DE102009056205A1

DE102009056205A1 - Verfahren und Vorrichtung(en) zur Steuerung von Ventil(en), Einspritzung(en), Zündung(en) eines Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE102009056205A1
Application number: DE102009056205A
Authority: DE
Inventors: Hartwig Groeneveld
Original assignee: Individual
Current assignee: GROENEVELD, HARTWIG, DIPL.-ING. TU, DE
Priority date: 2009-11-28
Filing date: 2009-11-28
Publication date: 2011-06-01

Abstract

Es wird (werden) eine Gesamt- sowie ggf. Teilsteuerung(en) zur Steuerung eines Verbrennungsmotors vorgestellt, die es ermöglich(t)(en), bedeutende Kraftstoff-Ersparnisse, verbesserte Abgaswerte zu erreichen bei gleichzeitig verbesserter Laufruhe des Motors; dies ist sowohl für Otto- als auch für Dieselmotoren gleichermaßen zutreffend. Außerdem werden zu diesem Ergebnis beitragende Einzelelemente bekannt gemacht.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung der Ventile, (Einlass- wie Auslassventile), der zeitlich entsprechend zugeordneten Kraftstoff-Einspritzung(en) und der gleichermaßen zeitlich hierzu zugeordneten Zündung(en) zum Betrieb eines Verbrennungsmotors mit zumindest einer Brennkammer; so dass in der zumindest einen Brennkammer das eingeleitete Luft-Gas-Gemisch zur Zündung gebracht, unter Abgabe von mechanischer Arbeit expandiert wird und dabei entstehende Abgase abgeleitet werden; wobei zum Betrieb einerseits eine ebenfalls zeitlich begrenzte Stillsetzung des Motors gehört, z. B. an Ampelanlagen; andererseits unter bestimmten Voraussetzungen, z. B. bei „Stop and Go-Betrieb” es angezeigt sein kann, in zumindest eine Brennkammer Luft einzuleiten, zu komprimieren und ggf gleichzeitig bzw. verzögert Kraftstoff ggf in mehreren Teilportionen nacheinander einzuleiten, zugeordnet zur Zündung zubringen und damit einen Motor-Teilbetrieb aufrecht zu erhalten, sowie die dazu erforderlichen Vorrichtungen zur Durchführung des jeweiligen Verfahrens.
Es ist ein Verfahren aus der DE 38 14 484 A1 bekannt. Hierbei werden gemäß einer ersten Variante im Schubbetrieb zumindest alle Auslassöffnungen geöffnet oder es ist ein Dekompressionsventil vorgesehen, dass im Schubbetrieb dauernd im offenen Zustand gehalten wird. Gemäß einer zweiten Verfahrensvariante bleibt jeder Verbrennungsraum im Schubbetrieb dauernd völlig geschlossen. Auch sind Brennkraftmaschinen mit Zylinderabschaltung bekannt, die im niederen Lastbereich, z. B. bei Stadtfahrt, einen hohen Wirkungsgrad des Motors erzielen. Dies erfolgt durch Stilliegen eines Teils des Zylinders.
Aufgrund der nach dem Stand der Technik eingesetzten mechanischen Ventilsteuerung ist eine flexible Anpassung an verschiedene Betriebsphasen wie z. B. Schubbetrieb oder Leerlauf- oder zumindest Teillastbetrieb nur mit sehr hohem konstruktivem mechanischem Aufwand erreichbar.
Der DE 195 07 960 C1 ist eine Motorbremse für eine Dieselkraftmaschine mit einem von Einlass- und Auslassventil räumlich getrennten Dekompressionsventil zu entnehmen. Ferner wird in der DE 33 13 038 A1 eine Mehrzylinderbrennkraftmaschine mit abschaltbaren Zylindergruppen beschrieben, bei der eine Zylindergruppe in Abhängigkeit von mehreren Betriebsparametern abschaltbar ist. Dabei erfolgt eine Zuschaltung oder Abschaltung in Abhängigkeit von einer Laständerung, einem Beschleunigungssignal oder einem Verzögerungssignal und der Maschinentemperatur.
Ein Verfahren zur Kraftstoffeinspritzung, und zwar bei Schubabschaltung, ist aus der DE 36 23 040 A1 bekannt. Dabei wird nach einer vorgegebenen Anzahl von Auslassungen der Einspritzungen automatisch auf das Einspritzventil eines anderen Zylinder weitergeschaltet.
Davon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die DE 198 05 009 C2 , veröffentlicht am 14.09.2000, und in Erweiterung derselben das Problem zu Grunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Verbrennungsmotors derart weiterzubilden, dass der Kraftstoffverbrauch,
der Schadstoffausstoß in beliebigen Betriebsphasen durch eine flexible Ventilsteuerung und durch eine entsprechende Ansteuerung der Einspritzdüsen bzw. des Einspritzvorgangs sowie der Zündung reduziert und die Laufruhe des Verbrennungsmotors verbessert wird.
Das Problem wird, auch unter Einbeziehung der Anmeldung 10 2009 021 625.1 vom 15.05.09, bzw. vom 16.05.2009, erfindungsgemäß wie nachfolgend beschrieben dadurch gelöst,

– dass Motordaten und/oder Fahrdaten wie Geschwindigkeit, Beschleunigung, Drehzahl, jeweilige Stellung der (des) Kolben(s) in den(dem) je zugehörigen Zylinder(n), Sensordaten wie z. B. von Klopfsensor, Motortemperatursensor und anderen, z. B. die Gas(pedal)betätigung, sei es durch die Fußstellung, durch Handbetätigung, durch akustische, optische, gedankliche oder andere Auslösung, z. B. von außen kommend, des Verbrennungsmotors sowie Daten aus dem Fahrzeugumfeld wie z. B. die Bremsbetätigung, sei es durch Fuß- oder Handbetätigung, durch akustische, optische, gedankliche oder andere Auslösung, ggf von außen kommend, sei es z. B. ein oder verschiedene Abstandssensor(en), eine Ampel- oder Fußgängerwahrnehmung und evtl. andere, erfasst werden,
– dass z. B. bei Unterschreitung einer vorgegebenen Motorbelastung die zumindest einer Brennkammer zugeordnete(n) Ein- und/oder Auslassöffnungen unabhängig voneinander zur Dekompression mittels hydraulisch und/oder elektrischer Ventile angesteuert und betätigt werden,
– dass die Stellung der Ventile von einer übergeordneten Motorsteuerung erfasst und ausgewertet wird,
– dass bei Unterschreiten einer Mindestdrehzahl zumindest in einer Brennkammer zumindest zeitweise ein vollständiges Arbeitsverfahren zur Abgabe mechanischer Arbeit, z. B. beim „Stop and Go-Betrieb”, eingeleitet wird, derart, dass nacheinander alle Zylinder erfasst und somit gleichmäßig belastet werden,
– dass andererseits, z. B. bei entsprechender Meldung eines Ampelsensors oder anderer ähnliche Meldungen liefernde Sensoren, mit Hilfe der übergeordneten Motorsteuerung alle zugeordneten Ein- bzw. Auslassöffnungen entsprechend mittels hydraulischer und/oder elektrischer Steuerung der Ventile ebenso betätigt, wie auch die Einspritzdüsen mittels hydraulischer und/oder elektrischer Ansteuerung und Betätigung zur Kraftstoff-Nicht-Abgabe wie ebenfalls eine Zündungsansteuerung zur Nicht-Zündung erfolgt, so dass keinerlei mechanische Arbeit abgegeben wird,
– dass die übergeordnete Motorsteuerung die Kraftstoffeinspritz-Steuerung, die Ventilsteuerung und die Zündungssteuerung steuert, im Normalbetrieb sowie in den oben geschilderten Sonderfällen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Ein- und/oder Auslassöffnungen der zumindest einen Brennkammer unabhängig voneinander zur z. B. Dekompression, bei Motor-Komplettabschaltung (Ampel), Teilabschaltung (Stop and Go) wie auch im Normalbetrieb mittels hydraulisch und/oder elektrisch betätigter Ventile ebenso angesteuert werden, wie gleichermaßen die zugehörige Kraftstoffeinspritzung und die Zündung, wodurch das Verfahren sehr flexibel auf unterschiedliche Betriebsphasen des Verbrennungsmotors bzw. des Fahrzeugs reagieren kann. Hierzu wird die Stellung der Ventile von einer übergeordneten Motorsteuerung erfasst wie auch die zugehörige Kraftstoff-Einspritzung und die Zündung und ausgewertet und in Abhängigkeit der gemessenen Motor- und/oder Fahrdaten bzw. der gemeldeten Sensordaten wie Geschwindigkeit, Beschleunigung, Drehzahl, Klopfneigung, Motortemperaturangaben bzw. -veränderung, jeweilige Stellung der (des) Kolben(s) in den(dem) je zugehörigen Zylindern, sowie andere die Fahrsituation betreffende Tatbestände, wie z. B. die Gas(pedal)betätigung, sei es durch Fuß-Hand, akustische, optische, gedankliche oder andere Auslösung, z. B. von außen, oder die 2 Brems(pedal)betätigung, durch Fuß-, Hand-, akustische, optische, gedankliche, oder andere Auslösung, z. B. von außen, Fahrzeugabstandssensordaten, Daten von Ampelstellungen oder Gegenstandserkennung auf der Fahrbahn, z. B. Fußgänger, durch einzelne der vorgenannten oder außerdem erfassten Daten für sich, im Zusammenspiel mehrerer, oder durch ggf. alle flexibel gesteuert.
