DE102004028216B4

DE102004028216B4 - Verfahren zur Leistungssteigerung einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102004028216B4
Application number: DE102004028216.1A
Authority: DE
Inventors: Udo Sieber
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-06-09
Filing date: 2004-06-09
Publication date: 2014-05-08
Anticipated expiration: 2024-06-10
Also published as: DE102004028216A1

Abstract

Verfahren zur Leistungssteigerung einer Brennkraftmaschine (10) mit mehreren jeweils einen Brennraum (11) aufweisenden Motorzylindern (12), wobei jeder Motorzylinder (12) mindestens eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung und mindestens ein Luftventil (2) umfasst, sowie jedes Luftventil (2) mit einer Leitung (3) verbunden ist, um einen im Motorzylinder (12) erzeugten Kompressionsdruck abzuzweigen, damit dieser zeitweilig gespeichert wird, so dass er zu einem späteren Zeitpunkt zur Leistungssteigerung eingesetzt wird, gekennzeichnet durch einen Aufladevorgang in der Art von mehreren hintereinander erfolgten Einzelspeichervorgängen in einem Teillastbetrieb, um eine Druckluftmenge zu bevorraten, und zwar derart, dass sie in einem Volllastbetrieb zur Leistungssteigerung eingesetzt werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren mit den im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Merkmalen.
Stand der Technik
Um ein Volllast-Drehmoment einer Brennkraftmaschine zu erhöhen sind verschiedene Verfahren bekannt.
Bei einem Verfahren wird ein Schaltrohr eingesetzt, das eine Variation der Saugrohrlänge ermöglicht, so dass seine Resonanzschwingfrequenz in einem günstigen Verhältnis zur Motordrehzahl steht und somit Resonanzeffekte in einem vergrößerten Drehzahlbereich zur Steigerung einer Zylinderfüllung zum Tragen kommen.
Ein anderes bekanntes Verfahren nutzt einen Nockenwellen-Phasensteller. Durch den Einsatz des Phasenstellers lassen sich einerseits Rückströmungen der Zylinderfüllung in das Saugrohr gegen Ende einer Einlassphase verhindern und andererseits durch Einstellung einer geeigneten Ventilüberschneidung eine Ausspülung von Restgas in das Abgabesystem verbessern.
Das Volllast-Drehmoment einer Brennkraftmaschine hängt nämlich unter anderem von der Höhe der Luftmasse im Zylinder nach Einlass-Schluss ab.
Zwar lassen sich beide Verfahren bzw. Vorrichtungen miteinander kombinieren, um eine noch wirkungsvollere Luftmassensteigerung zu erzielen, praktisch ist aber ihre Wirkungsweise in einem sogenannten „Low End Torque Bereich” durch eine nach oben begrenzte konstruktiv einsetzbare Saugrohrlänge beschränkt.
Aus der DE 44 13 787 A1 ist eine Brennkraftmaschine der gattungsgemäßen Art bekannt. Hierbei wird Druckluft während eines Kompressionshubes aus einem Motorzylinder gezogen und kurz in einem Speicher gespeichert, bis sie in einer luftdruckbetriebenen Einspritzdüse entladen wird. Die Einspritzung erfolgt, sobald ein Luftsteuerungsmagnetventil für die Kraftstoffeinspritzung beim nächsten Motorzyklus aktiviert wird. Hierbei sind Druckluftleitungen vorgesehen, die jedes angeschlossene Ventil mit jeweils einer Einspritzdüse verbinden. Die Druckluftzuführung erfolgt über weitere Leitungen und über die entsprechenden Kraftstoffeinspritzdüsen. In einer beschriebenen Ausführungsform dieser Druckschrift dient eine Gemeinschaftsleitung zwischen den Ventilen und den Kraftstoffeinspritzdüsen als Speicherbehälter für die auf den Einsatz in den Einspritzdüsen wartende Druckluft. Der Zweck jedes Ventils ist, den während eines Kompressionshubes im Motorzylinder erzeugten Druck abzuzweigen und den Druck in einer Druckluftversorgungsgruppe bis zu einem vorbestimmten, maximalen Druck aufzubauen.
