DE102007035305B4 - Vorrichtung und Verfahren zur Ladungswechselsteuerung - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zur Ladungswechselsteuerung Download PDF

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Abstract

Vorrichtung zur Ladungswechselsteuerung bei einem Zylinder (2) einer Brennkraftmaschine (3), insbesondere eines Kraftfahrzeugs,- mit einem ersten Einlassventil (4), einem zweiten Einlassventil (5) und wenigstens einem Auslassventil (6, 7),- mit wenigstens einer Stelleinrichtung (8) zur Betätigung zumindest der beiden Einlassventile (4, 5),- wobei die wenigstens eine Stelleinrichtung (8) so ausgestaltet ist, dass sie in einem Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine (3) das erste Einlassventil (4) mit einer kurzen oder ersten Öffnungszeit (T) und mit einem kleinen oder ersten Öffnungshub (H) und das zweite Einlassventil (5) mit einer kurzen oder zweiten Öffnungszeit (T) und mit einem kleinen oder zweiten Öffnungshub (H) ansteuert,- wobei die wenigstens eine Stelleinrichtung (8) so ausgestaltet ist, dass sie in einem Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine (3) mit niedriger Drehzahl das erste Einlassventil (4) mit einer kurzen oder dritten Öffnungszeit (T) und mit einem großen oder dritten Öffnungshub (H) und das zweite Einlassventil (5) mit einer kurzen oder vierten Öffnungszeit (T) und mit einem kleinen oder vierten Öffnungshub (H) ansteuert,- wobei die wenigstens eine Stelleinrichtung (8) so ausgestaltet ist, dass sie im Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine (3) mit hoher Drehzahl das erste Einlassventil (4) mit einer kurzen oder fünften Öffnungszeit (T) und einem großen oder fünften Öffnungshub (H) und das zweite Einlassventil (5) mit einer langen oder sechsten Öffnungszeit (T) und mit einem großen oder sechsten Öffnungshub (H) ansteuert,- wobei ein vom ersten Einlassventil (4) gesteuerter erster Einlassquerschnitt (11) größer ist als ein vom zweiten Einlassventil (5) gesteuerter zweiter Einlassquerschnitt (12).

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Ladungswechselsteuerung bei einem Zylinder einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs.
  • Um bei einer Brennkraftmaschine den Wirkungsgrad möglichst im gesamten Betriebsbereich oder zumindest in Teilen des Betriebsbereichs zu verbessern, ist es bekannt, variable Ventilsteuerungen zu verwenden. Auf diese Weise lassen sich entgegengesetzte Bedürfnisse für einen Teillastbetrieb und einen Volllastbetrieb mehr oder weniger befriedigen. Im Teillastbetrieb sind günstige Wirkungsgrade erzielbar, wenn dem jeweiligen Brennraum während einer vergleichsweise kurzen Zeit Frischgas mit einem vergleichsweise kleinen Volumenstrom zugeführt wird. Im Unterschied dazu sind die Wirkungsgrade im Volllastbetrieb günstig, wenn über einen vergleichsweise langen Zeitraum dem Brennraum mit einem vergleichsweise großen Volumenstrom Frischgas zugeführt wird.
  • Aus der FR 2 818 307 A1 ist eine variable Ventilsteuerung bekannt, die mit einer Stelleinrichtung arbeitet, die zwei Einlassventile unabhängig voneinander ansteuern kann. In Abhängigkeit des Lastzustands der Brennkraftmaschine können dabei die Öffnungszeitpunkte der beiden Einlassventile verschoben werden. Bei dieser Variation der Öffnungszeitpunkte bleiben jedoch die einzelnen Öffnungszeiten und die einzelnen Öffnungshübe der Einlassventile konstant. Das eine Einlassventil besitzt eine längere Öffnungszeit und einen größeren Öffnungshub als das andere Einlassventil. Bei einer Variante der bekannten Ventilsteuerung steuert das mit der kürzeren Öffnungszeit und dem kleineren Öffnungshub angesteuerte Einlassventil einen Einlassquerschnitt, der größer ist als der vom anderen Einlassventil gesteuerte Einlassquerschnitt.
