DE102007047566A1 - Internal-combustion engine operating method, involves varying closing flank such that energy conversion value is reached and adjusting flank into middle region between early and late time at relatively early time - Google Patents

Internal-combustion engine operating method, involves varying closing flank such that energy conversion value is reached and adjusting flank into middle region between early and late time at relatively early time Download PDF

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Christian Dr. Jelitto
Jan Jakobs
Jürgen Willand
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    • F02D13/02—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing during engine operation
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    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Abstract

The method involves operating a piston in an operating range using homogeneous self-ignition. A closing flank (28) of a movable charge-cycle valve, is varied for the transition of the self-ignition mode to an extraneous-ignition mode such that energy conversion value characterizing the measure of energy conversion in a combustion chamber is reached during adjustment of the flank in an early direction and/or late direction at a relatively later time during a combustion process. The flank is adjusted into a middle region between early and late time at a relatively early time.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit in Zylindern verschiebbaren Hubkolben, welche zumindest in einem ersten Motorbetriebsbereich im Wesentlichen mittels homogener Selbstzündung betrieben wird und zumindest in einem zweiten Motorbetriebsbereich im Wesentlichen mittels homogener Fremdzündung betrieben wird gemäß Patentanspruch 1.The The invention relates to a method for operating an internal combustion engine with displaceable in cylinders reciprocating pistons, which at least in a first Engine operating range essentially by means of homogeneous self-ignition is operated and at least in a second engine operating range operated essentially by homogeneous spark ignition is according to claim 1.

Auf dem Gebiet der Brennverfahren für homogene Kompressionszündung wird seit einigen Jahren intensiv geforscht. Während solche Verfahren mittlerweile im stationären Prüfstandsbetrieb durchaus beherrschbar sind, ist die Beherrschung der Verbrennung im dynamischen Betrieb nach wie vor eine große Herausforderung. Besonders problematisch ist hierbei das Fehlen des direkten Zugriffes auf den Brennbeginn, wie er bei der Betriebsweise eines konventionellen Motors durch Auslösen des Zündfunkens problemlos möglich ist.On the field of combustion processes for homogeneous compression ignition has been intensively researched for several years. While such Method now in stationary test bench operation are quite controllable, is the mastery of combustion It's still a big challenge in dynamic operation. Particularly problematic here is the lack of direct access on the start of firing, as in the operation of a conventional Motors by triggering the spark easily is possible.

Vorteilhaft bei diesen Brennverfahren ist es jedoch, dass es zu äußerst niedrigen Emissionswerten für Stickoxyde (NOx) und Ruß kommt. Solche Brennverfahren werden insbesondere im englischen Sprachraum als HCCI-Verfahren bezeichnet (Homogeneous Charge Compression Ignition). Die NOx-Reduktion rührt im Wesentlichen daher, dass die Verbrennung bei der Selbstzündung an einer Vielzahl von Orten im Brennraum beginnt, wodurch sich eine relativ geringe Verbrennungstemperatur einstellt.Advantageous however, in these firing processes, it is too extreme low emissions for nitrogen oxides (NOx) and soot. Such firing methods are used especially in the English-speaking world referred to as HCCI process (Homogeneous Charge Compression Ignition). The NOx reduction stems essentially from the fact that the Combustion at auto ignition on a variety of Locations in the combustion chamber begins, resulting in a relatively low combustion temperature established.

Bisher ist der Betrieb im HCCI-Modus vorwiegend auf Teillastbereiche beschränkt, da zum einen nur in diesem aufgrund der relativ niedrigen effektiven Mitteldrücke kurz vor dem oberen Totpunkt der Hubkolben der genaue Zeitpunkt der Entflammung festgelegt werden kann. Zum anderen steigt bei zunehmendem effektiven Mitteldruck die Intensität der Verbrennung und damit die Bauteilbelastung sowie das Geräuschniveau der Brennkraftmaschine.So far the operation in HCCI mode is mainly restricted to partial load ranges, because, on the one hand, only in this because of the relatively low effective Medium pressures just before the top dead center of the reciprocating piston the exact time of ignition can be determined. To the Others increase with increasing effective mean pressure, the intensity the combustion and thus the component load and the noise level the internal combustion engine.

