DE3621080A1

DE3621080A1 - Ventilzeitsteuerungsvorrichtung fuer verbrennungsmotoren mit mehreren einlassventilen pro zylinder

Info

Publication number: DE3621080A1
Application number: DE19863621080
Authority: DE
Inventors: Yasuo Matsumoto; Seinosuke Hara; Hiromichi Ofuji
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1985-06-24
Filing date: 1986-06-24
Publication date: 1987-01-02
Anticipated expiration: 2006-06-25
Also published as: DE3621080C3; US4759321A; DE3621080C2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf einen Verbrennungsmotor und spezieller auf einen Verbrennungsmotor mit mehreren Zylindern, der mehr als ein Einlaßventil pro Verbrennungsraum aufweist und der mit einer einstellbaren Ventilzeitsteuerungsvorrichtung ausgestattet ist, die wenigstens eines der Einlaßventile steuert.

Fig. 1-5 zeigen einen in dem japanischen Patent (1. Durchsicht) Nr. 58-25 537 (1983) veröffentlichten Ver brennungsmotor, der mit einem zweifachen Induktionssy stem und zwei Einlaßventilen pro Verbrennungsraum aus gestattet ist.

Dieser Motor ist so aufgebaut, daß die durch das erste oder Haupt-Induktionssystem 1 induzierte Charge derart in jeden Zylinder durch ein erstes oder Haupt-Einlaß ventil 2 gelangt, daß dadurch ein verwirbeltes Strö mungsprofil in dem Verbrennungsraum begünstigt wird. Das Haupt-Induktionssystem 1 ist dazu bestimmt, wirkungsvoll während eines Belastungsbereiches mit niedriger Motor drehzahl zu arbeiten (s. Kurve A in Fig. 5). Dadurch wird ein stabiler Betrieb während des Leerlaufs und dgl. erzielt.

Die frische, durch die Zweit-Induktionseinrichtung 4 in duzierte Charge wird in die Verbrennungsräume über Zweit-Einlaßventile 6 eingeleitet. Die jeder der Zweit- Einlaßventilen 6 benachbarten Öffnungsanordnungen 8 haben einen größeren Querschnitt als jene, die den ent sprechenden Haupt-Einlaßventilen 2 benachbart sind und sind so angeordnet, daß sie eher einen guten Füllungs wirkungsgrad als eine Verwirbelung erzielen.

Jeder Zylinder ist mit einem einzigen Abgasventil 10 ausgestattet, das, wie in Fig. 1 gezeigt, entgegenge setzt zum Haupt-Einlaßventil 2 angeordnet ist.

Jedes der Abgas- und Einlaßventile wird durch eine Steu erhebel-Anordnung betätigt, die einen Mechanismus 12 be inhaltet, der es erlaubt, jedes Ventil einzeln zu betä tigen oder nicht zu betätigen.

Bei einem Betrieb mit niedriger Belastung/niedriger Ge schwindigkeit sind alle Ventile außer Betrieb gesetzt, während bei hoher Belastung/niedriger Geschwindigkeit nur die Zweit-Einlaßventile 2 außer Betrieb gesetzt werden.

Fig. 3 und 4 zeigen den Ventilhebelsteuermechanismus 12, welcher ein ausgewähltes Abschalten steuert.

Dieser Mechanismus beinhaltet eine gabelartige Sperrein richtung 14, die unter dem Einfluß eines hydraulischen Druckes, versehen mit einer Steuerkammer 16, selektiv bewegbar ist. Wenn es gewünscht ist, das damit verbunde ne Ventil abzuschalten, wird der hydraulische Druck in der Steuerkammer 16 entspannt, und der Sperreinrichtung 14 ist es ermöglicht, sich unter dem Einfluß einer Rück zugsfeder 20 von dem Ventilstößel 18 zurückzubewegen. Diese Rückzugsbewegung entriegelt eine Stößelanordnung 18 und erlaubt einem Kolben 22, sich im Hauptteil 24 der Anordnung hin- und herzubewegen und verhindert dadurch ein Übertragen der Bewegung des Steuerarms 26 zum be nachbarten Ventil. Die Feder 20 der Stößelanordnung ist schwächer als die Ventilfeder und hält so Kontakt mit der Spitze des Kolbens 22 und dem Oberteil des Ventil stößels, ohne ein Heben hervorzurufen.

Wenn es gewünscht ist, das stillgesetzte Ventil wieder zu öffnen, wird der hydraulische Druck in die Steuer kammer 16 durch eine Durchlaßanordnung gefördert, die eine verlängerte koaxiale Bohrung 28 beinhaltet, die in dem Steuerhebelschaft 30 und einem Abzweigläufer 32 aus gebildet ist, welche sowieso in den Steuerhebeln vorhan den sind. Das verfährt die Sperre nach vorwärts in eine Stellung, in welcher sie den Stößel in Position im Hauptteil 24 verriegelt.

Benzin wird zum Motor ausschließlich durch das Haupt-In duktionssystem 1 gefördert. Es ist jedoch nötig, wegen der An/Aus-Stellung der Steuerung, die mit dem Betäti gen/Ausschalten der Ventile im Zusammenhang steht, zur vernünftigen Steuerung des L/B(A/F)-Verhältnisses des Luft-Benzingemisches, das jeweils den Verbrennungsräumen zugeführt wird, erste und zweite Benzineinspritzdüsen 34, 35 in der SPI (Einzelpunkteinspritzung)-Anordnung zu verwenden, die stromaufwärts von dem Haupt-Drosselventil 36 angeordnet ist. Zum Anschalten oder Ausschalten der Zweit-Anlaßventile 6 wird z.B. der plötzliche Wechsel im Induktionsvolumen durch einen beginnenden oder beendeten Betrieb von einer der Benzineinspritzdüsen gesteuert. Daraus läßt sich jedoch der Rückschluß ziehen, daß das Benzinzuführsystem unübersichtlich und teuer wird.

Bei dieser Art einer Motoranordnung ist das Haupt-Induk tionssystem 1 dazu bestimmt, wirksam bei niedrigen Mo tordrehzahlen zu arbeiten, wobei die Verbrennungsstabi lität ein Problem darstellt, während das Zweitsystem 4 dazu bestimmt ist, die Schaffung einer großen Leistungs menge während des Hochgeschwindigkeitsbetriebes zu steuern. Wenn das Zweit-System 4 nicht vornehmlich für den Gebrauch bei hoher Motordrehzahl bestimmt ist, wird es unmöglich, die erforderliche Leistungsmenge unter solchen Bedingungen zu entwickeln.

Da jedoch das Haupt-Induktionssystem 1 an die Bedürf nisse bei einem Betrieb mit niedriger Drehzahl und das zweite an die Bedürfnisse bei einem Betrieb mit hoher Motordrehzahl angepaßt werden müssen, ist ein weiterer Rückschluß zu ziehen, indem wie grafisch in Fig. 5 dar gestellt, beim Übergang von einem Betrieb mit niedriger auf einen mit hoher Drehzahl ein "abgeflachter Bereich" erzeugt wird, in dem im 2500-4000 UPM-Gebiet ein nie driger Drehmomentenverlauf erzielt wird. Das verschlech tert die Motorleistung in diesem Bereich.

Es ist ein Merkmal der vorliegenden Erfindung, eine Ven tilsteuerungsvorrichtung vorzusehen, die den obenerwähn ten "abgeflachten Bereich" im Motordrehmomentenverflauf während der Übergänge zwischen dem Betrieb von niedrigen und hohen Drehzahlen verhindert durch ein ausgewähltes Verändern des Hebens und der zeitlichen Steuerung von einem oder mehreren der Vielzahl von Einlaßventilen, die pro Zylinder vorhanden sind.

In aller Kürze wird das obige Merkmal durch eine Anord nung erzielt, in der wenigstens ein der zwei Einlaßven tile, die pro Zylinder bei einem Verbrennungsmotor mit mehreren Zylindern vorgesehen sind, mit Hilfe einer va riablen Ventilzeitsteuerungsvorrichtung betrieben ist. Diese Anordnung wird in Abhängigkeit von der Belastung und der Rotationsgeschwindigkeit des Motors in einer Art gesteuert, die das Heben des Ventils bei geringen Motor drehzahlen reduziert und diese schrittweise erhöht, wenn sich der Motor von einer Betriebsart in die andere bewegt. Für den Fall, daß nur ein Ventil gesteuert wird, ist dieses Ventil dazu ausgewählt, das andere zu sein, als das, welches einen Wirbel in dem Verbrennungsraum hervorruft.