  • Aus der US 2002 / 0 092 487 A1 ist eine weitere Ventilsteuerung bekannt, die mit zwei Einlassventilen arbeitet, die unabhängig voneinander betätigbar sind. Das eine Ventil kann mit einer Nockenwellensteuerung betätigt werden und steuert einen vergleichsweise großen Einlassquerschnitt. Im Unterschied dazu kann das andere Einlassventil mit einer elektromagnetischen Steuerung betrieben werden, wobei es einen vergleichsweise kleinen Einlassquerschnitt steuert. Die bekannte Ventilsteuerung realisiert zur Anpassung des Ladungswechsels an die unterschiedlichen Betriebszustände der Brennkraftmaschine insgesamt vier Betriebszustände für die Ventilsteuerung. In einem ersten Betriebszustand sind beide Einlassventile in Betrieb. In einem zweiten Betriebszustand ist nur das nockenwellengesteuerte Einlassventil in Betrieb. In einem dritten Betriebszustand ist nur das elektromagnetisch gesteuerte Einlassventil in Betrieb, wobei gleichzeitig eine stromauf der Einlassventile angeordnete Drosselklappe maximal geöffnet ist. In einem vierten Betriebszustand ist ebenfalls nur das elektromagnetisch gesteuerte Einlassventil in Betrieb, wobei gleichzeitig die Drosselklappe die Frischgaszufuhr mehr oder weniger drosselt.
  • Die US 2004 / 0 194 745 A1 offenbart ebenfalls eine variable Ventilsteuerung, die mit zwei Einlassventilen arbeitet, die unabhängig voneinander betätigbar sind. Eines der beiden Einlassventile ist zur Herbeiführung einer Verwirbelung der Frischluftladung ausgebildet. Im niedrigen Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine weist das nicht zur Verwirbelung ausgebildete Einlassventil einen Ventilhub auf, welcher höchstens 1/3 des im niedrigen Drehzahlbereich vorliegenden maximalen Ventilhubs des zur Verwirbelung ausgebildeten Einlassventils ist, welcher höchstens 1/3 des nicht zur Verwirbelung ausgebildeten Einlassventils bei hohen Drehzahlen der Brennkraftmaschine ist. Im hohen Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine weisen beiden Einlassventile ihren maximalen Ventilhub auf.
  • Aus der DE 36 21 080 A1 geht eine variable Ventilsteuerung hervor, welche für zwei Einlassventile vorgesehen ist, die unabhängig voneinander betätigbar sind. Eines der beiden Einlassventile ist dazu vorgesehen Verwirbelungen hervorzurufen, wohingegen das andere Einlassventil dazu vorgesehen ist einen verbesserten Füllungsgrad zu erzielen. Die Ventilsteuerung weist eine Nockenwelle auf, mit deren Hilfe mit den Ventilen in Verbindung stehende Steuerhebel bewegt werden, wobei die Steuerhebel jeweils mit einem Reaktionshebel in Wirkverbindung stehen, deren Bewegung veränderbar ist. Die Reaktionshebel stehen mit einem Kontrollnocken in Wirkverbindung, welcher über seinem Umfang unterschiedliche Profile aufweist. In Abhängigkeit der Positionierung des Kontrollnockens, wird das jeweilige Ventil angesteuert und ist somit in seinem Hub gemäß der Anzahl der Profile des Kontrollnockens variierbar. Die den Einlassventilen zugeordneten Kontrollnocken weisen unterschiedliche Profile auf und sind auf einer Steuerwelle angeordnet. Grundsätzlich ist vorgesehen, dass bei niedrigen Drehzahlen ein Ventilhub des Einlassventils, welches dazu vorgesehen ist Verwirbelungen hervorzurufen, größer ist als der Ventilhub des Einlassventils, welches für den verbesserten Füllungsgrad ausgebildet ist. Ein Strömungsquerschnitt des Einlassventils für den verbesserten Füllungsgrad ist größer als der Strömungsquerschnitt des anderen Einlassventils.
  • Der US 5 669 341 A ist eine variable Ventilsteuerung mit einem ersten Einlassventil und einem zweiten Einlassventil entnehmbar, wobei die beiden Einlassventile unabhängig voneinander elektromagnetisch steuerbar ausgebildet sind. Es ist vorgesehen, bei niedrigen Drehzahlen der Brennkraftmaschine das einen geringen Hub aufweisende Einlassventil zu betätigen, wobei das zweite Einlassventil mit seinem größeren Hub in seiner Schließposition verbleibt. Im mittleren Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine verbleibt das erste Einlassventil in seiner Schließposition, wohingegen das zweite Einlassventil in Betrieb ist. Im hohen Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine werden beide Einlassventile betätigt. Dem ersten Einlassventil ist ein kleinerer Strömungsquerschnitt zugeordnet als dem zweiten Einlassventil.
  • Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Vorrichtung bzw. für ein Verfahren der eingangs genannten Art jeweils eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die insbesondere den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine im Volllastbetrieb mit hoher Drehzahl verbessert.
  • Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, für die Ladungswechselsteuerung wenigstens drei Zustände zu ermöglichen, die durch variierende Öffnungszeiten und Öffnungshübe der Einlassventile gekennzeichnet sind. In einem ersten Zustand, der einem Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine zugeordnet ist, werden beide Einlassventile mit kurzen Öffnungszeiten und kleinen Öffnungshüben angesteuert. Hierdurch ergibt sich eine entsprechend kurze Einlasszeit bei einem relativ kleinen Einlassstrom. In einem zweiten Zustand, der einem Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine bei relativ niedriger Drehzahl zugeordnet ist, wird das eine Einlassventil wieder mit einer kurzen Öffnungszeit, jedoch mit einem relativ großen Öffnungshub angesteuert, während das andere Einlassventil wieder mit kurzer Öffnungszeit und kleinem Öffnungshub angesteuert wird. Durch diese Maßnahme wird während einer relativ kurzen Einlasszeit ein erhöhter Einlassstrom realisiert. In einem dritten Zustand, der dem Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine bei einer relativ hohen Drehzahl zugeordnet ist, wird das eine Einlassventil wieder mit relativ kurzer Öffnungszeit und mit relativ großem Öffnungshub betrieben, während gleichzeitig das andere Einlassventil mit einer langen Öffnungszeit und mit einem großen Öffnungshub angesteuert wird. Durch diese Maßnahme lässt sich bei vergrößerter Einlasszeit der Einlassstrom deutlich vergrößern.
  • Um die Anpassung der Ladungswechselsteuerung an den Volllastbetrieb mit hoher Drehzahl zusätzlich zu verbessern, schlägt die Erfindung außerdem vor, den Einlassquerschnitt, den das eine, im dritten Zustand mit kurzer Öffnungszeit betriebene Einlassventil steuert, größer zu wählen als den Einlassquerschnitt, den das andere, im dritten Zustand mit langer Öffnungszeit betriebene Einlassventil steuert. Auf diese Weise kann der Einlassstrom durch diesen größeren Einlassquerschnitt trotz der relativ kurzen Öffnungszeit signifikant vergrößert werden.
  • Insbesondere dann, wenn das eine Einlassventil im zweiten und im dritten Zustand gleich betrieben wird und das andere Einlassventil im ersten und zweiten Zustand gleich betrieben wird, zeichnet sich die erfindungsgemäße Ladungswechselsteuerung durch einen besonders einfachen Aufbau aus, da für beide Einlassventile lediglich zwei unterschiedliche Ansteuermodi realisiert werden müssen, die sich im Hinblick auf Öffnungszeit und Öffnungshub voneinander unterscheiden.
  • Entsprechend einer besonders vorteilhaften Ausführungsform können die Einlassquerschnitte und die beim Volllastbetrieb mit hoher Drehzahl wirksamen Öffnungszeiten der Einlassventile so aufeinander abgestimmt sein, dass ein Produkt aus Einlassquerschnitt und Öffnungszeit bei beiden Einlassventilen etwa gleich groß ist. Dieses Produkt, das auch als Zeitquerschnitt des jeweiligen Ventils bezeichnet werden kann, korreliert mit der Einlassmenge, die durch das jeweilige Einlassventil beim Ladungswechselvorgang in den Brennraum eindringen kann. Es hat sich gezeigt, dass sich für den Volllastbetrieb mit hoher Drehzahl ein besonders günstiger Wirkungsgrad erzielen lässt, wenn die Zeitquerschnitte der beiden Einlassventile etwa gleich groß sind.
  • Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
  • Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
  • Es zeigen, jeweils schematisch,
    • 1 eine stark vereinfachte Prinzipdarstellung einer Vorrichtung zur Ladungswechselsteuerung,
    • 2a ein stark vereinfachtes Zeit-Hub-Diagramm eines ersten Einlassventils bei einem ersten Zustand der Ladungswechselsteuerung,
    • 2b ein stark vereinfachtes Zeit-Hub-Diagramm eines zweiten Einlassventils beim ersten Zustand der Ladungswechselsteuerung,
    • 3a ein stark vereinfachtes Zeit-Hub-Diagramm des ersten Einlassventils bei einem zweiten Zustand der Ladungswechselsteuerung,
    • 3b ein stark vereinfachtes Zeit-Hub-Diagramm des zweiten Einlassventils beim zweiten Zustand der Ladungswechselsteuerung,
    • 4a ein stark vereinfachtes Zeit-Hub-Diagramm des ersten Einlassventils bei einem dritten Zustand der Ladungswechselsteuerung,
    • 4b ein stark vereinfachtes Zeit-Hub-Diagramm des zweiten Einlassventils beim dritten Zustand der Ladungswechselsteuerung.