Durch die Dekompression der Brennkammern und die Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr wird erreicht, dass der Verbrennungsmotor aufgrund seiner Schwungmasse im Freilauf weiterlaufen kann. In dieser Betriebsart wird somit kein Kraftstoff verbraucht. Eine solche Betriebsart ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Verbrennungsmotor ohnehin keine Energie abzugeben hat, nämlich z. B. bei einem Fahrzeugstop vor einer Ampel, wenn sich das Fahrzeug in einem Stau befindet oder z. T. auch im „Stop and Go”-Betrieb.
Aufgrund der elektrischen und/oder hydraulischen Ansteuerung und Betätigung können Auslassöffnungen der einzelnen Brennkammern unabhängig voneinander gezielt geschlossen und/oder geöffnet werden. Insbesondere kann auf (eine) herkömmliche Nockenwelle(n) sowie auf die damit zusammen hängende mechanische Kopplung derselben z. B. mit der Kurbelwelle zum Ansteuern und Betätigen von Ventilen zum Öffnen oder Schließen der Auslassöffnungen bzw. der Einlassöffnungen verzichtet werden, was trotz des zusätzlichen Aufwands für die neuartige Steuerung zu einer Minimierung der Herstellkosten führen wird und außerdem die Platzverhältnisse insbesondere im Zylinderkopf verbessert. Als besonders bevorzugt hat sich die Möglichkeit erwiesen, dass durch das Öffnen der Einlassventile bzw. der Einlassöffnungen, wie auch ggf. der Auslassöffnungen eine „Spülung” der Brennkammer erfolgt, wodurch u. a. auch eine Verdünnung der Abgase und daraus eine Schadstoffminimierung resultiert.
Die gezielte Ansteuerung der Ein- und/oder Auslassventile, des Einspritzvorgangs, sei es null – bei keiner Energieabforderung des Motors (Ampel)-, seien es bestimmte, genau portionierte Kraftstoffeil- oder -vollmen- gen, – bei z. B. Teilbetrieb, („Stop and Go”), oder bei Abforderung von Normallast bzw. Volllast, zeitlich exakt dosiert, wobei ein einzelner Einspritzvorgang in unterschiedlich großen Teileinspritzungen, z. B. als Vor-, Haupt- und Nacheinspritzung erfolgen kann, sowie die jeweils dazu passende exakte Zündungssteuerung erreichen zusätzlich den gleichen Zweck minimierten Kraftstoffverbrauchs, verbesserter Abgaswerte und außerdem einen ruhigeren Motorlauf.
Die Fahrdaten wie Geschwindigkeit, Beschleunigung, Drehzahl, zusätzliche Sensordaten wie z. B. von Klopfsensor, Motortemperatursensor, Gas(pedal)betätigung, sei es durch Fuß-, Handbetätigung, durch akustische, optische, gedankliche oder andere Auslösung, z. B. von außen kommend, des Verbrennungsmotors sowie Daten herrührend aus dem Fahrzeugumfeld wie z. B. die Bremsbetätigung, sei es durch Fuß- oder Handbetätigung, durch akustische, optische, gedankliche oder andere Auslösung, z. B. von außen kommend, sei es z. B. ein oder mehrere Abstandssensor(en), eine Ampel-, Fußgängerwahrnehmung, oder solche von Gegenständen auf der Fahrbahn ausgehende oder andere von Sensoren geleitete Impulse werden erfasst. Bei Unterschreiten einer vorgegebenen Motorbelastung werden die den Brennkammern zugeordneten Auslassöffnungen, ggf ebenfalls die zugehörigen Einlassöffnungen, mittels elektrisch und/oder hydraulisch betätigter Ventile elektrisch und ggf und/oder hydraulisch zur Dekompression angesteuert. Dabei wird die Stellung der Ventile von einer übergeordneten Motorsteuerung erfasst und ausgewertet.
Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Steuerung eines Verbrennungsmotors, umfassend eine zentrale Motorsteuerung, Sensoren zur Erfassung von Motor- und Fahrdaten, wie oben beschrieben, sowie ein Einspritzsystem zur Zuführung von Kraftstoff in zumindest eine Brennkammer des Verbrennungsmotors und eine Ventilsteuerung zur Steuerung einer oder mehrerer Auslassöffnung(en) der zumindest einen Brennkammer, wobei zur Steuerung der Ein- und/oder Auslassöffnung(en) zumindest ein hydraulisches, und/oder elektrisches bzw. ein elektrohydraulisches Ventil vorgesehen ist, das über eine Hydraulik(bzw. Elektro-hydraulik, oder Elektro)-Steuereinheit ansteuerbar ist, die ihrerseits mit der zentralen Motorsteuerung verbunden ist und wobei die hydraulische(bzw. elektro-hydraulische oder elektrische) Ventilsteuereinheit über die zentrale Motorsteuereinheit mit dem Einspritzsystem bzw. der Einspritzsteuerung gekoppelt ist. Ebenso ist die Zündungssteuerung mit der zentralen Motorsteuerung verbunden, sodass gleichzeitig die Ventilsteuerung wie auch die einzelnen Ventile, die Einspritzsteuerung, und damit das (die) jeweilige(n) Einspritzelement(e), wie auch die Zündungssteuerung mit der (den) zugeordneten Zündvorrichtung(en) das (die) zugehörige(n) entsprechende(n) Signal(e) erhalten.
Durch den Einsatz eines hydraulischen, elektrohydraulischen oder elektrischen Ventils sowie einer hydraulischen bzw. elektrohydraulischen oder elektrischen Steuereinheit ist eine flexible Ansteuerung eines oder mehrerer Ventile der Brennkammer möglich. Insbesondere kann durch Einsatz der zentralen Motorsteuerung in Verbindung mit der Hydraulik-, bzw. Elektrohydraulik- oder Elektro-Steuereinheit und dem Einspritzsystem sowie dem Zündungssystem ein Gesamtsystem zur Verfügung gestellt werden, bei dem in bestimmten Lastsituationen, vorzugsweise Stop, Leerlauf oder Teillastbetrieb die Ventile ein oder mehrerer Brennkammern angesteuert werden, um eine ggf. zeitweilige Dekompression der Brennkammern zu erreichen wobei gleichzeitig die Kraftstoffzuführung durch das Einspritzsystem ganz oder zeitweilig unterbrochen wie ebenfalls eine Zündung ggf zeitweilig nicht eingeleitet wird. Insbesondere besteht die Möglichkeit, bei Unterschreiten z. B. einer Mindestdrehzahl des Verbrennungsmotors oder bei einer Minimal-Fahrgeschwindigkeit oder bei „Stop and Go”-Betrieb, zumindest eine Brennkammer über die Hydraulik- bzw. Elektrohydraulik- oder Elektro-Steuerung und das Einspritzsystem bzw. die Einspritzsteuerung wie auch die Zündungssteuerung derart anzusteuern, dass eine Mindestdrehzahl aufrecht erhalten wird.
Dazu ist vorgesehen, dass die hydraulische, elektrohydraulische bzw. elektrische Ventilsteuereinheit über die zentrale Motorsteuerung mit dem Einspritzsystem bzw. der Einspritzsteuerung sowie der Zündungssteuerung gekoppelt ist, so dass eine Koordinierung von Ventilöffnung, ggf. auch -schließung, und Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr wie auch der Zündung gewährleistet ist.
