DE10234103A1

DE10234103A1 - Verfahren zur Steuerung eines Einlassventils

Info

Publication number: DE10234103A1
Application number: DE10234103A
Authority: DE
Inventors: Igor Dr.-Ing. Gruden
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2002-07-26
Filing date: 2002-07-26
Publication date: 2004-02-05
Anticipated expiration: 2022-07-27
Also published as: DE10234103B4

Abstract

Verfahren zur Steuerung mindestens eines Einlassventils einer Brennkraftmaschine mit einem Luftsaugrohr, bei dem ein Schließzeitpunkt (24, 28, 32) des Einlassventils in Abhängigkeit von einer Gasdruckwelle (22, 26, 30) im Luftsaugrohr gesteuert wird. DOLLAR A Es wird vorgeschlagen, dass der Schließzeitpunkt (24, 28, 32) in einem Arbeitszyklus in Abhängigkeit von der Gasdruckwelle (22, 26, 30), die durch das Schließen des Einlassventils in einem vorhergehenden Arbeitszyklus hervorgerufen wurde, relativ zum Kurbelwellenwinkel unterschiedlich zum Schließzeitpunkt (20, 24, 28) im vorhergehenden Arbeitszyklus gewählt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Einlassventils nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei einer Brennkraftmaschine strömt Verbrennungsluft durch ein Einlassventil eines Zylinders in den Zylinder hinein. Bei einer anschließenden Verbrennung dieser im Zylinder mit Kraftstoff gemischten Luft wird ein besonders hohes Drehmoment der Brennkraftmaschine erreicht, wenn besonders viel Luft durch das Einlassventil in den Zylinder eingeströmt ist. Es ist daher wünschenswert, möglichst viel Luft durch das Einlassventil in den Zylinder der Brennkraftmaschine einströmen zu lassen.

Um zusätzliche Aggregate zur Verdichtung der Verbrennungsluft, wie beispielsweise einen Turbolader, zu vermeiden, ist es bekannt, die Strömungsverhältnisse und auch Druckwellen im Luftsaugrohr so zu nutzen, dass besonders viel Luft durch das Einlassventil in den Zylinder strömt. So schlägt die EP 1 063 394 A2 vor, das Einlassventil innerhalb eines Arbeitszyklus jeweils zweimal zu öffnen, um Druckwellen im Luftsaugrohr zum Einschieben von Luft in den Zylinder nutzbar zu machen. Unter einem Arbeitszyklus wird im folgenden das einmalige Durchlaufen aller Takte einer Brennkraftmaschine verstanden (z.B. bei einem 4-Takter das Durchlaufen der vier Takte – Ansaugen, Verdichten, Zünden, Ausschieben). Danach beginnt ein neuer Arbeitszyklus. Ein solches Verfahren setzt je doch eine extrem kurze Flugzeit des Aktuators des Einlassventils sowie auch eine extrem schnelle Steuerung des Einlassventils voraus. Das Verfahren ist somit mit akzeptablem, konstruktivem Aufwand nur bei niedrigen Drehzahlen durchführbar.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, insbesondere ein Verfahren zur Steuerung mindestens eines Einlassventils einer Brennkraftmaschine anzugeben, bei dem mit vertretbarem Aufwand eine gegenüber herkömmlichen Verfahren erhöhte Füllung des Zylinders erreicht wird. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Steuerung mindestens eines Einlassventils einer Brennkraftmaschine mit einem Luftsaugrohr, bei dem ein Schließzeitpunkt des Einlassventils in Abhängigkeit von einer Gasdruckwelle im Luftsaugrohr gewählt wird.

Es wird vorgeschlagen, dass der Schließzeitpunkt in einem Arbeitszyklus in Abhängigkeit von der Gasdruckwelle, die durch das Schließen des Einlassventils in einem vorhergehenden Arbeitszyklus hervorgerufen wurde, relativ zum Kurbelwellenwinkel unterschiedlich zum Schließzeitpunkt im vorhergehenden Arbeitszyklus gewählt wird.