  • Entsprechend 1 umfasst eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1, die zur Ladungswechselsteuerung bei einem Zylinder 2 einer nur andeutungsweise dargestellten Brennkraftmaschine 3, vorzugsweise eines Kraftfahrzeugs, geeignet ist, mehrere Ventile, die hier lediglich durch Kreise angedeutet sind. Im einzelnen sind ein erstes Einlassventil 4, ein zweites Einlassventil 5, ein erstes Auslassventil 6 und ein zweites Auslassventil 7 vorgesehen. Des Weiteren umfasst die Vorrichtung 1 zumindest eine Stelleinrichtung 8, mit der zumindest die beiden Einlassventile 4, 5 betätigt werden können. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist zur Betätigung der beiden Auslassventile 6, 7 eine weitere Stelleinrichtung 9 vorgesehen. Grundsätzlich kann auch eine gemeinsame Stelleinrichtung zur Betätigung der Einlassventile 4, 5 und der Auslassventile 6, 7 vorgesehen sein.
  • Die Betätigung der Ventile 4 bis 7 durch die jeweilige Stelleinrichtung 8, 9 erfolgt durch entsprechende Wirkverbindungen 10, die unabhängig voneinander betätigbar sind und hier durch unterbrochene Doppelpfeile symbolisiert sind. Dabei spielt es für die Erfindung grundsätzlich keine Rolle, wie die Betätigung der Ventile 4 bis 7 realisiert wird. Grundsätzlich sind eine Nockenwellensteuerung oder eine hydraulische Steuerung oder eine elektromagnetische Steuerung oder Kombinationen daraus denkbar.
  • Die Einlassventile 4, 5 steuern bei ihrer Betätigung Einlassquerschnitte und die Auslassventile 6, 7 steuern Auslassquerschnitte, jeweils zum Öffnen und Sperren. Dabei steuert das erste Einlassventil 4 einen ersten Einlassquerschnitt 11, während das zweite Einlassventil 5 einen zweiten Einlassquerschnitt 12 steuert. In entsprechender Weise steuert das erste Auslassventil 6 einen ersten Auslassquerschnitt 13, während das zweite Auslassventil 7 einen zweiten Auslassquerschnitt 14 steuert.
  • In 1 ist durch Pfeile eine Frischgasströmung 15 symbolisiert, die bei geöffneten Einlassventilen 4, 5 in den Zylinder 2 einströmt. Außerdem ist durch Pfeile eine Abgasströmung 16 symbolisiert, die bei geöffneten Auslassventilen 6, 7 aus dem Zylinder 2 ausströmt. Die den Einlassventilen 4, 5 zugeordnete Stelleinrichtung 8 ist so ausgestaltet, dass sie die Einlassventile 4, 5 zur Realisierung von drei Zuständen der Ladungswechselsteuerung ansteuern kann. Diese drei Zustände werden im folgenden mit Bezug auf die 2a bis 4b näher erläutert.
  • Ein erster Zustand I der Ladungswechselsteuerung ist einem Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine 3 zugeordnet. In diesem ersten Zustand I wird das erste Einlassventil 4 in einem in 2a wiedergegebenen ersten Betriebsmodus V1I betrieben, während gleichzeitig das zweite Einlassventil 5 in einem in 2b wiedergegebenen zweiten Betriebsmodus V2I betrieben wird. Im ersten Zustand I wird das erste Einlassventil 4 mit einer ersten Öffnungszeit T1 und mit einem ersten Öffnungshub H1 angesteuert, während gleichzeitig das zweite Einlassventil 5 mit einer zweiten Öffnungszeit T2 und mit einem zweiten Öffnungshub H2 angesteuert wird. Die Diagramme der 2a und 2b zeigen jeweils Zeit-Hub-Verläufe H(t) der beiden Einlassventile 4, 5 im ersten Zustand I. Dementsprechend ist bei den Diagrammen auf der Ordinate der jeweilige Hub H und auf der Abszisse die Zeit t aufgetragen, letztere in Abhängigkeit des Kurbelwellenwinkels. Entsprechendes gilt für sämtliche Diagramme der 2a bis 4b.