Um die Selbstzündung des Gemisches während des Kompressionstaktes einzuleiten, muss der Zylinderladung Energie zugeführt werden. Eine hierfür erfolgversprechende Möglichkeit ist die Nutzung der im Abgas vorhandenen thermischen Energie. Dieser prozessbedingt im Abgas vorhandene Energieanteil wird bei konventionellen Verfahren bisher weitgehend ungenutzt an die Umgebung abgeführt. Die genannte thermische Energie kann über eine vorzugsweise intern geregelte Abgasrückführung in Verbindung mit entsprechenden Variabilitäten in einem Ventiltrieb der Brennkraftmaschine realisiert werden. Kritisch ist insbesondere der Übergangsbereich zwischen dem Selbst- und dem Fremdzündungsbereich, da bei der homogenen Selbstzündung aufgrund des höheren Wirkungsgrades Abgas mit geringerer Temperatur entsteht, so dass bei der Umschaltung von der Fremdzündung auf die Selbstzündung zumindest in den ersten Zyklen ein vergleichsweise zu großes thermisches Energieangebot im Brennraum zur Verfügung steht, welches dazu führen kann, dass das Gemisch zu früh entflammt. Hierdurch kann es zu unerwünschten Geräuschentwicklungen sowie zu hohen Bauteilbelastungen an der Brennkraftmaschine kommen.Around the self-ignition of the mixture during the compression stroke To initiate the cylinder charge energy must be supplied become. A promising option for this is the use of existing thermal energy in the exhaust. This Depending on the process, the proportion of energy present in the exhaust gas becomes conventional Process hitherto largely unused discharged to the environment. The called thermal energy can via a preferably Internally regulated exhaust gas recirculation in connection with corresponding variabilities in a valve train the internal combustion engine can be realized. In particular, it is critical the transition region between the self-ignition zone and the spark-ignition zone, since in the homogeneous auto-ignition due to the higher Efficiency exhaust gas is produced at a lower temperature, so that at switching from spark ignition to auto-ignition at least in the first cycles a comparatively too large thermal Energy supply in the combustion chamber is available, which can cause the mixture to ignite too early. This can lead to unwanted noise and come to high component loads on the internal combustion engine.

Aus der DE 102 37 496 A1 ist ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine bekannt, welche zwischen der homogenen Selbstzündung und der homogenen Fremdzündung umschaltbar ist. Zur Lösung des zuvor aufgezeigten Problems bezüglich der rückgeführten Abgasmenge und der damit in Verbindung stehenden Temperaturerhöhung bzw. Erniedrigung bei dem Umschaltvorgang schlägt dieser Stand der Technik vor, während des Umschaltvorganges vom homogenen Fremdzündbetrieb in den homogenen Selbstzündungsbetrieb eine – bezüglich den Erfordernissen für einen stationären homogenen Selbstzündungsbetrieb – reduzierte Abgasmasse rückzuführen bzw. im Zylinder zu belassen. Die sich durch einen Umschaltvorgang zwischen den beiden Betriebsarten ergebenen Verhältnisse sind in diesem Stand der Technik in den 5a–5e dargelegt, wobei in 5e die Auswirkungen des Umschaltbetriebes aus dem Fremdzündungs- in den Selbstzündungsbetrieb bezüglich eines nicht näher erläuterten 50%-Massenumsatzpunktes in °Kurbelwinkel dargestellt ist. Eine gestrichelt dargestellte Linie in 5e verdeutlicht, dass dieser Massenumsatzpunkt ohne die in diesem Stand der Technik vorgeschlagene Maßnahme nach der Umschaltung bezüglich der Kurbelwinkelgrade zu einem früheren Zeitpunkt wandert und sich dann langsam wieder einem späteren Zeitpunkt annähert. Mit Hilfe der in diesem Stand der Technik vorgeschlagenen Maßnahme soll diese Verschiebung weitestgehend vermieden werden.From the DE 102 37 496 A1 a method for operating an internal combustion engine is known, which is switchable between the homogeneous self-ignition and the homogeneous spark ignition. To solve the above-indicated problem with respect to the recirculated exhaust gas amount and the associated increase in temperature or decrease in the switching process proposes this prior art, during the switching from the homogeneous spark ignition operation in the homogeneous autoignition - with respect to the requirements for a stationary homogeneous autoignition operation - to recirculate reduced exhaust gas mass or to leave it in the cylinder. The conditions resulting from a switching operation between the two operating modes are in the prior art in the 5a - 5e set forth, in 5e the effects of the switchover operation from the spark ignition to the autoignition mode with respect to a 50% mass conversion point (not explained in detail) in ° crank angle is shown. A dashed line in 5e illustrates that this mass conversion point migrates without the proposed in this prior art measure after switching over the crank angle degrees at an earlier time and then slowly approaching a later date again. With the help of the measure proposed in this prior art, this shift should be largely avoided.

