DE10102377A1

DE10102377A1 - Strategie für die Motorsteuerung unter Verwendung doppelter gleichmäßiger Nockenphaseneinstellung verbunden mit Abgasrückführung

Info

Publication number: DE10102377A1
Application number: DE10102377A
Authority: DE
Inventors: Robert Albert Stein; Stephen George Russ
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2000-01-19
Filing date: 2001-01-19
Publication date: 2001-08-02
Also published as: GB2358435B; GB0101140D0; GB2358435A; US6321731B1

Abstract

Die Erfindung umfasst eine Strategie und ein Verfahren für die Phasenverschiebung der Einlass- und Auslassventilzeitsteuerung relativ zur Kurbelwellenposition als Funktion der Motorbetriebsvariablen. Diese Strategie umfasst die Nockenverzögerungsschritte bei Teillast, wodurch ein Ventilüberschneiden verzögert wird, um verbesserte Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu erzielen, die sich aus einem späten Einlassventilschließen ergibt, um die Pumparbeit während der Einlass- und Auslasshübe zu verringern. Die Abgase werden während des Einlasshubs in den Verbrennungszylinder des Motors gesaugt, was die Stickstoffoxide in den Abgasen und den unverbrannten Kohlenwasserstoff verringert. Ein verbesserter thermischer Wirkungsgrad und Verringerungen der Stickstoffoxide werden erzielt, wenn die Verbrennungsfüllung bei höheren Lasten durch ein äußeres Abgasrückführungssystem verdünnt wird, wodurch die Wirkungen der Abgasrückführung und der doppelten gleichmäßigen variablen Nockenwellenzeitsteuerung verbunden werden, um Kraftstoffwirtschaftlichkeitsvorteile zu erhalten, die weder mit einem allein wirkenden herkömmlichen AGR-System noch mit einer allein wirkenden doppelten gleichmäßigen variablen Nockenwellenzeitsteuerung verwirklicht werden können.

Description

Technisches Gebiet

Eine Steuerstrategie zur Steuerung von Verbrennungsmotoren, insbesondere zur Steuerung der Ventilsteuerzeiten relativ zu der Kurbelwellenposition.

Hintergrund der Erfindung

Ein herkömmlicher Verbrennungsmotor, beispielsweise ein in Personenkraftfahrzeugen typischerweise verwendeter Viertaktmotor, verwendet ein Abgasrückführungssystem zur Verringerung von Stickstoffoxidemissionen. In derartigen Systemen werden Abgase zu dem Brennraum zurückgeführt, wodurch die Spitzenverbrennungstemperatur verringert wird. Da die Bildung von Stickstoffoxiden mit Zunahme der Verbrennungstemperatur zunimmt, senkt das Vorhandensein von Abgasen im Brennraum die Stickstoffoxide.

Bei der Auslegung ist es bekannt, die Abgasrückführung durch Ändern der normalerweise mit einem Viertakt-Verbrennungsmotor verbundenen Ventilsteuerzeiten zu erhalten. Aus dem Überschneiden der Betätigung des Einlassventils und der Betätigung des Auslassventils (d. h. das Einlassventil ist offen, während das Auslassventil noch nicht geschlossen ist) ergibt sich eine innere Abgasrückführung. Dadurch werden die Restabgase zusammen mit einem Frischluft-/Kraftstoffgemisch wieder in den Zylinder eingeleitet.

Die Verwendung eines inneren Abgasrückführungssystems dieser Art hat ihre Einschränkungen, da ein übermäßiges Überschneiden einen stabilen Motorbetrieb bei leichten Lasten ausschließt, was durch Fehlzündungen und Zunahme der Kohlenwasserstoffemissionen gekennzeichnet ist.

Bei der Auslegung ist es auch bekannte Praxis, ein äußeres AGR-System an Stelle eines inneren AGR-Systems zu verwenden, um die Grenzwerte für Stickstoffoxide einzuhalten. Derartige Systeme leiten die Motorabgase zu dem Frischluft-/Kraftstoffgemisch zurück.

Ein jüngst entwickeltes inneres Abgasrückführungssystem für fremdgezündete Viertakt-Verbrennungsmotoren betrifft eine doppelte gleichmäßige variable Nockenwellenzeitsteuerungsstrategie (DE/VCT). Diese Strategie umfasst die Phasenverschiebung der Einlass- und Auslassventilsteuerzeiten relativ zur Kurbelwellenposition als Funktion der Motorbetriebsvariablen. Diese erfolgt vorrangig zur Verbesserung der Kraftstoffwirtschaftlichkeit und der Emissionen bei Teillast, was den Verzicht auf das äußere AGR-System möglich macht.