  • In Relation zu den nachfolgend noch beschriebenen anderen Zuständen der Ladungswechselsteuerung sind im ersten Zustand I die erste Öffnungszeit T1 und die zweite Öffnungszeit T2 jeweils relativ klein. Vorzugsweise können die beiden Öffnungszeiten T1 , T2 gleich groß sein. Außerdem sind der erste Öffnungshub H1 und der zweite Öffnungshub H2 relativ klein. Insbesondere können die beiden Öffnungshübe H1 , H2 gleich groß sein.
  • Die beiden Einlassventile 4, 5 können grundsätzlich synchron betätigt werden. Zweckmäßig kann dies beispielsweise mit Hilfe eines gemeinsamen Nockens an einer entsprechenden Nockenwelle erfolgen, wobei der gemeinsame Nocken ein relativ schmales Profil aufweist und in radialer Richtung relativ kurz baut. Grundsätzlich können die beiden Einlassventile 4, 5 bei einer entsprechenden Ventilsteuerung auch phasenverschoben betätigt werden.
  • Ein zweiter Zustand II der Ladungswechselsteuerung ist einem Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine mit relativ niedriger Drehzahl zugeordnet. In diesem zweiten Zustand II wird das erste Einlassventil 4 in einem dritten Betriebsmodus V1II betrieben, der in 3a wiedergegeben ist, während das zweite Einlassventil 5 in einem in 3b wiedergegebenen vierten Betriebsmodus V2II betrieben wird. Dementsprechend wird das erste Einlassventil 4 im zweiten Zustand II mit einer dritten Öffnungszeit T3 und einem dritten Öffnungshub H3 angesteuert, während das zweite Einlassventil 5 mit einer vierten Öffnungszeit T4 und mit einem vierten Öffnungshub H4 angesteuert wird. Die dritte Öffnungszeit T3 ist noch immer relativ kurz, kann insbesondere gleich groß sein wie die erste Öffnungszeit T1 kann jedoch auch größer sein als die erste Öffnungszeit T1 . Im Unterschied dazu ist der dritte Öffnungshub H3 relativ groß, zumindest deutlich größer als der erste Öffnungshub H1 . Die vierte Öffnungszeit T4 ist nach wie vor kurz, insbesondere gleich groß wie die zweite Öffnungszeit T2 . Ebenso ist der vierte Öffnungshub H4 relativ klein, insbesondere gleich groß wie der zweite Öffnungshub H2 . Vorzugsweise sind der zweite Betriebsmodus V2I und der vierte Betriebsmodus V2II identisch.
  • Der dritte Betriebsmodus V1II am ersten Einlassventil 4 kann beispielsweise mit einem Nocken realisiert werden, der in radialer Richtung relativ groß baut und ein schmales Profil aufweist.
  • Ein dritter Zustand III der Ladungswechselsteuerung ist dem Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine mit relativ hoher Drehzahl zugeordnet. In diesem dritten Zustand III werden das erste Einlassventil 4 in einem fünften Betriebsmodus V1III , der in 4a wiedergegeben ist, und das zweite Einlassventil 5 in einem sechsten Betriebsmodus V2III betrieben, der in 4b wiedergegeben ist. Dementsprechend wird das erste Einlassventil 4 im dritten Zustand III mit einer fünften Öffnungszeit T5 und mit einem fünften Öffnungshub H5 angesteuert. Die fünfte Öffnungszeit T5 ist relativ kurz, vorzugsweise gleich groß wie die dritte Öffnungszeit T3 . Der fünfte Öffnungshub H5 ist relativ groß, vorzugsweise gleich groß wie der dritte Öffnungshub H3 . Insbesondere sind der dritte Betriebsmodus V1II und der fünfte Betriebsmodus V1III identisch.
  • Im Unterschied dazu wird im dritten Zustand III das zweite Einlassventil 5 mit einer sechsten Öffnungszeit T6 und mit einem sechsten Öffnungshub H6 angesteuert. Dabei ist die sechste Öffnungszeit T6 jedenfalls größer als die vierte Öffnungszeit T4 und ebenfalls größer als die fünfte Öffnungszeit T5 . Des Weiteren ist auch der sechste Öffnungshub H6 deutlich größer als der vierte Öffnungshub H4 und vorzugsweise gleich groß oder wie hier größer als der fünfte Öffnungshub H5 . Die Ansteuerung des zweiten Einlassventils 5 im dritten Zustand III erfolgt beispielsweise mit einem Nocken, der ein relativ breites Profil aufweist und in radialer Richtung relativ groß baut.
