DE10355532A1

DE10355532A1 - Optimizing load on cylinder of piston engine involves controlling valves to generate kinetic energy of inflowing air that is used to increase pressure in combustion chamber by closing one valve before start of reverse flow

Info

Publication number: DE10355532A1
Application number: DE10355532A
Authority: DE
Inventors: Markus Westermaier; Jan Jedro; Dirk Schöneberg; Michael Kuhn
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2003-11-27
Filing date: 2003-11-27
Publication date: 2005-06-30

Abstract

The method involves pulsed charging of the cylinder in low and medium revolution rate regions by forming a vacuum by delayed opening of air timing valves relative to inlet valves and generating kinetic energy of the inflowing air, which is used to increase the pressure in the combustion chamber by closing one of the valves before the start if reverse flow.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Optimierung der Ladung der Zylinder eines Hubkolbenmotors, wobei in einem niedrigen und mittleren Drehzahlbereich eine Impulsaufladung der Zylinder erzeugt wird, indem durch verspätetes Öffnen von Lufttaktventilen gegenüber den Einlaßventilen zuerst ein Unterdruck aufgebaut und dann eine kinetische Energie der einströmenden Luft erzeugt wird, dir durch Schließen von einem der Ventile vor Beginn der Rückströmung zur Erzielung einer Druckerhöhung im Brennraum genutzt wird.The The invention relates to a method for optimizing the charge of Cylinder of a reciprocating engine, being in a low and medium Speed range an impulse charging of the cylinder is generated by opening by late Air timing valves opposite the intake valves first built a vacuum and then a kinetic energy the inflowing Air is generated by closing one of the valves Beginning of the return flow to Achieving an increase in pressure is used in the combustion chamber.

Ein derartiges Verfahren ist aus „Impulsaufladung und Laststeuerung von Hubkolbenmotoren durch ein Lufttaktventil", MTZ 12/2001, bekannt.One such method is "pulse charging and load control of reciprocating engines by an air cycle valve ", MTZ 12/2001, known.

Neben der Impulsaufladung der eingangs genannten Art wurde in diesem Bericht vorgeschlagen, eine weitere Drehmomentsteigerung dadurch zu erzielen, daß mittels des Lufttaktventils ein zweimaliges Takten der Einströmung in der Ansaugphase erfolgt. Dadurch könne die im Saugrohr befindliche Luft zum Schwingen angeregt werden, wodurch eine Dichteerhöhung im Zylinder sowie eine intensive Ladungsbewegung erzielbar seien. Durch letzteres käme es auch zu einem schnelleren Durchbrennen der Ladung im gefeuerten Betrieb.Next The impulse charging of the type mentioned was in this report suggested to achieve a further increase in torque thereby that means of the air clock valve a two-time clocking of the inflow in the suction phase takes place. This could be located in the intake manifold Air to be vibrated, causing a density increase in the Cylinder and an intense charge movement can be achieved. By the latter would come It also leads to a faster burnout of the charge in the fired Business.

In dieser Schrift wird jedoch auch ausgeführt, daß der Drehzahlbereich, in dem ein solches zweimaliges Takten realisierbar ist, durch die erforderliche Schaltzeit des Lufttaktventils sehr begrenzt ist.In However, this document is also carried out that the speed range in which Such a two-time clocks can be realized by the required Switching time of the air cycle valve is very limited.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Optimierung der Ladung der Zylinder eines Hubkolbenmotors für weitere Drehzahlbereiche zu ermöglichen.Of the The invention is therefore based on the object, an optimization of Charge the cylinders of a reciprocating engine for other speed ranges too enable.

Weiterhin sollen auch für solche Drehzahl- und Lastbereiche, in denen die Impulsaufladung keine Verbesserung bringt, Maßnahmen zur Optimierung der Zylinderladung sowie der Ladungsbewegung aufgefunden werden.Farther should also for Such speed and load ranges in which the pulse charging does not bring improvement, measures to optimize the cylinder charge and the charge movement found become.

