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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer einen an einer Einlassnockenwelle angekoppelten Phasensteller aufweisenden Brennkraftmaschine im Notlaufbetrieb, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind auch ein Computerprogramm, ein maschinenlesbarer Datenträger zur Speicherung des Computerprogramms und ein elektronisches Steuergerät, mittels derer das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist.
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Stand der Technik
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Insbesondere fremdgezündete Brennkraftmaschinen (Ottomotoren) werden zunehmend mit auf einer Einlassnockenwelle und/oder einer Auslassnockenwelle angeordneten Phasenstellern (VVT = variable valve timing) ausgestattet. Vermehrt werden dabei elektrische Phasensteller (eVVT) vor allem auf der Einlassnockenwelle eingesetzt, die im Vergleich zu rein hydraulisch betriebenen Phasenstellern unabhängig vom Öldruck und damit jederzeit und mit einer höheren Verstellgeschwindigkeit sowie einem größeren Verstellbereich verstellt werden können. Bei diesen Phasenstellern erfolgt die Auslegung von Verstellbereichen, Verstellbereichsgrenzen und entsprechenden Verriegelungspositionen abhängig von der jeweiligen Brennkraftmaschine, um in möglichst jedem Zustand des Phasenstellers, insbesondere bei einem Ausfall des Phasenstellers, einen Notlaufbetrieb gewährleisten zu können.
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Bei den Verriegelungspositionen (sog. „Fail-Safe-Positionen“) der Phasensteller handelt es sich bei einem einer Einlassnockenwelle zugeordneten Phasensteller meist um einen Spätanschlag und bei einem einer Auslassnockenwelle zugeordneten Phasensteller um einen Frühanschlag. Diese Verriegelungspositionen werden dabei so festgelegt, dass beim Start sowie im Notlauf der Brennkraftmaschine ein Ventilüberschnitt möglichst vermieden wird. Ein solcher Ventilüberschnitt stellt bekanntermaßen eine Ventilbetriebssituation dar, bei der das Auslassventil noch offen ist, wenn das Einlassventil bereits geöffnet ist. Ein Ventilüberschnitt hat nämlich zur Folge, dass ein Druckausgleich zwischen Vor-Einlass und Nach-Auslass stattfindet und somit bei im Vergleich zur Umgebung vorliegendem Saugrohrunterdruck bereits verbranntes Abgas in ein Saugrohr des Ansaugtraktes der Brennkraftmaschine strömt, womit sich der Restgasanteil in der angesaugten Frischluft stark erhöht und eine sichere bzw. vollständige Verbrennung erschwert wird.
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So geht aus
DE 10 2010 042 762 A1 eine Kolbenbrennkraftmaschine hervor, die mindestens einen Verbrennungszylinder, einen eine Kurbelwelle antreibenden Hubkolben und mindestens zwei an einem Einlass und einem Auslass eines Brennraums angeordnete Gaswechselventile aufweist. Jedem Gaswechselventil ist dabei ein Arbeitszylinder mit einem Druckkolben zugeordnet, der von einem auf einer Nockenwelle sitzenden, zwei diametrale Nockenerhebungen aufweisenden Nocken betätigt wird. Ein an einer vom Druckkolben im Arbeitszylinder begrenzten Druckkammer angeschlossenes Sperrventil sorgt für eine Ankopplung und Abkopplung des Gaswechselventils an bzw. von der Nockenwelle. Durch einen an die Nockenwelle angekoppelten Phasensteller kann somit durch Variieren der Ansteuerzeiten des Sperrventils der Beginn und die Dauer der Ventilöffnung des Gaswechselventils verändert werden. Es ist anzumerken, dass es sich hierbei um ein sogenanntes „Multiair“-System handelt, bei dem der Ventilhub und damit gleichzeitig die Ventilöffnungsdauer variiert werden. Mit hier betroffenen Phasenstellern können allerdings nur der Ventilöffnungszeitpunkt und der Ventilschließzeitpunkt verstellt werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Dem vorgeschlagenen Verfahren liegt der Gedanke zugrunde, einen Notlaufbetrieb einer hier betroffenen Brennkraftmaschine dadurch zu ermöglichen, dass ein einer Einlassnockenwelle zugeordneter bzw. an diese angekoppelter Phasensteller in einem Frühanschlag betrieben wird. Dabei wird der mögliche Verstellbereich des der Einlassnockenwelle zugeordneten elektrischen Phasenstellers in Richtung spät, jedoch nicht durch einen Fehlerfall (sog. „Fail-Safe“) begrenzt. Damit sind auch spätere Spätanschläge des Phasenstellers möglich, z.B. wenn ein Notlaufbetrieb (insbesondere während der Startphase der Brennkraftmaschine) an einem Spätanschlag bereitgestellt werden muss.
