DE19846111A1

DE19846111A1 - Increasing torque of internal combustion engine involves re-charging by closing choke, opening after delay selected so pressure wave reaches inlet valve(s) immediately before closing

Info

Publication number: DE19846111A1
Application number: DE19846111A
Authority: DE
Inventors: Michael Baeuerle; Klaus Ries-Mueller
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1998-10-07
Filing date: 1998-10-07
Publication date: 2000-04-13
Also published as: ITMI991953A0; ITMI991953A1; IT1313539B1

Abstract

The method involves increasing the delivery rate of air fed into each cylinder of the engine. At the start of an induction process the choke flap is closed and opened again after a delay period selected so that a pressure wave caused by closing the choke flap reaches one or more inlet valves of the cylinders immediately before they close to cause a re-charging effect of the cylinders.

Description

State of the art

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erhöhen des Drehmoments eines Verbrennungsmotors, in dem der Liefergrad für die einem jeden Zylinder des Verbrennungsmotors zugeführte Luftmenge erhöht wird.The present invention relates to a method of increasing the torque of an internal combustion engine in which the Degree of delivery for each cylinder of the Air quantity supplied to the internal combustion engine is increased.

Aus dem Buch K. Zinner: Aufladung von Verbrennungsmotoren, dritte Auflage, Springer-Verlag 1985, S. 67, 68 ist bekannt, daß die sogenannte Schwingrohr-Aufladung zu einer Erhöhung des Drehmoments eines Verbrennungsmotors führt. Dieser Effekt beruht darauf, daß beim Saugvorgang infolge der Trägheitswirkung der Ansaugluftsäule eine Unterdruckwelle in das Saugrohr hineinwandert. Die Unterdruckwelle wird am offenen Saugrohrende als Druckwelle reflektiert. Ist die Rohrlänge so abgestimmt, daß die Druckwelle etwas vor dem Schließen des bzw. der Einlaßventile den Zylinder erreicht, so kommt es zu einem Nachladen des Zylinders. Die Erhöhung der Zylinderladung hat dann den gewünschten Anstieg des Drehmoments zur Folge. Der Nachladeeffekt aufgrund der Schwingrohr-Aufladung wirkt sich gemäß dem Stand der Technik nur bei bestimmten Drehzahlen drehmomentsteigernd aus. Denn die Einlaßventil-Steuerzeiten sind so optimiert, daß das Maximum des Ansaugluft-Liefergrades (entspricht Drehmomentenmaximum) bei einer mittleren Drehzahl liegt. Diese Auslegung bedingt einen mittleren Einlaßventil- Schließzeitpunkt. Bei geringeren Drehzahlen kommt es nach dem unteren Totpunkt, wenn die Einlaßventile noch geöffnet sind, zu einem Rückschiebevorgang der bereits angesaugten Luftmasse zurück in das Saugrohr. Dieser Effekt führt schließlich zu einer Liefergradeinbuße, was einem Drehmomentenverlust entspricht. Bei hohen Drehzahlen reicht dagegen die Zeit zur vollständigen Füllung der Zylinder nicht aus, was ebenfalls zu Verlusten führt.From the book K. Zinner: Charging internal combustion engines, third edition, Springer-Verlag 1985, pp. 67, 68 is known, that the so-called vibrating tube charging leads to an increase of the torque of an internal combustion engine. This Effect is based on the fact that during the suction process due to the Inertia of the intake air column a vacuum wave in the suction pipe migrates into it. The vacuum wave is on open intake manifold end reflected as a pressure wave. Is the Pipe length matched so that the pressure wave is slightly before Closing of the intake valve (s) reaches the cylinder, the cylinder is reloaded. The increase the cylinder charge then has the desired increase in Torque. The reloading effect due to the Vibrating tube charging acts according to the prior art only increases torque at certain speeds. Because the intake valve timing is optimized so that the Maximum of the intake air delivery rate (corresponds Torque maximum) is at an average speed. This design requires a middle inlet valve Closing time. At lower speeds, it does bottom dead center when the intake valves are still open are, for a push-back process of the already sucked Air mass back into the intake manifold. This effect leads finally to a loss of delivery, which one Torque loss corresponds. Enough at high speeds however, the time to fill the cylinders completely not out, which also leads to losses.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, durch das bei geringeren und bei hohen Drehzahlen ein möglichst hohes Drehmoment eines Verbrennungsmotors bewirkt wird.The invention is therefore based on the object To specify procedures of the type mentioned at the outset by which at lower and at high speeds the highest possible Torque of an internal combustion engine is effected.