Die DE/VCT-Strategie für die Phasenverschiebung der Einlass- und Auslassvorgänge betrifft das Phasenverschieben gleichermaßen des Öffnens des Einlassventils und des Schließens des Auslassventils in die Einlasshubphase des Motorverbrennungstakts. Analog wird das Öffnen des Auslassventils so verzögert, dass dieser Vorgang näher zum unteren Totpunkt des Kolbens eintritt, und das Schließen des Einlassventils tritt aufgrund des verzögerten Überschneidens der Einlassventil- und Auslassventilfunktionen ferner von dem unteren Totpunkt ein.

Zu Beginn des Einlasshubs bewirkt die DE/VCT-Strategie ein Schließen des Einlassventils, während das Auslassventil offen ist. Abgase werden dann von dem Auslasskanal während des Einlasshubs in den Zylinder gesaugt, was zu einer Stickstoffoxidverringerung in den Abgasen und einer Verringerung von unverbranntem Kohlenwasserstoff führt. Mit dem Einlasshub verbundene Pumpverluste werden unter Verwendung der DE/VCT-Strategie verringert, da die in den Zylinder gesaugten Abgase bei Abgasgegendruck vorliegen. Wenn das Einlassventil sich zu öffnen beginnt, werden die Gase in dem Zylinder ausgedehnt, da der Fluss durch den Auslasskanal nicht ausreicht, den Abgasdruck zu wahren. Dies führt zu einem höheren Zylinderdruck während des ersten Teils des Einlasshubs, was die Pumparbeit verringert. Aufgrund vermehrten Ansaugens von Restabgasen in den Brennraum ist weiterhin ein höherer Ansaugunterdruck erforderlich, um eine vorgegebene Last zu halten. Dieser höhere Ansaugunterdruck führt auch zu einer verringerten Einlasshub- Pumparbeit.

Die mit der DE/VCT-Strategie verbundene Nockenwellenphasenverschiebung bewirkt auch ein späteres Einlassventilschließen, was bewirkt, dass während des ersten Teils des Verdichtungshubs mehr von der Frischgasfüllung in den Ansaugkanal eindringt. Auch das erfordert einen höheren Ansaugunterdruck, um eine vorgegebene Last zu wahren. Die Einlasshub-Pumparbeit ist aus diesem weiteren Grund geringer.

Zwar wurde festgestellt, dass ein spätes Einlassventilschließen die Pumpverluste verringert, doch es verringert auch die Wirkung des Verdichtungsverhältnisses und die Temperatur nahe dem Ende des Verdichtungshubs, wodurch die Brennrate und die Verdünnbarkeit verringert werden, was den Kraftstoffwirtschaftlichkeitsvorteil begrenzt. Dieser Nachteil wird jedoch durch die DE/VCT-Phasenverschiebungsstrategie aufgrund der höheren Anfangstemperatur des Restabgas- und Frischgasfüllungsgemisches überwunden. Diese höhere Anfangstemperatur ergibt sich aus der Verwendung der inneren Abgasrückführung an Stelle der äußeren Abgasrückführung. Der Nachteil der Verwendung einer höheren Anfangsgastemperatur, die eine Klopfneigung fördert, wird durch die Verringerung des wirksamen Verdichtungsverhältnisses aufgrund des späten Einlassventilschließens aufgehoben. Ferner führt die Verwendung eines späten Auslassventilöffnens zu einer verstärkten Expansionsarbeit, was zu einem verbesserten Wirkungsgrad (d. h. angegebener spezifischer Kraftstoffverbrauch) führt.

Es wurde festgestellt, dass bei höheren Drehzahlen und Lasten die Verwendung einer doppelten gleichmäßigen variablen Nockenwellenzeitsteuerungsstrategie ohne ein äußeres Abgasrückführungssystem zu Auslasshub-Pumpverlusten aufgrund der späten Öffnung des Auslassventils führt. Während des Einlasshubs erhöht ferner der geringe Ventilhub bei großen Kolbengeschwindigkeiten, der sich aus dem späteren Öffnen des Einlassventils ergibt, die Einlasshub-Pumpverluste.