Es ist vorgesehen, dass die in dem Verbrennungsmotor normalerweise vorhandenen Ventile bevorzugt als Hydraulik-Ventile ausgebildet sind; es ist jedoch ebenso gut möglich, dass die Ventile elektromagnetisch oder auch durch Piezo-Technik, bevorzugt mit einer entsprechenden mechanischen oder anderen Verstärkung, ausgerüstet sind; dabei besteht alternativ auch die Möglichkeit, dass jeder Brennkammer zumindest ein weiteres Ventil wie Dekompressionsventil zugeordnet ist, das nur die Funktion der Dekompression übernimmt.
Des Weiteren wird eine hydraulische Ventilsteuervorrichtung für ein Hubventil, insbesondere für einen Verbrennungsmotor beschrieben. Dabei umfasst die hydraulische Ventilsteuerung einen Hydraulik-Zylinder mit einem darin beweglich angeordneten Kolben, sowie ein in Ventilschließrichtung federvorgespanntes Ventil mit einem Ventilschaft, der gegen einen an dem Kolben angeordneten Stößel zur Öffnung des Ventils anliegt.
Um eine Entkoppelung zwischen dem Stößel und dein Ventilschaft zu erreichen, ist vorgesehen, dass zwischen dem Stößel und dem Ventilschaft ein Zwischenelement angeordnet ist. Auf diese Weise können einerseits Fluchtungsungenauigkeiten ausgeglichen werden und andererseits kann eine Wärmeentkoppelung durch entsprechende Auswahl des Werkstoffs erreicht werden.
Zur Entkoppelung von seitlich auf eine Achse des Ventilschafts einwirkenden Kräften ist vorgesehen, dass das Zwischenelement lose sowohl mit dem Stößel als auch mit dem Ventilschaft verbunden ist und seinerseits ebenfalls in den den Kolben aufnehmenden Zylinder geführt ist. Um eine thermische Entkoppelung von Kolben und Ventil zu erreichen, ist das Zwischenelement aus einem wärmeisolierenden Material bzw. in Sandwich-Bauweise hergestellt.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Kolben integraler Bestandteil des Ventilschaftes ist, d. h., mit diesem eine Einheit bildet, wodurch sich eine Reduzierung der Bauform ergeben würde.
Um eine besonders platzsparende Ausführungsform zu erhalten ist vorgesehen, dass der den Kolben aufnehmende Zylinder integraler Bestandteil des Zylinderkopfes bzw. Motorblocks ist.
Es kann ebenso vorgesehen sein, dass das (die) Ein- bzw. Auslassventil(e) elektromagnetisch betätigt wird (werden), sei es direkt oder mittels Verstärkung mechanischer oder sonstiger Art; wie auch gleichermaßen bevorzugt möglich ist, dass das (die) Ventil(e) mit Hilfe der Piezo-Technik betätigt wird (werden), direkt oder mittels Verstärkung mechanischer oder sonstiger Art.
Die Erfindung zeichnet sich des Weiteren dadurch aus, dass das Einspritzsystem ein Einspritzelement mit einer steuerbaren Kraftstoff-Auslassöffnung aufweist. Um eine besonders gute Durchmischung von zugeführtem Kraftstoff und zugeführter Luft zu erreichen ist vorgesehen, dass das Einspritzelement im Bereich der Kraftstoff-Auslassöffnung zumindest einen weiteren Kanal zur Erzeugung einer bezogen auf die Kraftstoff-Auslassöffnung koaxialen Luftströmung aufweist. Durch die koaxiale Luftströmung wird eine ausreichende Durchmischung von zugeführter Luft und dem eingespritzten Kraftstoff gewährleistet. Auf diese Weise kann die Verbrennung in der Brennkammer verbessert werden, wodurch einerseits Schadstoffe reduziert und andererseits auch Kraftstoff eingespart werden kann.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Einspritzelement einen Grundkörper aufweist, der von einem rohrförmigen Element umgeben ist, das sich in Richtung Kraftstoff Auslassöffnung verjüngt. Durch die Verjüngung wird ein Strömungskanal gebildet, der die einströmende Luft direkt in Richtung auf den Kraftstoff Auslass richtet, so dass eine unmittelbare Vermischung bzw. Durchmischung von eingespritztem Kraftstoff und eingeleiteter Frischluft gewährleistet ist. Die zugeführte Frischluft ist über separate Ventile steuerbar. Insbesondere weist das erfindungsgemäße Einspritzelement den zusätzlichen Vorteil auf, dass ggf. auf ein oder ggf. alle Einlassventil(e) verzichtet werden kann, da die einströmende Luft über die in dem Einspritzelement zur Verfügung gestellten Einlasskanäle eingeleitet wird.
Dieses Einspritzelement ist andererseits bei Dieselmotoren anwendbar, um zur Abgaswerte-Verbesserung durch Nacheinspritzung von z. B. Harnstoff beizutragen.
In dem bisher Vorgetragenen wird bei der Beschreibung des Zündvorgangs des Verbrennungs motors von dem Einsatz üblicher Einspritzdüsen, also elektromagnetisch angesteuert, aber ebenso davon, dass die neueste Piezotechnik hierfür Anwendung findet; außerdem wird von der Anwendung bisher gebräuchlicher Zündkerzen ausgegangen.
Unter Hinzuziehung der Patentanmeldung, AZ. 10.2009 021 625.1, vom 15/16.05.2009 wird des Weiteren vorgeschlagen, alternativ Einspritzdüsen der dort vorgestellten Art mit oder ohne die dort zur verbesserten Kraftstoff-Luft-Durchmischung vorgesehenen Prallplatten zu installieren. Die Einspritzdüsen können in herkömmlicher Weise, d. h. mit elektromagnetischer Ansteuerung ausgestattet sein oder bevorzugt mit der neuesten Piezotechnik.
Weiterhin wird vorgeschlagen, die in der AZ. 10 2009 021 625.1 vorgestellte „Kombinierte-Einspritzdüse-Zündkerze” zu installieren; wobei der Einspritzvorgang selbst wie zuvor beschrieben bevorzugt mit der neuesten Piezotechnik bewerkstelligt werden soll. Die Ansteuerung sowohl der Einspritzung als auch der Zündung geschieht in der oben beschriebenen Weise. Beide letztgenannten Vorschläge bringen weitere Verbesserungen in Bezug auf den Kraftstoffverbrauch wie ebenso auf die Schadstoffminimierung; außerdem bringt es Vorteile in der Raumnutzung des Zylinderkopfes und sicher führt dies damit auch zu kostengünstigen Lösungen.
Das vorbeschriebene Verfahren und die Vorrichtungen bezieht(en) sich auf Ottomotoren; es lässt sich jedoch gleichermaßen auf Dieselmotoren anwenden; lediglich muß die zentrale Motorsteuerung statt mit der Zündungssteuerung und davon ausgehend mit der (den) einzelnen Zündkerze(n) bzw. Zündelektrode(n) mit einer Glühkerzensteuerung sowie der(den) einzelnen Glühkerze(n) verbunden sein, die allerdings nur im Kaltzustand des Motors einzusetzen ist (sind). Die Verwendung einer wie in der AZ. 10 2009 021 625.1 dargestellten „Kombinierte-Einspritzdüse-Glühkerze” ist möglich. Vielstoffmotoren ließen sich auf diese Weise ebenfalls betreiben.
Als Kraftstoffe kommen sowohl die bisher gebräuchlichen Benzin-, Super-, Dieselkraftstoffe in Frage als auch Äthanol-, Biokraftstoffe oder neuere, in welchen Konzentrationen und Mischungsverhältnissen auch immer, ggf. Kerosin, wie auch Wasserstoff. Die jeweiligen Besonderheiten sind dem Motor anzupassen bzw. umgekehrt.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen – für sich und/oder in Kombination –, sondern auch aus einem den Zeichnungen zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispiel.
Es zeigen:
1 ein Prinzipschaltbild eines Motorsteuerungssystems,
2 eine Querschnittszeichnung einer hydraulischen Ventilsteuervorrichtung,
3 eine Querschnittszeichnung einer erfindungsgemäßen Einspritzdüse,
4 4a die Wirkung einer Mehrlocheinspritzdüse,
4b eine bisher gebräuchliche, standardmäßige Einspritzdüse,
5 5a, 5b, 5c, 5d eine schematische Form verschiedenartiger Prallplatten,
6 das untere Ende einer Einspritzdüse mit am Düsenfuß aufgesetztem Ring mit Laschen, und daran befestigten Prallplatten,
7 eine schematische Darstellung von Prallplatten und dem die Prallplatten verbindenden Steg,
8 die Ansicht X aus 7 mit Prallplatten und Steg,
9 eine Ausführung ähnlich einer Zündkerze,
10 eine „Kombinierte-Einspritzdüse-Zündkerze”,
11 eine „Kombinierte-Einspritzdüse-Zündkerze” in „taillierter”, sich verjüngender Form,
12 eine Einspritzdüse mit einer über eine Halterung an ihr befestigten Glühkerze,
13 eine „Kombinierte-Einspritzdüse-Glühkerze”,
14 das untere Ende einer Einspritzdüse, Prallplatte und das untere Ende einer Gühkerze mit gebogenem Fuß.