Ein erster Aspekt der Erfindung hat im speziellen die Gestalt eines Verbrennungsmotors, der charakterisiert ist durch: einen Verbrennungsraum; ein Abgasventil, das die Verbindung zwischen dem Verbrennungsraum und einem Abgassystem steuert; einem ersten Einlaßventil, das die Verbindung zwischen dem Verbrennungsraum und einem er sten Induktionsdurchlaß steuert, der so konstruiert und angeordnet ist, daß die Luft, welche dadurch in die Ver brennungskammer einfließt, so geführt wird, daß darin ein verwirbeltes Luftprofil entsteht; ein zweites Ein laßventil, das die Verbindung zwischen dem Verbren nungsraum und einem zweiten Induktionsdurchlaß steuert, der so ausgebildet und angeordnet ist, daß die in den Verbrennungsraum einströmende Luft derart eingeführt wird, daß der Beschickungswirkungsgrad verbessert ist; eine einstellbare Ventilzeitsteuerungsvorrichtung, die das Heben und die Zeitsteuerung des zweiten Einlaßven tils steuert; und eine Kontrolleinrichtung zum Steuern der ersten einstellbaren Ventilzeitsteuerungsvorrichtung in Abhängigkeit von der Motorbelastung.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung erweist sich als Ver fahren zur Steuerung eines Verbrennungsmotors, das be stimmt ist durch die Schritte: Steuern der Verbindung zwischen einem Motorverbrennungsraum und einem Abgassy stem mittels eines Abgasventils; die Anwendung eines er sten Einlaßventils zur Steuerung der Verbindung zwischen dem Verbrennungsraum und einem ersten Induktionsdurch durchlaß; Anordnen des ersten Induktionsdurchlasses zum Führen der Luft, die dadurch in den Verbrennungsraum derart einströmt, daß darin ein verwirbeltes Luftprofil erhalten wird; Verwendung eines zweiten Einlaßventils zum Steuern der Verbindung zwischen dem Verbrennungsraum und einem zweiten Induktionsdurchlaß; Anordnen des zwei ten Induktionsdurchlasses zum Einführen der derart in den Verbrennungsraum einfließenden Luft, daß der Be schickungswirkungsgrad verbessert ist; Steuern des zwei ten Einlaßventils mittels einer ersten einstellbaren Ventilzeitsteuerungsvorrichtung, die das Heben und die Zeitsteuerung des zweiten Einlaßventils steuert; und Verwendung einer Steuervorrichtung zum Steuern der er sten einstellbaren Ventilzeitsteuerungsvorrichtung in Abhängigkeit von einem ersten Belastungsparameter des Motors.

Ein weiterer bemerkenswerter Gesichtspunkt der Erfindung liegt in der Steuerung der ersten einstellbaren Ventil zeitsteuerungsvorrichtung durch die Verwendung eines Steuerungsablaufs, der in Abhängigkeit von den ersten und zweiten Motor-Betriebsparametern bestimmt ist und der in eine Vielzahl von Belastungszonen unterteilt ist, die die Motorbelastung überwachen und eine erste Steuer kurve der ersten einstellbaren Ventilzeitsteuerungsvor richtung steuern in Abhängigkeit vom Übergang der Motor belastung von einer Zone in eine andere, der ausgelöst ist durch ein Ansteigen in der Größe von einem oder bei den der ersten und zweiten Parameter, so daß der Motor umgehend in einer Art betrieben wird, die die erste Steuerkurve in einer Rotationsrichtung dreht, die das Anheben des zweiten Einlaßventils vergrößert, und in der Steuerung der Motorbelastung in Abhängigkeit von dem Übergang zwischen einer Belastungszone zu einer anderen, der durch eine Verringerung der Größe des ersten oder beider der ersten und zweiten Parameter hervorgerufen wird, um die Energiezufuhr zum Motor in einer Art zu verzögern, die die erste Steuerkurve in einer Rotations richtung verdreht, die das Anheben des zweiten Einlaß ventils vermindert.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht des Motors, wie sie bereits in den einleitenden Absätzen der vorliegenden Offenbarung erläu tert wurde;

Fig. 2 eine Ansicht (teilweise im Schnitt) Motors von Fig. 1;

Fig. 3 u. 4 eine Seitenansicht und Draufsicht der Ventilsteuerungsvorrichtung, durch die der Betrieb jedes Ventils des Motors, gezeigt in Fig. 1, se lektiv abgeschaltet werden kann;

Fig. 5 eine Kurve in Abhängigkeit vom Mo tordrehmoment und der Motordrehzahl mit dem Drehmomentenverlauf des Mo tors aus Fig. 1;

Fig. 6 einen Schnitt durch eine Ventilsteu erungsvorrichtung, die die vorlie gende Erfindung charakterisiert;

Fig. 7 eine Draufsicht auf den Mechanismus gezeigt in Fig. 6;

Fig. 8 eine Draufsicht auf den unteren Teil des Zylinderkopfes gezeigt in Fig. 6 mit der Ventilvorrichtung des Mo tors, auf die sich die Erfindung be zieht;

Fig. 9 eine teilweise auseinandergezogene Darstellung, die im Detail die Kon struktion der Nockenanordnung zeigt, welche die Zeitsteuerung und das He ben der Einlaßventile bei der vor liegenden Erfindung steuert;

Fig. 10 eine perspektivische Ansicht der Steuernockenanordnung gezeigt in Fig. 9;

Fig. 11 eine perspektivische Ansicht einer Welle, auf der die Steuerhebel der verstellbaren Ventilzeitsteuerungs vorrichtung gezeigt in Fig. 6 befe stigt werden;

Fig. 12 u. 13 die Profile der Steuernocken, die dazu bestimmt sind, das Anheben der Haupt- und Zweiteinlaßventile gemäß der Erfindung zu verändern;

Fig. 14 eine alternative Steuerhebelanord nung, die dazu benutzt werden kann, das Abgasventil zu betreiben (oder das Haupt-Einlaßventil im Fall, daß das letztere nicht dazu bestimmt ist, das variable Anheben/Zeitsteu ern durchzuführen;

Fig. 15 ein Schaubild mit dem Hebeverlauf des Abgasventils, des Haupt-Ein laßventils und des zweiten Ein laßventils gemäß einer ersten Aus führungsform der Erfindung;

Fig. 16 ein Schaubild, das in Abhängigkeit vom Motordrehmoment und von der Mo tordrehzahl den Drehmomentenverlauf darstellt, wie er von der ersten Ausführungsform der Erfindung er zielt wird;

Fig. 17-22 Anhebeverläufe, wie sie bei einer ersten Ausführungsform der Erfin dung erhalten werden, wenn die Steu ernocken, gezeigt in Fig. 12 u. 13, um eine ihrer sechs Betriebspositio nen gedreht werden;

Fig. 23 in schematischer Block-Diagramm-Form eine Meßfühler- und Steuerungsanord nung, durch die die Steuernockenan ordnung, gezeigt in Fig. 6-13, be tätigt wird;

Fig. 24 ein Schaubild, das die verschiedenen Betriebsbereiche der Steuerung ei ner ersten Ausbildung der Erfindung in Abhängigkeit von der Motordros selöffnung (Motorbelastung) und der Motordrehzahl verdeutlicht;

Fig. 25-27 ein Fließbild mit den Steuerungs schritten, die zum Erzielen eines geeigneten Betriebs der Ventilfol ge der ersten Ausbildungsform mit einbezogen werden;

Fig. 28 ein Schaubild mit den Ventil-Hebe verläufen, erzielt durch eine zwei te Ausbildungsform der Erfindung;

Fig. 29 u. 30 Profile der zwei fünfnockigen Steu erungskurven, die in der zweiten Ausbildungsform verwendet werden, um jeweils die ersten und zweiten der Haupt-Einlaßventile zu steuern;

Fig. 31-35 die Ventilhebesteuerung, die er zielt wird, wenn jeder der Steuer nocken, gezeigt in Fig. 29 und 30, durch ihre fünf Betriebspositionen gedreht werden;

Fig. 36 in Abhängigkeit von Log P und Log V (wobei P und V jeweils den Druck und das Volumen bezeichnen) die Verrin gerung des Pumpverlustes ermöglicht mit der zweiten Ausbildungsform der Erfindung bei niedrigen Motordreh zahlen;

Fig. 37 in grafischer Form die Ventilhebe verläufe, die durch eine dritte Aus führungsform der Erfindung erhalten werden;

Fig. 38 die Profile der einzelnen fünf Nok kensteuerungskurve, verwendet in der dritten Ausführungsform; und

Fig. 39-43 einzelne Anhebeverläufe, die erhal ten werden, wenn die einzelne Steu erkurve der dritten Ausführungsform durch ihre fünf Betriebspositionen gedreht wird.

Fig. 6-13 zeigen die Konstruktion und Anordnung einer ersten Ausführungsform der Erfindung, die in diesem Fall auf einen Vierzylinder-Viertaktreihenmotor angewendet wird.

Wie am besten in Fig. 8 zu sehen ist, sind die Ventile der Motorventilreihe so in dem Zylinderkopf 100 angeord net, daß beide Einlaßventile 101, 102 auf derselben Seite des Verbrennungsraumes 104 plaziert sind, wohingegen das Abgasventil 106 im wesentlichen gegenüber dem Haupt-Ein laßventil 101 angeordnet ist. Die Haupt-Einlaßöffnung 108 ist derart angeordnet, daß die ankommende Charge tangential im Hinblick auf die Zylinderachse (nicht gezeigt) in den Verbrennungsraum 104 eingeleitet wird mit einer starken Strömungskomponente in einer Ebene senkrecht zu dieser Achse und in einer Art, daß die Charge im wesentlichen so verwirbelt, wie durch den ein gezeichneten Pfeil verdeutlicht. Die Zündkerze 110 ist so angeordnet, daß sie sich im wesentlichen in dem Weg der verwirbelten Chargenstruktur befindet. In diesem Mo tor ist die Zündkerze 110 stromabwärts von dem Abgasven til 106 in bezug auf die Verwirbelungsrichtung und in einer Stellung angeordnet, die relativ weit von dem Haupt-Einlaßventil 101 entfernt ist und im wesentlichen dem Zweit-Einlaßventil 102 gegenüberliegt.