Im Luftsaugrohr entstehen Luftdruckschwingungen. So entsteht beispielsweise bei einem Schließen des Einlassventils eine sich durch das Luftsaugrohr bewegende Gasdruckwelle. Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass eine solche Druckwelle bei geschlossenem Einlassventil im Luftsaugrohr reflektiert wird und somit am Einlassventil anliegt. Die Gasdruckwelle liegt daher auch nach Durchlaufen eines Arbeitszyklus wieder am Einlassventil an, wenn dieses in einem folgenden Arbeitszyklus wieder offen ist. Eine Erhöhung des Füllungsgrades des Zylinders wird also auch dann erreicht, wenn eine Gasdruckwelle, die durch das Öffnen und Schließen des Einlassventils in einem Arbeitszyklus hervorgerufen wurde, in einem der folgenden Arbeitszyklen durch die richtige Wahl des Schließzeitpunkts des Einlassventils "eingefangen" wird.

Ein guter Füllungsgrad ist jedoch nur dann gewährleistet, wenn das Einlassventil sofort nach Durchtritt der Gasdruckwelle durch das Einlassventil geschlossen wird. Bleibt das Einlassventil zu lange auf, so saugt die der Gasdruckwelle folgende Gasunterdruckwelle Luft aus dem Zylinder wieder heraus. Das Einlassventil sollte also nach einem Eintreffen einer Gasdruckwelle am Einlassventil und während des darauf folgenden Druckabbaus zum richtigen Zeitpunkt und schnell geschlossen werden. Wird in einem Arbeitszyklus der Schließzeitpunkt in Abhängigkeit vom Eintreffen und nachfolgenden Druckabbau der Gasdruckwelle am Einlassventil eingestellt, so erzeugt dieses Schließen des Einlassventils die nächste Gasdruckwelle. In aller Regel wird in einem nächsten Arbeitszyklus diese Gasdruckwelle zu einem anderen Zeitpunkt – relativ zum Kurbelwellenwinkel gesehen – am Einlassventil anliegen als im vorhergehenden Arbeitszyklus. Wird, um eine gute Füllung des Zylinders zu erreichen, der Schließzeitpunkt nun wiederum an die Gasdruckwelle angepasst, so liegt der Schließzeitpunkt relativ zum Kurbelwellenwinkel anders als im vorhergehenden Arbeitszyklus. Hierdurch wird das zeitliche Eintreffen der nächstfolgenden Gasdruckwelle verschoben. Dies bedingt, dass der Schließzeitpunkt des Einlassventils eines Arbeitszyklus relativ zum Kurbelwellenwinkel unterschiedlich zum Schließzeitpunkt des vorhergehenden Arbeitszyklus gewählt wird. Der Begriff „Schließzeitpunkt" wird im Folgenden grundsätzlich relativ zum Kurbelwellenwinkel gesehen. Ist der Schließzeitpunkt zweier Arbeitszyklen gleich, so bedeutet dies, dass zum Schließzeitpunkt die Kurbelwelle jeweils den gleichen Drehwinkel einnimmt. Wird ein erster Schließzeitpunkt unterschiedlich zu einem zweiten Schließzeitpunkt angegeben, so bedeutet dies, dass der Kurbelwellenwinkel zum ersten Schließzeitpunkt ein anderer ist als zum zweiten Schließzeitpunkt.

Durch die Erfindung wird erreicht, dass durch den auf einen Arbeitszyklus „individuell" zeitlich angepassten Schließzeitpunkt an die Gasdruckwelle eine gegenüber herkömmlichen Verfahren erhöhte Füllung des Zylinders in diesem Arbeitszyklus erreicht wird. Eine solche "individuelle" Anpassung der Steuerung für jeden oder einige Arbeitszyklen ist durch die bereits übliche, elektromagnetische Ventilsteuerung oder andere, beispielsweise mechanische oder ölhydraulische, variable Ventilsteuerungen in einfacher Weise möglich. Es wird somit ohne großen Aufwand erreicht, die Füllmenge im Zylinder gegenüber üblichen Verfahren zu erhöhen.