Advantages of the invention

Die genannte Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, daß zu Beginn eines Ansaugvorganges des jeweiligen Zylinders des Verbrennungsmotors die Drosselklappe im Saugrohr geschlossen wird, und daß die Drosselklappe nach einer Verzögerungszeit wieder geöffnet wird. Die Verzögerungszeit wird so bemessen, daß eine durch das Schließen der Drosselklappe im Saugrohr entstehende Druckwelle ein oder mehrere am Zylinder vorhandene Einlaßventile unmittelbar vor deren Schließen erreicht und so ein Nachladen des Zylinders bewirkt. This object is achieved with the features of claim 1 solved in that at the beginning of a suction process respective cylinder of the internal combustion engine Throttle valve in the intake manifold is closed, and that the Throttle valve reopened after a delay becomes. The delay time is dimensioned so that a through closing of the throttle valve in the intake manifold Pressure wave one or more existing on the cylinder Inlet valves reached just before closing and reloading the cylinder.

Gemäß Unteransprüchen soll die Drosselklappe möglichst schnell geöffnet werden, wobei der Öffnungsgrad dem Fahrerwunsch entspricht. Der Nachladevorgang kann zusätzlich noch durch eine variable Saugrohrgeometrie unterstützt werden.According to subclaims, the throttle valve should be as possible can be opened quickly, the degree of opening Driver request corresponds. The reload process can additionally supported by a variable intake manifold geometry become.

Gemäß der Erfindung wird durch Modulation der Ansaugluftströmung mit Hilfe der Drosselklappe auch bei kleinen bis mittleren Drehzahlen das natürliche Strömungsverhalten der Ansaugluftsäule im Saugrohr, welches sich bei hohen Drehzahlen einstellt, nachgebildet, so daß nicht nur bei hohen Drehzahlen, sondern auch bei geringeren Drehzahlen der gewünschte Nachladeeffekt auftritt.According to the invention, by modulating the Intake air flow with the help of the throttle valve also at small to medium speeds the natural Flow behavior of the intake air column in the intake manifold, which occurs at high speeds, reproduced so that not only at high speeds, but also at lower ones Speeds the desired reloading occurs.

drawing

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird nachfolgend die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:Using one shown in the drawing The invention is described in more detail below explained. Show it:

Fig. 1 einen Zylinder eines Verbrennungsmotors, Fig. 1 a cylinder of an internal combustion engine,

Fig. 2 ein Ablaufdiagramm für die Steuerung der Drosselklappe, Fig. 2 is a flow chart for the control of the throttle valve,

Fig. 3 einen zeitlichen Verlauf des Liefergrades der Ansaugluft und Fig. 3 shows a temporal course of the degree of delivery of the intake air and

Fig. 4 eine Darstellung der Saugarbeit und der Verdichtungsarbeit des Kolbens im Zylinder. Fig. 4 is an illustration of the suction work and the compression work of the piston in the cylinder.

Description of an embodiment

In der Fig. 1 ist ein Zylinder 1 eines Verbrennungsmotors mit einem sich darin bewegenden Kolben 2 dargestellt. Der Zylinder weist einen Eingang zu einem Saugrohr 3 und einen Ausgang zu einem Abgasrohr 4 auf. Im Eingang zum Saugrohr 3 befindet sich mindestens ein Einlaßventil 5, und im Ausgang zum Abgasrohr 4 ist mindestens ein Auslaßventil 6 im Zylinder angeordnet. Außerdem ist noch eine Zündkerze 7 im Kopf des Zylinders 1 eingesetzt, welche das in Zylinder 1 verdichtete Luft-Kraftstoff-Gemisch zündet. Im Saugrohr 3 ist eine die angesaugte Luftmenge steuernde Drosselklappe 8 angeordnet, die von dem Drosselklappensteller 9 betätigt wird. Ein Steuergerät 10 gibt einem Drosselklappensteller 9 ein Steuersignal für die Betätigung der Drosselklappe 8 ab, deren Öffnungsgrad hauptsächlich von dem aus der Fahrpedalstellung ableitbaren Fahrerwunsch abhängt. Die Stellung der vom Kolben betätigten Kurbelwelle 11 wird von einem Kurbelwinkelsensor 12 erfaßt und dem Steuergerät 10 zugeführt. Das Steuergerät 10 erhält außerdem die Information über die aktuelle Stellung des Kolbens 2, ob er sich z. B. im oberen Totpunkt OT oder im unteren Totpunkt UT befindet.In FIG. 1, a cylinder 1 is illustrated an internal combustion engine with a moving piston 2 therein. The cylinder has an inlet to an intake pipe 3 and an outlet to an exhaust pipe 4 . At least one inlet valve 5 is located in the inlet to the intake manifold 3 , and at least one outlet valve 6 is arranged in the cylinder in the outlet to the exhaust pipe 4 . In addition, a spark plug 7 is inserted in the head of cylinder 1 , which ignites the compressed air-fuel mixture in cylinder 1 . In the intake manifold 3 , a throttle valve 8 controlling the intake air quantity is arranged, which is actuated by the throttle valve actuator 9 . A control unit 10 gives a throttle valve actuator 9 a control signal for the actuation of the throttle valve 8 , the degree of opening of which mainly depends on the driver's request which can be derived from the accelerator pedal position. The position of the crankshaft 11 actuated by the piston is detected by a crank angle sensor 12 and fed to the control unit 10 . The control unit 10 also receives the information about the current position of the piston 2 , whether it is z. B. is at top dead center OT or bottom dead center UT.