Für die Zumessung des rückgeführten Abgases schlägt die DE 102 37 496 A1 prinzipiell zwei verschiedene Arten vor, welche anhand der dortigen 7 und 8 erläutert sind.For the metering of the recirculated exhaust gas suggests the DE 102 37 496 A1 in principle, two different types before, which based on the local 7 and 8th are explained.

Gemäß 7 soll während der Einlassphase, also während der Abwärtsbewegung der Hubkolben, durch ein zweites Öffnen des Einlassventiles eine bestimmte, zuvor ausgeschobene Abgasmenge rückgeführt werden.According to 7 is to be recycled during the intake phase, ie during the downward movement of the reciprocating piston, by a second opening of the intake valve, a certain previously expelled exhaust gas amount.

Für die Öffnungs- und Schließflanken des Auslass- bzw. Einlassventils sind folgende Wertebereiche angegeben,

  • – das erste Öffnen des Aulassventils erfolgt zwischen 570° und 510° Kurbelwinkel vor dem Zünd-OT (ZOT), das Schließen dieses ersten Auslassventils erfolgt in einem Bereich zwischen 390° und 330° Kurbelwinkel vor ZOT,
  • – das Einlassventil öffnet in einem Bereich zwischen 380° und 280° Kurbelwinkel vor ZOT, während die Breite der Einlassventilhubkurve zwischen 30° und 150° Kurbelwinkel beträgt,
  • – das zweite Auslassventilöffnen beginnt zwischen 340° und 280° Kurbelwinkel vor ZOT und die zugehörige Ventilerhebungskurve ist zwischen 20° und 100° Kurbelwinkel breit.
The following value ranges are indicated for the opening and closing edges of the outlet or inlet valve,
  • - The first opening of the Aulassventils takes place between 570 ° and 510 ° crank angle before the ignition TDC (ZOT), the closing of this first exhaust valve is in a range between 390 ° and 330 ° crank angle before ZOT,
  • The intake valve opens in a range between 380 ° and 280 ° crank angle before ZOT, while the width of the intake valve lift curve is between 30 ° and 150 ° crank angle,
  • The second exhaust valve opening begins between 340 ° and 280 ° crank angle before ZOT and the associated valve lift curve is wide between 20 ° and 100 ° crank angle.

Für eine Reduzierung der rückgeführten Abgasmasse wird vorgeschlagen, die zwischen 20 und 100° Kurbelwinkel breite Auslasssteuerzeit des zweiten Auslassventils zu verkürzen. Konkrete Angaben hierzu werden jedoch nicht gemacht.For a reduction of the recirculated exhaust gas mass It is suggested that between 20 and 100 ° crank angle to shorten the wide exhaust timing of the second exhaust valve. Specific details are not provided.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren derart zu verbessern, dass ein für das Maß der Energieumsetzung in den Zylindern zugeordneten Brennräumen charakteristischer Energieumsatzwert bezüglich seiner relativen Lage zum Kurbelwinkel geräusch- und belastungsvermindernd für die Brennkraftmaschine und bezüglich der Abgasemission optimiert liegt.Of the Invention is based on the object, a generic To improve procedures such that one for the measure of Energy conversion in the cylinders associated combustion chambers characteristic energy conversion value relative to its relative Position to the crank angle noise and load reducing for the internal combustion engine and for the exhaust emission optimized lies.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit den Merkmalen des Verfahrensanspruches 1.The Solution of this problem is achieved with the features of the method claim 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung.advantageous Embodiments of the method will become apparent from the dependent Claims and the following description.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass für den. Übergang vom Selbstzündungsbetrieb in den Fremdzündungsbetrieb und/oder umgekehrt die Schließflanke eines variabel einstellbaren Auslassgaswechselventils derart variiert wird, dass der genannte Energieumsatzwert bei einer Verstellung der Schließflanke in Richtung früh und/oder in Richtung spät zu einem relativ späteren Zeitpunkt während des Verbrennungsvorganges erreicht wird, während bei einer Verstellung der Schließflanke in einen mittleren Bereich zwischen früh und spät dieser Zeitpunkt zu einem relativ frühen Zeitpunkt während des Verbrennungsvorganges erreicht wird.The inventive method provides that for the. Transition from the auto-ignition operation in the Spark ignition operation and / or vice versa the closing edge a variably adjustable Auslassgaswechselventils varies such is that said energy conversion value in an adjustment of the Closing edge towards early and / or towards late at a relatively later time during the combustion process is achieved while at a Adjustment of the closing edge in a middle area between early and late this time to one relatively early time during the combustion process is reached.