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Um bei dem vorgeschlagenen Verfahren den durch den Betrieb des der Einlassnockenwelle zugeordneten Phasenstellers im Frühanschlag sich erhöhenden Restgasanteil in einem Saugrohr der Brennkraftmaschine zu reduzieren, wird vorgeschlagen, den Gasdruck im Saugrohr in geeigneter Weise zu erhöhen. Bei Brennkraftmaschinen ohne einen Turbolader kann dazu die Drosselklappe geöffnet werden, wohingegen bei mit einem Turbolader ausgestatteten Brennkraftmaschinen mittels des Turboladers sogar ein leichter Überdruck im Saugrohr erzeugt werden kann.
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Durch das Erhöhen der Luftmasse im Saugrohr muss für einen homogenen Lambda = 1 Betrieb auch entsprechend viel Kraftstoff eingespritzt werden, der zu einer Drehzahlerhöhung führen würde. Dieser Drehzahlerhöhung wird nun dadurch entgegengewirkt bzw. diese dadurch begrenzt, dass der Zündwinkel nach spät verstellt wird, wodurch der Wirkungsgrad bei der Verbrennung verschlechtert wird. Zusätzlich wird eine Erhöhung einer Generatorlast, z.B. durch gezieltes Hinzuschalten wenigstens eines elektrischen Verbrauchers, durchgeführt. Im Ergebnis lässt sich somit, trotz eines relativ großen Ventilüberschnitts und insbesondere auch bei einem bereits betriebswarmen Motor, noch ein Betriebszustand der Brennkraftmaschine beim Start mit im Wesentlichen Null Last realisieren.
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Bei der Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens befindet sich die Einlassnockenwelle im Frühanschlag. Diese Betriebssituation führt somit zu einem Ventilüberschnitt und damit zu einem erhöhten Restgasanteil in der Ansaugluft, welcher mittels des Verfahrens bei einer zudem sicheren Verbrennung wirksam vermieden wird. Durch das Verschieben der Notlaufposition von einem Spätanschlag zu einem Frühanschlag können zudem Steuerzeiten mit entsprechenden Einlass-Schließzeiten von z.B. 20°KW vor ZOT realisiert werden.
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Bei dem vorgeschlagenen Verfahren zum Betreiben einer wenigstens eine Einlassnockenwelle und wenigstens eine Auslassnockenwelle, einen an die wenigstens eine Einlassnockenwelle angekoppelten Phasensteller sowie ein Saugrohr aufweisenden Brennkraftmaschine, ist insbesondere vorgesehen, dass zunächst erkannt wird, ob eine Fehlfunktion zumindest des der Einlassnockenwelle zugeordneten Phasenstellers vorliegt, und dass die Brennkraftmaschine bei erkannter Fehlfunktion des Phasenstellers im Notlaufbetrieb betrieben wird, wobei die Einlassnockenwelle in einem Frühanschlag betrieben wird und wobei der Gas-/Luftdruck in dem Saugrohr der Brennkraftmaschine erhöht wird.
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Bei dem vorgeschlagenen Verfahren kann ferner vorgesehen sein, dass der Phasensteller durch Ansteuerung mittels eines Steuergerätes der Brennkraftmaschine oder mittels geeigneter mechanischer Maßnahmen an seinem Frühanschlag betrieben wird. Dabei kann der Phasensteller mittels einer mechanischen Federvorspannung an seinem Frühanschlag betrieben werden.
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Bei dem vorgeschlagenen Verfahren kann zur Vermeidung einer genannten Ventilüberschneidung zudem vorgesehen sein, dass der Gas-/Luftdruck in dem Saugrohr bei einer Brennkraftmaschine ohne Turbolader durch Öffnen einer Drosselklappe oder bei einer mit einem Turbolader ausgestatteten Brennkraftmaschine durch Erhöhen des Ladedrucks des Turboladers erhöht wird.