Offenbarung der Erfindung

Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Vorteile der Verwendung der doppelten gleichmäßigen variablen Nockenwellenzeitsteuerung zur Verwirklichung einer Abgasrückführung bei niedrigen und mäßigen Motorlasten mit den Vorteilen der Verwendung eines äußeren Abgasrückführungssystems bei höheren Motorlasten zu verbinden. Auf diese Weise kann das äußere Abgasrückführungssystem nur während des Betriebs bei höheren Motorlasten verwendet werden, um den thermischen Wirkungsgrad zu verbessern und eine Verringerung von Stickoxidgasen in den Motorabgasen zu erzielen. Weiterhin ergeben sich auch verringerte Pumpverluste während der Einlass- und Auslasshübe des Motors aufgrund der Verwendung eines äußeren Abgasrückführungssystems in dem Bereich hoher Motorlast.

Die Verwendung eines früheren Einlassventilöffnens und eines entsprechenden früheren Auslassventilschließens erzeugt gegenüber den gewöhnlichen DE/VCT-Steuerzeiten einen geringen Ventilhub früher im Einlasshub, wenn die Kolbengeschwindigkeiten unter denen liegen, bei denen sich der Kolben der mittleren Stellung nähert.

Eine weitere Eigenschaft der verbesserten Strategie der Erfindung ergibt sich aus einer Verringerung der Klopfneigung des Motors ohne Beeinträchtigung der Kraftstoffwirtschaftlichkeit. Dies wird durch Beibehalten des mit der doppelten gleichmäßigen variablen Nockenwellenzeitsteuerungsstrategie verbundenen späteren Einlassventilschließens erzielt.

Die Verwendung einer verringerten Nockenverzögerung zur Verwirklichung eines früheren Auslassventilöffnens und Einlassventilschließens gegenüber der normalerweise mit einer doppelten gleichmäßigen variablen Nockenwellenzeitsteuerungsstrategie verbundenen Verzögerung umfasst das Messen der Motorlast, das Vorstellen des Zeitpunkts des Öffnens des Einlassventils und des Schließens des Auslassventils in den Einlasshubteil des Verbrennungstakts als Funktion der Motorlast, wodurch sowohl der Einlassventilöffnungsvorgang als auch der Auslassventilschließvorgang nach dem Moment des oberen Totpunkts des Kolbens eintreten, und Rückführen der Abgase durch eine Gasrückführungsflussleitung zu der Flusseinlassseite des Einlassventils, wenn sich die Motorlast in einem Bereich mittlerer Last und einem Bereich höherer Last befindet, wodurch der Wirkungsgrad des Motors verbessert und der Gehalt an Stickstoffoxiden in den Abgasen verringert wird.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm eines herkömmlichen Viertaktmotors;

Fig. 1a-1e sind schematische Darstellungen eines herkömmlichen Abgasrückführungssystems für einen Viertakt-Verbrennungsmotor;

Fig. 2 ist ein Kurvenbild des Zylindervolumens und des Zylinderdrucks für den in Fig. 1a-1e schematisch gezeigten Viertaktmotor, das aber auch einen Vergleich zwischen der Zeitsteuerung einer Standardventilbetätigungsstrategie mit der verbesserten Ventilbetätigungsstrategie der Erfindung zeigt;

Fig. 3a ist ein Diagramm, welches das Ventilüberschneiden und die Ventilzeitsteuerung für einen Standardmotor der in den Fig. 1a-1e gezeigten Art zeigt;

Fig. 3b ist ein Fig. 3a entsprechendes Diagramm, das jedoch die Ventilzeitsteuerung und das Überschneiden für eine doppelte gleichmäßige Nockenwellenphasenverschiebung zeigt;

Fig. 4a ist ein schematisches Diagramm einer Kolben- und Zylinderanordnung mit Einlass- und Auslassventilen, die gemäß der Zeitsteuerungsstrategie für das Zeitsteuerungsdiagramm von Fig. 3b positioniert sind, in welcher das Überschneiden für die Einlass- und Auslassventile während des Einlasshubs relativ zu dem Standardüberschneiden von Fig. 3a verzögert ist;

Fig. 4b ist ein Fig. 4a entsprechendes schematisches Diagramm, bei dem das Schließen des Einlassventils während des Verdichtungshubs relativ zur Standardzeitsteuerung von Fig. 3a verzögert ist;

Fig. 4c ist ein Fig. 4a entsprechendes schematisches Diagramm, bei dem das Öffnen des Auslassventils während des Arbeitstakts relativ zur Standardzeitsteuerung von Fig. 3a verzögert ist;

Fig. 5 ist ein Kurvenbild des Zylindervolumens und des Zylinderdrucks der in Fig. 2 gezeigten Art, das aber das Verhältnis zwischen Druck und Volumen für einen Motor mit doppelter gleichmäßiger Nockenwellenphasenverschiebung zeigt;

