DE19737206A1

DE19737206A1 - Verfahren zum Regeln des Kraftstoffverbrauchs bei Ottomotoren sowie Nockenwelle dafür

Info

Publication number: DE19737206A1
Application number: DE19737206A
Authority: DE
Inventors: Johannes Wilke
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-08-08
Filing date: 1997-08-27
Publication date: 1999-02-11
Anticipated expiration: 2017-08-28
Also published as: DE19737206C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln des Kraft stoffverbrauchs bei Ottomotoren mit Einlaß- und Auslaßventilen unter Erzeugen einer Kompression vor dem Zünden eines Kraftstoffes unter Einsatz einer Nockenwelle für die Betätigung der Ventile. Zudem erfaßt die Erfindung eine Nockenwelle zur Durchführung des Verfahrens.

Der größte Widerstand für einen motorgetriebenen Personen kraftwagen ist der durch die Kompression - das Verdichten von Gasen od. dgl. im Verbrennungsmotor vor dem Zünden - bedingte Innenwiderstand seines Motors. Dieser Widerstand ist schon im Leerlauf, also auch bei stehendem Fahrzeug, vorhanden und steigt dann mit der Motordrehzahl - unabhängig von der abgegebenen Leistung - in linearer Abhängigkeit von Hubraum und Drehzahl an. Der Motor benötigt beispielsweise eine Kompression von 9 : 1 um seine volle Leistung abzugeben; bei einer geringeren Kompression ist die abgegebene Leistung geringer, aber auch der Innenwiderstand.

Ein Personenkraftwagen der gehobenen Mittelklasse wird seine volle oder annähernd volle Motorleistung höchstens beim Beschleunigen oder bei hoher Geschwindigkeit benöti gen, für einen Großteil der Fahrten im Stadt- und Vorstadt bereich bzw. auf der Landstraße reicht zur Überwindung des Luft- und des Rollwiderstandes ein Bruchteil der vollen Mo torleistung aus. Wird unter solchen Teillastbedingungen die Kompression heruntergeregelt, verringert sich der Innenwi derstand des Motors, was selbst unter der Annahme einer gleichzeitigen ungünstigen Veränderung des Wirkungsgrades zu einer Kraftstoffeinsparung ohne Verringerung der Dreh zahl führt.

In Kenntnis dieser Gegebenheiten hat sich der Erfinder das Ziel gesetzt, ein Verfahren zur Verringerung des Kraft stoffverbrauches bei Ottomotoren zu schaffen sowie eine dies ermöglichende Vorrichtung.

Zur Lösung dieser Aufgabe führen die Lehren der unabhängi gen Ansprüche; die Unteransprüche geben günstige Weiterbil dungen an.

Erfindungsgemäß wird die Kompression durch Verlängern der Öffnungszeit der Einlaßventile - bevorzugt stufenlos - verringert; da viele Verkehrssituationen kurzzeitig eine hohe Motorleistung erfordern, muß die Verringerung der Kom pression allerdings genau regelbar und in Sekundenbruchtei len aufhebbar sein.

Die Änderung der Schließzeiten wird durch axiales Verschie ben der Nockenwelle bewirkt sowie durch speziell geformte Nacken; während die Nocken der Auslaßventile - im Ver gleich zu üblichen Nockenscheiben - lediglich axial länger sind, damit sie bei der Verschiebung der Nockenwelle ihre Funktion unverändert beibehalten können, sind die Nockenkörper der Einlaßventile zusätzlich so geformt, daß sie bei jenem Verschieben der Nockenwelle die Ventile länger geöffnet halten. Hierzu ist der Nockenkörper einends mit einer Nase versehen, die eine gekrümmte Führungs- oder Nockenfläche begrenzt. Letztere wird von einer achsparallelen Mantellinie des Nockenkörpers sowie von einer Geraden begrenzt, die von einer Flanken- oder Kammlinie des Nockenkörpers in einem Winkel von etwa 45° ausgeht.

Sowohl das Verschieben der Nockenwelle als auch die Menge des einzuspritzenden Benzins werden zweckmäßig elektronisch geregelt.

Ein eventuelles Aufladen durch Turbolader oder Kompressor kann in Abhängigkeit von der Kompression geregelt werden. Da sichergestellt werden muß, daß beim Verzögern und Brem sen stets die volle Kompression des Motors genutzt wird, wird durch Verzögerungsfühler beim Bremsen die Kompressionsverringerung aufgehoben.

Das erfindungsgemäße Verfahren führt zu einer erheblichen Verminderung des Kraftstoffverbrauches unter Teillastbedin gungen und zu Einsparungen vor allem bei großvolumigen Mo toren - unter Beibehaltung ihrer Leistungsreserven. Das Re geln von Leistung und Verbrauch - mit einer leicht modifi zierbaren elektronischen Regelung - geschieht ohne ein Ab senken der Drehzahl.

Als günstig hat sich zudem erwiesen, daß eine Nachrüstung älterer Modelle von Ottomotoren möglich ist.

Auf Dieselmotoren ist das beschriebene Prinzip nicht an wendbar.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines be vorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in

Fig. 1 eine seitliche Schrägsicht auf einen Teil einer Nockenwelle;

Fig. 2 die Untersicht zu Fig. 1;

Fig. 3, 4 zwei Stirnansichten zu Fig. 1 nach deren Pfeilen III und IV.