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Bei dem vorgeschlagenen Verfahren kann auch vorgesehen sein, dass der Zündwinkel nach spät verschoben wird, um den Wirkungsgrad der Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches in einem Brennraum der Brennkraftmaschine zu verschlechtern, um einer ungewollten Drehzahlerhöhung im Leerlauf der Brennkraftmaschine entgegenzuwirken.
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Bei dem vorgeschlagenen Verfahren kann ferner vorgesehen sein, dass die an einem Stromgenerator der Brennkraftmaschine anliegende Generatorlast durch ein Zuschalten wenigstens eines elektrischen Verbrauchers erhöht wird. Bevorzugt erfolgt ein zumindest kurzzeitiges, den Fahrkomfort nicht beeinträchtigendes Zuschalten eines oder mehrerer elektrischer Verbraucher, z.B. einer Heckscheibenheizung und/oder eines Motorlüfters. Dadurch kann zusätzlich wirksam einer Drehzahlerhöhung entgegengewirkt werden. Dabei können zusätzlich weitere von der Brennkraftmaschine Last abnehmende Komponenten verwendet werden, z.B. ein Klimakompressor.
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Ein für die Anwendung des vorgeschlagenen Verfahrens geeigneter, elektrisch betriebener Phasensteller ist baulich bzw. vorrichtungsmäßig modifiziert, z.B. durch die Verwendung eines hochübersetzenden Getriebes mit negativer Übersetzung, so dass er im Falle seines Ausfalls noch nach früh bis an seinen mechanischen Anschlag verstellt werden kann bzw. in einem Fehlerfall sich selbständig an den Frühanschlag drehen kann. In diesem Fall muss die Verstellbereichsgrenze des der Einlassnockenwelle zugeordneten Phasenstellers nicht mehr aufgrund der Start/-Kaltstartfähigkeit in Richtung spät begrenzt werden und somit können deutlich größere Verstellbereiche realisiert werden, welche dann emissionsoptimierte Brennverfahren und auch Startverbesserungen, z.B. anlasserlose Dekompressionsdirektstartverfahren, ermöglichen.
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Es ist anzumerken, dass durch die im Stand der Technik vorliegende Begrenzung des Verstellbereichs des Phasenstellers an sich bekannte Startverfahren, die eine Dekompression über späte Einlass-Schließzeitpunkte vorsehen, wie z.B. der anlasserlose Dekompressionsdirektstart, nicht umgesetzt werden können.
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Die Erfindung kann insbesondere bei einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine (Ottomotor) eines Kraftfahrzeuges mit den hierin beschriebenen Vorteilen zur Anwendung kommen.
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Das erfindungsgemäße Computerprogramm ist eingerichtet, jeden Schritt des Verfahrens durchzuführen, insbesondere wenn es auf einem Rechengerät oder einem Steuergerät abläuft. Es ermöglicht die Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf einem elektronischen Steuergerät, ohne an diesem bauliche Veränderungen vornehmen zu müssen. Hierzu ist der maschinenlesbare Datenträger vorgesehen, auf welchem das erfindungsgemäße Computerprogramm gespeichert ist. Durch Aufspielen des erfindungsgemäßen Computerprogramms auf ein elektronisches Steuergerät wird das erfindungsgemäße elektronische Steuergerät erhalten, welches eingerichtet ist, um eine hier betroffene Brennkraftmaschine mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zu steuern.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweiligen angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Figurenliste
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- 1a zeigt ausschnittweise einen Längsschnitt einer Brennkraftmaschine mit einem Verbrennungszylinder, einem Ein- und Auslassventil und zwei Nockenwellen zur Steuerung des Ein- und Auslassventils gemäß dem Stand der Technik.
- 1b zeigt ausschnittweise eine Seitenansicht einer vierzylindrigen Brennkraftmaschine mit Kurbelwelle und Nockenwellen für die Ein- und Auslassventile gemäß dem Stand der Technik.
- 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des vorgeschlagenen Verfahrens anhand eines Flussdiagramms.
- 3 zeigt ein Steuerzeitendiagramm zur Illustration des zeitlichen Ablaufs des in 2 dargestellten Verfahrens.
