einem Auslaßventil (11), die mit einem Zylinder (3) des Verbrennungsmotors (1) kombiniert sind,
eine Ventilmechanismus-Steuereinrichtung (30, 40, 64) zum Steuern des Ventilmechanismus (10, 11),
eine Betriebszustand-Erfassungseinrichtung (66) zum Erfassen eines Betriebszustandes des Verbrennungsmo­ tors (1),
eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung (13) zum direkten Einspritzen von Kraftstoff (20) in den jeweili­ gen Zylinder (3), und
eine Drosselklappe (17) zum Steuern der Ansaug­ luftmenge als Antwort auf einen Niederdrückungsgrad eines Fahrpedals (61),
gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
Steuern des Öffnungsgrades der Drosselklappe (17) als Antwort auf den Niederdrückungsgrad des Fahrpedals (61), wenn die Betriebszustand-Erfassungseinrichtung (66) einen Betriebszustand mit hoher Last des Verbrennungsmo­ tors (1) ermittelt,
Steuern des Einlaßventils (10) in der Weise, daß es während eines Ansaugtakts eines Kolbens (2) des Ver­ brennungsmotors (1) zu einem vorgegebenen Zeitpunkt nach einem unteren Totpunkt (UTP) geöffnet wird, und
Einspritzen von Kraftstoff (20) durch die Kraft­ stoffeinspritzeinrichtung (13) vor dem Schließen des Einlaßventils (10).
7. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß
die Betriebszustand-Erfassungseinrichtung (66) den Betriebszustand des Verbrennungsmotors (1) unter Verwendung einer Brennkammerdruck-Erfassungseinrichtung (21), die in einer Brennkammer (3) installiert ist, ermittelt,
wobei ein Betriebszustand mit niedriger Last oder mittlerer Last beurteilt wird, wenn der Brennkammerdruck niedriger als der Atmosphärendruck ist, und
ein Betriebszustand mit hoher Last beurteilt wird, wenn der Brennkammerdruck höher als der Atmosphä­ rendruck ist.
8. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß
die Betriebszustand-Erfassungseinrichtung (66) den Betriebszustand des Verbrennungsmotors (1) unter Verwendung einer Erfassungseinrichtung (62) für den Niederdrückungsgrad eines Fahrpedals (61) ermittelt,
wobei ein Betriebszustand mit niedriger Last oder mit mittlerer Last beurteilt wird, wenn der Niederdrüc­ kungsgrad des Fahrpedals (61) höchstens gleich 3/4 des maximalen Niederdrückungsgrades des Fahrpedals (61) ist, und
ein Betriebszustand mit hoher Last beurteilt wird, wenn der Niederdrückungsgrad des Fahrpedals (61) größer als 3/4 des maximalen Niederdrückungsgrades des Fahrpedals (61) ist.
9. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß
die Betriebszustand-Erfassungseinrichtung (66) den Betriebszustand des Verbrennungsmotors (1) unter Verwendung einer Klopferfassungseinrichtung (22) ermit­ telt,
wobei ein Betriebszustand mit hoher Last beur­ teilt wird, wenn im Verbrennungsmotor (1) ein Klopfen erzeugt wird.
10. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß
die Betriebszustand-Erfassungseinrichtung (66) den Betriebszustand des Verbrennungsmotors (1) unter Verwendung einer Klopferfassungseinrichtung (22) ermit­ telt,
wobei ein Betriebszustand mit hoher Last beur­ teilt wird, wenn im Verbrennungsmotor (1) ein Klopfen erzeugt wird, und
im Verbrennungsmotor (1) durch Einstellen des Ventilschließzeitpunkts des Einlaßventils (10) unter Verwendung der Ventilmechanismus-Steuereinrichtung (30, 40, 64) eine Klopfvermeidungssteuerung ausgeführt wird.
11. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsmotor (1) einen Magerverbren­ nungsbetrieb ausführt.
12. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsmotor (1) eine Aufladevorrichtung enthält.
13. Verbrennungsmotor (1), dadurch gekennzeichnet, daß
eine Drosselklappe (17) des Verbrennungsmotors (1) während eines Betriebszustandes mit vorgegebener niedriger Last oder mit vorgegebener mittlerer Last des Verbrennungsmotors (1) unabhängig vom Niederdrückungsgrad eines Fahrpedals (61) auf einem hohen Öffnungsgrad gehal­ ten wird, und
während des Haltens der Drosselklappe (17) auf dem vorgegebenen hohen Öffnungsgrad ein elektromagneti­ scher Antriebsmechanismus (30) zum Antreiben eines Ein­ laßventils (10) den Ventilschließzeitpunkt und/oder den Ventilhubbetrag als Antwort auf den Betriebszustand des Verbrennungsmotors (1) steuert.
14. Steuervorrichtung für Verbrennungsmotor (1), mit
einem Einlaßventil (10) zum Öffnen und Schließen eines Einlaßanschlusses (19) eines Zylinders (3),
einem elektromagnetischen Antriebsmechanismus (30) zum elektromagnetischen Antreiben des Einlaßventils (10),
einer Drosselklappe (17) zum Steuern der Ansaug­ luftmenge als Antwort auf den Niederdrückungsgrad eines Fahrpedals (61),
einem elektromagnetischen Aktuator (18) zum elektromagnetischen Antreiben der Drosselklappe (17) und einer elektronischen Steuerschaltung (63), die an den elektromagnetischen Antriebsmechanismus (30) und an den elektromagnetischen Aktuator (18) als Antwort auf einen bestimmten Betriebszustand des Verbrennungsmotors (1) ein Signal ausgibt,
dadurch gekennzeichnet, daß während eines Betriebszustands mit niedriger Last oder mit mittlerer Last des Verbrennungsmotors (1) die elektronische Steuerschaltung (63) ein Steuersignal an die Drosselklappe (17) zum Halten eines vorgegebenen großen Öffnungsgrades aus gibt und an den elektromagneti­ schen Antriebsmechanismus (30) ein Steuersignal zum Steuern des Ventilschließzeitpunkts und/oder des Ventil­ hubbetrags des Einlaßventils (10) ausgibt.
15. Steuervorrichtung für Verbrennungsmotor (1), mit
einem Einlaßventil (10) zum Öffnen und Schließen deines Einlaßanschlusses (19) eines Zylinders (3) des Verbrennungsmotors (1),
einem elektromagnetischen Antriebsmechanismus (30) zum elektromagnetischen Antreiben des Einlaßventils (10) und
einer elektronischen Steuerschaltung (63), die als Antwort auf einen bestimmten Betriebszustand des Verbrennungsmotors (1) an den elektromagnetischen An­ triebsmechanismus (30) ein Steuersignal ausgibt,
dadurch gekennzeichnet, daß
die elektronische Steuerschaltung (63) in einem bestimmten Betriebsbereich mit niedriger Last oder mit mittlerer Last des Verbrennungsmotors (1) als Antwort auf den Niederdrückungsgrad eines Fahrpedals (61) an den elektromagnetischen Antriebsmechanismus (30) ein Steuer­ signal zum Steuern des Ventilschließzeitpunkts und/oder des Ventilhubbetrags des Einlaßventils (10) ausgibt.
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