  • Der dritte Zustand III führt in Verbindung mit den unterschiedlich groß dimensionierten Einlassquerschnitten 11, 12 zu einer Wirkungsgradsteigerung der Brennkraftmaschine 3 bei Volllast und relativ hoher Drehzahl. Da der erste Einlassquerschnitt 11 größer ist als der zweite Einlassquerschnitt 12 kann durch das geöffnete erste Einlassventil 4 trotz kürzerer fünfter Öffnungszeit T5 und ggf. kleinerem fünften Öffnungshub H5 eine vergleichsweise große Frischgasmenge in den Zylinder 2 einströmen.
  • Vorzugsweise sind die beiden Einlassquerschnitte 11, 12 und die im dritten Zustand III verwendeten Öffnungszeiten T5 und T5 der Einlassventile 4, 5 so aufeinander abgestimmt, dass Zeitquerschnitte der beiden Einlassventile 4, 5 im wesentlichen gleich groß sind. Der Zeitquerschnitt des jeweiligen Einlassventils 4, 5 ist das Produkt aus zugehörigem Einlassquerschnitt 11, 12 und zugehöriger Öffnungszeit T5 , T6 . Die Wahl gleicher Zeitquerschnitte für die beiden Einlassventile 4, 5 im dritten Zustand III ergibt für die Brennkraftmaschine 3 bei Volllast und hoher Drehzahl eine besonders hohe Effektivität.
  • Für die Brennkraftmaschine 3 liegt beispielsweise dann der Volllastbetrieb vor, wenn die Brennkraftmaschine 3 wenigstens 70% ihrer Leistung, die bei der jeweiligen Drehzahl möglich ist, erbringt.
  • Eine Grenze zur Differenzierung eines Bereichs mit relativ niedriger Drehzahl und eines Bereichs mit relativ hoher Drehzahl liegt beispielsweise bei etwa 3.000 Umdrehungen pro Minute.
  • Üblicherweise erfolgt die Ansteuerung der Auslassventile 6, 7 phasenverschoben, jedoch analog zur Ansteuerung der Einlassventile 4, 5. Dementsprechend existieren für die Auslassventile 6, 7 vorzugsweise dieselben Zustände I, II, III und dieselben Betriebsmodi, wobei sich jedoch die einzelnen Öffnungshübe und Öffnungszeiten voneinander unterscheiden können.
  • In den einzelnen Zuständen I bis III der Ladungswechselsteuerung erfolgt die Adaption an die Betriebszustände der Brennkraftmaschine 3 grundsätzlich über die vorstehend beschriebene Variation der Öffnungszeiten T und der Öffnungshübe H. Darüber hinaus ist es grundsätzlich möglich, für eine bessere Anpassung die Phasenlage, also die Öffnungszeitpunkte und/oder die Schließzeitpunkte des ersten Einlassventils 4 und/oder des zweiten Einlassventils 5 zu variieren.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Vorrichtung
    2
    Zylinder
    3
    Brennkraftmaschine
    4
    erstes Einlassventil
    5
    zweites Einlassventil
    6
    erstes Auslassventil
    7
    zweites Auslassventil
    8
    Stelleinrichtung
    9
    weitere Stelleinrichtung
    10
    Wirkverbindung
    11
    erster Einlassquerschnitt
    12
    zweiter Einlassquerschnitt
    13
    erster Auslassquerschnitt
    14
    zweiter Auslassquerschnitt
    15
    Frischgasströmung
    16
    Abgasströmung
    H
    Hub
    t
    Zeit
    H(t)
    Zeit-Hub-Verlauf
    H1
    erster Öffnungshub
    H2
    zweiter Öffnungshub
    H3
    dritter Öffnungshub
    H4
    vierter Öffnungshub
    H5
    fünfter Öffnungshub
    H6
    sechster Öffnungshub
    T1
    erste Öffnungszeit
    T2
    zweite Öffnungszeit
    T3
    dritte Öffnungszeit
    T4
    vierte Öffnungszeit
    T5
    fünfte Öffnungszeit
    T6
    sechste Öffnungszeit
    I
    erster Zustand der Ladungswechselsteuerung
    II
    zweiter Zustand der Ladungswechselsteuerung
    III
    dritter Zustand der Ladungswechselsteuerung
    V1I
    erster Betriebsmodus
    V2I
    zweiter Betriebsmodus
    V1II
    dritter Betriebsmodus
    V2II
    vierter Betriebsmodus
    V1III