Dies wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch erzielt, daß das Strömungsverhalten der einströmenden Luft in Abhängigkeit vom Drehzahlbereich derart beeinflußt wird, daß in einem niedrigen Drehzahlbereich die Impulsaufladung mit einer turbulenten Strömung und in einem mittleren Drehzahlbereich die Impulsaufladung mit einer geraden Strömung vorgenommen wird.This is achieved in a method of the type mentioned by that this flow behavior the inflowing Air depending on Speed range influenced in such a way will that in one low speed range the impulse charging with a turbulent one flow and in a medium speed range, the impulse charging with a straight flow is made.

Durch die Erfindung wird es möglich, ohne das zeitaufwendige Takten ein günstiges Einströmungsverhalten der Luft mit einer Dichteerhöhung sowie einer besseren Durchmischung des Luft- und Kraftstoffgemisches im Zylinder zu erzielen. Da nur eine einzige Öffnungs- und Schließbewegung des Lufttaktventils erforderlich ist, kann das anmeldungsgemäße Verfahren bis in einen höheren Drehzahlbereich angewendet werden und auch dort eine Dichteerhöhung und bessere Durchmischung erzielen. Auf diese Weise kann die Kombination von Impulsaufladung und turbulenter Strömung in einem Bereich eine Leistungssteigerung sowie eine weitere Kraftstoffeinsparung erbringen, der als niedertouriger Bereich für sparsamen Verbrauch und Minimierung der Umweltbelastung ohnehin angestrebt wird.By the invention makes it possible without the time-consuming clocking a favorable Einströmungsverhalten the air with a density increase as well a better mixing of the air and fuel mixture in the Cylinder to achieve. Because only a single opening and closing movement the air cycle valve is required, the method according to the application to a higher one Speed range are applied and there is also a density increase and achieve better mixing. That way, the combination can be of impulse charging and turbulent flow in one area Increase performance and save more fuel, the as a low-speed area for economical consumption and minimizing the environmental impact anyway is sought.

Weiterbildungen der Erfindung ermöglichen es, auch in solchen Drehzahl- und Lastbereichen eine Optimierung zu erzielen, bei denen die Impulsaufladung keine Verbesserung bringt. Auf diese Weise läßt sich eine Gesamtoptimierung im gesamten Einsatzbereich des Motors erzielen, wodurch die Leistung gesteigert, Kraftstoff gespart und die Umweltbelastung reduziert werden kann.further developments of the invention make it possible Optimization also in such speed and load ranges achieve, where the impulse charging brings no improvement. In this way can be Achieve overall optimization throughout the entire range of application of the engine, which increases performance, saves fuel and reduces environmental impact can be reduced.

So sieht eine Weiterbildung vor, daß in einem Teillastbereich keine Impulsaufladung, jedoch eine turbulente Strömung in den Zylinder erfolgt, da es in einem solchen Teillastbereich nicht auf Leistungssteigerung durch Dichterhöhung, sondern auf optimale Kraftstoffausnutzung ankommt. Diese wird durch die Ladungsbewegung und die dadurch gute Gemischaufbereitung und schnelle Verbrennung erzielt.So provides a development that in a part load range no impulse charging, but a turbulent flow in the cylinder takes place, since it is not in such a partial load range to increase performance by increasing the density, but to optimum fuel efficiency arrives. This is due to the charge movement and thereby good Mixture preparation and fast combustion achieved.

In entsprechend hohen Drehzahlbereichen sind die Ladezeiten für eine Impulsaufladung zu kurz und eine turbulente Strömung zu langsam. Daher wird vorgeschlagen, daß in einem hohen Drehzahlbereich nur eine gerade Strömung in den Zylinder erzeugt wird, ohne die Impulsaufladung.In correspondingly high speed ranges are the charging times for a pulse charging too short and a turbulent flow too slow. Therefore, it is proposed that in a high speed range just a straight current is generated in the cylinder, without the pulse charging.