Dies hat den Vorteil, dass ein Auswandern des Energieumsatzpunktes in Richtung zu früher oder zu später Zeitpunkte während des Verbrennungsablaufes sicher verhindert ist. Eine zu frühe Lage des Energieumsatzpunktes bedeutet harte und laute Verbrennungsgeräusche mit entsprechend steilen Druckgradienten, welche wiederum hohe mechanische Belastungen in der Brennkraftmaschine zur Folge haben. Eine zu späte Lage des Energieumsatzpunktes bietet die Gefahren einer zu spät eingeleiteten, unvollständigen und emissionsungünstigen Verbrennung.This has the advantage that an emigration of the energy conversion point in Direction to early or late times during the combustion process is reliably prevented. A too early location The energy turnover point means hard and loud combustion noises with correspondingly steep pressure gradients, which in turn high mechanical Loads in the internal combustion engine result. One too late Location of the energy conversion point offers the dangers of being too late incomplete and incomplete combustion.

Wenn im Rahmen dieser Erfindung von dem charakteristischen Energieumsatzwert gesprochen wird, so kann dieses beispielsweise ein Wert sein, bei dessen Auftreten 50% der in den Brennraum eingebrachten und für die Verbrennung relevanten Stoffe energetisch umgesetzt sind. In bestimmten Betriebspunkten kann es jedoch von Vorteil sein, dass dieser Energieumsatzwert bereits bei 30% oder etwas erst bei 70% erreicht ist.If in the context of this invention of the characteristic energy conversion value is spoken, it may for example be a value in which Occur 50% of the introduced into the combustion chamber and for the combustion relevant substances are energetically implemented. In However, certain operating points may be advantageous in that this energy conversion value already at 30% or something only at 70% is reached.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert.The The invention will be described in greater detail below with reference to a drawing explained.

Es zeigen:It demonstrate:

1 schematisch Ventilhubverläufe über einem Kurbelwinkel und 1 schematically valve lift curves over a crank angle and

2 die Lage eines charakteristischen Energieumsatzpunktes in Abhängigkeit eines Schließzeitpunktes eines Auslassventils. 2 the location of a characteristic energy conversion point as a function of a closing time of an exhaust valve.

Eine nicht gezeigte Brennkraftmaschine mit in Zylindern verschiebbaren Hubkolben mit grundsätzlich bekanntem und konventionellem Aufbau weist beispielsweise vier Zylinder auf, deren zwischen den Hubkolben und einem zylinderkopfseitigen Brennraumdach ausgebildeten Brennräume durch mindestens ein als Hubventil ausgebildetes und dem Einlass dienenden Gaswechselventil beatmet werden. Des Weiteren ist je Brennraum mindestens ein dem Auslass dienendes Gaswechselventil vorgesehen, dessen Ventilerhebungskurve relativ zur Lage der Kurbelwelle im Steuerdiagramm veränderbar ist. Diese Variabilität kann mit Hilfe irgendeiner der bekannten Vorrichtungen bewerkstelligt werden, so beispielsweise durch elektrohydraulisches Verdrehen einer diesem Auslassventil zugeordneten Nockenwelle oder beispielsweise durch entsprechende Ansteuerung eines elektrischen Aktuators, welcher unter Entfall einer bekannten Nockenwelle das Gaswechselventil direkt betätigt.A not shown internal combustion engine with displaceable in cylinders Reciprocating piston with basically known and conventional Structure has, for example, four cylinders, whose between the Lifting piston and a cylinder head side combustion chamber roof trained Brennräume by at least one designed as a lift valve and The gas exchange valve serving for the inlet is ventilated. Furthermore is provided per combustion chamber at least one gas exchange valve serving the outlet, the valve lift curve relative to the position of the crankshaft in Control diagram is changeable. This variability can be accomplished by any of the known devices be, for example, by electro-hydraulic twisting a this exhaust valve associated camshaft or example by appropriate control of an electric actuator, which under Elimination of a known camshaft, the gas exchange valve directly actuated.

Der Ventiltrieb kann so ausgebildet sein, dass jedem Brennraum ein oder auch zwei Auslassventile zugeordnet sind.Of the Valve train can be designed so that each combustion chamber one or are also associated with two exhaust valves.