Fig. 6 ist ein Kurvenbild, welches das Kurvenbild des Zylindervolumens und Zylinderdrucks für einen bei mittlerer Last bei 1.500 U/min laufenden Motor zeigt, wobei die Motorzeitsteuerung so eingestellt ist, dass eine Verzögerung von 46° relativ zu dem oberen Totpunkt erreicht wird;

Fig. 7 ist ein Kurvenbild des Zylindervolumens und Zylinderdrucks entsprechend dem Kurvenbild von Fig. 6, bei dem die Verzögerung des Auslassventilschließens 36° beträgt, und

Fig. 8 ist ein Kurvenbild der Verhältnisse der Ventilüberschneidungsverzögerung für eine DE/VCT-Zeitsteuerung und des Prozentsatzes der AGR gegenüber dem effektiven Brennraumbrems- Mitteldruck (Motorlast).

Beste Art der Ausführung der Erfindung

Fig. 1a, 1b, 1c, 1d und 1e zeigen in schematischer Form einen herkömmlichen Viertaktmotor mit einem oder mehreren Zylindern. Einer der Motorzylinder ist in Fig. 1a in dem Einlassmodus gezeigt, in Fig. 1b in dem Verdichtungsmodus, in Fig. 1c in dem Expansionsmodus und in Fig. 1d in dem Auslassmodus. In Fig. 1a-1d bilden der Kolben 10 und der Zylinder 12 einen Brennraum 14. Der Kolben 10, der mit einer Kurbelwelle in bekannter Weise verbunden ist, bewegt sich während des Einlasshubs in dem Zylinder 12 nach unten, wie durch den Richtungspfeil in Fig. 1a angezeigt. Während des Einlasshubs wird Luft oder ein Luft-/Kraftstoffgemisch in den Brennraum aus der Ansaugkanal 16 gesaugt. Diese Menge wird durch das Einlassventil 18 gesteuert. Ein Auslasskanal 20 steht mit dem Brennraum 14 durch ein Auslassventil 22 in Verbindung.

Während des Verdichtungshubs, der in Fig. 1b gezeigt wird, bewegt sich der Kolben nach oben, wodurch die Füllung in dem Brennraum 14 verdichtet wird. Zu diesem Zeitpunkt sind das Einlassventil 18 und das Auslassventil 22 wie dargestellt geschlossen. Während des Arbeitstakts brennt die brennbare Füllung in dem Brennraum 14, was den Kolben 10 wie in Fig. 1c gezeigt nach unten treibt. Die Einlass- und Auslassventile sind während des Arbeitstakts geschlossen. Während des in Fig. 1d gezeigten Arbeitstaktes bewegt sich der Kolben 10 nach oben, um die Abgase durch das offene Auslassventil 22 in den Auslasskanal 20 zu treiben.

In Fig. 2 wird ein herkömmliches Druck/Volumen-Diagramm gezeigt. Es werden die Änderungen des Zylinderdrucks bei Bewegung des Kolbens durch den Viertakt-Verbrennungszyklus gezeigt.

Während des bei 24 gezeigten Einlasshubs werden Gase durch den Ansaugkanal in den Brennraum gesaugt. Wenn der Kolben den in Fig. 2 gezeigten unteren Totpunkt erreicht, beginnt der Kolben den bei 26 gezeigten Verdichtungshub. Die Füllung wird verdichtet und dann wie gezeigt während des Verdichtungshubs gezündet.

Während der Verbrennung steigt der Zylinderdruck etwa am oberen Totpunkt auf einen Spitzenwert, zu welchem Zeitpunkt der Arbeitstakt aufgenommen wird, wie bei 28 gezeigt. Nach dem Arbeitstakt öffnet sich das Auslassventil und der Auspufftakt beginnt, wie bei 30 gezeigt.

Bei dem in Fig. 2 gezeigten herkömmlichen Viertaktverfahren öffnet sich das Einlassventil etwa bei Punkt A und das Auslassventil schließt sich etwa bei Punkt B. Der Einlasshub wird fortgesetzt, bis der untere Totpunkt (BDC) erreicht ist. Das Einlassventil schließt sich nahe des Beginns des Verdichtungshubs, wie bei Punkt C gezeigt. Das Auslassventil öffnet sich während der letzteren Phasen des Arbeitstakts etwa bei Punkt D.

Die vorstehende Beschreibung eines in Fig. 1a-1e und 2 ersichtlichen herkömmlichen Motors dient dem Zweck des Vergleichs der Ventilzeitsteuerung, die nachstehend für die verbesserte Phasenverschiebung der vorliegenden Erfindung beschrieben wird.