Die Zweit-Induktionsöffnung 112 ist so angeordnet, daß sie einen Querschnitt hat, der größer ist als derjeni ge der Haupt-Induktionsöffnung 108 und einen hohen Be schickungswirkungsgrad erzielt.

In der in Fig. 2 gezeigten Anordnung ist das Abgasven til 106 so plaziert, daß es durch eine Steuerhebelan ordnung 114 angehoben wird, die bestimmte Hebe/Zeitsteu erungsverläufe verdeutlicht, wobei beide (in Fig. 6 ist nur das Haupt-Einlaßventil gezeigt) angeordnet sind, um durch die Anordnung 116 angehoben zu werden, deren Hebe/Zeitsteuerungsverläufe verändert werden können.

In dieser Ausführungsform sind alle Einlaß- und Abgas ventil-"Antriebs"-Nocken auf einer gemeinsamen Nocken welle 118 befestigt, wodurch eine allgemeine Vereinfa chung der Ventilgetriebereihe und der Zylinderkopfkon struktion erzielt wird.

Der Abgasventil-Steuerhebel 119 ist in geeigneter Weise auf einer Zylinder-Konsole 120 befestigt. Da die Kon struktion und Anordnung dieses Teils der Ventilreihe zum Erzeugen bestimmter Hebeverläufe dient und für Fachleute in der Automobil-Motor-Technik naheliegend sind, scheint damit keine weitere Erklärung nötig.

Von den VVT (einstellbare Ventilzeitsteuerung) Einrich tungen, durch die die Haupt- und Zweiteinlaßventile ge steuert werden, weist jede eine vielfach genockte Steu erkurve 122, einen Reaktions-Hebel 124 auf, welcher an einem Ende mit der Kurve 122 in Verbindung steht und an dem anderen Ende beweglich mit einem hydraulischen Stös sel 126 verbunden ist; und einen Steuerhebel 128, der mit der unteren Fläche des Reaktions-Hebels 124 in Ver bindung steht. Wie gezeigt ist jeder Steuerhebel 128 an einem Enge mit einer einzigen nocken-"angetriebenen" Steuerkurve 130 und am anderen Ende mit dem Oberteil ei nes Einlaßventilstößels verbunden. In Fig. 6 ist nur das HauptEinlaßventil 101 gezeigt.

Es wird unterstrichen, daß zur Klarheit der Veröffent lichung sich die Bezeichnung "Antrieb" auf einteili ge Nocken-Steuerkurven 130 bezieht, die kontinuierlich gedreht werden und als eine Quelle der Bewegungsener gie für die Steuerhebel 128 dienen, während die selek tiv gedrehten vielfach-genockten Steuerkurven 122 als "Steuer"-Nocken bezeichnet werden.

Die Steuerhebel 128, die die Haupt- und Zweit-Einlaß ventile 101, 102 jedes Zylinders betätigen, sind einzeln drehbar auf der Welle 132 gelagert. Diese Welle 132 ist durch eine geeignete, in dem jeweiligen Steuerarm ausge bildete Bohrung angeordnet und (wie in Fig. 11 gezeigt) dafür vorgesehen, ein paar Blindbohrungen 134 zur Auf nahme der unteren Enden der Federn 136 aufzunehmen. Fer ner ist diese Welle mit parallelen abgeflachten Ober flächen oder "Abflachungen" an den Enden ausgebildet. Diese Endabschnitte der Welle 132 sind beweglich in Längsschlitzen 138, ausgebildet in den Reaktionshebeln, angeordnet, die sich an der jeweiligen Seite des damit verbundenen Steuerhebels nach unten erstrecken. Die Fe dern 136 neigen die Steuerarme 128 zum Eingriff mit den Antriebsnocken 130 und den Einlaßventilstößeln. Diese Federn 136 haben eine Federkonstante, die wesentlich schwächer ist, als jene der Ventilfedern 140 und üben deshalb nicht genug Druck aus, das Anheben der Ventile zu beeinflussen.

Jeder der hydraulischen Stößel 126 wird durch eine Viel zahl von Bohrungen (im allgemeinen bezeichnet durch die Bezugsziffer 144), die in der Zylinderkopfkonsole 122 ausgebildet sind, mit unter Druck stehender hydrauli scher Flüssigkeit versorgt. Die in die Durchlaßkonstruk tion gepumpte Flüssigkeit wird durch Öffnungen 146,148 entspannt. Einige dieser Öffnungen 148 sind, wie ge zeigt, so angeordnet, daß sie die Flüssigkeit in Durch gangsbohrungen 149 fördern, die in den Reaktionshebeln ausgebildet sind, um die Oberflächen der Reaktionshe bel 124 und der Steuerhebel 128, die während des Motor betriebs ständig untereinander in Kontakt stehen, mit Schmieröl zu versorgen.

Die Größe der Öffnungen 146, 148 und die Konstruktion der Stößel 126 sind so ausgewählt, daß ein Null-Spiel zwischen den Steuerhebeln 128 und der Oberseite der Einlaßventilstößel eingehalten wird.

Während des Betriebs, wenn die Nockenwelle 118 die Einlaßventil-Steuernockenkurven drehen, wird bei den Steuerhebeln 128 eine Bewegung hin zu den Reaktions hebeln 124 hervorgerufen, bis deren ellbogenartige Tei le in die untere Oberfläche der Reaktionshebel zum Festlegen eines Drehpunktes eingreifen. Nachfolgend zu diesem Reaktionsablauf zwischen den Hebeln 124 und den Steuerhebeln 128 wird letzterer in einer Art ver schwenkt, die die Einlaßventile gegen die damit korres pondierenden Ventilfedern 140 bewegt.

Durch Verändern der Drehstellung der einzelnen Steuer kurven 122 kann der Winkel der Reaktionshebel derart variiert werden, daß dadurch die Zeit, bei der die Ell bogen der Steuerhebel 128 mit den unteren Oberflächen der Reaktionshebel 124 in Kontakt stehen, variiert wer den, wodurch der Beginn des Ventilhebens hervorgerufen wird. Die Formen oder Profile der Antriebsnocken 130 bestimmen das Basis-Anheben und die Zeitsteuerungsver läufe der Einlaßventile. Eine einzeln gesteuerte Rota tion der Steuernocken 122 erlaubt eine große Variations breite bei dieser Grundsteuerung, wie nachfolgend noch deutlich wird.

Die unteren Oberflächen der Reaktionshebel, die mit den Steuerhebeln 128 in Eingriff stehen, haben die gezeigte Kontur. Durch das Auswählen der Krümmung dieser Kontur kann die Zeitsteuerung des Anhebens verändert werden. Die Oberflächen der Reaktionshebel 124 und der Steuer hebel 128, die miteinander in Eingriff stehen, sind ab geflacht, um einen linienförmigen Kontakt zu bestimmen. Die Position dieser Linie bewegt sich, sobald die Steu erhebel auf den Reaktionshebeln 124 "entlangrollen", bis die Ellbogen der Steuerhebel 128 den Kontakt herstellen und dadurch der Ventilhebeprozeß beginnt.

Die Rotation der Steuernocken 122 ist in dieser Ausfüh rungsform durch eine einzelne Stelleinrichtung gesteu ert, die in diesem Fall die Form eines Schrittmotors 150 hat. Wie aus Fig. 7 klar wird, sind alle Kontrollnocken 122 auf einer einzigen Steuerwelle 152 angeordnet. Das bewirkt in Kombination mit der einzigen Steuerwelle 118, auf der die Einlaß- und Abgas-"Antriebs-"Nocken gelagert sind eine vereinfachte Zylinderkopfkonstruktion.

Fig. 9 zeigt die Konstruktion einer Steuerhebelanord nung, die anstelle der Vorrichtung in der Anordnung von Fig. 6 angewendet werden kann, um das Abgasventil und/ oder eines der Haupt- oder Zweit-Einlaßventile in dem Fall zu betreiben, so daß es unnötig erscheint, beide der Einlaßventil-Anhebung und -zeitsteuerung zu verän dern.

In dieser Anordnung ist der Steuerhebel 160 mit einem gekrümmten konkaven Rücksprung 162 ausgebildet, in der die abgerundete nasenartige Spitze 163 des hydraulischen Stößels 164 aufgenommen wird. Dieser Stößel wird mit hy draulischem Druck betätigt, in einer Art ähnlich zu dem Stößel, wie er in der in Fig. 6 dargestellten Anordnung verwendet wird. In diesem Fall ist es auch notwendig, darauf zu achten, daß die hydraulische Flüssigkeit ohne weiteres in den Stößel eingeleitet werden kann, und nur langsam abströmt, um sicherzustellen, daß die Länge der Anordnung nicht durch den Druck während des Motorbe triebs reduziert wird, was eine Verminderung des für das Ventilheben erforderlichen Betrages bewirkt.