Die Brennkraftmaschine ist zumindest in einem ersten Motorbetriebsbereich im Wesentlichen mittels homogener Selbstzündung betreibbar und in einem zweiten Motorbetriebsbereich im Wesentlichen mittels homogener Fremdzündung. Im Betrieb der Brennkraftmaschine kann zwischen dem Selbstzündungsbetrieb und dem Fremdzündungsbetrieb in beide Richtungen gewechselt werden.The Internal combustion engine is at least in a first engine operating range essentially operable by means of homogeneous self-ignition and in a second engine operating range substantially by means of homogeneous spark ignition. In operation of the internal combustion engine can between the autoignition and the spark ignition operation be changed in both directions.

Ein dieser Brennkraftmaschine zugeordnetes Steuerdiagramm mit seinen Ventilhubverläufen über einem Kurbelwinkel ist schematisch in 1 dargestellt. Ausgehend von einem Ursprungspunkt 10 sind auf der nach rechts weisenden Achse 12 Kurbelwinkelgrade α aufgetragen. Auf einer senkrecht nach oben weisenden Achse 14 ist der Ventilhub der Gaswechselventile aufgetragen. Eine erste gestrichelt dargestellte Ventilerhebungskurve 16 stellt das erste Öffnen eines Auslassventils dar. Eine Schließflanke 18 dieser Ventilerhebungskurve 16 schneidet die Achse 12 etwas im Bereich einer senkrechten Linie 20, welche die Stellung eines Hubkolbens in seinem oberen Totpunkt OT charakterisiert. Eine in durchgezogener Linie gezeichnete Ventilerhebungskurve 22 stellt die Ventilbewegung des Einlassventils über dem Kurbelwinkel α dar. Eine weitere, ebenfalls gestrichelt dargestellte Ventilerhebungskurve 24 charakterisiert ein zweites Öffnen des Gaswechselventils bzw. das Öffnen eines zweiten, dem Auslass dienenden Gaswechselventils.A control diagram associated with this internal combustion engine with its valve lift curves over a crank angle is shown schematically in FIG 1 shown. Starting from an origin point 10 are on the right-pointing axis 12 treatment applied angle angle α. On a vertical upward pointing axis 14 the valve lift of the gas exchange valves is plotted. A first dashed valve lift curve 16 represents the first opening of an exhaust valve. A closing edge 18 this valve lift curve 16 cuts the axis 12 something in the area of a vertical line 20 , which characterizes the position of a reciprocating piston in its top dead center OT. A drawn in a solid line valve lift curve 22 represents the valve movement of the intake valve above the crank angle α. Another, likewise shown in dashed lines valve lift curve 24 Characterized a second opening of the gas exchange valve or the opening of a second, the outlet serving gas exchange valve.

Im vorliegenden Beispiel ist eine Öffnungsflanke 26 der Ventilerhebungskurve 24 festgelegt, während über eine Variabilität im Ventiltrieb eine Schließflanke 28 über den durch einen Pfeil 30 dargestellten Winkelbereich verstellt werden kann, wodurch sich insgesamt eine verbreiterte bzw. schmalere Ventilerhebungskurve 24 einstellen lässt.In the present example is an opening edge 26 the valve lift curve 24 set, while a variability in the valve train, a closing edge 28 over the by an arrow 30 shown angular range can be adjusted, resulting in a total of a widened or narrower valve lift curve 24 can be set.

Etwas im Bereich einer weiteren Linie 32 liegt auf der Achse 12 der Zünd-OT, welcher üblicher Weise mit 0° Kurbelwinkel α bezeichnet wird.Something in the area of another line 32 is on the axis 12 the ignition TDC, which is usually designated by 0 ° crank angle α.

Ausgehend von der Linie 20 nach rechts weisend bewegt sich der Hubkolben abwärts, wozu korrespondierend das Einlassventil entlang der Ventilerhebungskurve 22 zunächst auf einer Öffnungsflanke 34 geöffnet wird. Noch während dieser saugenden Abwärtsbewegung des Kolbens öffnet entlang der Öffnungsflanke 26 ein Auslassventil, wodurch im Abgastrakt vorgelagertes Abgas in den Brennraum zurückgesaugt wird, daher stellt sich eine Überlappung der Öffnungsflanke 26 mit der Ventilerhebungskurve 22 ein.Starting from the line 20 pointing to the right, the reciprocating piston moves downwards, corresponding to the inlet valve along the valve lift curve 22 initially on an opening flank 34 is opened. Even during this sucking downward movement of the piston opens along the opening flank 26 an exhaust valve, whereby exhaust gas upstream in the exhaust gas is sucked back into the combustion chamber, therefore, there is an overlap of the opening edge 26 with the valve lift curve 22 one.