Wie bereits erwähnt, verbindet die vorliegende Erfindung die Merkmale einer doppelten gleichmäßigen Nockenwellenphasenverschiebung und einer inneren Abgasrückführung mit den Vorteilen einer modifizierten Phasenverschiebungsstrategie, bei der ein äußeres Abgasrückführungssystem nur bei hohen Lasten gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Die doppelte gleichmäßige Nockenwellenphasenverschiebung der Fig. 3b, 4a, 4b und 4c wird zum Zweck der Erläuterung der verbesserten Nockenwellenphasenverschiebungsstrategie der Erfindung beschrieben.

Ein Standardmotor ohne doppelte gleichmäßige Nockenwellenphasenverschiebung hat ein Ventilzeitsteuerungsdiagramm wie in Fig. 3a ersichtlich. Fig. 3a zeigt ein Überschneiden bei 32 zwischen dem Einlassventilöffnungsvorgang und dem Auslassventilschließvorgang. In Fig. 3a wird gezeigt, dass sich das Einlassventil bei 10° vor dem oberen Totpunkt (TDC) öffnet und dass sich das Auslassventil bei 10° nach dem oberen Totpunkt (TDC) schließt. Die anderen Ventilvorgänge werden bei 34 für das Auslassventilöffnen (EVO) und das Einlassventilschließen (IC) gezeigt. Wie in Fig. 3a ersichtlich, öffnet sich das Auslassventil etwa 58° vor dem unteren Totpunkt (BDC) und das Einlassventil schließt sich bei etwa 54° nach dem unteren Totpunkt.

Wenn die doppelte gleichmäßige Nockenwellenphasenverschiebungsstrategie implementiert ist, wird das Überschneiden bei 32 wie in Fig. 3b gezeigt in den Einlasshub verzögert. Dieses Überschneiden wird in Fig. 3b bei 36 gezeigt. Die der Abbildung bei 34 in Fig. 3a entsprechenden Ventilvorgänge werden in Fig. 3b bei 38 gezeigt. Das Einlassventil öffnet sich, wie in Fig. 3b gezeigt, etwa 20° nach dem oberen Totpunkt und das Auslassventil schließt etwa 40° nach dem oberen Totpunkt. Somit wurde das Ventilüberschneiden bei 36 um 30° verschoben, um ein verzögertes Überschneiden zu erzeugen.

In Fig. 3b wurden die anderen Ventilvorgänge bei 38 verzögert, so dass sich das Auslassventil bei 28° vor dem unteren Totpunkt statt bei 58° vor dem unteren Totpunkt öffnet. Auch hier gab es bei den Ventilvorgängen eine Verschiebung von 30°. Das Einlassventil schließt bei etwa 84° nach dem unteren Totpunkt statt bei 54° nach dem unteren Totpunkt in dem Standardzeitsteuerungsdiagramm von Fig. 3a. Aufgrund dieses in Fig. 3b ersichtlichen Doppelverzögerungsüberschneidens in der Ventilzeitsteuerung werden Abgase in den in Fig. 4a ersichtlichen Brennraum 40 gesaugt, wenn der Kolben 42 in dem Zylinder 44 einen Hub nach unten durchführt. Abgase gelangen durch das Auslassventil 46, während das Einlassventil 48 immer noch geschlossen ist.

Während des Verdichtungshubs, der in Fig. 4b gezeigt wird, passieren die Abgase das Einlassventil aufgrund der Verzögerung des Einlassventilschließens. Das verzögerte Schließen des Einlassventils macht es erforderlich, die Drosselklappe vorzubewegen, um einen höheren Ansaugunterdruck für eine vorgegebene Last zu erhalten. Dies verringert die Verdichtungshub-Pumparbeit.

Während des in Fig. 4c gezeigten Arbeitstakts wird die Expansionsarbeit aufgrund des verzögerten Öffnens des Auslassventils (z. B. 28°) vor dem unteren Totpunkt erhöht. Abgase passieren das Auslassventil 46, wie in Fig. 4c gezeigt, viel näher am unteren Totpunkt, wenn das Auslassventil 46 öffnet.

Neben der Verringerung der Einlasshub-Pumparbeit aufgrund des verzögerten Überschneidens wird der Stickoxidgehalt der Abgase durch die innere AGR gesenkt. Ferner wird der Kohlenwasserstoffgehalt der Abgase gesenkt, weil nicht verbrannter Kohlenwasserstoff in den Abgasen durch das Auslassventil wieder in den Brennraum gelangt, wenn das Auslassventilschließen verzögert wird.