1 zeigt in schematischer Darstellung eine Vorrichtung 10 zur Steuerung eines Verbrennungsmotors 12. Die Motorsteuerungsvorrichtung 10 weist als Kerneinheit eine zentrale Motorsteuerung 14 auf, die über eine Zuleitung 16 wie Busleitung mit Sensoren 18, 18', 18'', 20, 20', 20'', 22, 22', 22'', 24, 24', 24'', zur Erfassung von motorspezifischen Daten wie z. B. Drehzahl, Drehmoment, Krafftstoff-Verbrauch, sowie anderer Fahrzeugdaten wie Geschwindigkeit, Beschleunigung usw. (s. o.) sowie z. B. von außen kommender Daten verbunden ist. Die zentrale Motorsteuerung 14 ist einerseits über eine Leitung 26 mit einer Einspritzsteuerung bzw. einem Einspritzsystem 28 verbunden, das über jeweils eine Zuleitung 30, 32, 36, 38 mit einem Einspritzelement wie Einspritzpumpe oder -düse (oder Beides) 38, 40, 42, 44 verbunden ist, über die Kraftstoff in einen zugehörigen Brennraum des Verbrennungsmotors 12 eingeleitet wird. Alternativ kann auch eine zentrale Einspritzpumpe vorgesehen sein, die mit den Einspritzdüsen 38, 40, 42, 44 in Verbindung steht.
Andererseits ist die zentrale Motorsteuerung 14 über eine Zuleitung 46 mit einer Hydroventilsteuerung, bzw. Elektrohydroventilsteuerung oder alternativ mit einer Elektroventilsteuerung 48 verbunden. Ausgangsseitig ist die vorgenannte Steuerung 48 über Zuleitungen 50, 50', 52, 52', 54, 54', 56, 56', jeweils mit einer hydraulischen, oder elektrohydraulischen bzw. elektrischen Ventilsteuerungsvorrichtung 58, 58', 60, 60', 62, 62', 64, 64', verbunden, die teilweise mit Bezug zu 2 dort näher erläutert wird. Über die hydraulische, elektrohydraulische bzw. elektrische Ventilsteuervorrichtung 58, 60, 62, 64, wird (werden) jeweils eine oder ggf. mehrere Auslassöffnung(en) eines Zylinders über die Ventilsteuerung vorgenannter Art 58', 60', 62', 64' jeweils eine oder ggf. mehrere Einlassöffnung(en) gesteuert.
Außerdem ist die zentrale Motorsteuerung 14 über eine Zuleitung 17 mit einer Zündungssteuerung 19 verbunden; diese steuert im Zusammenklang mit der zentralen Motorsteuerung 14 der Einspritzsteuerung 28 sowie der oben genannten Ventilsteuerung 48 über Zuleitungen 21, 23, 25, 27, Zündkerzen oder die zuvor beschriebenen Zündelektroden der „Kombinierte-Einspritzdüse-Zündkerze” 29, 31, 33, 35.
In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Verbrennungsmotor als Vierzylinder-Ottomotor ausgebildet, der nach dem Viertaktverfahren arbeitet. Dementsprechend werden im normalen Betrieb des Verbrennungsmotors 12 über die zentrale Motorsteuerung 14 und die daran angeschlossenen Einspritzsteuerung 28 sowie die vorgenannte Ventilsteuerung 48 wie auch die Zündungssteuerung 19 einerseits die Einspritzpumpen bzw. -düsen 38–44, die Ventilsteuervorrichtungen 58–64 sowie die Zündkerzen bzw. Zündelektroden 29–35 derart gesteuert, dass zunächst der Kraftstoff bzw. das Luft-Kraftstoffgemisch in eine zugeordnete Brennkammer eingeführt wird, anschließend eine Verdichtung des Luft-Kraftstoffgemisches stattfindet, worauf eine Verbrennung mit Expansion und Arbeitsleistung folgt und schließlich ein Ausschieben der verbrannten Gase über von den Ventilsteuervorrichtungen 58–64 gesteuerte Auslassöffnungen durchgeführt wird. Auch besteht die Möglichkeit, über gleichzeitiges Öffnen der Einlassventile 58', 60', 62', 64' eine Spülung der Brennkammer zu erreichen.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in bestimmten Lastsituationen des Verbrennungsmotors 12 z. B. bei Leerlauf, bei einem Ampelstop, beim Ein- und Aussteigen, im Stau oder bei „Stop and Go”-Situationen über die Ventilsteuervorrichtung 58–64 bzw. 58'–64' ein Öffnen der zugeordneten Brennkammern zur Dekompression über einen gewissen Zeitraum erfolgt. Dadurch wird erreicht, dass nach Öffnen der Brennkammern der Verbrennungsmotor 12 aufgrund seiner Schwungmasse einen freien Lauf durchführt, wird in dieser Betriebsphase gleichzeitig die Kraftstoffzufuhr über die Einspritzpumpen bzw. -düsen 38–44 wie auch die Zündung über die Zündkerzen bzw. Zündelektroden 29–35 unterbrochen, so wird kein Kraftstoff verbraucht; bei längerem Anhalten dieser Situation erfolgt ein Stillsetzen des Verbrennungsmotors 12; andererseits kann mit Hilfe der zentralen Steuereinheit 14, die die Drehzahl des Verbrennungsmotors 12 erfaßt, mit einer Mindestdrehzahl vergleicht und mit Hilfe der weiteren vorgenannten Steuerungen 28, 48, 19 ggf., z. B. in bestimmten von oben genannten, abweichenden Situationen im Stau, eine geringe Mindestdrehzahl des Motors 12 aufrecht erhalten werden, u. U. arbeiten dabei nur einzelne Brennkammern bzw. Kolben und zugehörige(n) Zylinder in vereinzelter unterschiedlicher Reihenfolge, geben den Arbeitstakt weiter von einem Zylinder zum anderen, so dass eine gleichmäßige, geringe Belastung des Motors 12 gewährleistet ist und außerdem Energie eingespart wird.
In 2 ist eine hydraulische Ventilsteuervorrichtung 66 in einer schematischen Schnittansicht dargestellt. Die Ventilsteuervorrichtung 66 umfaßt ein Ventil 68 wie Kegelventil mit einem Ventilschaft 70 und einem Ventilteller 72 dem ein Ventilsitz 74 zugeordnet ist, der seinerseits in einem Zylinderkopf 76 des Verbrennungsmotors 12 angeordnet ist.
Der Ventilschaft 70 erstreckt sich durch eine in dem Zylinderkopf 76 eingebrachte Ventilführung 78 in einen Hohlraum 80. Koaxial zu dem Ventilschaft 78 ist eine Druckfeder 82 angeordnet, die sich zwischen einem Boden 84 des Hohlraums 80 und einer im Endbereich des Ventilschaftes 78 angeordneten Federaufnahme 86 erstreckt. Die Feder 82 wirkt in Ventilschließrichtung und gewährleistet eine sichere Abschaltung zwischen Ventilteller 72 und Ventilsitz 74.
Zur Betätigung des Ventils 68 ist der Ventilschaft 70 über ein Zwischenelement 88 mit einem Stößel 90 eines Kolbens 92 kraftschlüssig verbunden. Der Kolben 92 ist in einem Druckraum 94 wie Hydraulik-Zylinder angeordnet, dem über eine Zulaufleitung 96 ein Arbeitsmittel wie Hydrauliköl zugeführt und über eine Ablaufleitung 98 das Arbeitsmittel wieder abgeführt wird.