Fig. 10 und 11 zeigen Konstruktionsdetails der Steuer nocken 122. Wie gezeigt, ist jede Nocke drehbar an der Steuerwelle 152 gelagert und weist zylindrische nabenar tige Abschnitte 170, 171 auf, die sich jeweils seitlich erstrecken. Auf der Steuerwelle 152 ist ein Halter 172 befestigt und mit einem Nockenkörper durch eine Spiral feder 174 verbunden. Diese Feder 174 ist an der Welle 152, wie dargestellt, angeordnet. Ein Verschlußglied 176 ist vorhanden, um die Nocke abzudecken und ist derart rücksprungartig ausgebildet, daß deren freie Drehung möglich ist.

Wie am besten in Fig. 11 zu sehen ist, ist einer der zy lindrischen Abschnitte mit einem Ausschnitt 176 verse hen. Ein auf der Steuerwelle 152 ausgebildeter Sperr stift 178 ist so angeordnet, daß er sich in den Aus schnitt erstreckt. Ab einer bestimmten Verdrehung steht der Stift 178 mit dem zylindrischen Abschnitt 170 in Eingriff und betätigt formschlüssig die Nocke zur Rota tion mit der Steuerwelle 152. Diese Anordnung bestimmt eine wenig bewegte Verbindung, die verhindert, daß die Feder 174 überaus stark ausgebildet ist, während sie ein weiches Schalten der Nocke aus einer Stellung in die an dere ermöglicht. Während irgendeiner Relativdrehung zwi schen der Steuerwelle 152 und der Nocke entwickelt die Feder eine Spannung, die bewirkt, daß die Nocke in der erforderlichen Richtung rotiert. Nimmt man bei dem Steu erhebel eine nicht-gehobene Stellung an, neigt die Nocke unter dem Einfluß der aufgebauten Spannung zur Rotation.

In bezug auf eine weitere Offenlegung dieser Art eines VVT-Mechanismus wird als Bezugsquelle die US-PS 45 39 951, veröffentlicht am 10. 09. 1985 im Namen von HARA et al genannt. Der Inhalt dieser Akte ist in diese Schrift durch obige Referenz eingearbeitet.

Fig. 12 und 13 zeigen im einzelnen die Profile der Haupt- und Zweit-Einlaßventilsteuernocken. Jede dieser Nocken ist mit sechs Nockenoberflächen oder -kurven versehen. Bei der Haupt-Einlaßventilsteuernocke 122 kann die Nockenoberfläche a-f im einzelnen Hubbewegungen von 2 mm, 5 mm, 8 mm, 8 mm, 9,4 mm und 10,8 mm erzeugen, wäh rend die korrespondierenden Oberflächen der Zweit-Hebe steuernocke 123 im einzelnen 0,5 mm, 2 mm, 5 mm, 8 mm, 9,4 mm und 10,8 mm erzeugen.

Mit der oben beschriebenen Anordnung werden die Nocken, z.B. während des Hochgeschwindigkeitsbetriebes, derart rotiert, daß die Nockenoberflächen 122 f und 123 f mit den zugehörigen Reaktionshebeln in einer Art in Eingriff stehen, die maximale Hubverläufe erzeugt, während bei dem anderen Extrem des Motorbetriebes (z.B. im Leerlauf) die Nocken so bewegt werden, daß das Minimum und/oder der geeignete kleine Hubbetrag ausgelöst werden.

Fig. 15 zeigt in grafischer Form die Hubverläufe, die mit der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung möglich sind. Darin verdeutlicht die Kurve C die Anhebe-Zeitsteuerung des Abgasventils, das, wie gezeigt, befestigt ist. A und B bezeichnen im einzelnen das An heben der Haupt- und Zweit-Einlaßventile. Die Kurven A 6 bis A 1 bezeichnen die Anhebeverläufe unter Verwendung der Nockenoberflächen a-f der Nocken 122, während die Kurven B 6-B 1 die Anhebeverläufe bezeichnen, die durch die Nockenoberflächen a-f der Nocken 123 her vorgerufen werden.

Wenn der Motor unter Zuständen mit dazwischenliegender Motordrehzahl-hohe Belastung betrieben wird durch die Rotation der Steuernocken, so daß die Nocken 122 e und 123 e mit den Reaktionshebeln in Eingriff stehen und die se in die geeigneten Positionen bewegen, werden die Einlaßventile in Übereinstimmung mit den Kurven A 2 und B 2, wie in Fig. 15 gezeigt, angehoben, und das durch den Motor entwickelte Drehmoment verändert sich, wie durch die Kurve Y in Fig. 16 angegeben ist.

Wie anhand dieser Kurve festgestellt werden kann, ist der abgeflachte Bereich, in dem ein unzureichendes Dreh moment erzeugt wird, durch die vorgenannten, in Fig. 1 und 2 gezeigten Motoren vollständig ausgeglichen, und der Motor ist in der Lage, ein ausreichendes Drehmoment, wie es für Beschleunigungszwecke und dgl. erforderlich ist, zu erzeugen.

Wenn der Motor unter Zuständen mit niedriger Drehzahl- hoher Belastung betrieben wird, rotieren die Steuernok ken derart, daß die Nocken 122 d und 123 d mit den ent sprechenden Reaktionshebeln in Eingriff stehen. Mit den Bedingungen dieses VVT-Systems werden die Einlaßventile, wie durch die Kurven A 3 und B 3 veranschaulicht, angeho ben.

Wenn der Motor ferner unter Zuständen mit dazwischenlie gender Geschwindigkeit - geringer bis dazwischenliegen der Belastung betrieben wird, werden die Steuernocken so betrieben, daß die Nocken 122 c und 123 c mit den Reak tionshebeln in Kontakt stehen, so daß die Haupt-Einlaß ventile 101 8 mm angehoben werden, während die Zweit-Ein laßventile 102 5 mm angehoben sind (s. Kurven A 4,B 4 in Fig. 15).

Unter diesen Bedingungen geschieht die Induktion haupt sächlich durch die Haupt-Einlaßöffnung 108 und ruft ei ne starke Verwirbelung in den Verbrennungsräumen 104 hervor. Zu diesem Zeitpunkt ist es möglich, daß Luft- Benzingemisch derart auszubilden, daß es magerer als stöchiometrisch eingestellt ist und daß große Mengen des Abgases zurück in die Verbrennunsräume (das ermöglicht die Verwendung einer hohen EGR-Rate) geführt werden. Das eröffnet den Weg zu einem guten Benzinverbrauch. Die verminderte Ventilüberlappung, die unter diesen Be dingungen (s. Fig. 19) eintritt, verbessert die Abgas charakteristik.

Während des Motorbetriebes mit niedriger Drehzahl- niedriger Belastung werden die Steuernocken derart gedreht, daß die Nocken 122 b, 123 b in Kontakt mit den Reaktionshebeln stehen. Das ruft ein Anheben des Haupt einlaßventils von 5 mm und ein Anheben des Zweit-Ventils von 2 mm hervor (Kurven A 5,B 5). Wegen des verminderten Anhebens ist die Geschwindigkeit der über die Haupt- Einlaßventile 101 eingeführten Charge erhöht und be günstigt die Ausbildung einer geeigneten Verwirbelung. Der verminderte Hubweg des Ventils schwächt die Rei bungsverluste im Kraftübertragungsweg ab.

Wenn der Motor in eine Leerlaufstellung des Betriebes eintritt, werden die Steuernocken weitergedreht, um die Nocken 122 a und 123 a in Kontakt mit den Reaktionsarmen zu bringen und um eine Situation herbeizuführen, in der das Haupt-Einlaßventil 101 um 2 mm und das Zweit-Einlaß ventil 102 um 0,5 mm angehoben ist. Das verringert bei der Reibungsverluste und die Intensität der in den Ver brennungsräumen bis zu einem geeigneten Maß erzeugten Wirbel. Unter diesen Bedingungen ist die Gemischaufbe reitung des Luft-Benzingemisches verbessert, und das letztere wird zu den Elektroden der Zündkerzen 110 ge leitet. Das begünstigt ein Reinigen der Elektroden und stellt sicher, daß das diese umgebende Gemisch ein so fort zündfähiges ist und ein instabiler Motor-Leerlauf verhindert ist. Wie aus Fig. 15 (und Fig. 17) zu erken nen ist, tritt hier unter diesen Bedingungen im wesent lichen keine Ventilüberlappung auf, die die Restgasmen ge vermindert, welche schließlich in den Verbrennungs räumen 104 zurückgehalten wird.

Fig. 17 bis 22 verdeutlichen im einzelnen jede der sechs Ventilsteuerphasen, die mit der Anordnung der ersten Ausführungsform möglich sind. Diese Diagramme verdeutli chen nämlich die Ventilhebeverläufe, die durch die Nok kenoberflächen 122 a bis 122 f und 123 bis 123 f im einzel nen erzeugt werden.

Es wird für den Fall hervorgehoben, daß während des Leerlaufs und/oder während eines Betriebs mit geringer Belastung - geringer Drehzahl die Öffnung der Zweit-Ven tile nicht reduziert wurden und gleichzeitig ein starker Wirbel erzeugt wurde, mager aufbereitetes Benzin in die Verbrennungsräume eingeleitet würde, das dazu neigt, das Abkühlen an den Wänden der Zylinder und/oder eine ver gleichbare instabile Verbrennung hervorzurufen, was die die Bildung von CO und HC vermehren würde. Mit der er sten Ausführungsform dieser Erfindung wird jedoch, da die Zweit-Ventile 102 an einem Öffnen in jedweder Hin sicht gehindert sind, und die Intensität der erzeugten Wirbel abgeschwächt ist, das in die Verbrennungskammer eingeführte Benzin in der Lage sein, gut zu zerstäuben und ein Abkühlen und/oder eine ungleichmäßige Verbren nung zu verhindern.