Die während des Arbeitstakts geleistete gesteigerte Expansionsarbeit, die unter Bezug auf Fig. 4c beschrieben wurde, verringert aufgrund der zusätzlichen während des Arbeitstakts eintretenden Oxidation ebenfalls den Kohlenwasserstoffgehalt der Abgase.

Fig. 5 zeigt einen Druck/Volumen-Vergleich eines Motors mit DE/VCT- Volumenzeitsteuerung mit Standardventilzeitsteuerung. Der Zylinderdruck wird bei 50 während des Einlasshubs bei einem herkömmlichen Motor gezeigt.

Während des Auslasshubs öffnet das Einlassventil bei 52 und das Auslassventil schließt bei 54.

Während des Verbrennungshubs bei einem Standardmotor schließt das Einlassventil bei 56 und das Auslassventil öffnet während des Arbeitstakts bei Punkt 58.

Wenn das Einlassventil bei 52 öffnet, ist der Ventilhub sehr klein, da der Einlassventilöffnungsvorgang nahe dem oberen Totpunkt eintritt. Eine Zunahme des Kolbenhubs und der Kolbengeschwindigkeit zu einem Zeitpunkt, da der Einlassventilhub noch sehr klein ist. Dies bewirkt eine Absinken der Kurve Druck zu Zylindervolumen, wie bei 60 gezeigt. Dies stellt einen Pumpverlust dar, der den gesamten Betriebswirkungsgrad des Verbrennungstakts senkt.

Während des bei 64 in Fig. 5 gezeigten Arbeitstakts führt das Öffnen des Auslassventils bei Punkt 58 zu einem Abwärtstrend bei der Zylinderdruckdarstellung. Dies wird bei 66 gezeigt. Somit wird, wenn der Kolben den unteren Totpunkt erreicht, weniger Arbeit aus den Expansionsgasen gewonnen, als dies der Fall wäre, wenn die Steilheit der Kurve verzögert wäre.

Auf der Kurve von Fig. 5 ist eine Druck-Volumen-Kurve aufgetragen, die in Strichlinien die sich aus der DE/VCT-Ventilzeitsteuerung ergebende Verbesserung zeigt. Eine entsprechende Druck-Volumen-Kurve mit herkömmlicher Zeitsteuerung.

Wie in Fig. 5 gezeigt, öffnet das Einlassventil später im Einlasshub als im Fall der in durchgehenden Linien gezeigten Standardnockenwellenzeitsteuerung. Dies führt zu einer Verringerung der Pumparbeit, wie in Fig. 5 bei 62 gezeigt.

Anfangs liegt der Druck der in den Brennraum gesaugten Abgase bei dem Abgasgegendruck. Wenn sich das Einlassventil zu öffnen beginnt, kommt es zu einem gewissen Rückfluss in den Ansaugkanal und die Gase in dem Zylinder werden ausgedehnt, da der Fluss durch den Auslasskanal nicht ausreicht, um den Abgasgegendruck zu halten. Dies führt zu einem höheren Zylinderdruck, um einen verbesserten Druck bei 62 in Fig. 5 zu erzeugen.

Das Öffnen des Einlassventils unter Verwendung der verzögerten Überschneidungsstrategie tritt im Wesentlichen nach dem oberen Totpunkt ein, wie in Fig. 5 bei Punkt 68 gezeigt. Die Hubbewegung des Kolbens ist nicht im gleichen Maße wie die durch die durchgezogenen Linien in Fig. 5 angezeigte Hubbewegung des Kolben Pumpverlusten ausgesetzt. Dies führt zu einer verringerten Pumparbeit, wie durch die schraffierte Fläche 62 in Fig. 5 angezeigt wird. Dies addiert sich zu der Verringerung der Pumparbeit bei 60 mitten im Hub, wie vorher gezeigt, wo die Kolbengeschwindigkeit am höchsten ist.

Das verzögerte Auslassventilöffnen, das in Fig. 5 bei Punkt 70 eintritt, lässt die Verbrennungsgase längere Zeit mehr Arbeit auf den Kolben ausüben, wodurch die Nettoarbeit erhöht wird, wie durch die schraffierte Fläche 72 gezeigt.