Aus der JP 3133434 B2 ist bekannt, dass ein Aufladevorgang in der Art von mehreren hintereinander erfolgten Einzelspeichervorgängen in einer Kompressionsphase erfolgt, um eine Druckluftmenge zu bevorraten, und zwar derart, dass sie in einem Ladungswechsel-OT zur Spülung des Brennraums eingesetzt werden kann.
In der AT 402 432 B wird offenbart, dass ein Aufladevorgang in der Art von mehreren hintereinander erfolgten Einzelspeichervorgängen erfolgt, um eine Druckluftmenge zu bevorraten, und zwar derart, dass sie zu Beginn der Kompressionsphase eingesetzt werden kann.
Aus der DE 102 39 110 A1 ist ein Verfahren zur Leistungssteigerung einer Brennkraftmaschine bekannt, mit mehreren jeweils einen Brennraum aufweisenden Motorzylindern, wobei jeder Motorzylinder mindestens eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung und mindestens ein Luftventil umfasst, wobei jedes Luftventil mit einer Leitung verbunden ist, um in einem Volllastbetrieb zur Leistungssteigerung Druckluft in die Brennräume einzublasen.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen ermöglicht eine drehmomentsteigernde Füllungserhöhung in einem End Torque Bereich bzw. in einem Volllastbetrieb von über 10%.
Bei dem Verfahren gemäß der DE 44 13 787 A1 wird nämlich die Speicherung der Druckluft nur für eine verbesserte Gasgemischaufbereitung benutzt. Demgegenüber wird durch das erfindungsgemäße Verfahren ein Aufladeeffekt während einer Teillast erreicht. Die während dieser Aufladung gespeicherte ausreichend große Luftmasse kann dann während einer Volllast abgerufen werden. Im Unterschied zum Stand der Technik wird dieser Vorrat ausschließlich in der Volllast abgerufen. Für den Betrieb des Kraftstoffventils nach der genannten Schrift wird hingegen ein einziger Abzapfvorgang im unmittelbar vorausgegangenen Kompressionstakt eingesetzt.
Durch die erfindungsgemäße Lösung, ist es nämlich möglich, während eines Überholvorgangs oder in einer anderen Verkehrssituation, bei einem Fahrzeug, das einen nach diesem Verfahren arbeitenden Motor besitzt, eine bis zu einige Sekunden andauernde bzw. deutliche und signifikante Drehmoment- bzw. Drehzahlerhöhung zu bewirken, obwohl der Motor eine kompakte Bauform aufweisen kann.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass sie mit bekannten Lösungen kombinierbar ist, so dass sich durch eine entsprechende Kombination sehr hohe Drehmomenterhöhungen bewerkstelligen lassen.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass jedes Luftventil selbst auch dazu benutzt wird, die gespeicherte Druckluft in den Brennraum zurückzuleiten. Eine solche Weiterbildung der Erfindung hat den Vorteil, dass keine Veränderung an der Kraftstoffeinspritzdüse bzw. an ihrem Anschluss erforderlich ist.
Dadurch, dass jedes Luftventil mit einer zwischen den Ventilen liegenden Gemeinschaftsleitung verbunden ist, kann ohne zusätzliche Speichermittel bzw. ohne zusätzliche Kompressionsmittel eine Aufladung der Druckluft für den Fall der Volllast realisiert werden.
Zweckmäßigerweise weist das erfindungsgemäße Entkoppelungselement eine Ausbildung derart, dass eine Druckluftzuführung von jedem Luftventil zu der Gemeinschaftsleitung über getrennte Verbindungsleitungen erfolgt. Eine solche Gemeinschaftsleitung ist leicht anzuschließen.