Mit Vorteil wird der Schließzeitpunkt des Einlassventils einer Anzahl von aufeinander abfolgenden Arbeitszyklen jeweils unterschiedlich zum vorhergehenden Arbeitszyklus gewählt. Die wiederholte Anpassung des Schließzeitpunkts über eine Anzahl von aufeinander folgenden Arbeitszyklen hinweg führt zu einem kontinuierlich guten „Einfangen" der Gasdruckwelle. Hierdurch wird während dieser Arbeitszyklen eine vorteilhafte Füllung des Zylinders der Brennkraftmaschine erreicht.

Zweckmäßigerweise wird der Schließzeitpunkt diskontinuierlich unterschiedlich gewählt. Der Schließzeitpunkt einer Anzahl von Arbeitszyklen wird somit nicht nur stetig in einer Richtung, beispielsweise nach früh, verlegt, sondern wird je nach nöti ger Anpassung an die Gasdruckwelle ein- oder mehrmals in eine Richtung und dann auch wieder in die andere Richtung verändert. Hierdurch wird eine besonders gute Anpassung des Schließzeitpunkts an das Abnehmen der Gasdruckwelle im Bereich des Einlassventils erreicht.

Ein weiterer Vorteil des Verfahrens wird erreicht, indem der Schließzeitpunkt des Einlassventils einer Anzahl von aufeinander folgenden Arbeitszyklen gleich und im dann folgenden Arbeitszyklus unterschiedlich gewählt wird und dieses Vorgehen zyklisch wiederholt wird. Ein solches Verfahren ist besonders einfach durchzuführen und kann beispielsweise angewendet werden, wenn eine elektronische Recheneinheit der Ventilsteuerung nicht in der Lage ist, den optimalen oder einen günstigen Schließzeitpunkt für jeden Arbeitszyklus neu zu berechnen, insbesondere bei hoher Drehzahl. Auch das einmalige Anpassen des Schließzeitpunkts an die Gasdruckwelle in einem ersten Arbeitszyklus und das nachfolgende unveränderte Belassen des Schließzeitpunkts in einer Anzahl von folgenden Arbeitszyklen führt zu einem befriedigenden Ergebnis. Wird beispielsweise der Schließzeitpunkt in einem ersten Arbeitszyklus zeitlich gegenüber dem vorherigen Arbeitszyklus verändert, so führt diese Veränderung gegebenenfalls nur zu einer geringfügigen Änderung der zeitlichen Bewegung der Gasdruckwelle durch das Luftsaugrohr. Bedingt hierdurch trifft die Gasdruckwelle im nächstfolgenden, zweiten Arbeitszyklus nur zeitlich geringfügig verändert gegenüber dem ersten Arbeitszyklus beim Einlassventil ein. Ein unverändert belassener Schließzeitpunkt führt somit immer noch zu einem befriedigenden Füllungsstand des Zylinders. Gegebenenfalls ist erst nach einer Anzahl von aufeinander folgenden Arbeitszyklen, beispielsweise nach zehn Arbeitszyklen, die Gasdruckwelle gegenüber dem ersten Arbeitszyklus zeitlich so verschoben, dass keine signifikante Fül lungssteigerung durch die Gasdruckwelle mehr erreicht wird. Dann wird beim elften Arbeitszyklus der Schließzeitpunkt des Einlassventils wieder unterschiedlich gewählt, und zwar so, dass die Gasdruckwelle wieder möglichst viel zusätzliche Luft in den Zylinder einschiebt. Bei den nächsten beispielsweise neun Arbeitszyklen wird der Schließzeitpunkt wiederum unverändert belassen. Bei einem solchen zyklischen Vorgehen wird ein gegenüber einer nichtvariablen Ventilsteuerung besseres Befüllen des Zylinders erreicht.

Die Unterschiede der Schließzeitpunkte können unterschiedlich groß sein. In der Regel liegt der Schließzeitpunkt des Einlassventils in einem gewissen Bereich um den "GUT" (Gaswechsel unterer Totpunkt). Die Variation der Schließzeitpunkte der unterschiedlichen Arbeitszyklen führt dann zu einem besonders günstigen Ergebnis, wenn der Schließzeitpunkt nicht zu weit von diesem unteren Totpunkt entfernt liegt. Eine Schwankung der Schließzeitpunkte im Bereich von maximal 15°, gemessen im Kurbelwellenwinkel, hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen.