Ein äußeres Abgasrückführungssystem, das mit der verbesserten doppelten gleichmäßigen Nockenwellenphasenverschiebung verwendet wird, ist in Fig. 1e gezeigt. Ein Brennraum herkömmlicher Bauart wird in Fig. 1e bei 74 gezeigt. Wenn der Kolben 76 in Fig. 1e während des Auspufftakts eine Hubbewegung nach oben durchführt, werden Abgase in den Auslasskanal 78 hinter dem Auslassventil 80 abgelassen. Der Ansaugkanal 82 entwickelt ein Luft-/Kraftstoffgemisch, das durch die verstellbare Drosselklappe 84 gesteuert wird.

Ein Abgasrückführungskreislauf umfasst eine AGR-Flussleitung 86, die sich von dem Ansaugkanal 88 zu dem Auslasskanal 78 erstreckt. Der Fluss durch die AGR-Leitung 86 wird durch das AGR-Ventil 90 gesteuert.

Ein Motorsteuergerät herkömmlicher Bauweise wird bei 92 gezeigt. Es empfängt Motorbetriebsvariablen, einschließlich Drehzahl, Drosselklappenstellung, Ansaugunterdruck, Luftmasse, etc., wie in Fig. 1e gezeigt, um das Öffnen und Schließen des AGR-Ventils 90 und die Stellung der Drosselklappe 84 zu steuern.

Bei der Umsetzung der verbesserten Strategie der Erfindung wird das AGR- Ventil 90 geöffnet, um eine äußere AGR-Verdünnung bei hohen Motorlasten und Drehzahlen zu erzeugen. Dies erhöht die Verdünnung bei einer begrenzten Nockenverzögerung gegenüber der unter Bezug auf Fig. 3b beschriebenen Nockenverzögerung. Dies führt zu einem verbesserten thermischen Wirkungsgrad des Motors und verringert den Prozentsatz der Stickstoffoxide in den Abgasen während des Hochlastbetriebs des Motors.

Das Verhältnis zwischen dem Grad der Verzögerung der Ventilzeitsteuerung und dem effektiven Bremsmitteldruck bzw. -last wird in Fig. 8 bei 92 gezeigt. Wenn die Drosselklappe 84 auf eine mittlere Einstellung vorbewegt wird (zum Beispiel 30-40% der weit offenen Drosselklappe), wird das AGR-Ventil 90 aktiviert, wodurch ein äußerer AGR-Fluss zu dem Einlasskrümmer zur Verdünnung der Einlassfüllung eingeleitet wird. Dies wird in Fig. 8 bei 94 gezeigt. Neben der Verbesserung des thermischen Wirkungsgrads und der Verringerung des Prozentsatzes der Stickstoffoxide in den Abgasen erhöht die Einleitung von Abgasen durch den äußeren AGR-Kreislauf den Zylinderdruck, wodurch die Pumparbeit verringert wird. Dieses Merkmal wird in Fig. 6 und 7 demonstriert. In der Kurve von Fig. 6 tritt bei 96 während des Einlasshubs für einen Motor mit einer Verzögerung von 46% im Ventilüberschneiden ein Absinken ein, wenn der effektive Bremsmitteldruck 2,62 bar beträgt. Dieser Druck ist äquivalent zu einem Druck im mittleren Lastbereich, wenn der Motor bei 1.500 U/min. läuft, was ein Bereich mittlerer Drehzahl ist.

Die Kurve von Fig. 6 stellt die Leistung eines Motors unter Verwendung der doppelten gleichmäßigen Nockenwellenphasenverschiebung ohne den äußeren AGR-Kreislauf dar. Fig. 7 zeigt die gleiche Kurve für den gleichen Motor, doch mit der Ventilüberschneidungsverzögerung bei 36° statt bei 46°, wobei der äußere AGR-Kreislauf für die Aktivierung bei höheren Motorlasten verfügbar ist. Die Kurve von Fig. 7 zeigt ein signifikant verringertes Absinken bei 96'.

Aufgrund der späteren Öffnung des Auslassventils unter Verwendung der verbesserten Nockenwellenphasenverschiebungsstrategie der Erfindung kommt es während des Arbeitstakts zu weniger Arbeitsverlust, wie bei der Fläche 98 in Fig. 7 gezeigt. Im Gegensatz zu dem bei 98 in Fig. 7 gezeigten Arbeitsverlust ist der in Fig. 6 gezeigte entsprechende Arbeitsverlust bei 98' während des Arbeitstakts viel größer.

Zwar wurde eine bevorzugte Ausführung der Strategie der vorliegenden Erfindung beschrieben, doch ist für einen Fachmann ersichtlich, dass Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Alle derartige Abwandlungen und Entsprechungen derselben sind im Schutzumfang der folgenden Ansprüche eingeschlossen.