Von Vorteil ist es, wenn auch eine Druckluftzuführung von der Gemeinschaftsleitung zu jedem Luftventil über die getrennten Verbindungsleitungen erfolgt. Hierdurch sind weniger Teile erforderlich, so dass die Brennkraftmaschine günstiger und kompakter wird, insbesondere, wenn der Luftdruckspeichervorgang durch eine Gemeinschaftsleitung erfolgt, die in der Nähe eines die Motorzylinder umfassenden Motorblocks angeordnet ist. Alternativ läßt sich die Druckluft in einem Druckbehälter speichern, der in einem Hohlraum der Karosserie untergebracht ist.
Eine sehr günstige Steuerung des Lade- und des Entladevorgangs der Druckluft wird erreicht, indem zur Druckluftbevorratung jeder Motorzylinder einen elektromagnetisch betätigbares Luftventil aufweist.
Mit Vorteil werden während der Teillast der Brennkraftmaschine 10 die Luftventile 2 nacheinander in Zündfrequenz und Zündfolge kurzzeitig geöffnet, wobei dies jeweils während eines Kompressionstaktes ihres zugehörigen Motorzylinders 12 erfolgt sowie eine Öffnung der Luftventile 12 erst dann erfolgt, wenn ein Kompressionsdruck über einen Füllungsdruck, insbesondere einer Gemeinschaftsleitung, liegt. Auf diese Weise und durch eine ausreichend kleine Öffnungsdauer der Luftventile 2 bzw. der Gasventile ist sichergestellt, dass pro Betätigungsvorgang nur ein Bruchteil der Zylinderfüllung zunächst in Richtung der Gemeinschaftsleitung 1 bzw. des Luftrails abfließt. Dieser Abfluss kann zum Beispiel in einfacher Weise durch eine entsprechende Entdrosselung des Luftmassenstroms in der Sauganlage kompensiert werden.
Von erheblicher Bedeutung ist es, wenn die Druckluftbevorratung so bemessen ist, dass in dem Volllastbetrieb eine einige Sekunden andauernde Drehmomenterhöhung gegeben ist. Bei sehr vielen Verkehrssituationen ist ein solches Verhalten sehr von Vorteil.
Zeichnung
Die Erfindung sowie weitere Vorteile derselben werden nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand der zugehörigen Zeichnung erläutert.
Fig. zeigt eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine 10.
Die Brennkraftmaschine 10 ist mit vier jeweils einen Brennraum 11 aufweisenden Motorzylindern 12 versehen. Jeder Motorzylinder 12 umfasst eine nicht näher dargestellte Kraftstoffeinspritzvorrichtung auf. Jeder Motorzylinder 12 hat außerdem ein Luftventil 2.
Ein gasdichter Druckbehälter in der Baugröße eines Luftsammlers befindet sich in der Nähe der Motorzylinder 12 bzw. eines Motorblocks. Dieser ist insbesondere als Gemeinschaftsleitung 1 bzw. als Luftrail ausgebildet. Dieser Behälter ist über geeignete Schlauch- und/oder Rohrstücke bzw. Verbindungsleitungen 3 mit jedem einzelnen Motorzylinder 12 verbunden. Jeder Motorzylinder 12 weist insbesondere ein in dem Zylinderkopf integriertes elektromagnetisches Luftventil auf. Diese Anordnung dient dazu, um einen im jeweiligen Motorzylinder 12 erzeugten Kompressionsdruck abzuzweigen, damit dieser zeitweilig gespeichert wird, so dass er zu einem späteren Zeitpunkt zur Leistungssteigerung bzw. Drehmomenterhöhung eingesetzt wird. Jedes Luftventil 2 ist mit der zwischen den Luftventilen 2 liegenden Gemeinschaftsleitung 1 verbunden.
Das Luftventil 2 ist bezüglich Baugröße und Durchflusseigenschaften in erster Linie mit einem Gaseinblasventil vergleichbar.
Erfindungsgemäß ist ein Aufladevorgang in der Art von mehreren hintereinander erfolgten Einzelspeichervorgängen in einem Teillastbetrieb vorgesehen, um eine Druckluftmenge zu bevorraten, und zwar derart, dass sie in einem Volllastbetrieb zur Leistungssteigerung eingesetzt werden kann.