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Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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Die in 1a nur ausschnittweise und schematisch dargestellte Brennkraftmaschine weist mindestens einen Verbrennungszylinder 11 mit z. B. wassergekühltem Zylindergehäuse 12 und einen das Zylindergehäuse 12 kopfseitig abschließenden Zylinderkopf 13 auf. Im Zylindergehäuse 12 ist ein Hubkolben 14 axial verschieblich geführt, dessen Hubbewegung durch eine Pleuelstange 15 in eine Drehbewegung einer Kurbelwelle 16 (siehe 1b) umgesetzt wird. Der Hubkolben 14 begrenzt zusammen mit dem Zylinderkopf 13 einen im Zylindergehäuse 12 ausgebildeten Brennraum 17, der mit einem Einlass 18 und einem Auslass 19 versehen ist. Der Einlass 18 ist mit einem Einlassventil 20 und der Auslass 19 mit einem Auslassventil 21 verschließbar. Zu dem Einlass 18 ist ein Ansaugkanal 22 für Verbrennungsluft geführt, der aus einem im Zylinderkopf 13 ausgeformten Einlasskanal 23 und einem an den Einlasskanal 23 angesetzten Saugrohr 24 zusammengesetzt ist. Vom Auslass 19 ist ein Abgaskanal 25 abgeführt, der aus einem im Zylinderkopf 13 ausgeformten Auslasskanal 26 und einem an den Auslasskanal 26 angesetzten Abgasrohr 27 besteht. Zur Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum 17 ist ein Einspritzventil 28 vorgesehen, und eine Zündkerze 29 sorgt für die Zündung des sich im Brennraum 17 ansammelnden, zündfähigen Kraftstoff-Luft-Gemisches.
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Das Einlassventil 20 und das Auslassventil 21, die jeweils auch als Gaswechselventil bezeichnet werden, sind identisch ausgebildet und auf die gleiche Weise elektrohydraulisch unabhängig voneinander so steuerbar, dass die Brennkraftmaschine Drehmomente wahlweise im Viertaktverfahren und im Zweitaktverfahren erzeugt. Hierzu ist jedes Gaswechselventil, also sowohl das Einlassventil 20 als auch das Auslassventil 21 mit einem hydraulischen Tassenstößel 30 versehen, der eine in einem Hydraulikzylinder 31 axial verschieblich geführte, eine Hydraulikkammer 32 begrenzende Tasse 33 aufweist. Eine das Gaswechselventil 20 bzw. 21 in Ventilschließrichtung belastende Ventilschließfeder 45 ist im Hydraulikzylinder 31 integriert und stützt sich an der Tasse 33 ab. Jedem Tassenstößel 30 ist ein hydraulischer Arbeitszylinder 34 mit einer an die Hydraulikkammer 32 angeschlossenen Druckkammer 35 und einem im Arbeitszylinder 34 axial verschieblich geführten, die Druckkammer 35 begrenzenden Druckkolben 36 zugeordnet. Der Druckkolben 36 liegt kraftschlüssig an einem rotierenden Nocken 37 an, wobei der Kraftschluss durch eine in der Druckkammer 35 angeordnete, sich am Druckkolben 36 abstützende Druckfeder 38 hergestellt ist. Der Nocken 37 sitzt drehfest auf einer Nockenwelle 39, die von der Kurbelwelle 16 (1b) mit halber Drehzahl angetrieben wird. Der Nockenwelle 39 ist ein an sich bekannter Phasensteller 40 zugeordnet. Mittels des Phasenstellers 40 kann die Phasenlage der Nockenwelle 39 in Bezug auf die Kurbelwelle 16 verstellt werden. Die Druckkammer 35 weist einen Zufluss 41 und einen Abfluss 42 auf. Der Zufluss 41 ist mit einem einen Hydraulikvorrat aufnehmenden Hydraulikbehälter 43 verbunden, während der Abfluss 42 über ein elektrisch gesteuertes Sperrventil 44 mit dem Hydraulikbehälter 43 in Verbindung steht. Das elektrisch gesteuerte Sperrventil 44 ist beispielsweise als 2/2-Wege-Magnetventil ausgebildet, das zwei Ventilanschlüsse aufweist, von denen der eine Ventilanschluss mit dem Abfluss 42 der Druckkammer 35 und der andere Ventilanschluss mit dem Hydraulikbehälter 43 verbunden ist.