Claims

1. Verfahren für die Phasenverschiebung der Ventilzeitsteuerung eines Verbrennungsmotors mit mehreren Zylindern, wobei jeder Zylinder einen Arbeitszylinder, der zusammen mit dem Zylinder einen Brennraum ausbildet, ein Einlassventil und ein Auslassventil in dem Brennraum, eine äußere Abgasrückführungsflussleitung und eine Nockenwelle mit ventilbetätigenden Nocken für das Öffnen und Schließen der Einlass- und Auslassventile während eines Viertakt-Verbrennungszyklus umfasst, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

- Messen der Motorlast und Vorbewegen der Zeitpunkte des Öffnens des Einlassventils und des Schließens des Auslassventils in den Einlasshubteil des Verbrennungstakts als Funktion der Motorlast, wodurch sowohl der Einlassventilöffnungsvorgang als auch der Auslassventilschließvorgang nach dem Moment des oberen Totpunkts des Kolbens eintreten;
- Rückführen der Abgase durch die Gase von der Brennraum- Abgasrückführungsflussleitung und durch das Auslassventil zu der Flusseinlassseite des Einlassventils, wenn sich die Motorlast in einem Bereich mittlerer Last befindet, wodurch der thermische Wirkungsgrad des Motors verbessert und der Gehalt an Stickstoffoxiden in den Abgasen verringert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte des Vorbewegens des Einlassventil-Öffnungsvorgangs und des Auslassventil- Schließvorgangs das Überschneiden der zwei Vorgänge und das Vorbewegen des Zeitpunkts des Öffnens des Auslassventils und des Schließens des Einlassventils umfasst, wodurch der Auslassventil- Öffnungsvorgang und der Einlassventil-Schließvorgang sich überschneiden, wobei ein größerer Teil des Überschneidens des Auslassventil-Öffnungsvorgangs und des Einlassventil-Schließvorgangs nach dem Moment des unteren Totpunkts des Kolbens eintritt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorbewegen des Einlassventilöffnens nach dem Moment des oberen Totpunkts des Kolbens gleich der Verzögerung des Einlassventil- Schließens nach dem Moment des unteren Totpunkts des Kolbens ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorbewegen des Auslassventilöffnens vor dem Moment des unteren Totpunkts des Kolbens gleich der Verzögerung des Auslassventilschließens nach dem Moment des oberen Totpunkts des Kolbens ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt der Rückführung der Abgase eingeleitet wird, wenn die Last am Motor 25% bis 45% der maximalen Motorlast beträgt.

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt der Rückführung der Abgase eingeleitet wird, wenn die Last am Motor 25% bis 45% der maximalen Motorlast beträgt.

7. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt der Rückführung der Abgase eingeleitet wird, wenn die Last am Motor 25% bis 45% der maximalen Motorlast beträgt.

8. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt der Rückführung der Abgase eingeleitet wird, wenn die Last am Motor 25% bis 45% der maximalen Motorlast beträgt.

9. Verfahren für die Phasenverschiebung der Ventilzeitsteuerung eines Verbrennungsmotors mit einem Viertakt-Verbrennungszyklus, einem Luft- /Kraftstoffbrennraum, einem Einlassventil, einer äußeren Luft- /Abgasrückführungsflussleitung, einem Auslassventil in dem Brennraum und einer Nockenwelle mit ventilbetätigenden Nocken für das Öffnen und Schließen der Einlass- und Auslassventile während eines Viertakt- Verbrennungszyklus, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

- Vorbewegen des Zeitpunkts des Öffnens des Einlassventils und des Schließens des Auslassventils als Funktion der Motorlast, wodurch der Öffnungsvorgang des Einlassventils und das Schließen des Auslassventils nach dem Moment des oberen Totpunkts des Kolbens eintreten;
- Erzeugen eines ausreichenden Überschneidens in dem Öffnungsvorgang für das Einlassventil und dem Schließvorgang für das Auslassventil, um eine innere Abgasrückführung in dem Brennraum während des Motoreinlasshubs zu bewirken, wodurch die innere Abgasrückführung zu den durch die äußere Abgasrückführungsflussleitung rückgeführten Abgasen addiert wird, und
- Einleiten einer äußeren Abgasrückführung, wenn die Motorlast in dem Bereich von 25% bis 45% der maximalen Motorlast liegt.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Auslassventil in dem Bereich von 35° bis 55° nach dem Moment des oberen Totpunkts des Kolbens geschlossen ist.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlassventil in dem Bereich von 50 bis 25 nach dem Moment des oberen Totpunkts des Kolbens geöffnet ist.