Das Zwischenstück 88 ist als separates Element ausgebildet und weder mit dem Stößel 90 noch mit dem Ventilschaft 70 verbunden. Dadurch wird eine mechanische Entkoppelung von Seitenkräften zwischen dem Stößel 90 und dem Ventilschaft 70 erreicht. Das Zwischenelement 88 kann aus einem Stück bestehen, vorzugsweise aus einem wärmeisolierenden Material, oder in Sandwich-Bauweise ausgebildet sein, mit einer oberen und unteren druckaufnehmenden Platte 88.1 und 88.2 sowie einer isolierenden und druckaufnehmenden Zwischenplatte 88.3. Dadurch wird eine thermische Entkoppelung zwischen Ventilschaft 70 und Stößel 90 bzw. Kolben 92 gewährleistet. Das Zwischenstück 88 selbst ist tellerförmig ausgebildet und liegt mit seinem umlaufenden Rand 100 an einer Innenwandung 102 des Hohlraums 80 an. Zur Aufnahme des Stößels 90 sowie des Ventilschaftes 70 sind in der oberen und unteren Platte 88.1 und 88.2 Aufnahmen 104, 106 eingebracht, in denen der Stößel 90 und der Ventilschaft 70 stirnseitig aufgenommen werden. Die Platten 88.1 und 88.2 sind vorzugsweise aus einer Stahl- oder Leichtmetall-Legierung hergestellt.
Die Zulaufleitung 96 ist über ein Steuerventil (nicht dargestellt) und eine Pumpe (nicht dargestellt) mit einem Reservoir (nicht dargestellt) für das Arbeitsmittel verbunden. Durch die Pumpe wird das Arbeitsmittel wie Hydraulik-Flüssigkeit auf einen bestimmten Druck eingestellt. Bei geöffnetem Steuerventil strömt das Arbeitsmittel in den Arbeitsraum 94, wodurch der Kolben 92 betätigt wird. Dabei wirkt der Kolben 92 gegen die von der Feder 82 aufgebrachte Kraft, um das Ventil 68 zu öffnen. Dabei ist das Steuerventil zweckmäßigerweise als elektro-betätigtes Ventil ausgebildet, so dass bei einem Öffnungsimpuls die Arbeitsflüssigkeit in den Arbeitsraum 94 einfließen kann.
Nachdem das Ventil 68 seine geöffnete Endstellung erreicht hat, wird das Einströmventil geschlossen, so dass keine Arbeitsflülssigkeit mehr in den Arbeitsraum 94 einströmt. Das Ventil 68 kann in dieser Stellung bei unveränderter Kolbenlage in seiner geöffneten Stellung gehalten werden.
Des Weiteren ist die Ablaufleitung 98 über ein Auslassventil mit einem Reservoir verbunden. Bei Öffnen des Auslassventils, das ebenfalls als Elektroventil ausgebildet ist, kann die Arbeitsflüssigkeit aus dem Arbeitsraum 94 ausströmen. Die notwendige Kraft zur Entleerung des Arbeitsraumes 94 wird durch die Druckfeder 82 aufgebracht, die den Kolben 92 über das Zwischenelement 88 in seine Ausgangsposition bewegt.
Sowohl das Einströmventil als auch das Ausströmventil können in einer integralen Einheit zusammengefasst werden mit den drei Stellungen: Zulaufleitung 96 und Ablaufleitung 98 geschlossen, Zulaufleitung 96 geöffnet und Ablaufleitung 98 geschlossen sowie Zulaufleitung 96 geschlossen und Ablaufleitung 98 geöffnet.
Dieses integrale Steuerventil kann in der Hydroventilsteuerung 48 angeordnet sein und wird über die zentrale Motorsteuerung 14 angesteuert. In Abhängigkeit von motorspezifischen Daten wie Drehzahl, abgegebene Leistung, Temperatur und fahrspezifischen Daten wie Geschwindigkeit, Beschleunigung und Verbrauch und ggf. anderen Daten werden die hydraulischen Ventilsteuervorrichtungen 58, 60, 62, 64 in Abstimmung mit der Einspritzsteuerung 28 angesteuert. Die Ansteuerung erfolgt bei normalem Gebrauch entsprechend einem gewöhnlichen Viertakt-Arbeitsprinzip, so dass der Verbrennungsmotor als Viertakt-Ottomotor arbeitet.
Lediglich in besonderen Betriebsphasen wie Leerlauf oder zumindest Teillastbetrieb werden ein oder mehrere Ventile 58, 60, 62, 64 und ggf. 58', 60', 62', 64' für eine längere Zeit aufgesteuert, um einen Freilauf des Verbrennungsmotors aufgrund seiner Schwungmasse zu erreichen. Während dieser Betriebsphase wird die Kraftstoffzuführ über die Einspritzelemente 38, 40, 42, 44 unterbrochen. Auch besteht die Möglichkeit, sämtliche Ventile in einem geschlossenen Zustand zu belassen, was insbesondere bei einer erhöhten Bremswirkung unter Ausnutzung der Motorbremse wirkt. Auch besteht die Möglichkeit über eine Handsteuerung der zentralen Motorsteuerung 14 Befehle zu übertragen, um im Handbetrieb verschiedene Motorzustände einstellen zu können.
In 3 ist einprinzipieller Aufbau einer Einspritzdüse 108 bzw. Einspritzelement mit eigenständigem erfinderischem Charakter dargestellt. Die Düse 108 besteht aus einem Grundkörper 110, in dem zentral eine Düsennadel 112 zum Öffnen und Verschließen eines Kraftstoff-Auslasses 114 angeordnet ist. Zur Zuführung von Kraftstoff sind in den Grundkörper 110 erste Kanäle 116 angeordnet, die z. B. von einer stirnseitig angeordneten umlaufenden Ringnut 118 zu einer Verteilerkammer 120 führen. Ausgehend von der Verteilerkammer 120 führen zweite Kanäle 122 den Kraftstoff zu dem Kraftstoff-Auslass 114. Dabei weist die Düsennadel 112 eine Spitze 124 auf, die einen Durchfluß von Kraftstoff von den zuleitenden ersten Kanälen 116 zu den zweiten Kanälen 122 freigibt bzw. unterbricht. Dabei ist die Düsennadel 112 federvorgespannt und wird bei Druckbeaufschlagung der ersten Kanäle 116 mit Kraftstoff betätigt, so dass eine Verbindung zwischen den Kanälen 116 und 122 hergestellt wird.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Grundkörper 110 der Düse 108 von einem rohrförmigen Element 126 umgeben ist, das sich vorzugsweise in Richtung des Düsenauslasses 114 verjüngt. Ein zwischen dem rohrförmigen Element 126 und dem Grundkörper 110 gebildeter Kanal 127 dient zur Zuführung von Sauerstoff bzw. Luft zur Erzeugung eines Luft-Kraftstoff-Gemisches. Insbesondere soll durch das rohrförmige Element 126 eine bessere Durchmischung bzw. Verwirbelung von Kraftstoff und Luft erzeugt werden.
In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Grundkörper 110 der Düse 108 einen umlaufenden Flansch 128 auf, in dem sich in axialer Richtung erstreckende Kanäle 130, 132 zur Zuführung von Frischluft vorgesehen sind. Eine Außenseite 134 des Flansches liegt dabei an einer Innenseite des rohrförmigen Elementes 126 an und ist mit diesem verbunden. Die Verbindung kann auf übliche Weise durch Verschweißen, Verschrauben oder ähnlich hergestellt werden. Selbstverständlich besteht auch die Möglichkeit, dass der Grundkörper 110 und das rohrförmige Element 126 aus einem Stück hergestellt sind. An einer Außenseite 136 des rohrförmigen Elements 126 kann ein Gewinde vorgesehen sein, um in eine vorgefertigte Gewindeöffnung in einen Zylinderkopf z. B. eingeschraubt zu werden.
Die Luftzufuhr über die Kanäle 130, 132, die vorzugsweise mehrfach entlang des Umfangs angeordnet sind, erfolgt über eigenständig ansteuerbare Ventile (nicht dargestellt).
Zwischen dem Düsenauslass 114 und einem umlaufenden Rand 138 des rohrförmigen Elements 126 strömt die Luft aus und vermischt sich mit dem aus dem Düsenauslass 114 austretenden Kraftstoff, so das eine ausreichende Durchmischung erreicht wird.