Ein besonders gutes Ausnutzen der Gasdruckwelle zur zusätzlichen Füllung des Zylinders wird erreicht, wenn ein Schließzeitpunkt eines Arbeitszyklus, der sich vom Schließzeitpunkt des vorherigen Arbeitszyklus unterscheidet, an einer abfallenden Flanke des Gasdrucks am Einlassventil liegt. Zweckmäßigerweise liegt der Gasdrucks am Einlassventil dabei noch über dem Saugrohrdruckniveau. Während einer abfallenden Flanke des Gasdrucks am Einlassventil baut sich der Gasdruck der Gasdruckwelle durch das Einschieben von Luft in den Zylinder ab. Durch das Einstellen des Schließzeitpunkts auf einen solchen Zeitpunkt wird erreicht, dass zum Zeitpunkt des Schließens Luft durch die Druckwelle in den Zylinder gedrückt wird. Gleichzeitig wurde in der dem Schließen vorhergehenden Zeit das Maximum des Gasdrucks überschritten. Da diesen Maximum besonders viel Luft in den Zylinder eingedrückt hat, wird durch die Ausgestaltung des Verfahrens in dieser Art eine besonders gute Füllung des Zylinders erreicht.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass zu einem Schließzeitpunkt eines Arbeitszyklus, der sich vom Schließzeitpunkt des vorherigen Arbeitszyklus unterscheidet, der Gasdruck im Luftsaugrohr im Bereich des Einlassventils in einem festgelegten Druckbereich liegt. Bei der Wahl des Schließzeitpunkts zu einem Zeitpunkt, in dem der Gasdruck im Luftsaugrohr im Bereich des Einlassventils relativ hoch ist, wird ein Teil des Energiepotentials der Gasdruckwelle nicht zum zusätzlichen Befüllen des Zylinders mit Luft ausgenutzt. Bei einer Wahl des Schließzeitpunkts zu einem Zeitpunkt, an dem der Gasdruck relativ niedrig ist, kann es sein, dass Luft aus dem Zylinder wieder zurück in das Luftsaugrohr strömt, was eine vormals gute Füllung wieder zunichte macht. Die Steuerung des Schließzeitpunkts in der Weise, dass der Schließzeitpunkt in einem vorher als besonders günstig ermittelten Druckbereich liegt, führt somit zu dem Vorteil einer besonders guten Füllung des Zylinders. Hierbei kann der Druckbereich so eng gewählt werden, dass weitgehend das gesamte Potential der Gasdruckwelle zum zusätzlichen Einschieben von Luft in den Zylinder genutzt wird.

Ein steuerungstechnisch besonders einfaches Verfahren wird dadurch erreicht, dass die Schließzeitpunkte einer Anzahl von Arbeitszyklen nach einem Muster periodisch wiederholt werden. Die Periodenlänge eines solchen Musters entspricht hierbei dieser gewählten Anzahl der Arbeitszyklen. Insbesondere bei einer über einen gewissen Zeitraum konstanten Motordrehzahl kann die Gasdruckwelle in einem Arbeitszyklus zu einem – gemessen am Kurbelwellenwinkel – sehr ähnlichen Zeitpunkt am Einlassventil eintreffen, wie in einem beispielsweise vier Arbeitszyklen vorher liegenden Arbeitszyklus. Es wird somit der Schließzeitpunkt jedes beispielsweise vierten Arbeitszyklus jeweils gleich gewählt. Es ist dann der Schließzeitpunkt eines ersten Arbeitszyklus gleich wie derjenige des fünften Arbeitszyklus; der Schließzeitpunkt des zweiten Arbeitszyklus gleich wie derjenige des sechsten Arbeitszyklus usw. Die Periodenlänge dieses Schließzeitmusters beträgt in diesem als beispielhaft genannten Fall vier Arbeitszyklen. Ein solches Verfahren ist besonders einfach durchzuführen, weil die Ventilsteuerung den Schließzeitpunkt nicht an jeden Arbeitszyklus individuell anpassen muss, sondern sich auf eine Anzahl von Schließzeitpunkten beschränken kann, die periodisch wiederholt werden. Dieses Verfahren ist besonders vorteilhaft bei mechanischen oder hydraulischen Ventilsteuerungen anzuwenden.