Bei den turbulenten Strömungen für den niedrigen Drehzahlbereich und den Teillastbereich kann es sich um Drallströmungen oder um Tumbleströmungen handeln. Welche davon zu bevorzugen ist, hängt von der jeweiligen Kombination von geometrischen Ausgestaltungen, Ladezeiten und der erforderlichen Dichte des Gemisches ab. Dabei kann selbstverständlich auch in einem der genannten Bereiche eine Drallströmung und im anderen Bereich eine Tumbleströmung vorzuziehen sein.at the turbulent currents for the low Speed range and the partial load range may be swirl flows or around tumble flows act. Which of these is preferable depends on the particular combination of geometric designs, loading times and the required Density of the mixture. It can of course also in one of the above Areas a swirling flow and in the other area a Tumbleströmung be preferable.

Eine Drallströmung läßt sich zum Beispiel durch eine seitliche Einengung des Strömungskanals erzielen. Dies kann durch halbseitigen Verschluß oder an der Rohrwand angeordneten, sich in die Strömung hineinbewegenden Leitelementen geschehen. Eine Tumbleströmung läßt sich durch eine Klappe erzielen, die an einer Achse im Strömungskanal angeordnet und schwenkbar ist, wobei sie zur Erzeugung der walzenförmigen Strömungsbewegung schräg gegen die Strömung gestellt wird (aus JP 0 621 982 A bekannt).A swirl flow can be achieved for example by a lateral narrowing of the flow channel. This can be done by half-side closure or on the tube wall, be done in the flow moving in guide elements. A Tumbleströmung can be achieved by a flap which is arranged and pivotable on an axis in the flow channel, wherein they are used to Erzeu tion of the roller-shaped flow movement is made obliquely against the flow (off JP 0 621 982 A known).

Die konkrete Zuordnung der Drehzahl- und Lastbereiche ist selbstverständlich entsprechend Motorgeometrie, Leistungs- und Druckverhältnisse unterschiedlich, sie muß vom Fachmann am konkreten Motor ermittelt werden.The concrete assignment of the speed and load ranges is of course according to motor geometry, Performance and pressure conditions differ, she must vom Expert at the specific engine to be determined.

Die Ausbildung der turbulenten Strömung als Drall- oder Tumbleströmung ist lediglich beispielhaft, weitere Strömungsvarianten sind denkbar und durch Versuche für eine Optimierung an einem konkreten Motor ermittelbar.The Formation of the turbulent flow as a swirling or Tumbleströmung is merely an example, other flow variants are conceivable and by attempts for An optimization on a specific engine can be determined.

Vorzugsweise kann dasselbe Ventil sowohl für die Impulsaufladung, als auch für die Erzeugung der gerichteten Ladungsbewegung verwendet werden. Zweckmäßigerweise ist es stufenlos verstellbar.Preferably can use the same valve for both the impulse charging, as well as for the generation of directional charge motion can be used. Conveniently, It is infinitely adjustable.

Claims

A method for optimizing the loading of the cylinders of a reciprocating engine, wherein in a low and medium speed range, an impulse charging of the cylinder is generated by first by delaying opening of air-timing valves with respect to the intake valves, a negative pressure built up and then a kinetic energy of the incoming air is generated by Closing is used by one of the valves before the start of the return flow to achieve an increase in pressure in the combustion chamber, characterized in that the flow behavior of the incoming air is influenced as a function of the speed range such that in a low speed range, the impulse charging with a turbulent flow and in a middle Speed range the impulse charging is made with a straight flow.

Method according to claim 1, characterized in that that in a partial load range generates only a turbulent flow in the cylinder will, without the pulse charging.

Method according to claim 1 or 2, characterized that in a high speed range generates only a straight flow into the cylinder will, without the pulse charging.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized that at least one of the turbulent currents a swirling flow is.

Method according to one of claims 1 to 4, characterized that at least one of the turbulent currents a tumble flow is.

Method according to one of claims 1 to 5, characterized that same thing Valve for both the impulse charging, as well as for the generation of the directed charge motion is used.

Method according to Claim 6, characterized that this Valve is infinitely adjustable.