Es wird ferner festgestellt, daß in Betriebszonen mit hoher Geschwindigkeit, in denen das Drosselventil bis oder hinter den Punkt "R", z.B. gezeigt in Fig. 24, ge öffnet ist, die Induktionsmenge relativ hoch ist, und die Mischung der in die Verbrennungsräume durch die Haupt- und Zweit-Induktionsöffnungen eintretenden Strö mungen dazu neigt, darin starke Turbulenzen zu erzeu gen. Unter diesen Bedingungen wird es in der ersten Aus führungsform bevorzugt, die Haupt- und Zweit-Einlaßven tile 101, 102 mit im wesentlichen der gleichen Zeit steuerung und dem gleichen Hub zu betätigen - s. Fig. 20-22. Das verhindert die Bildung von unerwünschtem, lautem Verbrennungslärm, der vor allem erzeugt wird, wenn der Hub und die Zeitsteuerung unterschiedlich sind und die Haupt- und Zweit-Induktionsströmungen überaus starke Turbulenzen erzeugen.

Fig. 23 zeigt in schematischer Form eine Fühler-Steuer anordnung, mit deren Hilfe die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung steuerbar ist. Wie gezeigt, bein haltet diese Anordnung einen Mikroprozessor, der eine zentrale Datenverarbeitungseinheit (CPU), einen Fest wertspeicher (ROM), einen Speicher mit direktem Zugriff (RAM), einen Zeitgeber (Kreislauf) und eine Eingangs-/ Ausgangs-(I/O)Leiterplatte umfaßt.

Eine Vielzahl von Meßfühlern sind vorhanden, die im ein zelnen beinhalten einen Motor-Kühlmittel-Temperaturmeß fühler 201; einen Motor-Drehzahlmesser 202; einen Dros selstellungsmeßfühler 203 (Motor-Belastungsfühler); ei nen Übertragungslagemeßfühler 204, der abtastet, ob oder ob nicht die Übertragung in einem neutralen Gang steht oder nicht; einen Kupplung-Lagemeßfühler 205, der ein Signal ausgibt, das die Lage der Kupplung anzeigt, welches den Motor mit der Übertragungseinrichtung verbindet, die an ein Übertragen des Drehmomentes zwi schen den beschriebenen Vorrichtungen angepaßt ist (es wird festgestellt, daß trotz der Einfachheit der Offen legung angenommen wird, daß die Kupplung von der Art ist, wie sie bei manuellen Übertragungen verwendet wird, daß es möglich ist, eine geeignete Vorrichtung zu verwenden, die die entsprechende Lage eines Drehmomen tenumwandlers oder für den vergleichbaren Fall überwa chen kann, daß der Motor, auf den sich die Erfindung bezieht, mit einer automatischen Übertragung verbunden ist) und einen Steuernocken-Lagemeßfühler 206; Einspei sedaten, die die augenblickliche Lage der Betriebsbe dingungen anzeigen. In dieser Ausführungsform sind die Meßfühler 201-205 so angeordnet, daß sie ein digita les Signal direkt zur Eingabe-/Ausgabe-(I/O)Leiterplat te ausgeben, während der Steuernocken-Lagemeßfühler 206 ein analoges Signal CP (zentrale Datenverarbeitung) ab gibt, welches A/D (analog-digital) in ein digitales Sig nal Vpos umgewandelt wird.

Es wird festgestellt, daß es anstelle der Drosselöff nung alternativ möglich ist, den Betrag der in den Mo tor oder das Induktionsvakuum eingeführten Luftmenge mit Mitteln zum Bestimmen der Motorbelastung zu mes sen.

Dem Betätigungselement (Schrittmotor 150) wird ein An triebssignal SK von einer Verstärker-Schaltung 208 oder dgl. zugeführt. Diese Schaltung wird durch ein Ausgangs signal von der Eingabe/Ausgabe-(I/O)Leiterplatte gesteu ert und erzeugt ein Rückflußsignal SA, das den Nicht-Be trieb der Einrichtung anzeigt. Ausgelöst durch die ver schiedenen Eingangsignale steuert der Mikrocomputer den Betrieb des Schrittmotors 150 derart, daß eine Rotation der Steuernocken zur geeigneten Stellung für die gege benen Betriebsbedingungen sichergestellt ist.

Fig. 24 zeigt ein Steuerungsschema, das in Abhängigkeit von der Drossel-Ventilöffnung (Motorbelastung) und der Motordrehzahl (UPM) dargestellt ist. In diesem Schaubild kennzeichnen die durchgezogenen Linien, die die unter schiedlichen Betriebszonen (Zustände) unterteilen, die Phasenverschiebungslinie, bei der die Steuerung von jener, geeignet für einen Betriebszustand zu jenem, ge eignet für den nächsten verschoben ist, wenn die Bela stung oder Drehzahl des Motors zunimmt, während die un terbrochenen Linien die Situation kennzeichnen, in der eine Phasenverschiebung von einer Art zur nächsten durchgeführt wird, wenn die Größe der Belastung oder der Motordrehzahl vermindert ist. Das legt dem System eine Hysterese auf, die unerwünschte Phänomene verhindert, bei denen die Steuernocken schnell zurückschalten und von einer Position in die andere hin- und herbewegt oder "getrieben" sind.

Zustand 1 dieses Schaltungschemas ist definiert durch den mit Leerlauf (IDLE) gekennzeichneten Punkt und tritt ein, wenn die Belastung des Motors minimal ist und die Motordrehzahl in etwa 500 Umdrehungen pro Minute (RPM) beträgt. Die nachfolgenden Betriebszustände "Zustand 2" bis "Zustand 6" sind wie gezeigt definiert. Die korres pondierenden Nocken (a-f) der Steuernocken, die während jeder dieser Betriebsweisen benutzt werden, ist in Klam mern gezeigt.

Wenn die Eingangssignale der verschiedenen Meßfühler an zeigen, daß der Motor im Leerlauf fährt (betrieben ist im Zustand 1) wird das dem Motor unter solchen Bedingun gen zugeführte Luft-Benzingemisch stöchiometrisch einge stellt. Wenn jedoch der Motor vom Zustand 1 in den Zu stand 2 wechselt, ist das Luft-Benzingemisch entweder mager mit einem Benzin/Luft(A/F)-Verhältnis größer als 20 : 1 eingestellt oder bei oder kurz unterhalb des stö chiometrischen Verhältnisses gehalten und mit einer großen Menge von EGR-Gas vermischt. In Verbindung mit der zuvor beschriebenen Ventilzeitsteuerung, die durch die Steuernockenkurven 122 b und 123 b erzeugt wurde, ver mindert dieses die Bildung von NOx, während ein guter Benzinverbrauch erhalten wird.

Um in dem Motor die Produktion einer großen Leistungs menge hervorzurufen, ist es möglich, eine Drosselstel lungsschaltung vorzusehen, die betätigt wird, wenn die Drossel bis zum Punkt "R" geöffnet ist. Die Steuervor richtung (nicht gezeigt) des Luft-Benzin-Gemisches des Motors kann empfindlich gemacht werden für das Aus gangssignal dieses Schalters, um dem Motor eine Mi schung zuzuführen, die reicher als die stöchiometri sche ist unabhängig von der augenblicklichen Art der Motorbetriebsweise.

In den Zonen außerhalb des Zustandes 1 und unterhalb des Niveaus R ist es möglich, dem Motor eine Mischung zuzu führen, die ein Luft-Benzin-Verhältnis gleich oder etwas niedriger als das stöchiometrische Verhältnis aufweist, so daß sichergestellt ist, daß die erforderliche Menge des Motorausstoßes erzielt wird und jedes Klopfen ver hindert ist, das eintreten kann, wenn das Luft-Benzin verhältnis des Gemisches, welches dem Motor zugeführt wird, plötzlich von fett auf mager oder umgekehrt infol ge von Übergängen in der Betriebsweise verändert werden sollte.

Fig. 25-27 zeigen ein Schaubild, das die Prozeßschritte darstellt, die ausgeführt werden, um die erste Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung in geeigneter Wei se zu steuern.

Wie gezeigt, wenn man dem Start des Steuerprogramms folgt, wird der Strömungszustand der Motorbelastung durch ein Sammeln der Positionen der Motor-Drosselven tile bestimmt. Wenn das Ausgangssignal dieser Untersu chung anzeigt, daß das TV (Drosselventil) geschlossen ist, dann folgt das Programm den Schritten 1002, in de nen festgestellt wird, ob eine Nachfrage vorhanden ist, das Drehmoment von dem Motor zu dem Übergang zu übertra gen durch ein Abtasten der Ausgangssignale von dem Kupplungs-Lagemeßfühler 205. Wenn die Antwort auf diese Nachfrage derart ist, daß das Niederdrücken des Kupp lungspedals angezeigt wird (d.h. es gibt keinen Bedarf für eine Drehmoment-Übertragung), dann geht das Programm zum Schritt 1003, worin festgestellt wird, ob sich die Übertragung in einem neutralen Gang oder nicht befindet.