Zweckmäßigerweise beträgt die Periodenlänge 2 bis 10, insbesondere 3 bis 6 Arbeitszyklen. Zehn bzw. auch sechs verschiedene Schließzeitpunkte sind in der Regel ausreichend, um eine zufriedenstellende Füllung des Zylinders mit zusätzlicher Luft durch die Gasdruckwelle zu erreichen.

Eine besonders effiziente Steuerung des Schließzeitpunkts des Einlassventils wird erreicht, indem der Gasdruck im Luftsaugrohr in der Nähe des Einlassventils gemessen wird. Dies geschieht beispielsweise durch einen besonders schnellen Sensor, der nahe am Einlassventil angebracht ist. Der Sensor liefert beispielsweise den zeitlichen Verlauf des Gasdrucks. Mit Hilfe einer Auswerteeinheit wird der Schließzeitpunkt in einfacher Weise so gewählt, dass die Gasdruckwelle im Luftsaugrohr einen Schub von Luft in den Zylinder bewirkt.

In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Steuerung des Schließzeitpunkts des Einlassventils mit Hilfe eines gespeicherten Gasdruckkennfeldes. Das Gasdruckkennfeld ist in einer Recheneinheit der Steuereinheit des Einlassventils gespeichert und verknüpft bestimmte Motorparameter in einer vorgegebenen Weise mit dem eingespeicherten Gasdruck. Hierdurch lässt sich in einfacher Weise die Steuerung des Einlassventils auch ohne einen direkt messenden Gasdrucksensor so gestalten, dass ein zusätzlicher Fülleffekt des Zylinders durch die Gasdruckwelle erreicht wird.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen, weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigt:
1 ein schematisches Diagramm der Ventilerhebung in Abhängigkeit vom Kurbelwellenwinkel und des Gasdrucks im Luftsaugrohr und
2 ein schematisches Diagramm der Luftmasse im Zylinder in Abhängigkeit vom Kurbelwellenwinkel.
Das Diagramm in 1 zeigt in schematischer Weise die Ventilerhebung 1 eines Auslassventils und eines Einlassventils einer Brennkraftmaschine in Abhängigkeit vom Kurbelwellenwin kel a der Brennkraftmaschine. Der Kurbelwellenwinkel a ist in Schritten von 180° aufgetragen, angefangen vom oberen Totpunkt Zündung 2 über den unteren Totpunkt Zündung 4, den oberen Totpunkt Gaswechsel 6, den unteren Totpunkt Gaswechsel 8 bis wiederum zum oberen Totpunkt Zündung 2. Der gesamte, dargestellte Kurbelwellenwinkel beträgt 720°. Im oberen Diagramm ist die Ventilerhebung 10 des Auslassventils und die Ventilerhebung 12 des Einlassventils gegen den Kurbelwellenwinkel a aufgetragen. Das Auslassventil öffnet zwischen dem oberen Totpunkt Zündung 2 und dem unteren Totpunkt Zündung 4 und schließt etwa am oberen Totpunkt Gaswechsel 6. Der Öffnungszeitpunkt 16 des Einlassventils liegt um den oberen Totpunkt Gaswechsel 6. Der Schließzeitpunkt des Einlassventils liegt an unterschiedlichen Zeitpunkten um den unteren Totpunkt Gaswechsel 8 herum.
Im unteren Diagramm ist der Gasdruck p im Luftsaugrohr in Abhängigkeit vom Kurbelwellenwinkel a dargestellt. Der Gasdruck schwankt um den Gasdruck p_amb der Umgebung. Es ist der Gasdruck p im Luftsaugrohr in unmittelbarer Nähe des Einlassventils dargestellt. Der Gasdruck p ist über einen Zeitraum von etwas mehr als 2 Arbeitszyklen dargestellt. Als ein Arbeitszyklus wird im Folgenden die Zeitspanne 14 bezeichnet, in der die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine zwei volle Umdrehungen macht, und zwar vom oberen Totpunkt Zündung 2 wiederum bis zum oberen Totpunkt Zündung 2.