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In 1b ist eine als vierzylindriger Kolbenverbrennungsmotor konzipierte Brennkraftmaschine gezeigt, bei der vier Verbrennungszylinder 11 identisch ausgebildet sind. Die Verbrennungszylinder 11 sind jeweils mit einem Einlassventil 20 und einem Auslassventil 21 ausgestattet. Die Hubkolben 14 sind über ihre Pleuelstangen 15 mit der Kurbelwelle 16 gekoppelt, die z.B. über einen Zahnriementrieb 49 sowohl die Nockenwelle 39 für die Einlassventile 20, im Folgenden als Einlassnockenwelle 39E bezeichnet, als auch die Nockenwelle 39 für die Auslassventile 21, im Folgenden als Auslassnockenwelle 39A bezeichnet, jeweils mit halber Drehzahl antreibt. Die Drehzahlen und Drehwinkel von Kurbelwelle 16, Einlassnockenwelle 39E und Auslassnockenwelle 39A werden mittels Sensoren 50 sensiert.
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An die Einlassnockenwelle 39E und die Auslassnockenwelle 39A ist jeweils ein Phasensteller 40 angekoppelt. Die Einlassnockenwelle 39E trägt alle Nocken 37, die die Druckkolben 36 der den Einlassventilen 20 zugeordneten Arbeitszylinder 34 antreiben. Die Auslassnockenwelle 39A trägt alle Nocken 37, welche die Druckkolben 36 der den Auslassventilen 21 zugeordneten Arbeitszylinder 34 antreiben.
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Der die Kurbelwelle 16 antreibende Hubkolben 14 bewegt sich bei einer Umdrehung der Kurbelwelle 16 aus einer oberen Totpunktlage OT in eine untere Totpunktlage UT und zurück in die obere Totpunktlage OT. Der Viertaktzyklus umfasst in bekannter Weise zwei Umdrehungen der Kurbelwelle 16 (720°KW), wobei bei der ersten Umdrehung der Kurbelwelle 16 die Phasen „Ansaugen“ und „Verdichten“ und bei der zweiten Umdrehung der Kurbelwelle 16 die Phasen „Verbrennen“ und „Ausstoßen“ ablaufen. Der mit dem Abschluss der ersten Umdrehung der Kurbelwelle 16 vom Hubkolben 14 durchlaufene obere Totpunkt OT wird daher als Zünd-Totpunkt Z-OT und der bei der zweiten Umdrehung der Kurbelwelle 16 durchlaufene obere Totpunkt OT als Lastwechsel-Totpunkt LW-OT bezeichnet.
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Zur Steuerung der Gaswechselventile 20, 21 werden die beiden Nockenwellen 39 mit halber Motordrehzahl, also mit halber Drehzahl der Kurbelwelle 16, angetrieben. Kurz vor dem UT im Verbrennungs- bzw. Arbeitstakt öffnet das Auslassventil 21 und kurz vor dem LW-OT öffnet das Einlassventil 20 bei noch geöffnetem Auslassventil 21. Kurz danach schließt das Auslassventil 21 und über das offene Einlassventil 20 wird durch die Hubbewegung des Hubkolbens 14 Frischluft in den Brennraum 17 eingesaugt. Mit Durchlaufen des UT zwischen Ansaug- und Verdichtungstakt wird das Einlassventil 21 geschlossen, und mit sich nach oben bewegendem Hubkolben 14 steigt in der Phase „Verdichten“ der Druck p im Brennraum 17 an. Bei Erreichen des Z-OT zündet die Zündkerze 29 den über das Einspritzventil 28 der Frischluft im Brennraum 17 zugemischten Kraftstoff, und durch den Verbrennungsprozess wird der Hubkolben 14 nach unten getrieben und erzeugt an der Kurbelwelle 16 ein Drehmoment. Der Druck p im Brennraum 17 fällt ab und geht mit Öffnen des Auslassventils 21 in der Phase „Ausstoßen“ näherungsweise auf Umgebungsdruckniveau.