Beim Schritt 1004 wird die Motordrehzahl abgetastet und eine Untersuchung durchgeführt, ob der Motor im Leerlauf steht oder nicht. Wenn, wie gezeigt, das Ausgangssignal der Schritte 1001-1004 anzeigt, daß keine Absicht zum Fahren des Kraftfahrzeuges vorliegt und daß der Motor für diesen Zeitpunkt im Leerlauf fährt, dann wird bei Schritt 1005 eine Markierung Fpos ist gleich "1" ge setzt, und das Programm fährt weiter zum KSF-Maschinen programm, welches in Fig. 27 gezeigt ist. Wenn das Aus gangssignal von einem der Schritte 1001 - 1004 auf der anderen Seite die Möglichkeit anzeigt, daß für die Mo torleistung ein Bedarf vorhanden ist oder in Kürze vor handen sein wird, dann läuft das Programm quer zum Schritt 1006, bei dem untersucht wird, ob der Motor tatsächlich läuft. Wenn nicht, dann wird es beim Schritt Markierung Fpos an der Stelle 1007 zu Null gesetzt, und das Programm geht über zum KSF-Maschinenprogramm.

Wenn jedoch der Motor läuft, dann wird beim Schritt 1008 überprüft, ob der Schrittmotor 150 gegenwärtig in Be trieb ist. Wenn der Motor gegenwärtig tatsächlich in Be trieb ist, fährt das Programm zurück zum Schritt 1001, um die Vervollständigung der augenblicklichen Betriebs phase zu erlauben. Diese Vervollständigung wird ange zeigt durch die Erzeugung des Signals SA.

Wenn der Betrieb vervollständigt ist, läuft das Programm zum Schritt 1009, indem die gegenwärtige Motordrehzahl abgetastet und eine Untersuchung durchgeführt wird, um festzustellen, ob die Motordrehzahl gleich oder über ei nem vorbestimmten Wert E 1 liegt oder nicht. Für diesen Fall ist dieser Wert festgelegt auf 4000 Umdrehungen pro min (RPM). Wenn die Motordrehzahl gleich oder grös ser als E 1 ist, dann wird beim Schritt 1010 die Markie rung Fpos ist gleich 6 gesetzt, und das Programm geht dann über zum Abschnitt KSF (Fig. 27).

Wenn jedoch ein Wert kleiner als E 1 festgestellt wird, dann geht das Programm zum Schritt 1011, worin überprüft wird, ob der Motor unter Zustand 6 betrieben wird oder nicht. Diese Bedingung kann z.B. mit Hilfe einer Abta stung des Ausgangssignals des Motor-Drehzahlmessers und des Ausgangssignals des Motor-Belastungsmeßfühlers (Drosselventil-Stellungsmeßfühler) und durch einen Blick in das Schaubild überprüft werden, wo die Daten der Zu stände, gezeigt in Fig. 24, im Festwertspeicher (ROM) gespeichert sind. Bei diesem Schritt sollte beachtet werden, ob entweder eine oder beide der Variablen an steigt oder abfällt, um die nötige, geeignete Verschie besteuerentscheidung zu ermöglichen.

Wenn z.B. die Koordinate, die der augenblicklichen Mo tordrehzahl und -belastung entspricht, in die Zone fällt, die den Betrieb im Zustand 6 bezeichnet, dann läuft das Programm zum Schritt 1012, worin eine Markie rung COND gesetzt ist, die einen Wert von 6 annimmt.

Nachfolgend wird beim Schritt 1013 eine Markierung Fpos auf einen Wert von 6 festgesetzt. Das Programm geht dann über zum KSF-Maschinenprogramm.

Im Fall, daß das Ausgangssignal der Anfrage beim Schritt 1011 jedoch anzeigt, daß der Motor in einem anderen Be reich als dem Zustand 6 betrieben ist, dann wird beim Schritt 1014 überprüft, ob der gegenwärtige Zustand der Markierung COND 6 ist oder nicht. Wenn das Ausgangssig nal positiv ist, dann wird beim Schritt 1015 eine Abfra ge zu der Feststellung durchgeführt, ob der Motor in der nächst tieferen Zone (d.h. im Zustand 5) betrieben ist. Wenn das Ausgangssignal dieser Abfrage anzeigt, daß der Motor tatsächlich im Bereich des Zustandes 5 betrieben ist, dann läuft das Programm quer zum Schritt 1013 und schließlich zum KSF-Maschinenprogramm. In dem Fall je doch, daß das Ausgangssignal dieser Abfrage negativ ist, läuft das Programm dann quer zum Schritt 1019, in dem der Zustand der COND-Markierung überprüft wird.

Es ist augenscheinlich, daß die Schritte 1016-1020, 1021-1025 und 1026-1031 im wesentlichen Wiederholun gen der Schritte 1011-1015 mit der Ausnahme sind, daß die Werte der bestimmten Zustände stufenweise durch ei nen Wert pro Schritt vermindert werden. Die Schritte 1032-1034 laufen im wesentlichen parallel zu den Schritten 1011-1013. Schritt 1031 ist jedoch ein sol cher zum Klarstellen der Markierung COND.

Es ist klar, daß die Schritte 1011-1034 die einbezo genen Markierungen schnell auf den neuesten Stand brin gen, wenn der Motor in einer Art betrieben wird, die den Wert des Motorbetriebszustandes erhöht (d.h. Fortschrei ten aus dem Zustand 1 zum Zustand 6), aber den Markie rungswechsel verlangsamt, sobald sich der Wert vermin dert.

Das KSF-Maschinenprogramm ist derart ausgebildet, daß es den augenblicklichen Zustand der Fpos-Markierung ver gleicht mit dem Ausgangssignal Vpos, das der Eingabe/ Ausgabe -(I/O) Leiterplatte von dem Steuernocken-Lage meßfühler (über den A/D-Umwandler) zugeführt wird. Wenn das Stellungssignal und die Werte der Fpos-Markierung zusammentreffen, läuft das Signal dann direkt zum Schritt 1054, worin ein Steuerbefehl zum Beenden wei terer Motorbetriebsschritte ausgegeben wird. Auf der anderen Seite wird die Markierung Fth in die Schritte 1037-1051 auf einen Wert von "0" oder "1" in Abhän gigkeit von der Richtung gesetzt, in welcher es nötig ist, die Nocke unter den augenblicklichen Betriebsbe dingungen zu rotieren.

Fig. 28 zeigt in grafischer Form die Ventilhebeverläu fe, welche durch eine zweite Ausführungsform der vor liegenden Erfindung bestimmt werden. In diese Ausfüh rungsform sind die Steuernocken der Haupt- und Zweit- Einlaßventile mit fünf Steuerkurven ausgebildet, die im einzelnen in den Fig. 29 und 30 dargestellt sind. Die Ausführungsform weist das Merkmal auf, daß die Zeit steuerung, mit welcher der maximale Hub der Haupt-Ein laßventile eintritt und mit welcher die Zweit-Einlaß ventile den maximalen Hub erfahren, derart verstellt wird, daß der maximale Hub der Zweit-Ventile später als der der Haupt-Ventile eintritt.

Bei der zweiten Ausführungsform ist das Haupthebeventil so angeordnet, daß es in drei Stellungen steuerbar ist, während das Zweit-Ventil in fünf Stellungen steuerbar ist. Das wird erreicht, durch die Anordnung der Nocken c, d und e der Kurve 301, um das gleiche Anheben zu erzielen.

Fig. 31-35 verdeutlichen die indivuduell erstellten Hebeverläufe, wenn die zwei Steuernocken durch ihre fünf Betriebsstellungen gedreht werden.

Wie aus Fig. 31 klar wird, ist der Hub des Haupt- und Zweit-Ventils sehr klein und derart ausgebildet, daß ein Öffnen nach der Stelle TDC und ohne ein Überlappen mit dem Abgasventil stattfindet. Das Schließen der Ventile geschieht auch vor der Stelle BDC. Durch diese Zeitsteu erung ist das in den Induktionsleitungen vorherrschende Vakuum stromabwärts vom Drosselventil daran gehindert, Abgase in das Abgassystem aus dem Rückstrom in die Ver brennungsräume anzusaugen und dadurch die darin be findliche Menge zu verringern. Außerdem bewirkt die frü he Verschluß-Zeitsteuerung und das niedrige Anheben ver minderte Pumpenverluste, wie aus dem P-V-Diagramm der Fig. 36 klar wird.

Wenn der Motorbetrieb aus dem Leerlauf in einen Betrieb mit niedriger Drehzahl - niedriger Belastung (d.h. Wech sel aus dem Zustand 1 in den Zustand 2) wechselt, wird die Zeitsteuerung der Haupt- und Zweit-Ventile derart vorgenommen, daß sich die Spitzen der einzelnen Hübe einander annähern. D.h., wie in Fig. 31 gezeigt, daß die Spitze des Zweit-Ventilanhebens zu einem Zeitpunkt er reicht wird, der nahe dem Verschlußzeitpunkt des Haupt ventils angeordnet ist, während wie in Fig. 32 gezeigt, bei einem Verschieben aus dem Zustand 1 in den Zustand 2 der Spitzenhub des Zweit-Ventils gerade nach dem Spit zenhub des Haupt-Ventils eintritt. Der nachfolgende Be trieb unter der Steuerung der c-Nocken der Steuerkurven ist derart ausgebildet, daß eine Situation hervorgeru fen wird, in der das Anheben des Zweit-Ventils zur Spit ze gerade beginnt, wenn die Spitze des Haupt-Ventils ab fällt.