Der Ventilhub der dem Einlass dienenden Ventilerhebungskurve 22 ist deutlich geringer bemessen als der Ventilhub der Ventilerhebungskurve 16, d. h. des ersten Auslassöffnens. Der Ventilhub der Ventilerhebungskurve 24 des zweiten Auslassöffnens ist wiederum geringer bemessen als der Ventilhub der Ventilerhebungskurve 22. Da beide Gaswechselventile abschnittsweise zeitgleich geöffnet sind, ergibt sich ein ausreichend großer Einströmquerschnitt.The valve lift of the intake valve timing curve 22 is significantly smaller than the valve lift of the valve lift curve 16 ie the first outlet opening. The valve lift of the valve lift curve 24 the second outlet opening is again dimensioned smaller than the valve lift of the valve lift curve 22 , Since both gas exchange valves are opened in sections at the same time, there is a sufficiently large inflow cross section.

Der Ventilhub und die Öffnungsdauer des durch die Kurve 22 charakterisierten Einlassventils sind für einen Betrieb mit homogener Selbstzündung aufgrund des geringeren Bedarfes an Frischluft und zur Reduzierung der Ladungswechselverluste gegenüber einem konventionellen Ventilhubverlauf verkleinert.The valve lift and the opening time of the through the curve 22 characterized intake valve are reduced for operation with homogeneous self-ignition due to the lower demand for fresh air and to reduce the charge cycle losses compared to a conventional Ventilhubverlauf.

Für das Selbstzündungs- und Brennverhalten ist der Verlauf und die Lage des zweiten Auslassventilöffnens, also die Ventilerhebungskurve 24, von entscheidender Bedeutung. Ein für das Maß der Energieumsetzung in den den Zylindern zugeordneten Brennräumen charakteristischer Energieumsatzwert kann der eingangs erläutete 50%-Energieumsatzpunkt sein.For the autoignition and combustion behavior is the course and the position of the second exhaust valve opening, so the valve lift curve 24 , of vital importance. A characteristic of the energy conversion in the cylinders associated combustion chambers characteristic energy conversion value may be the above-explained 50% energy consumption point.

Der Einfluss der relativen Lage der Schließflanke 28 zur Achse 12 auf den zeitlichen Eintritt des. 50%-Energieumsatzpunktes zeigt 2. Hier ist auf einer nach rechts weisenden Achse 40 das Verschieben der Schließflanke 28 von einem relativ frühen Zeitpunkt – links liegend – hin zu rechtsliegenden späteren Schließzeitpunkten dargestellt.The influence of the relative position of the closing flank 28 to the axis 12 on the timing of the. 50% energy consumption point shows 2 , Here is on a right-pointing axis 40 the shifting of the closing edge 28 from a relatively early time - left lying - to right later closing times shown.

Das über das zweite Auslassventilöffnen rückgeführte Abgas bringt neben der für die Selbstzündung notwendigen thermischen Energie gleichzeitig als Inertgas eine verbrennungshemmende Wirkung mit sich. Die Lage des 50%-Energieumsatzpunktes kann beispielsweise über den Zündfunken nicht direkt beeinflusst werden, sondern hängt bei gegebenem Verdichtungsverhältnis von der aktuellen Zusammensetzung der Gemischladung und den Druck- und Temperaturverhältnissen im Brennraum ab. Die Lage dieses 50%-Energieumsatzpunktes beeinflusst neben dem Wirkungsgrad der gesamten Energieumsetzung auch die Abgasemissionen sowie eine Standardabweichung der induzierten Mitteldrücke in den Brennräumen. Auf einer in 2 nach oben weisenden Achse 42 ist das relative Wandern dieses 50%-Energieumsatzpunktes von relativ früh nach relativ spät bezüglich des aktuellen Kurbelwinkels dargestellt. Eine Kurve 44 stellt das Wandern dieses Energieumsatzpunktes entlang der sich verändernden Schließflanke 28 dar.The exhaust gas recirculated via the second exhaust valve opening brings, in addition to the thermal energy necessary for autoignition, at the same time as an inert gas, a combustion-inhibiting effect. The location of the 50% energy conversion point can not be directly influenced, for example via the spark, but at a given compression ratio depends on the current composition of the mixture charge and the pressure and temperature conditions in the combustion chamber. The location of this 50% energy consumption point influences not only the efficiency of the entire energy conversion but also the exhaust emissions and a standard deviation of the induced mean pressures in the combustion chambers. On a in 2 upward pointing axis 42 the relative migration of this 50% energy revenue point from relatively early to relatively late in the current crank angle is shown. A curve 44 is the migration of this energy conversion point along the changing closing edge 28 represents.