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Bei zwei Umdrehungen der Kurbelwelle 16 (720°KW) dreht sich jede Nockenwelle 39, also die Einlassnockenwelle 39E und die Auslassnockenwelle 39A, um jeweils 360°, wodurch der Druckkolben 36 im Arbeitszylinder 34 einmal von der Nockenerhebung 371 und einmal von der Nockenerhebung 372 zu einer Hubbewegung gegen die Rückstellkraft der Druckfeder 38 angetrieben wird. Die Phasenlage der beiden Nockenwellen 39E und 39A bezüglich der Kurbelwelle 16 ist mittels der Phasensteller 40 so eingestellt, dass während der erforderlichen Öffnungszeit des Einlassventils 20 bzw. des Auslassventils 21 sich der Druckkolben 36 infolge der Nockenbewegung des Nockens 37 gegen die Kraft der Druckfeder 38 nach oben bewegt und dadurch der Druck in der vom Sperrventil 44 abgeschlossenen Druckkammer 35 ansteigt.
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Das für das Einlassventil 20 zuständige Sperrventil 44 und das für das Auslassventil 21 zuständige Sperrventil 44 werden für die Dauer der Öffnungsphase der Gaswechselventile 20, 21 gesperrt, so dass der von dem nach oben sich bewegenden Druckkolben 36 in der Druckkammer 35 des Arbeitszylinders 34 erzeugte Druck über den hydraulischen Tassenstößel 30 zu einem Öffnen des Gaswechselventils, also des Einlassventils 20 bzw. des Auslassventils 21, führt. In der übrigen Zeit ist das jeweilige Sperrventil 44 offen, so dass sich in der jeweiligen Druckkammer 35 kein Druck aufbauen kann. Die Nockenwellen 39 und die Gaswechselventile 20, 21 sind damit voneinander abgekoppelt und die Gaswechselventile 20, 21 bleiben durch die Ventilschließfedern 45 geschlossen.
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Bei der in 2 gezeigten Routine wird nach ihrem Start 200 zunächst geprüft 205, ob eine Fehlfunktion eines der Einlassnockenwelle 39E zugeordneten Phasenstellers 40 erkannt wurde. Ist ein solcher Fehler erkannt worden, wird mit den Schritten 210 und 215 weiterverfahren. Andernfalls wird der Prüfschritt, ggf. mit einer empirisch vorgebbaren zeitlichen Verzögerung, wiederholt.
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In Schritt 210 wird der der Einlassnockenwelle 39E zugeordnete Phasensteller 40 an seinen Frühanschlag gefahren, z.B. durch entsprechende Ansteuerung mittels eines Steuergerätes der Brennkraftmaschine oder mittels geeigneter mechanischer Maßnahmen, z.B. mittels einer entsprechenden mechanischen Federvorspannung oder dergleichen. Parallel dazu wird in Schritt 215 der der Auslassnockenwelle 39A zugeordnete Phasensteller 40 so verstellt, dass sich ein möglichst geringer Ventilüberschnitt ergibt, ohne jedoch dabei durch ein zu frühes Öffnen des Auslassventils 21 die Temperatur im Abgastrakt zu stark zu erhöhen. Je nach konstruktiv bedingter Auslegung der Steuerzeiten auf der Auslassnockenseite kann es vorteilhaft sein, den Phasensteller 40 entweder nach früh zu verstellen oder nach spät zu verstellen.
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In Schritt 220 wird der Gasdruck bzw. Luftdruck in einem Saugrohr der Brennkraftmaschine erhöht, um den Restgasanteil im Saugrohr zu reduzieren.
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Bei Brennkraftmaschinen bzw. Motoren ohne Turbolader wird dazu lediglich die Drosselklappe geöffnet, bei Motoren mit Turbolader kann dadurch sogar noch ein leichter Überdruck bzw. entsprechender Ladedruck erzeugt werden.
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In Schritt 225 wird der Zündwinkel nach spät verschoben, um den Wirkungsgrad der Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches in einem Brennraum der Brennkraftmaschine zu verschlechtern. Dadurch wird erreicht, dass die Drehzahl der Brennkraftmaschine in einem Notlaufbetrieb bzw. Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine nicht übermäßig ansteigt, und zwar z.B. unter 50 s-1 (= 3.000 U/min) bleibt. Parallel zu Schritt 225 wird zudem in Schritt 230 die an einem Stromgenerator der Brennkraftmaschine (z.B. einer Lichtmaschine) anliegende Generatorlast durch ein den Fahrkomfort nicht beeinträchtigendes Zuschalten von elektrischen Verbrauchern (z.B. eine oder mehrere Sitzheizungen) zumindest kurzzeitig erhöht.