    fünfter Betriebsmodus
    V2III
    sechster Betriebsmodus

Claims (8)

  1. Vorrichtung zur Ladungswechselsteuerung bei einem Zylinder (2) einer Brennkraftmaschine (3), insbesondere eines Kraftfahrzeugs, - mit einem ersten Einlassventil (4), einem zweiten Einlassventil (5) und wenigstens einem Auslassventil (6, 7), - mit wenigstens einer Stelleinrichtung (8) zur Betätigung zumindest der beiden Einlassventile (4, 5), - wobei die wenigstens eine Stelleinrichtung (8) so ausgestaltet ist, dass sie in einem Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine (3) das erste Einlassventil (4) mit einer kurzen oder ersten Öffnungszeit (T1) und mit einem kleinen oder ersten Öffnungshub (H1) und das zweite Einlassventil (5) mit einer kurzen oder zweiten Öffnungszeit (T2) und mit einem kleinen oder zweiten Öffnungshub (H2) ansteuert, - wobei die wenigstens eine Stelleinrichtung (8) so ausgestaltet ist, dass sie in einem Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine (3) mit niedriger Drehzahl das erste Einlassventil (4) mit einer kurzen oder dritten Öffnungszeit (T3) und mit einem großen oder dritten Öffnungshub (H3) und das zweite Einlassventil (5) mit einer kurzen oder vierten Öffnungszeit (T4) und mit einem kleinen oder vierten Öffnungshub (H4) ansteuert, - wobei die wenigstens eine Stelleinrichtung (8) so ausgestaltet ist, dass sie im Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine (3) mit hoher Drehzahl das erste Einlassventil (4) mit einer kurzen oder fünften Öffnungszeit (T5) und einem großen oder fünften Öffnungshub (H5) und das zweite Einlassventil (5) mit einer langen oder sechsten Öffnungszeit (T6) und mit einem großen oder sechsten Öffnungshub (H6) ansteuert, - wobei ein vom ersten Einlassventil (4) gesteuerter erster Einlassquerschnitt (11) größer ist als ein vom zweiten Einlassventil (5) gesteuerter zweiter Einlassquerschnitt (12).
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassquerschnitte (11, 12) und die beim Volllastbetrieb mit hoher Drehzahl wirksamen Öffnungszeiten (T5, T6) der Einlassventile (4, 5) so aufeinander abgestimmt sind, dass ein Produkt aus Einlassquerschnitt (11, 12) und Öffnungszeit (T5, T6) bei beiden Einlassventilen (4, 5) gleich groß ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch wenigstens eines der folgenden Merkmale: - der sechste Öffnungshub (H6) des zweiten Einlassventils (5) ist größer als der fünfte Öffnungshub (H5) des ersten Einlassventils (4); - die sechste Öffnungszeit (T6) des zweiten Einlassventils (5) ist größer als die fünfte Öffnungszeit (T5) des ersten Einlassventils (4); - die fünfte Öffnungszeit (T5) des ersten Einlassventils (4) ist gleich groß wie oder größer als die dritte Öffnungszeit (T3) des ersten Einlassventils (4); - der erste Öffnungshub (H1) des ersten Einlassventils (4) ist gleich groß wie der zweite Öffnungshub (H2) des zweiten Einlassventils (5); - die erste Öffnungszeit (T1) des ersten Einlassventils (4) ist gleich groß wie die zweite Öffnungszeit (T2) des zweiten Einlassventils (5); - die vierte Öffnungszeit (T4) des zweiten Einlassventils (5) ist gleich groß wie die zweite Öffnungszeit (T2) des zweiten Einlassventils (5); - der vierte Öffnungshub (H4) des zweiten Einlassventils (5) ist gleich groß wie der zweite Öffnungshub (H2) des zweiten Einlassventils (5); - der fünfte Öffnungshub (H3) des ersten Einlassventils (4) ist gleich groß wie der dritte Öffnungshub (H3) des ersten Einlassventils (4); - die fünfte Öffnungszeit (T5) des ersten Einlassventils (4) ist gleich groß wie die dritte Öffnungszeit (T3) des ersten Einlassventils (4).