Links auf der Kurve 44 beginnend wandert der Energieumsatzpunkt mit einem zunehmend späteren zweiten Schließen des Auslassventils um ca. 4° Kurbelwinkel in Richtung früh, welches durch die mit zunehmender Dauer des zweiten Auslassventilöffnens zunehmende, rückgeführte Abgasmenge zu erklären ist. Die hierdurch hervorgerufene Temperaturerhöhung der Ladung verschiebt den Zeitpunkt der Verbrennung nach früh. Dieser Effekt der Temperaturerhöhung aufgrund der höheren Abgasrückführmenge wirkt sich hier stärker aus als der zuvor beschriebene verbrennungshemmende Effekt.Left on the curve 44 Beginning the energy conversion point moves with an increasingly later second closing of the exhaust valve by approximately 4 ° crank angle in the direction early, which is explained by the increasing with increasing duration of the second Auslaßventilöffs, recirculated exhaust gas amount. The resulting increase in temperature of the charge shifts the time of combustion to early. This effect of the temperature increase due to the higher exhaust gas recirculation amount has a stronger effect here than the combustion-inhibiting effect described above.

Bei weiterer Verschiebung der Schließflanke 28 in Richtung auf die den Zünd-OT charakterisierende Linie 32 wird durch das wiederholte Ausschieben der Gemischladung in den Auslasskanal weniger Abgas im Brennraum zurückbehalten und die Ladungstemperatur sinkt. Da sich in Folge des dann relativ langen zweiten Auslassventilöffnens im Kompressionstakt ein kleineres effektives Verdichtungsverhältnis und damit ein geringeres Druckniveau einstellt, wandert der Brennbeginn erneut in Richtung spät, wie im rechten Bereich der 2 zu erkennen ist.Upon further displacement of the closing edge 28 in the direction of the ignition TDC characterizing line 32 is retained by the repeated expulsion of the mixture charge in the exhaust passage less exhaust gas in the combustion chamber and the charge temperature decreases. As a result of the then relatively long second exhaust valve opening in the compression stroke a smaller effective compression ratio and thus a lower pressure level, The beginning of firing again moves towards late, as in the right area of the 2 can be seen.

In Verbindung mit dem Optimum des Wirkungsgrades ε der Brennkraftmaschine kann die Schließflanke 28 des zweiten Auslassventilschließens so gelegt werden, dass der Zeitpunkt des Eintretens des 50%-Energieumsatzwertes möglichst nah am Wirkungsgradoptimum der Brennkraftmaschine liegt. Die Variabilitäten im Ventiltrieb sind idealer Weise so ausgelegt, dass sowohl der maximale Ventilhub, die Zeitpunkte der Ventilöffnungen sowie der Verlauf des Einlassventilhubes in Richtung auf die zuvor genannte Optimierung getrimmt werden können.In conjunction with the optimum of the efficiency ε of the internal combustion engine, the closing edge 28 of the second exhaust valve closing so that the time of occurrence of the 50% Energieergiewertes value is as close as possible to the optimum efficiency of the internal combustion engine. The variabilities in the valve train are ideally designed so that both the maximum valve lift, the timing of the valve openings and the course of the intake valve lift can be trimmed in the direction of the aforementioned optimization.

Der erfindungsgemäße Optimierungsvorgang kann einerseits dazu verwendet werden, um bei der Abstimmung und Auslegung von Brennkraftmaschinen ein für die jeweiligen Gegebenheiten passendes Optimum zu bestimmen und dieses in Form einer einzigen, festgelegten Ventilerhebungskurve 24 an der für einen Serieneinsatz bestimmten Brennkraftmaschine zu applizieren.On the one hand, the optimization process according to the invention can be used to determine an optimum match for the particular conditions in the tuning and design of internal combustion engines, and this in the form of a single, fixed valve lift curve 24 to apply to the intended for mass production internal combustion engine.