In einem ersten Arbeitszyklus schließt das Arbeitsventil zu einem Schließzeitpunkt 20, der, gemessen am Kurbelwellenwinkel α, nach dem unteren Totpunkt Gaswechsel 8 liegt. Durch das Schließen des Einlassventils in diesem ersten Arbeitszyklus wird eine erste Gasdruckwelle 22 am Einlassventil erzeugt. Diese erste Gasdruckwelle 22 durchläuft das Luftsaugrohr, wird an dessen Ende reflektiert und gelangt zu einem Zeitpunkt, der zwischen dem oberen Totpunkt Zündung 2 und dem unteren Totpunkt Zündung 4 liegt, wieder zum Einlassventil. Auch von dort wird die Gasdruckwelle reflektiert, durchläuft das Luftsaugrohr wieder hin und zurück und erreicht das Einlassventil zu einem Zeitpunkt, an dem die Kurbelwelle den unteren Totpunkt Zündung 4 bereits überschritten hat. Im weiteren Verlauf der Kurbelwellendrehung wird die Gasdruckwelle mehrmals im Luftsaugrohr hin und her reflektiert. Diese Vibration des Gasdrucks im Luftsaugrohr wird verwendet, um die Luftmasse m im Zylinder (siehe 2) bei der Füllung des Zylinders zu steigern. Im zweiten Arbeitszyklus wird der Schließzeitpunkt 24 des Einlassventils an einen Zeitpunkt gelegt, an dem die Gasdruckwelle gerade dazu beigetragen hat, zusätzliche Luft in den Zylinder einzudrücken und sich gerade abbaut. Der Schließzeitpunkt 24 des zweiten Arbeitszyklus liegt relativ zum Kurbelwellenwinkel α vor dem Schließzeitpunkt 20 des ersten Arbeitszyklus. Durch das Schließen des Einlassventils im zweiten Arbeitszyklus zu einem relativ gesehen früheren Zeitpunkt als im ersten Arbeitszyklus wird erreicht, dass die Gasdruckwelle im Luftsaugrohr, die durch das Schließen des Einlassventils im ersten Arbeitszyklus hervorgerufen wurde, eine zusätzliche Menge an Luft durch das Einlassventil in den Zylinder der Brennkraftmaschine drückt. Hierdurch wird die Füllung des Zylinders erhöht, was bei einer nachfolgenden Verbrennung im Zylinder zu einem höheren Drehmoment der Brennkraftmaschine führt.
Das Schließen des Einlassventils im zweiten Arbeitszyklus zum Schließzeitpunkt 24 erzeugt im Luftsaugrohr eine zweite Gasdruckwelle 26. Diese zweite Gasdruckwelle durchläuft im weiteren Zeitverlauf das Luftsaugrohr mehrfach, was zu einer in 1 im unteren Diagramm gezeigten Schwankung des Gasdrucks p im Luftsaugrohr am Einlassventil führt. Während des dritten Arbeitszyklus wird die zweite Gasdruckwelle 26 im Luftsaugrohr reflektiert. Die zweite Gasdruckwelle 26 wird im dritten Arbeitszyklus zum zusätzlichen Eindrücken von Luft durch das Einlassventil in den Zylinder genutzt. Hierfür wird der Schließzeitpunkt 28 des dritten Arbeitszyklus an einen Zeitpunkt gelegt, an dem die Gasdruckwelle 26 gerade eine zusätzliche Menge Luft durch das Einlassventil in den Zylinder geschoben hat. Der Schließzeitpunkt 28 ist so gewählt, dass das Einlassventil zu einem Zeitpunkt schießt, an dem der Gasdruck p im Luftsaugrohr an der Stelle des Einlassventils noch nicht unter den Zylinderinnendruck gefallen ist. Hierdurch wird ein Entweichen von Luft aus dem Zylinder in das Luftsaugrohr verhindert. Der Schließzeitpunkt 28 des dritten Arbeitszyklus liegt – relativ zum Kurbelwellenwinkel α gesehen – vor dem Schließzeitpunkt 24 des zweiten Arbeitszyklus und auch vor dem Schließzeitpunkt 20 des ersten Arbeitszyklus.
Das Schließen des Einlassventils im dritten Arbeitszyklus zum Schließzeitpunkt 28 hat zur Folge, dass sich eine dritte Gasdruckwelle 30 im Luftsaugrohr an der Stelle des Einlassventils aufbaut. Diese dritte Gasdruckwelle 30 durchläuft wiederum das Luftsaugrohr, indem es hin und her reflektiert wird. In einem vierten Arbeitszyklus wird diese dritte Gasdruckwelle 30, deren Druckverlauf während des vierten Arbeitszyklus in 1 der Übersichtlichkeit halber nicht gezeigt ist, dazu verwendet, die Luftfüllung des Zylinders zu erhöhen. Hierzu wird das Einlassventil zu einem nicht näher gezeigten, vierten Schließzeitpunkt geschlossen, der