Als besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Einspritzdüse 108 ist anzumerken, dass durch die Anordnung des rohrförmigen Elements 126 und die Zuführung von Frischluft über die Kanäle 130. 132 und 127 ggf auf zusätzliche Einlassventile verzichtet werden kann. Weiterhin zeigen:
4a eine Mehrlocheinspritzdüse, deren Einspritzstrahlen in verschiedene Richtungen sichtbar werden;
4b eine bisher und noch gebräuchliche Einspritzdüse 4b.1, deren Düsenkörper 4b.1a sowie den Einspritzdüsenfuß 4b.2;
5a einen Einspritzstrahl bzw. eine Einspritzstrahlachse 5a.3, sowie eine zu diesem Strahl senkrecht stehende Prallplatte 5a.5 in planer Ausführung;
5b einen Einspritzstrahl bzw. eine Einspritzstrahlachse 5b.3, sowie eine zu diesem Strahl senkrecht stehende Prallplatte 5b.5 in gebogener, konvexer, Form;
5c einen Einspritzstrahl bzw. eine Einspritzstrahlachse 5c.3, sowie eine zu diesem Strahl senkrecht stehende Prallplatte 5c.5 in gebogener, konkaver, Form;
5d mehrere Einspritzstrahlen bzw. Einspritzstrahlachsen 5d.3, sowie ihnen zugeordnet je eine senkrecht zu diesen Strahlen stehende Prallplatte 5d.5;
6 das untere Ende einer Einspritzdüse 6.1 bzw. eines Einspritzdüsenkörpers 4b.1a mit am Einspritzdüsenfuß 6.2 aufgesetzten Ring mit Laschen 6.4, den daran befestigten Prallplatten 6.5, den Einspritzstrahlachsen bzw. den Kraftstoffstrahlachsen 6.3;
7 eine Darstellung des Einspritzdüsenfußes 7.2 mit aufgesetztem Ring mit Laschen 7.4, daran befestigten Prallplatten 7.5, dem die Prallplatten 7.5 verbindendem Steg 7.6, sowie den Einspritzstrahlachsen 7.3;
8 die Ansicht „X” aus 7 mit 4 (in diesem Fall; andere Anzahlen sind vorstellbar) Prallplatten 8.5, dem sie verbindenden Steg 8.6 (in diesem Fall nicht durchbrochen dargestellt, Durchbrechungen oder Öffnungen des Steges sind denkbar) sowie den Einspritzstrahlachsen 8.3;
9 eine Ausführung des Einspritzdüsenfußes 9.2 mit daran fest verbundenen, d. h. mit diesem bevorzugt verschweißten, Laschen einschließlich der daran befestigten (in diesem Fall gebogenen, andere Formen, z. B. planen oder weiteren sind möglich) Prallplatten 9.5, eine Ausführung ähnlich einer Zündkerze, sowie den Einspritzstrahlachsen 9.3;
10 eine für Ottomotoren anzuwendende „Kombinierte-Einspritzdüse-Zündkerze”, (KEZ), in einer Einheit, in der die Einspritzdüse 10.1 und ihr Einspritzdüsenfuß 10.2 mit den Elementen einer Zündkerze, z. B. einer oder mehrerer Zündelektrode(n) 10.9 der oder den Masseelektrode(n) 10.12, eingebettet in die Masse 10.13, bzw. mit ihr verbunden, sowie einer Isolierung 10.8, dem (oder den) Isolierkörper(n) 10.10, dem elektrischen Anschluß einer Zündkerze, o. ä., 10.7, dem Einschraubgewinde 10.11 verbunden ist; die Masseelektrode(n) 10.12 ist (sind) z. B. gleichzeitig als Prallplatte(n) 10.5 ausgebildet (in Formen, die zuvor beschrieben worden sind), so dass der Einspritzstrahl, entlang der Einspritzstrahlachse 10.3 auf sie auftrifft.
11 eine ähnliche Ausführung wie die in 10 beschriebene für Ottomotoren zu verwendende „Kombinierte-Einspritzdüse Zündkerze”, (KEZ), jedoch in einer taillierten, d. h. sich zum Einspritzdüsenfuß 11.2 hin verjüngenden Form; auch hier ist eine Einheit aus Einspritzdüse 11.1, und dem Einspritzdüsenfuß 11.2 mit den Elementen einer Zündkerze gebildet worden; es bedeuten darin weiterhin 11.7 den elektrischen Anschluß einer Zündkerze, o. ä., 11.8 eine Isolierung, 11.9 die Zündelektrode(n), 11.10 den oder die Isolierkörper, 11.13 die Masse, 11.11 das Einschraubgewinde, 11.12 die Masseelektrode(n), die gleichzeitig als Prallplatte(n) 11.5 ausgebildet ist (sind) bzw. sein kann (können), und die Einspritzstrahlachse(n) 11.3;
12 eine bevorzugt bei Dieselmotoren zu verwendende Einspritzdüse 12.1 mit Einspritzdüsenfuß 12.2 kombiniert mit einer über eine Halterung 12.15 an der Einspritzdüse 12,1 befestigten Glühkerze 12.14; weiterhin eine (ggf. mehrere) mit der Einspritzdüse 12.1 fest verbundenen Prallplatte(n) 12.5; eine (ggf. notwendige) Ausfräsung 12.16 am Einspritzdüsenkörper 12.1 ermöglicht das Heranrücken der Glühkerze 12.14 an die Einspritzdüse 12.1 bzw. an den Einspritzdüsenfuß 12.2 und damit der Glühkerze 12.14 an zumindest einen der durch die Einspritzstrahlachse 12.3 markierten Kraftstoffeinspritzstrahlen.
13 eine insbesondere bei Dieselmotoren zu verwendende „Kombinierte-Einspritzdüse-Glühkerze”, (KEG), bei der der Einspritzdüsenkörper 13.1 und der Einspritzdüsenfuß 13.2 mit der Glühkerze 13.14 eine Einheit bilden, wobei bevorzugt auf eine schlanke Ausführung der Glühkerze 13.14 zu achten ist; die Prallplatte(n) 13.5 ist (sind) fest mit dem Einspritzdüsenkörper 13.1 verbunden, die Einspritzstrahlachse 13.3, und damit einhergehend der (die) Kraftstoffstrahl(en) wird (werden) somit günstigst auf die Prallplatte(n) 13.5 gelenkt; die „Kombinierte-Einspritzdüse-Glühkerze”, (KEG), wird mit Hilfe eines Einschraubgewindes 13.11 in den Motorzylinderkopf eingeschraubt.
14 – als modifizierte Form des in 13 dargestellten – das untere Ende des Einspritzdüsenfußes 14.2, die fest mit dem Düsenkörper 13.1 (oder 14.1, hier nicht dargestellt) verbundene(n) Prallplatte(n) 14.5 das untere Ende der Glühkerze 14.14, die mit einem gebogenen Glühkerzenfuß 14.14 günstig zur Einspritzstrahlachse 14.3 positioniert ist, damit ggf eine der ggf. mehreren Prallplatten ersetzt, und vor allem den Anlassvorgang des Motors günstig beeinflusst.
Beschrieben wurde das vorgestellte „Verfahren und Vorrichtung(en) zur Steuerung von Ventil(en), Einspritzung(en), Zündung(en) eines Verbrennungsmotors” z. B. vorliegend für einen Vierzylinder-Motor; es kann jedoch genauso gut für Motoren mit jeder anderen Zylinderzahl angewendet werden.