Andererseits kann an der serienmäßig verbauten Brennkraftmaschine die zuvor beschriebene Variabilität im Ventiltrieb verbaut sein, so dass im laufenden Betrieb Optimierungsmaßnahmen eingeleitet werden können. Hierzu kann es vorteilhaft sein, nicht nur die beschriebene Variation der Schließflanke 28 vorzunehmen, sondern vielmehr beispielsweise die relative Lage der Ventilerhebungskurve 22 des dem Einlass dienenden Gaswechselventils zum Kurbelwinkel veränderbar zu gestalten und/oder die jeweilige Höhe des Ventilhubes variabel anzupassen. Hierbei wird beispielsweise mit zunehmender Breite des Nockens für das zweite Auslassöffnen der Ventilhub der Ventilerhebungskurve 22 verkleinert, da über den verbreiterten Einlassquerschnitt des Auslassventils eine zunehmend größere Abgasmenge rückgeführt wird.On the other hand, the previously described variability in the valve train can be installed on the standard internal combustion engine, so that optimization measures can be initiated during ongoing operation. For this purpose, it may be advantageous, not only the described variation of the closing edge 28 but rather, for example, the relative position of the valve lift curve 22 of the gas exchange valve serving the inlet to the crank angle to make changeable and / or variably adjust the respective height of the valve lift. Here, for example, as the width of the cam for the second exhaust opening increases, the valve lift of the valve lift curve becomes 22 reduced because over the widened intake cross section of the exhaust valve, an increasingly larger amount of exhaust gas is recycled.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 10237496 A1 [0006, 0007] - DE 10237496 A1 [0006, 0007]

Claims (4)

Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit in Zylindern verschiebbaren Hubkolben, welche zumindest in einem ersten Motorbetriebsbereich im Wesentlichen mittels homogener Selbstzündung betrieben wird und Zumindest in einem zweiten Motorbetriebsbereich im Wesentlichen mittels homogener Fremdzündung betrieben wird wobei im Betrieb der Brennkraftmaschine zwischen dem Selbstzündungsbetrieb und im Fremdzündungsbetrieb und umgekehrt gewechselt werden kann und mit mindestens einem bezüglich mindestens einer Öffnungs- und/oder Schließflanke variabel einstellbaren, dem Auslass dienenden Gaswechselventil, welches derartig betrieben wird, dass eine überlappung der Öffnungsflanke dieses Gaswechselventils mit der Ventilerhebungskurve eines dem Einlass dienenden Gaswechselventils möglich ist, dadurch gekennzeichnet, dass – für den Übergang vom Selbstzündbetrieb in den Fremdzündbetrieb und/oder umgekehrt die Schließflanke des mindestens einen variabel einstellbaren, dem Auslass dienenden Gaswechselventil so variiert wird, – dass ein für das Maß der Energieumsetzung in den Zylindern zugeordneten Brennräumen charakteristischer Energieumsatzwert, – bei einer Verstellung der Schließflanke in Richtung früh und/oder in Richtung spät zu einem relativ späteren Zeitpunkt während des Verbrennungsvorganges erreicht wird, während – bei einer Verstellung der Schließflanke in einen mittleren Bereich zwischen früh und spät dieser Zeitpunkt zu einem relativ frühen Zeitpunkt erreicht wird.Method for operating an internal combustion engine with reciprocally displaceable in cylinders reciprocating piston, which is operated at least in a first engine operating range substantially by means of homogeneous auto-ignition and operated at least in a second engine operating range substantially by means of homogeneous spark ignition in operation of the internal combustion engine between the auto-ignition and in the spark-ignition operation and vice versa can be changed and with at least one with respect to at least one opening and / or closing edge variably adjustable, the outlet gas exchange valve, which is operated such that an overlap of the opening edge of this gas exchange valve with the valve lift curve of the inlet serving gas exchange valve is possible, characterized that - for the transition from auto-ignition in the spark ignition operation and / or vice versa, the closing edge of the at least one variably adjustable, the Ausla ssenden gas exchange valve is varied so that - a characteristic for the degree of energy conversion in the cylinders combustion chambers energy conversion value, - is achieved with an adjustment of the closing edge in the direction early and / or late at a relatively later time during the combustion process during - Is reached at an adjustment of the closing edge in a middle range between early and late this time at a relatively early stage. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Öffnungsflanke des variable einstellbaren, dem Auslass dienenden Gaswechselventil starr festgelegt ist.Method according to claim 1, characterized in that that an opening edge of the variable adjustable, the Outlet serving gas exchange valve is fixed rigidly. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Öffnungsflanke des variabel einstellbaren, dem Auslass dienenden Gaswechselventil bezüglich seiner zeitlichen Lage variabel einstellbar ist.Method according to claim 1, characterized in that that an opening edge of the variably adjustable, the Outlet gas exchange valve with respect to its temporal Position is variably adjustable. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit zunehmender Dauer der Öffnung des dem Auslass dienenden Gaswechselventils der Ventilhub des dem Einlass dienenden Gaswechselventils verkleinert wird.Method according to one or more of the preceding Claims, characterized in that with increasing Duration of opening of the outlet valve gas exchange valve the valve lift of the inlet valve serving gas exchange valve reduced becomes.
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