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Um das beschriebene Verstellen des elektrischen Phasenstellers 40 auf der Einlassnockenwelle 39E zu ermöglichen, kann dieser so konstruiert werden, dass ein hochübersetzendes Getriebe mit negativer Übersetzung angeordnet bzw. vorgesehen ist, so dass der Phasensteller 40 nach früh bis an seinen mechanischen Anschlag verstellt werden kann.
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Bei dem in 3 gezeigten Steuerzeitendiagramm sind die bei einem Gaswechsel vorliegenden Ventilöffnungszeiten (Bezugszeichen 310 für die Auslassnockenwelle 39A und Bezugszeichen 325 für die Einlassnockenwelle 39E) in Abhängigkeit von der Kurbelwinkelposition an ihren jeweiligen mechanischen Endanschlägen gezeigt (Früh: 305 bzw. 320/ Spät: 300 bzw. 315). Auch sind die Kurbelwinkelpositionen für die „unteren Totpunkte“ (UT) und die „oberen Totpunkte“ (ZOT und LW-OT) als vertikale gestrichelte Linien eingezeichnet. Zusätzlich sind die Ventilüberschneidungsbereiche 330 gezeigt. Mit dem in 2 gemäß Schritt 210 erzeugten Signal (bzw. durch genannte konstruktive Maßnahmen), wird die Einlassnockenwelle 39E an ihren Frühanschlag gefahren. Mit dem in Schritt 215 erzeugten Signal wird die Auslassnockenwelle 39A in ihre optimale Position gefahren.
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Aufgrund dieses Betriebs der Auslassnockenwelle 39A in einem optimalen Arbeitspunkt sowie der Einlassnockenwelle 39E im Frühanschlag 305 ergibt sich in der Regel der gezeigte Ventilüberschneidungsbereich 330. Um einen Transport von Restgas in das Saugrohr wirksam zu vermeiden, muss der Saugrohrdruck erhöht werden (Schritt 220 in 2), was wiederum eine höhere Luftmasse im Brennraum zur Folge hat. Für den homogenen Lambda = 1 Betrieb muss auch entsprechend viel Kraftstoff eingespritzt werden, was zu einer Momentenerhöhung führt. Um einer ungewollten Drehzahlüberhöhung entgegen zu wirken, wird der Wirkungsgrad der Verbrennung über den Zündwinkel verschlechtert, und zwar durch Verstellung nach spät 225 (2). Gemeinsam mit einer Generatorlast-Erhöhung 230 (2) lässt sich so selbst bei einer betriebswarmen Brennkraftmaschine eine Null-Last darstellen, und zwar entsprechend 0 bar des sogenannten „brake-mean-effective-pressure“ = bmep).
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Mit dem Bezugszeichen 335 ist in 3 zusätzlich eine eingangs genannte, im Stand der Technik bestehende Begrenzung des Verstellbereichs des Phasenstellers 40 durch Startverfahren, die eine Dekompression über späte Einlass-Schließzeitpunkte vorsehen, dargestellt. Im Gegensatz dazu muss bei dem hierin vorgeschlagenen Verfahren die Verstellbereichsgrenze des der Einlassnockenwelle 39E zugeordneten Phasenstellers 40 nicht mehr aufgrund der Start/-Kaltstartfähigkeit gemäß 335 in Richtung spät begrenzt werden. Daher können mit dem vorgeschlagenen Verfahren die eingangs genannten, erheblich größeren Verstellbereiche des Phasenstellers 40 realisiert werden.
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Es ist hervorzuheben, dass das beschriebene Verfahren auch bei Brennkraftmaschinen bzw. Motoren anwendbar ist, welche nur einen Phasensteller auf der Einlassseite haben. Dabei entfällt dann die Ansteuerung der Auslassseite. Das beschriebene Grundprinzip der Erhöhung des Saugrohrdrucks bzw. der Luftmasse und die Verstellung des Zündwinkels bleiben aber unverändert.
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Das beschriebene Verfahren kann in Form eines Steuerprogramms für ein elektronisches Steuergerät zur Steuerung einer Brennkraftmaschine oder in Form einer oder mehrerer entsprechender elektronischer Steuereinheiten (ECUs) realisiert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010042762 A1 [0004]