Auf einer Nockenwelle 10 des Durchmessers d eines nicht weiter dargestellten Ottomotors ist - statt üblicher Nockenscheiben - ein Nockenkörper 12 der axialen Länge a zu erkennen, der einem nicht erkennbaren Ventilstößel zuge ordnet ist.

Die in Fig. 1 linke Stirnfläche 14 des Nockenkörpers 12 entspricht etwa den üblichen Stirnflächen von Nockenschei ben mit einem sich über einen Stirnwinkel w von etwa 240° erstreckenden Ringteil 15 einer Schichtdicke b von hier etwa 5% jenes Durchmessers d sowie einer anschließenden Dreieckskontur 16, die eine gerundete Nockenspitze 17 er gibt; die Winkelschenkel S, S₁des Stirnwinkels w bestimmen am Umfang 18 des Ringteils 15 gemäß Fig. 3, links, zwei Tangenten Q, Q₁, die in jene Dreieckskontur fallen. Durch ihre Schnittpunkte 20, 22 mit jenen Winkelschenkeln S, S₁ verlaufen Mantellinien M, M₁ des Nockenumfangs 18.

Von der Nockenspitze 17 als Scheitelpunkt geht in Fig. 1 eine - ebenfalls zur Wellenachse A parallele - Flankenli nie N aus, die an der anderen - rechten Stirnfläche 24 des Nockenkörpers 12 am Schnittpunkt 26 mit der dort verlaufen den hinteren Tangente Q₂ des Nockenumfangs 18 den Beginn einer Teilkreiskontur K bestimmt. Diese endet an einer pa rallelen unteren Tangente Q₃, mit der sie einen Schnitt punkt 28 erzeugt. Diese Stirnfläche 24 stellt einen Ab schnitt einer Teilringfläche - gegenüber dem Ringteil 15 - grö ßerer Breite dar.

Vom unteren Schnittpunkt 28 verläuft zur oberen Nocken spitze 17 eine geneigte Gerade G, zwischen der und jener unteren Mantellinie M₁ eine in Pfeilrichtung x zunehmend gekrümmte Führungsfläche F aufgespannt ist. Eine an schließende, in sich synklastisch gekrümmte Außen- oder Dreiecksfläche E wird von jener Geraden G, der Flankenlinie N und der Teilkreiskontur K bestimmt.

Im übrigen begrenzt die in Fig. 1 obere Mantellinie M mit der Flankenlinie N und den beiden Firsttangenten Q, Q₂ eine etwa rechteckige Oberfläche H.

Jene Führungsfläche F dient der Führung des nicht gezeigten Ventilstößels od. dgl. Betätigungsstranges für das nicht er kennbare Ventil; bei axialem Verschieben der Nockenwelle 10 in Pfeilrichtung x - oder gegen sie - wird die Ventil schließzeit gesteuert; während die Nocken der Auslaßven tile - im Vergleich zu üblichen Nocken - lediglich axial brei ter sind, damit sie bei der Verschiebung der Nockenwelle ihre Funktion unverändert beibehalten können, sind die Nockenkörper 12 der Einlaßventile zusätzlich so geformt, daß sie beim Verschieben der Nockenwelle 10 die Ventile länger geöffnet halten. Dies geschieht dank der am Nocken körper 12 einends vorgesehenen Nockenspitze oder Nase 17, an die jene gekrümmte Führungsfläche F anschließt.

Claims

1. Verfahren zum Regeln des Kraftstoffverbrauches bei Ottomotoren mit Einlaß- und Auslaßventilen unter Erzeugung einer Kompression vor dem Zünden eines Kraftstoffes, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompression durch Verlängern der Öffnungszeit der Einlaßventile vermindert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungszeit der Einlaßventile stufenlos verändert wird.

3. Verfahren unter Einsatz einer Nockenwelle für die Betätigung der Ventile nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Änderung der Schließzeiten die Nockenwelle axial verschoben wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorgang der Kompressionsverringerung während eines Bremsvorganges unterbrochen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompression nach Unterbrechung des Minderungsvorgangs auf ihren Ausgangswert zurückgeführt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung der Nockenwelle elektronisch geregelt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung der Kraftstoffmenge geregelt wird.

8. Nockenwelle zum Führen von Ventilen eines Ottomotors zur Durchführung des Verfahrens nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Nockenwelle (10) axial verschiebbar gelagert ist.

9. Nockenwelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zum Steuern der Einlaßventile auf der Nockenwelle (10) wenigstens ein Nockenkörper (12) einer axialen Länge (a) vorgesehen und mit einer gekrümmten Führungsfläche (F) ausgestattet ist, die sich von einer nockenartigen Stirnfläche (14) bis zur anderen Stirnfläche (24) an einer zur Wellenachse (A) geneigten Geraden (G) erstreckt.

10. Nockenwelle nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsfläche (F) von einer achsparallelen Mantelfläche (M₁) des Nockenkörpers (12) sowie von einer Geraden (G) begrenzt ist, die von einer Flankenlinie (N) des Nockenkörpers in einem Winkel von etwa 45° ausgeht.

11. Nockenwelle nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß von der Geraden (G), der Flankenlinie (N) und einer Teilkreiskontur (K) eine an die Führungsfläche (F) anschließende Dreiecksfläche (E) bestimmt ist.

12. Nockenwelle nach einem der Ansprüche 9 bis 11, gekennzeichnet durch eine teilellipsoide Führungsfläche (F).