Es wird ferner aus Fig. 32 klar, daß das Anheben des Haupt-Einlaßventils so ausgebildet ist, daß es vor der Stelle BDC beendet ist, während es sofort nach der Stel le TDC mit einer kleinen Überlappung mit dem Abgasven til beginnt. Das vermehrte Anheben vergrößert das Induk tionsvolumen und steigert den Betrag des von dem Motor erzeugten Drehmomentes.

Die Verwendung der d-Nocken der Steuerkurven 301, 302 vergrößert das Induktionsvolumen und läßt das Ventil mit dem Ergebnis überlappen, daß ein erhöhtes Drehmoment produziert und ein Induktionsrückstoß verhindert ist. Beim Eintritt in den Betrieb hohe Drehzahl - hohe Be lastung löst das durch die e-Nocken gesteuerte Anheben das Öffnen der Zweit-Ventile an einem Punkt aus, der im wesentlichen synchron ist mit dem der Haupt-Ventile. Ein vermehrtes Induktionsvolumen bewirkt einen gesteigerten Motor-Leistungsausstoß.

Fig. 37 zeigt eine Ventilzeitsteuerung, mit Verläufen nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Er findung. Wie darin festgestellt wird, ist diese Ausfüh rungsform derart ausgebildet, daß die Zeitsteuerung und das Anheben des Haupt-Einlaßventils festgelegt ist und nur die Zeitsteuerung des Zweit-Ventils variiert werden kann. Der Maximalhub des Haupt-Einlaßventils ist gerin ger als jener, der in der ersten und zweiten Ausfüh rungsform produzierten.

Fig. 38 zeigt das Profil der einzigen Steuernocke, wie sie in dieser Ausführungsform verwendet wird. Fig. 39- 43 kennzeichnen die Hebeverläufe, wie sie erzielt wer den, sobald die einzige Steuernocke 402 durch ihre fünf Betriebsstellungen gedreht wird.

Bei dieser Ausführungsform ist es möglich, das Abgasven til und das Haupt-Einlaßventil durch die Verwendung ei ner Steuerarmanordnung zu betreiben, wie sie in Fig. 14 gezeigt ist und eine in Fig. 6 veröffentlichte Anordnung zum Betreiben des Zweit-Einlaßventils zu verwenden.

Mit der dritten Ausführungsform werden Pumpenverluste und ein Verschmutzen der Zündkerzen abgeschwächt und stabile Betriebszustände während des Betriebes mit nied riger Drehzahl besonders begünstigt, wenn die Motor-Tem peratur niedrig ist.

Ein allen drei der zuvor beschriebenen Ausführungsformen gemeinsames, vorteilhaftes Merkmal besteht darin, daß die Anordnung, durch welche das Luft-Benzin-Gemisch her gestellt wird, stark vereinfacht werden kann, verglichen mit der Anordnung, wie er im Stand der Technik gezeigt und in Verbindung mit den Fig. 1-5 diskutiert wurde.

Es wird festgestellt, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die Hubwerte, wie sie in den Zeichnungen und in der Beschreibung zitiert werden, beschränkt ist, und daß diese lediglich als eine Art Beispiel genannt sind.

Claims

1. Verbrennungsmotor, gekennzeichnet durch
Mittel zum Begrenzen eines Verbrennungsraumes (104);
ein Abgasventil (106), das die Verbindung zwischen dem Verbrennungsraum und einem Abgassystem steuert;
ein erstes Einlaßventil (101), das die Verbindung zwi schen dem Verbrennungsraum und einem ersten Induktions durchlaß steuert, der so ausgebildet und angeordnet ist, daß die durch ihn in den Verwirbelungsraum strömende Luft so geführt wird, daß in diesem ein verwirbeltes Luftprofil erzeugt wird;
ein zweites Einlaßventil (102), das die Verbindung zwi schen dem Verbrennungsraum und einem zweiten Induktions durchlaß steuert, welcher derart ausgebildet und ange ordnet ist, daß die darin in den Verbrennungsraum ein fließende Luft derart eingeleitet wird, daß der Ladungs wirkungsgrad verbessert ist;
eine erste einstellbare Ventilzeitsteuerungsvorrichtung (116), welche den Ventilhub und den Zeitpunkt des zwei ten Einlaßventils (102) steuert; und
eine Steuereinrichtung zum Steuern der ersten einstell baren Ventilzeitsteuerungsvorrichtung in Abhängigkeit eines ersten Motor-Betriebsparameters.

2. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Steuereinrichtung auf einen zweiten Betriebsparameter anspricht, wobei die ersten und zwei ten Betriebsparameter die Drehzahl des Motors und die Belastung auf den Motor darstellen, und erste und zweite Meßfühler (202, 203) zum Erfassen der Größe der ersten und zweiten Betriebsparameter und zum Erzeugen von diese angehenden Signalen aufweist.

3. Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß eine weitere, zweite einstellbare Ventil zeitsteuerungsvorrichtung vorgesehen ist, die den Ven tilhub und den Zeitpunkt des ersten Einlaßventils (101) steuert, wobei diese zweite einstellbare Ventilzeitsteu erungsvorrichtung auf die Steuereinrichtung anspricht.

4. Verbrennungsmotor nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die erste einstellbare Ventilzeitsteu erungsvorrichtung umfaßt:
einen ersten Kipphebel (128), dessen erstes Ende mit einem Stößel des zweiten Einlaßventils (102) im Eingriff steht;
eine erste kontinuierlich drehbare Nocke (130), die mit dem zweiten Ende des ersten Kipphebels in Eingriff steht;
einen ersten Reaktionshebel (124), der schwenkbar an ei nem Ende gelagert und zum Eingriff mit dem ersten Kipp hebel derart angeordnet ist, daß, sobald eine Steuerkur ve der ersten Nocke an dem zweiten Ende so angreift, daß dieses verschoben wird, sich der erste Kipphebel zu dem Reaktionshebel hinbewegt und auf diesen derart wirkt, daß dadurch ein Verschwenken des Kipphebels und Anheben des zweiten Einlaßventils bewirkt wird;
eine erste Steuernocke (123), die wahlweise in eine Vielzahl von Positionen drehbar ist, wobei diese erste Steuernocke mit dem ersten Reaktionshebel an einer Stel le in Eingriff steht, die von dem einen Ende entfernt ist, an dem er schwenkbar gelagert ist; und
wobei die erste Steuernocke die Ausrichtung des ersten Reaktionshebels in einer Art ändert, die den Ventilhub des zweiten Ventils verändert.

5. Verbrennungsmotor nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, daß die Steuereinrichtung aufweist:
einen Motor (150);
eine Steuerwelle (152), die mit dem Motor wirkungsmäßig verbunden ist, wobei die erste Steuernocke auf der An triebswelle angeordnet und wirkungsmäßig mit dieser der art verbunden ist, daß sie von dieser antreibbar ist,
wenn der Motor erregt wird, wobei die wirkungsmäßige Verbindung umfaßt:
eine federnde Einrichtung (174), die eine begrenzte Drehbewegung zwischen der Steuerwelle und der ersten Steuernocke ermöglicht, wobei die begrenzte Drehbewegung eine Vorspannung bewirkt, die die erste Steuernocke zu ihrer nächsten Wirkstellung hin zu drehen trachtet; und
eine Totgang-Verbindung (176, 178), die kraftschlüssig die Steuerwelle und die erste Steuernocke verbindet, nachdem sich die Steuerwelle relativ zur Steuernocke um ein bestimmtes Maß gedreht hat.

6. Verbrennungsmotor nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß die Steuereinrichtung ferner umfaßt:
eine Einrichtung (Fig. 23), die ein Steuerschema (Fig. 24) beinhaltet, das in Abhängigkeit von den ersten und zweiten Betriebsparametern festgelegt und in eine Viel zahl von Betriebsbereichen unterteilt ist, wobei die Einrichtung anspricht auf:

(a) den Übergang des Verbrennungsmotorbetriebs von einem Betriebsbereich in einen anderen, wobei der Übergang durch ein Ansteigen der Größe von einem oder von beiden der ersten und zweiten Betriebsparameter hervorgerufen wird, so daß der Motor sofort derart erregt wird, daß die erste Steuernocke in einer Drehrichtung verdreht wird, die den Ventilhub des zweiten Einlaßventils er höht; und
(b) einen Übergang von einem Betriebsbereich zu einem anderen, der durch eine Verminderung in der Größe von einem oder von beiden der ersten und zweiten Betriebspa rameter derart hervorgerufen wird, daß die Erregung des Motors derart verzögert wird, daß die erste Steuernocke in einer Drehrichtung verdreht wird, die den Ventilhub des zweiten Einlaßventils verringert.