Insgesamt wird ein „Verfahren und Vorrichtung(en) zur Steuerung von Ventil(en), Einspritzung(en), Zündung(en) eines Verbrennungsmotors” zur Verfügung gestellt, mit dem der Kraftstoffverbrauch und die Schadstoffe reduziert wird (werden) und die Laufruhe des Verbrennungsmotors verbessert wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3814484 A1 [0002]
DE 19507960 C1 [0004]
DE 3313038 A1 [0004]
DE 3623040 A1 [0005]
DE 19805009 C2 [0006]

Claims

Verfahren und Vorrichtung(en) 10 zur Steuerung von Ventil(en), Einspritzung(en), Zündung(en) eines Verbrennungsmotors 12 mit zumindest einer Brennkammer, wobei Luft und Kraftstoff getrennt bzw. ein Luft-Kraftstoff-Gemisch in die zumindest eine Brennkammer eingeleitet, komprimiert, gezündet und unter Abgabe mechanischer Arbeit expandiert wird, und dabei entstehende Abgase abgeleitet werden, wobei in bestimmten Betriebszuständen des Verbrennungsmotors 12 kurzzeitig oder ggf. über einen längeren Zeitraum die Kraftstoff- zufuhr sowie ggf. die Zündung zu der zumindest einen Brennkammer unterbrochen und die zumindest eine Brennkammer bis zu einer erneuten Lastanforderung dekomprimiert wird, dadurch gekennzeichnet, – dass Motordaten und/oder Fahrdaten und/oder z. B. weitere Daten von außen kommend, wie Drehzahl, Klopfneigung, Motortemperatur bzw. -veränderung(en), jeweilige Stellung des (der) Kolben(s) in dem (den) je zugehörigen Zylinder(n), Gas(pedal)betätigung, sei es durch Fuß-, Handbetätigung, durch akustische, optische, gedankliche oder andere Auslösung, z. B. von außen kommende des Verbrennungsmotors 12 sowie Daten herrührend aus dem Fahrzeugumfeld wie z. B. die Bremsbetätigung, sei es durch Fuß- oder Handbetätigung, durch akustische, optische, gedankliche oder andere Auslösung, z. B. von außen kommende, sei es z. B. ein oder mehrere Abstandssensor(en), eine Ampel- oder Fußgängerwahrnehmung oder solche von Gegenständen auf der Fahrbahn ausgehende oder andere von Sensoren geleitete Impulse 18, 18', 18'', 20, 20', 20'', 22, 22', 22'', 24, 24', 24'', erfasst werden und über eine Zuleitung wie Busleitung 16 mit einer zentralen Motorsteuerung 14 verbunden sind, und dort ausgewertet werden, – dass bei Unterschreiten einer vorgegebenen Motorbelastung von der zentralen Motorsteuerung 14 ausgehend über die Zuleitung 46 die Ventilsteuerung 48 über zumindest eine der Zuleitungen 50, 52 54, 56 bzw. 50', 52', 54', 56' die der zumindest einen Brennkammer zugeordnete(n) Ein- und/oder Auslassöffnung(en) unabhängig voneinander zur Dekompression mittels hydraulischer und/oder elektrisch bzw. elektro-hydraulisch betätigter Ventile 58, 60, 62, 64 bzw. ggf. zusätzlich 58', 60', 62', 64' angesteuert werden, gleichzeitig Einspritzung und Zündung unterbrochen wird, – dass bei Unterschreiten einer Mindestdrehzahl zumindest in einer Brennkammer zumindest zeitweise ein vollständiges Arbeitsverfahren zur Abgabe mechanischer Arbeit eingeleitet wird, und dass in diesem Fall über die zuvor erwähnten Steuerungen ggf. die einzelnen Brennkammern in einer vorgegebenen Weise nacheinander angesteuert werden, – dass von der zentralen Motorsteuerung 14 ausgehend über die Zuleitung 46 die Ventilsteuerung 48 angesprochen wird, die ihrerseits über Zuleitungen 50, 50', 52, 52', 54, 54', 56, 56', die je in der Brennkammer angeordnete(n) Ein- und/oder Ausöffnung(en) mittels Ventilen 58, 58', 60, 60', 62, 62', 64, 64', aufgrund der an die zentrale Motorsteuerung 14 gemeldeten Daten ansteuert und diese, sei es hydraulisch, elektro-hydraulisch oder elektrisch betätigt werden, – dass von der zentralen Motorsteuerung 14 ausgehend über die Zuleitung 26 die Einspritzsteuerung 28, in Abstimmung und unter Berücksichtigung derselben, mit der Ventilsteuerung 48, und aufgrund der an die zentrale Motorsteuerung 14 gemeldeten Daten, über die Zuleitungen 30, 32, 34, 36, die Einspritzventile 38, 40, 42, 44, sei es mit Hilfe des „Pumpe-Düse”-Verfahrens oder nach dem „Common-Rail”-Prinzip, ansteuert und diese sei es hydraulisch, elektrohydraulisch, elektrisch, entweder elektromagnetisch oder bevorzugt mit Hilfe der neuesten Piezo-Technik betätigt werden, – dass von der zentralen Motorsteuerung 14 ausgehend über die Zuleitung 17 die Zündungssteuerung 19', in Abstimmung und unter Berücksichtigung derselben, mit mit der Ventilsteuerung 48 wie auch mit der Einspritzsteuerung 28 und aufgrund der an die zentrale Motorsteuerung 14 gemeldeten Daten, über die Zuleitungen 21, 23, 25, 27, die Zündelemente 29, 31, 33, 35, seien es bisher bekannte Zündkerzen oder die Zündelektroden 10.9 der „Kombinierte-Einspritzdüse-Zündkerze” über den Elektroanschluß 10.7 angesteuert und betätigt werden; wobei anzumerken ist, dass der Anschluß der Einspritzung 10.1, wie zuvor beschrieben, angesteuert und betätigt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass die hydraulische Ventil-Steuervorrichtung 66 bzw. das hydraulische Ventil ein Hubventil 68 ist, umfassend einen Hydraulikzylinder 94 mit einem darin beweglich angeordneten Kolben 92 sowie ein in Verschließrichtung federvorgespanntes Ventil 68 mit einem Ventilschaft 70 gegen den ein an dem Kolben 92 angeordneter Stößel 90 mit Hilfe eines Zwischenelementes 88 zur Öffnung des Ventils anliegt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenelement 88 kraftschlüssig über die Aufnahme 104 einerseits mit dem Stößel 90 und dadurch mit dem Kolben 92 verbunden ist und andererseits über die Aufnahme 106 mit dem Ventilschaft 70.
Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenelement zumindest eine Schicht aus vorzugsweise wärmeisolierendem und Kraftübertragendem Material aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 2‚ dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben 92 Integraler Bestandteil des Ventilschaftes 70 ist und mit diesem eine Einheit bildet.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Hydraulik-Zylinder 94 eine Zulaufleitung 96 und eine Ablaufleitung 98 für ein Arbeitsmedium aufweist, wobei der Zufluß und Abfluß des Arbeitsmediums über die Leitungen mit Hilfe eines Ventils steuerbar ist.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die den Zufluß und Abfluß des Arbeitsmediums steuernden Ventile Bestandteil der hydraulischen Ventilsteuerung 48 sind und von der Motorsteuerung 14 gesteuert werden.
Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenelement 88 einen Sandwichaufbau aufweist, mit zumindest einer oberen und unteren druckaufnehmenden Platte 88.1 88.2 vorzugsweise aus einer Stahl- oder Leichtmetalllegierung und einer zwischen diesen Platten liegenden druckaufnehmenden isolierenden Zwischenschicht 88.3.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die von der zentralen Motorsteuerung 14 ausgehend und über die Ventilsteuerung 48 gesteuerten Ventile 58, 58', 60, 60', 62, 62', 64, 64', elektrohydraulisch, d. h. z. B., dass die zuvor beschriebenen Hydroventile mit Hilfe von Elektromagneten betätigt werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die von der zentralen Motorsteuerung 14 ausgehend und über die Ventilsteuerung 48 gesteuerten Ventile 58, 58', 60, 60', 62, 62', 64, 64', elektrisch, z. B. mittels Elektromagneten, sei es direkt oder mit Hilfe mechanischer oder anderer „Verstärker” betätigt werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die von der zentralen Motorsteuerung 14 ausgehend und über die Ventilsteuerung 48 gesteuerten Ventile 58, 58', 60, 60', 62, 62', 64, 64', elektrisch und zwar mittels der neuesten Piezo-Technik, sei es direkt oder mit Hilfe mechanischer oder anderer „Verstärker” betätigt werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die von der zentralen Motorsteuerung 14 ausgehend und über die Einspritzsteuerung 28 gesteuerten Einspritzventile 38, 40, 42, 44, hydraulisch, bzw. elektrohydraulisch betätigt werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1‚ dadurch gekennzeichnet, dass die von der zentralen Motorsteuerung 14 ausgehend und über die Einspritzsteuerung 28 gesteuerten Einspritzventile 38, 40, 42, 44, elektrischmagnetisch, sei es direkt oder mit Hilfe mechanischer oder anderer „Verstärker” betätigt werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die von der zentralen Motorsteuerung 14 ausgehend und über die Einspritzsteuerung 28 gesteuerten Einspritzventile 38, 40, 42, 44, elektrisch mit Hilfe der Piezo-Technik, bevorzugt direkt, jedoch auch indirekt mit Hilfe von „Verstärkern” vorstellbar, betätigt werden.