Zu Beginn des Motorbetriebs ist das Luftrail auf Umgebungsdruck. Bei Teillast der Brennkraftmaschine 10 werden die Luftventile 2 nacheinander quasi in Zündfrequenz und -folge kurzzeitig geöffnet. Ihre Betätigung erfolgt jeweils während des Kompressionstaktes ihres zugehörigen Zylinders. Dabei erfolgt die Öffnung der Luftventile 2 erst, wenn der Kompressionsdruck über dem Fülldruck des Luftrails (Gemeinschaftsleitung 1) liegt.
Wie in der Figur veranschaulicht ist, wird vorzugsweise jedes Luftventil selbst auch dazu benutzt, die gespeicherte Druckluft in den Brennraum zurückzuleiten. Die Druckluftzuführung von jedem Luftventil 2 zu der Gemeinschaftsleitung 1 erfolgt praktisch über die vier getrennten Verbindungsleitungen 3.
Es ist auch in der Figur zu erkennen, dass auch eine Druckluftzuführung von der Gemeinschaftsleitung 1 zu jedem Luftventil über die getrennten Verbindungsleitungen 3 erfolgt.
Insbesondere erlaubt jedes Luftventil 2 eine Durchflussmenge von 25 cm³/10 ms bis 100 cm³/10 ms, vorzugsweise etwa 50 cm³/10 ms.

Claims

Verfahren zur Leistungssteigerung einer Brennkraftmaschine (10) mit mehreren jeweils einen Brennraum (11) aufweisenden Motorzylindern (12), wobei jeder Motorzylinder (12) mindestens eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung und mindestens ein Luftventil (2) umfasst, sowie jedes Luftventil (2) mit einer Leitung (3) verbunden ist, um einen im Motorzylinder (12) erzeugten Kompressionsdruck abzuzweigen, damit dieser zeitweilig gespeichert wird, so dass er zu einem späteren Zeitpunkt zur Leistungssteigerung eingesetzt wird, gekennzeichnet durch einen Aufladevorgang in der Art von mehreren hintereinander erfolgten Einzelspeichervorgängen in einem Teillastbetrieb, um eine Druckluftmenge zu bevorraten, und zwar derart, dass sie in einem Volllastbetrieb zur Leistungssteigerung eingesetzt werden kann.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Luftventil (2) selbst auch dazu benutzt wird, die gespeicherte Druckluft in den Brennraum (11) zurückzuleiten.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Luftventil (2) mit einer zwischen den Luftventilen (2) liegenden Gemeinschaftsleitung (1) verbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Druckluftzuführung von jedem Luftventil (2) zu der Gemeinschaftsleitung (1) über getrennte Verbindungsleitungen (3) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass auch eine Druckluftzuführung von der Gemeinschaftsleitung (1) zu jedem Luftventil (2) über die getrennten Verbindungsleitungen (3) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftdruckspeichervorgang durch eine Gemeinschaftsleitung (1) erfolgt, die in der Nähe eines die Motorzylinder (12) umfassenden Motorblocks angeordnet ist oder dass die Luftdruckspeicherung in einem Druckbehälter in einem Karosseriehohlraum erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Druckluftbevorratung jeder Motorzylinder (12) einen elektromagnetisch betätigbares Ventil (2) aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Druckluftbevorratung jedes Luftventil (2) als Gaseinblasventil mit einer Durchflussmenge von etwa 25 cm³/10 ms bis etwa 100 cm³/10 ms ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Druckluftbevorratung während der Teillast der Brennkraftmaschine (10) die Luftventile (2) nacheinander in Zündfrequenz und Zündfolge kurzzeitig geöffnet werden, wobei diese jeweils während eines Kompressionstaktes ihres zugehörigen Motorzylinders (12) erfolgt sowie eine Öffnung der Ventile (2) erst dann erfolgt, wenn ein Kompressionsdruck über einen Füllungsdruck, insbesondere einer Gemeinschaftsleitung (1), liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckluftbevorratung so bemessen ist, dass in dem Volllastbetrieb eine einige Sekunden andauernde Drehmomenterhöhung gegeben ist.