7. Verbrennungsmotor nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die zweite einstellbare Ventilzeitsteu erungsvorrichtung umfaßt:
einen zweiten Kipphebel (128), dessen erstes Ende mit einem Stößel des ersten Einlaßventils in Eingriff steht;
eine zweite kontinuierlich drehbare Nocke (130), die mit dem zweiten Ende des zweiten Kipphebels in Eingriff steht;
einen zweiten Reaktionshebel (124), der an einem Ende schwenkbar gelagert und zum Eingriff mit dem zweiten Kipphebel derart angeordnet ist, daß, sobald eine Steu erkurve dieser zweiten Nocke mit dem zweiten Ende des zweiten Kipphebels derart in Eingriff gelangt, daß die ses verschoben wird, sich der zweite Kipphebel zum zwei ten Reaktionsarm hinbewegt und auf diesen derart ein wirkt, daß der zweite Kipphebel geschwenkt und das er ste Enlaßventil angehoben wird;
eine zweite Steuernocke (122), die wahlweise in eine Vielzahl von Positionen drehbar ist, wobei die zweite Steuernocke mit dem zweiten Reaktionshebel an einer Stelle entfernt von dem einen Ende in Eingriff steht, an dem er schwenkbar gelagert ist;
und wobei die zweite Steuernocke die Ausrichtung des zweiten Reaktionshebels in einer Art ändert, die den Ventilhub des ersten Einlaßventils verändert.

8. Verbrennungsmotor nach Anspruch 7, dadurch gekenn zeichnet, daß die Steuereinrichtung aufweist:
einen Motor (150);
eine Steuerwelle (152), die wirkungsmäßig mit dem Motor verbunden ist, wobei die ersten und zweiten Steuernocken auf der Steuerwelle angeordnet und wirkungsmäßig mit dieser derart verbunden sind, daß sie durch diese an treibbar sind, wenn der Motor erregt wird, wobei die wirkungsmäßige Verbindung umfaßt:
eine federnde Einrichtung (174), die eine begrenzte Drehbewegung zwischen der Steuerwelle und jeder der er sten und zweiten Steuernocken ermöglicht, wobei die be grenzte Drehbewegung eine Vorspannung bewirkt, die die erste und zweite Steuernocke zu verdrehen trachtet und Totgang-Verbindungen (176,178), die die Steuerwelle und die ersten und zweiten Steuernocken kraftschlüssig verbinden, nachdem sich die Steuerwelle relativ zu die sen um ein vorbestimmtes Maß gedreht hat.

9. Verbrennungsmotor nach Anspruch 8, dadurch gekenn zeichnet, daß die Steuereinrichtung ferner aufweist:
eine Einrichtung (Fig. 23), die ein Steuerschema (Fig. 24) beinhaltet, das in Abhängigkeit von den ersten und zweiten Betriebsparametern festgelegt und in eine Viel zahl von Betriebsbereichen unterteilt ist, wobei die Mittel ansprechen auf:

(a) einen Übergang des Verbrennungsmotor-Betriebs von einem Bereich in einen anderen, wobei der Übergang durch ein Anstei gen der Größe von einem oder von beiden der ersten und zweiten Betriebsparameter derart hervorgerufen wird, daß der Motor sofort derart erregt wird, daß die ersten und zweiten Steuernocken in eine Drehrichtung gedreht werden, die den Ventilhub der ersten und zweiten Einlaßventile vergrößert; und
(b) einen Übergang von einem Betriebsbereich in einen anderen, welcher durch eine Verminderung der Größe von einem oder von beiden der ersten und zweiten Betriebspa rameter derart hervorgerufen ist, daß die Erregung des Motors derart verzögert wird, daß die ersten und zweiten Steuernocken in einer Drehrichtung verdreht werden, die den Ventilhub der zweiten und ersten Einlaßventile ver ringert.

10. Verbrennungsmotor nach Anspruch 7, dadurch gekenn zeichnet, daß die ersten und zweiten Steuernocken so angeordnet sind, daß die erste Steuernocke den Maximal hub des zweiten Einlaßventils zu einem Zeitpunkt be wirkt, der später als der Zeitpunkt ist, bei dem die zweite Steuernocke den Maximalhub des ersten Einlaßven tils bewirkt.

11. Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors, ge kennzeichnet durch die Schritte:
Steuern der Verbindung zwischen einem Verbrennungsraum (104) des Verbrennungsmotors und einem Abgassystem mit Hilfe eines Abgasventils (106);
Verwendung eines ersten Einlaßventils (101) zum Steu ern der Verbindung zwischen dem Verbrennungsraum (104) und einem ersten Einlaßkanal;
Anordnen des ersten Einlaßkanals zur Führung der Luft, die durch ihn in den Verbrennungsraum (104) strömt, derart, daß in ihm ein verwirbeltes Luftprofil hervor gerufen wird;
Verwendung eines zweiten Einlaßventils (102), zum Steu ern der Verbindung zwischen dem Verbrennungsraum (104) und einem zweiten Einlaßkanal;
Anordnen des zweiten Einlaßkanals zur Führung der in den Verbrennungsraum einströmenden Luft derart, daß dadurch der Ladungswirkungsgrad verbessert wird;
Steuern des zweiten Einlaßventils durch Verwendung einer ersten einstellbaren Ventilzeitsteuerungsvorrichtung, die den Ventilhub und den Zeitpunkt des zweiten Einlaß ventils (102) steuert; und
Verwendung einer Steuereinrichtung zum Steuern der er sten einstellbaren Ventilzeitsteuerungsvorrichtung in Übereinstimmung mit einem ersten Betriebsparameter des Verbrennungsmotors.

12. Verfahren nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch die weiteren Schritte:
Verwendung eines ersten und zweiten Meßfühlers (202, 203) zum Ermitteln der Größe des ersten und eines zwei ten Betriebsparameters; und
Bestimmen der ersten und zweiten Betriebsparameter als die Drehzahl des Verbrennungsmotors und die Belastung des Verbrennungsmotors.

13. Verfahren nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch die weiteren Schritte:
Steuern der ersten einstellbaren Ventilzeitsteuerungs vorrichtung durch Verwendung eines Steuerschemas, das in Abhängigkeit von den ersten und zweiten Betriebsparame tern festgelegt und in eine Vielzahl von Betriebsberei chen unterteilt ist;
Steuerung des Betriebes eines Motors, welcher eine erste Steuernocke der ersten einstellbaren Ventilzeitsteue rungsvorrichtung in Abhängigkeit von einem Übergang der Verbrennungsmotorbelastung von einem Bereich in einen anderen steuert, wobei der Übergang durch ein Ansteigen der Größe von einer oder von beiden der ersten und zwei ten Betriebsparameter hervorgerufen wird, so daß der Mo tor sofort derart erregt wird, daß die erste Steuernocke in eine Drehrichtung verdreht wird, die den Ventilhub des zweiten Einlaßventils vergrößert; und
Steuerung des Betriebes des Motors im Ansprechen auf ei nen Übergang von einem Betriebsbereich in einen anderen, der durch eine Verminderung der Größe von einer oder von beiden der ersten und zweiten Betriebsparameter hervor gerufen wird, so daß die Erregung des Motors so verzö gert wird, daß die erste Steuernocke in einer Dreh richtung verdreht wird, die den Ventilhub des zweiten Einlaßventils verringert.

14. Verfahren nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt:
Verwendung einer zweiten einstellbaren Ventilzeitsteu erungsvorrichtung zum Steuern des Ventilhubes und des Zeitpunkts des ersten Einlaßventils (101), wobei die zweite einstellbare Ventilzeitsteuerungsvorrichtung auf die Steuereinrichtung anspricht.

15. Verfahren nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch die weiteren Schritte:
Steuerung der ersten und zweiten einstellbaren Ventil zeitsteuerungsvorrichtung durch die Verwendung eines Steuerschemas, das in Abhängigkeit von den ersten und zweiten Betriebsparametern festgelegt wird und in eine Vielzahl von Betriebsbereichen unterteilt ist,
Steuerung des Betriebs eines Motors, der die erste und zweite Steuernocke der ersten und zweiten einstellbaren Ventilzeitsteuerungsvorrichtungen im Ansprechen auf ei nen Übergang des Verbrennungsmotorbetriebes von einem Bereich in einen anderen steuert, wobei der Übergang durch ein Ansteigen der Größe von einem oder von beiden der ersten und zweiten Betriebsparameter hervorgerufen wird, um den Motor schnell derart zu erregen, daß die ersten und zweiten Steuernocken in einer Drehrichtung verdreht werden, die den Ventilhub der zweiten und er sten Einlaßventile vergrößert, und
Steuerung des Betriebes des Motors im Ansprechen auf ei nen Übergang von einem Betriebsbereich in einen anderen, welcher durch eine Verminderung der Größe von einem oder von beiden der ersten und zweiten Betriebsparameter her vorgerufen wird, um die Erregung des Motors so zu ver zögern, daß die ersten und zweiten Steuernocken in ei ner Drehrrichtung verdreht werden, die den Ventilhub der zweiten und ersten Einlaßventile vermindert.

16. Verfahren nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt
Anordnen der ersten und zweiten einstellbaren Ventil zeitsteuerungsvorrichtung derart, daß der Maximalhub des zweiten Einlaßventils zu einem Zeitpunkt später als der jenige des ersten Einlaßventils (101) auftritt.