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das durch die zentrale Motorsteuerung 14 gesteuerte Einspritzsystem 28 ein Einspritzelement 108 mit einer steuerbaren Kraftstoff-Auslassöffnung 114 aufweist und dass im Bereich der Kraftstoff Auslassöffnung 114 zumindest ein Kanal 127, 130, 132, zur Führung einer bezogen auf die Kraftstoff-Auslassöffnung 114 zentral symmetrischen Luftströmung, vorzugsweise angereichert mit Medien zur Verbesserung der Abgasqualität, angeordnet ist.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspritzelement 108 einen Grundkörper 110 aufweist, wobei der Grundkörper 110 von einem rohrförmigen Element 126 umgeben ist, das sich in Richtung der Kraftstoff-Auslassöffnung 114 zur Bildung einer ringförmigen Öffnung 128 verjüngt.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das rohrförmige Element 126 koaxial oder im wesentlichen koaxial zur Kraftstoff-Auslassöffnung 114 angeordnet ist.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper 110 einen vorzugsweise umlaufenden Flansch 128 mit sich in axialer Richtung erstreckenden Kanälen 130, 132 zur Zuführung von Frischluft aufweist.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der umlaufende Flansch 128 eine Außenseite 134 aufweist, die an einer Innenseite des rohrförmigen Elementes 126 anliegt und mit dieser verbunden wie verschweißt oder verschraubt ist.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass den Kanälen 130, 132 zugeführte Luft über Ventile steuerbar ist.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Außenwand 136 ein Gewinde angeordnet ist, so dass das Einspritzelement 108 bzw. die Düse 108 in den Zylinderkopf bzw. Motorblock einschraubbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die von der zentralen Motorsteuerung 14 ausgehend und über die Zündungssteuerung 19 gesteuerten Zündelemente 29, 31, 33, 35, z. B. als bisher bekannte Zündkerzen, betätigt werden, wobei das Einschschraubgewinde ggf entfallen kann und durch z. B. eine ggf federbelastete, sei es eine bevorzugte Druck- oder evtl. Zugfeder, Steckvorrichtung (nicht dargestellt) ersetzt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die von der zentralen Motorsteuerung 14 ausgehend und über die Zündungssteuerung 19 gesteuerten Zündelemente 29, 31, 33, 35, z. B. als „Kombinierte-Einspritzdüse-Zündkerze” ausgebildet sind, deren Zündelektroden 10.9 über den Elektroanschluß 10.7 betätigt werden.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, – dass der (die) Einspritzstrahl(en) mit seiner (ihren) Einspritzstrahlachse(n), z. B. 5a.3 oder 5b.3 oder 5c.3 oder 5d.3 auf eine (je eine) Prallplatte(n) 5a.5, 5b.5, 5c.5, 5d.5, trifft (treffen), – dass die Prallplatte(n) 5a.5, 5b.5, 5c.5, 5d.5, im günstigen Winkel zur Einspritzstrahlachse 5a.3, 5b.3, 5c.3, 5d.3, bevorzugt 90°, evtl. aber einzeln oder mehrfach davon abweichend, positioniert sind, – dass die Prallplatten bevorzugt plan, 5a.5, 5d.5, aber auch gewölbt, konvex, 5b.5, konkav, 5c.5, oder anders, in der Draufsicht kreisrund, oval, quadratisch, rechteckig oder andersartig gestaltet sind, – dass die Prallplatte(n) fest mit dem Einspritzdüsenfuß 4b.2 verbunden ist (sind), bevorzugt mit Hilfe eines „Ringes mit Lasche” 6.4, – dass die Prallplatten 7.5 sowie 8.5 zur Stabilität ihrer Lage z. B. durch einen Steg 7.6 sowie 8.6, verbunden sind, – dass die Prallplatte(n) 9.5 direkt mit dem Einspritzdüsenfuß 9.2 verbunden, z. B. verschweißt, ist (sind), – dass die Prallplatte(n) unabhängig von der Einspritzdüse, z. B. 4.a oder 4.b, direkt im oder am Zylinderkopf befestigt ist (sind), – dass die Prallplatte(n) ggf beschichtet ist (sind), ggf. mit piezo-keramischem Material.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die „Kombinierte-Einspritzdüse-Zündkerze” eine Einheit aus Einspritzdüse 10.1, 10.2, 10.3, und den Elementen einer Zündkerze 10.7, 10.8, 10.9, 10.10, 10.12, 10.13, bildet, – dass die Masseelektrode(n) 10.12, als Prallplatte 10.5, ausgebildet ist (sind), – dass die Masseelektrode(n) 10.12, und die Prallplatte 10.5, jede für sich gestaltet ist (sind), – dass die Zündelektrode(n) 10.9, wie dargestellt gestaltet ist (sind) aber ggf.
z. B. auch als „Mantel”, der z. B. verlängerte „Nasen” aufweist als Endstück zur Funkenbildung, – dass die Einheit „Kombinierte-Einspritzdüse-Zündkerze” ein Einschraubgewinde 10.11, besitzt zur Befestigung im oder am Zylinderkopf, ggf. auch im oder am Motorblock, oder anders, – dass die Einheit „Kombinierte-Einspritzdüse-Zündkerze” in der Draufsicht bevorzugt kreisrund, aber auch oval, mehreckig, ggf in Kombination, bevorzugt symmetrisch, ggf auch unsymmetrisch, und entlang der Mittelachse der Einheit bevorzugt zylindrisch, mindestens im Bereich des Einschraubgewindes 10.11, sonst ggf. anders, bevorzugt symmetrisch, ggf. auch unsymmetrisch gestaltet ist, – dass die „Kombinierte-Einspritzdüse-Zündkerze” auch ohne Prallplatte(n) 10.5, zu verwenden ist, – dass das Einschraubgewinde 10.11, der „Kombinierte-Einspritzdüse-Zündkerze” ggf. entfallen kann und durch z. B. eine ggf federbelastete, sei es eine bevorzugte Druck- oder evtl. Zugfeder, Steckvorrichtung (nicht dargestellt) ersetzt wird.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit „Kombinierte-Einspritzdüse-Glühkerze” eine Einheit aus Einspritzdüse 12.1, 12.2, 12.3, der (den) Prallplatte(n) 12.5, und der Glühkerze 12.14, s. auch 13.1, 13.2, 13.3, sowie 13.5, und 13.14, bildet, – dass die Einheit „Kombinierte-Einspritzdüse-Glühkerze” ein Einschraubgewinde 13.11, besitzt zur Befestigung im oder am Zylinderkopf, ggf. auch im oder am Motorblock, oder anders, – dass die Einheit „Kombinierte-Einspritzdüse-Glühkerze” in der Draufsicht wie auch entlang der Mittelachse die gleichen Merkmale aufweist, wie zuvor bei der Einheit „Kombinierte-Einspritzdüse-Zündkerze” beschrieben, – dass „Kombinierte-Einspritzdüse-Glühkerze” auch ohne Prallplatte(n) 12.5, bzw. 13.5, zu verwenden ist (sind), – dass das Einschraubgewinde 12.11, bzw. 13.11, der „Kombinierte-Einspritzdüse-Glühkerze” ggf entfallen kann und durch z. B. eine ggf. federbelastete, sei es eine bevorzugte Druck- oder evtl. Zugfeder, Steckvorrichtung (nicht dargestellt) ersetzt wird.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit „Kombinierte-Einspritzdüse-Zündkerze” insbesondere im Bereich der Masse 11.13, tailliert, schlanker, ausgeführt ist, wobei die Elemente der Einheit 11.1, 11.2, 11.3, 11.7, 11.8, 11.9, 11.10, 11.12, 11.13 erhalten bleiben, – dass die Einheit „Kombinierte-Einspritzdüse-Zündkerze” als Ganzes schlanker ausgeführt ist, – dass das Einschraubgewinde 11.11, der „Kombinierte-Einspritzdüse-Zündkerze” ggf. entfallen kann und durch z. B. eine ggf federbelastete, sei es eine bevorzugte Druck- oder evtl. Zugfeder, Steckvorrichtung (nicht dargestellt) ersetzt wird.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Glühkerze 14.14, einen gebogenen Glühkerzenfuß aufweist, – dass der gebogene Fuß der Glühkerze 14.14, als Prallplatte 14.5, ausgebildet ist, – dass das Glühelement der Glühkerze als Mantel ausgebildet ist, ähnlich wie zuvor bei der „Kombinierte-Einspritzdüse-Zündkerze” bezüglich der Zündelektrode beschrieben mit bevorzugt(en) Glühelement(en) am unteren Rand der Einheit, – dass der untere Rand gebogen ist, ähnlich dem zuvor beschriebenen Glühkerzenfuß, – dass der Rand ggf. Ausbuchtungen bzw. Nasen aufweist, in denen bevorzugt das bzw. die Glühelement(e) eingebaut ist (sind), – dass der untere gebogene Rand mit den ggf. Ausbuchtungen bzw. Nasen als Prallplatte(n) 14.5, ausgebildet ist (sind), – dass die Glühkerze 12.14, ggf. mit Hilfe einer Halterung 12.15 an der Einspritzdüse 12.1, befestigt ist, – dass der Körper der Einspritzdüse 12.1, ggf. eine Einfräsung erfährt.
Verfahren und Vorrichtung(en) zur Steuerung eines Verbrennungsmotors nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelsteuerungen 28, 48, 19, jede für sich bzw. je zwei der drei oder alle drei gemeinsam jeweils in Verbindung und in Abstimmung mit der zentralen Motorsteuerung 14, sowie mit der (den) jeweils anderen betrieben werden können.