-
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 Verbrennuhgsluft, 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 Arbeitszyklusses jeweils zweimal
zu öffnen,
um Druckwellen im Luftsaugrohr zum Einschieben von Luft in den Zylinder
nutzbar zu machen, wobei das Einlassventil über einen elektromagnetischen
Aktuator beaufschlagbar ist, was bedeutet, dass ein mit dem Einlassventil
in Wirkverbindung stehender Anker zwischen zwei Elektromagneten
des Aktuators hin- und her bewegbar ist. 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 jedoch eine extrem kurze Flugzeit des Ankers zwischen
den Elektromagneten des Aktuators sowie auch eine extrem schnelle
Steuerung des Einlassventils voraus. Das Verfahren ist somit mit
akzeptablem konstruktiven Aufwand nur bei niedrigen Drehzahlen durchführbar.
-
Aus
der
DE 43 08 931 C2 ist
eine Vorrichtung zur Erhöhung
der Zylinderfüllung
einer Brennkraftmaschine bekannt, die einen Einlasskanal mit einem Einlassventil
aufweist, welches den Einlassbeginn und das Einlassende der Brenngaszufuhr
zu einem Brennraum der Brennkraftmaschine steuert. Ferner ist eine
Steuereinrichtung zum Behindern der Brenngaszufuhr während einer
einen zeitlichen Abstand vom Einlassbeginn und Einlassende einhaltenden Periode
vorgesehen. Um eine dynamische Aufladung zu ermöglichen, ist das Einlassventil
als hinsichtlich seines Öffnungs-
und Schließvorganges
willkürlich
steuerbares Ventil ausgebildet, das durch die Steuereinrichtung
zusätzlich
zum Bestimmen des Einlassbeginns und Einlassendes so gesteuert wird, dass
es während
der Behinderungsperiode ganz oder teilweise geschlossen ist. Eine
solche Vorrichtung mit einer derartigen Steuereinrichtung ist jedoch relativ
aufwändig.
-
Aus
der
DE 37 37 824 C2 ist
eine Vorrichtung zur Erhöhung
der Zylinderfüllung
einer Brennkraftmaschine mit einem Zusatzventil bekannt. Das Zusatzventil
ist bei Öffnung
des Einlassventils ebenfalls geöffnet
und wird während
einer einen zeitlichen Abstand vom Einlassbeginn und Einlassende
einhaltenden Periode vorübergehend
geschlossen, wobei der Einlassbeginn und das Einlassende vom Einlassventil
bestimmt sind. Eine solche Vorrichtung setzt jedoch ein Zusatzventil
voraus.
-
Die
JP 63016128 A schlägt zur Erhöhung der Zylinderfüllung einer
Brennkraftmaschine ebenfalls eine Vorrichtung mit einem Zusatzventil
vor, welches den Einlassbeginn und das Einlassende des Einlassventils
kontrolliert, wobei auch diese Vorrichtung sehr aufwändig ist.
-
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 Arbeitszyklusses 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 Arbeitszyklusses 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 Arbeitszyklusses,
der sich vom Schließzeitpunkt
des vorherigen Arbeitszyklusses 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 Arbeitszyklusses, der sich vom Schließzeitpunkt des vorherigen Arbeitszyklusses 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 Arbeitszyklusses jeweils gleich gewählt. Es
ist dann der Schließzeitpunkt
eines ersten Arbeitszyklusses gleich wie derjenige des fünften Arbeitszyklusses,
der Schließzeitpunkt
des zweiten Arbeitszyklusses gleich wie derjenige des sechsten Arbeitszyklusses
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 α der Brennkraftmaschine.
Der Kurbelwellenwinkel α 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 α 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 α dargestellt.
Der Gasdruck schwankt um den Gasdruck pamb 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 Arbeitszyklusses 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 Arbeitszyklusses
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 Arbeitszyklusses 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 Arbeitszyklusses liegt – relativ
zum Kurbelwellenwinkel α gesehen – vor dem Schließzeitpunkt 24 des
zweiten Arbeitszyklusses und auch vor dem Schließzeitpunkt 20 des
ersten Arbeitszyklusses.
-
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 Arbeitszyklusses 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 Kurbeiwellenwinkel α gesehen nach dem Schließzeitpunkt 20 des
ersten Arbeitszyklusses liegt. Der Schließzeitpunkt des vierten Arbeitszyklusses
ist der Übersichtlichkeit
halber ebenfalls nicht in 1 dargestellt.
Auch in einem fünften
Arbeitszyklus wird der Schießzeitpunkt
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 α 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 Arbeitszyklusses. Als Folge davon liegt der Schließzeitpunkt
des siebten Arbeitszyklusses zeitlich gesehen identisch wie der
Schließzeitpunkt 28 des
dritten Arbeitszyklusses. 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 pamb 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 α 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 Arbeitszyklusses 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 Arbeitszyklusses. 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 mm ergibt sich aus mm = (m2 + m3)/2, wobei mm größer als
m1 ist.