relativ zum Kurbelwellenwinkel a gesehen nach dem Schließzeitpunkt 20 des ersten Arbeitszyklus liegt. Der Schließzeitpunkt des vierten Arbeitszyklus ist der Übersichtlichkeit halber ebenfalls nicht in 1 dargestellt. Auch in einem fünften Arbeitszyklus wird der Schließzeitpunkt in Abhängigkeit von der im vierten Arbeitszyklus erzeugten Gasdruckwelle wie oben beschrieben gewählt, so dass die Gasdruckwelle zur Füllung des Zylinders beiträgt. Die durch das Schließen des Einlassventils im fünften Arbeitszyklus erzeugte, fünfte Gasdruckwelle durchläuft das Luftsaugrohr relativ zum Kurbelwellenwinkel a in einem zeitlich sehr ähnlichen Verlauf wie die im ersten Arbeitszyklus erzeugte, erste Gasdruckwelle 22. In Folge dessen wird der Schließzeitpunkt des Einlassventils im sechsten Arbeitszyklus so gewählt, dass er – relativ zum Kurbelwellenwinkel α – identisch liegt wie der Schließzeitpunkt 24 des zweiten Arbeitszyklus. Als Folge davon liegt der Schließzeitpunkt des siebten Arbeitszyklus zeitlich gesehen identisch wie der Schließzeitpunkt 28 des dritten Arbeitszyklus. Es werden also die Schließzeitpunkte von vier Arbeitszyklen nach einem Muster periodisch wiederholt, wobei die Periodenlänge dieser Wiederholung vier Arbeitszyklen entspricht. Die Schließzeitpunkte schwanken im Bereich von maximal 15°, gemessen im Kurbelwellenwinkel.
Der Gasdruck p im Luftsaugrohr im Bereich des Einlassventils liegt zu jedem der Schließzeitpunkte der 4 Arbeitszyklen in einem festgelegten Druckbereich, der um und etwas über den Gasdruck p_amb der Umgebung reicht. Der Druckbereich reicht vom Zylinderinnendruck bis 10% über den Zylinderinnendruck in der Gaswechselphase.
Die Steuerung des Schließzeitpunkts des Einlassventils geschieht mit Hilfe eines Gasdruckkennfeldes, das in einer elektronischen Einheit einer in den Figuren nicht gezeigten Steuereinheit zum Steuern des Einlassventils der Brennkraftmaschine gespeichert ist. Etwas aufwändiger, dafür aber genauer, ist die Steuerung des Schließzeitpunkts mit Hilfe eines Sensors möglich, der den Gasdruck im Luftsaugrohr in der Nähe des Einlassventils misst.
In 2 ist in einer schematischen Weise die Luftmasse m im Zylinder gegen den Kurbelwellenwinkel a aufgetragen. Zu einem Öffnungszeitpunkt 16 des Einlassventils im ersten Arbeitszyklus öffnet das Einlassventil der Brennkraftmaschine, so dass Luft aus dem Luftsaugrohr durch das Einlassventil in den Zylinder einströmt. Hierdurch erhöht sich die Luftmasse m entlang der durchgezogenen Linie bis auf einen Wert m₁. Im zweiten Arbeitszyklus öffnet das Einlassventil zum gleichen Öffnungszeitpunkt 16 wie im ersten Arbeitszyklus. Bedingt durch das Eindrücken von zusätzlicher Luft durch die im ersten Arbeitszyklus erzeugte, erste Gasdruckwelle 22 steigt die Luftmasse m im Zylinder jedoch schneller an als im ersten Arbeitszyklus und hat zum Schließzeitpunkt 24 des zweiten Arbeitszyklus bereits einen höheren Wert, nämlich den Wert m₂, erreicht. Im dritten Arbeitszyklus wird mit Hilfe der zweiten Gasdruckwelle 26 die Füllung des Zylinders mit der Luftmasse m₃ erreicht. Im vierten Arbeitszyklus liegt der Schließzeitpunkt 32 relativ zum Kurbelwellenwinkel α hinter dem Schließzeitpunkt 20 des ersten Arbeitszyklus. Auch zu diesem Schließzeitpunkt 32 ist der Zylinder in etwa mit der Luftmasse m₂ gefüllt. Im fünften Arbeitszyklus liegt der in 2 nicht mehr gezeigte Schließzeitpunkt wie im ersten Arbeitszyklus. Im fünften Arbeitszyklus wird mit Hilfe der vierten Gasdruckwelle die Luftmasse m₃ in den Zylinder geschoben. Die mittlere Luftmasse m_m ergibt sich aus m_m = (m₂ + m₃)/2, wobei m_m größer als m₁ ist.