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch wenigstens eines der folgenden Merkmale: - der Volllastbetrieb liegt vor, wenn die Brennkraftmaschine (3) mindestens 70 % ihrer bei der jeweiligen Drehzahl möglichen Leistung erbringt; - eine Grenze zwischen niedriger Drehzahl und hoher Drehzahl liegt bei etwa 3.000 Umdrehungen pro Minute.
  5. Verfahren zur Ladungswechselsteuerung bei einem Zylinder (2) einer Brennkraftmaschine (3), insbesondere eines Kraftfahrzeugs, - bei dem in einem Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine (3) ein erstes Einlassventil (4) mit einer kurzen oder ersten Öffnungszeit (T1) und mit einem kleinen oder ersten Öffnungshub (H1) und ein zweites Einlassventil (5) mit einer kurzen oder zweiten Öffnungszeit (T2) und,mit einem kleinen oder zweiten Öffnungshub (H2) angesteuert werden, - bei dem in einem Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine (3) mit niedriger Drehzahl das erste Einlassventil (4) mit einer kurzen oder dritten Öffnungszeit (T3) und mit einem großen oder dritten Öffnungshub (H3) und das zweite Einlassventil (5) mit einer kurzen oder vierten Öffnungszeit (T4) und mit einem kleinen oder vierten Öffnungshub (H4) angesteuert werden, - bei dem in einem Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine (3) mit hoher Drehzahl das erste Einlassventil (4) mit einer kurzen oder fünften Öffnungszeit (T5) und mit einem großen oder fünften Öffnungshub (H3) und das zweite Einlassventil (5) mit einer langen oder sechsten Öffnungszeit (T6) und mit einem großen oder sechsten Öffnungshub (H6) angesteuert werden, - bei dem ein vom ersten Einlassventil (4) gesteuerter erster Einlassquerschnitt (11) größer gewählt ist als ein vom zweiten Einlassventil (5) gesteuerter zweiter Einlassquerschnitt (12).
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassquerschnitte (11, 12) und die beim Volllastbetrieb mit hoher Drehzahl wirksamen Öffnungszeiten (T5, T6) der Einlassventile (4, 5) so aufeinander abgestimmt sind, dass ein Produkt aus Einlassquerschnitt (11, 12) und Öffnungszeit (T5, T6) bei beiden Einlassventilen (4, 5) gleich groß ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch wenigstens eines der folgenden Merkmale: - der sechste Öffnungshub (H6) des zweiten Einlassventils (5) ist größer als der fünfte Öffnungshub (H5) des ersten Einlassventils (4); - die sechste Öffnungszeit (T6) des zweiten Einlassventils (5) ist größer als die fünfte Öffnungszeit (T5) des ersten Einlassventils (4); - die fünfte Öffnungszeit (T5) des ersten Einlassventils (4) ist gleich groß wie oder größer als die dritte Öffnungszeit (T3) des ersten Einlassventils (4); - der erste Öffnungshub (H1) des ersten Einlassventils (4) ist gleich groß wie der zweite Öffnungshub (H2) des zweiten Einlassventils (5); - die erste Öffnungszeit (T1) des ersten Einlassventils (4) ist gleich groß wie die zweite Öffnungszeit (T2) des zweiten Einlassventils (5); - die vierte Öffnungszeit (T4) des zweiten Einlassventils (5) ist gleich groß wie die zweite Öffnungszeit (T2) des zweiten Einlassventils (5); - der vierte Öffnungshub (H4) des zweiten Einlassventils (5) ist gleich groß wie der zweite Öffnungshub (H2) des zweiten Einlassventils (5); - der fünfte Öffnungshub (H5) des ersten Einlassventils (4) ist gleich groß wie der dritte Öffnungshub (H3) des ersten Einlassventils (4); - die fünfte Öffnungszeit (T5) des ersten Einlassventils (4) ist gleich groß wie die dritte Öffnungszeit (T3) des ersten Einlassventils (4).
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, gekennzeichnet durch wenigstens eines der folgenden Merkmale: - der Volllastbetrieb liegt vor, wenn die Brennkraftmaschine (3) mindestens 70 % ihrer bei der jeweiligen Drehzahl möglichen Leistung erbringt; - eine Grenze zwischen niedriger Drehzahl und hoher Drehzahl liegt bei etwa 3.000 Umdrehungen pro Minute.
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