Claims

Verfahren zur Steuerung mindestens eines Einlassventils einer Brennkraftmaschine mit einem Luftsaugrohr, bei dem ein Schließzeitpunkt des Einlassventils in Abhängigkeit von einer Gasdruckwelle im Luftsaugrohr gewählt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Schließzeitpunkt (24, 28, 32) in einem Arbeitszyklus in Abhängigkeit von der Gasdruckwelle (22, 26, 30), die durch das Schließen des Einlassventils in einem vorhergehenden Arbeitszyklus hervorgerufen wurde, relativ zum Kurbelwellenwinkel unterschiedlich zum Schließzeitpunkt (20, 24, 28) im vorhergehenden Arbeitszyklus gewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schließzeitpunkt (20, 24, 28, 32) des Einlassventils einer Anzahl von aufeinander abfolgenden Arbeitszyklen jeweils unterschiedlich zum vorhergehenden Arbeitszyklus gewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schließzeitpunkt (20, 24, 28, 32) diskontinuierlich unterschiedlich gewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schließzeitpunkt des Einlassventils einer Anzahl von aufeinander abfolgenden Arbeitszyklen gleich und im dann folgenden Arbeitszyklus unterschiedlich gewählt wird und dieses Vorgehen zyklisch wiederholt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schließzeitpunkt (24, 28, 32) eines Arbeitszyklus, der sich vom Schließzeitpunkt (20, 24, 28) des vorhergehenden Arbeitszyklus unterscheidet, an einer abfallenden Flanke des Gasdrucks am Einlassventil liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zu einem Schließzeitpunkt (24, 28, 32) eines Arbeitszyklus, der sich vom Schließzeitpunkt (20, 24, 28) des vorhergehenden Arbeitszyklus unterscheidet, der Gasdruck im Luftsaugrohr im Bereich des Einlassventils in einem festgelegten Druckbereich liegt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckbereich von 100 bis 110 des Zylinderinnendrucks zum Schließzeitpunkt (20, 24, 28, 32) reicht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließzeitpunkte (20, 24, 28, 32) einer Anzahl von Arbeitszyklen nach einem Muster periodisch wiederholt werden.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Periodenlänge 2 bis 10, insbesondere 3 bis 6 Arbeitszyklen beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasdruck im Luftsaugrohr in der Nähe des Einlassventils gemessen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung des Schließzeitpunkts (20, 24, 28, 32) des Einlassventils mit Hilfe eines gespeicherten Gasdruckkennfeldes erfolgt.
Vorrichtung zur Steuerung mindestens eines Einlassventils einer Brennkraftmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.