Das in der Fig. 2 dargestellte Ablaufdiagramm verdeutlicht die vom Steuergerät 10 veranlaßte Ansteuerung der Drosselklappe 8, um einen Nachladeeffekt im Zylinder 1 zu erzielen, der eine Erhöhung des Motordrehmoments zur Folge hat. Im ersten Verfahrensschritt 20 wird festgestellt, ob sich der Kolben im Bereich des oberen Totpunktes OT befindet, also ob gerade ein Ansaugvorgang beginnt. Wenn das der Fall ist, wird im Verfahrensschritt 21 die Drosselklappe 8 geschlossen. Dadurch bildet sich im weiteren Verlauf des Ansaugvorganges im Saugrohr 3 ein Unterdruck. Nach einer gewissen Verzögerungszeit Δt soll die Drosselklappe 8 wieder geöffnet werden. Durch möglichst schnelles Öffnen der Drosselklappe 8 wird nämlich die Ansaugluftsäule im Saugrohr aufgrund des Unterdrucks stark beschleunigt. Die dabei entstehende Druckwelle läuft von der Drosselklappe aus in Richtung des Saugrohrendes, wird dort reflektiert und läuft bis zum Einlaßventil 5 zurück. Ist jetzt bei Erreichen der Ansaugluftsäule das mindestens eine Einlaßventil 5 gerade noch nicht geschlossen, führt die Druckwelle zu einem deutlichen Nachladeeffekt.The flow diagram shown in FIG. 2 illustrates the control of the throttle valve 8 initiated by the control device 10 in order to achieve a reloading effect in the cylinder 1, which results in an increase in the engine torque. In the first method step 20 it is determined whether the piston is in the area of the top dead center OT, that is to say whether an intake process is just beginning. If this is the case, the throttle valve 8 is closed in method step 21 . As a result, a negative pressure forms in the intake pipe 3 as the suction process continues. After a certain delay time Δt, the throttle valve 8 is to be opened again. By opening the throttle valve 8 as quickly as possible, the intake air column in the intake manifold is greatly accelerated due to the negative pressure. The resulting pressure wave runs from the throttle valve towards the end of the intake manifold, is reflected there and runs back to the inlet valve 5 . If the at least one inlet valve 5 is not yet closed when the intake air column is reached, the pressure wave leads to a significant reloading effect.

Zu einem Rückschieben der angesaugten Luftmasse aus dem Zylinder heraus in das Saugrohr zurück, kommt es nicht mehr, wenn das Einlaßventil 5 unmittelbar nach Ankunft der Druckwelle im Zylinder 1 schließt. Dafür, daß die Druckwelle noch gerade vor Schließen des Einlaßventils 5 in den Zylinder eindringen kann und danach sofort das Einlaßventil 5 schließt, so daß ein Rückschieben der angesaugten Luftmasse aus dem Zylinder 1 verhindert wird, ist die Verzögerungszeit Δt zwischen dem Schließen und dem Öffnen der Drosselklappe entscheidend. Diese Verzögerungszeit Δt hängt von der Verschlußzeit des Einlaßventils 5 und auch von der Motordrehzahl ab. Das Steuergerät 10 ermittelt die Verzögerungszeit Δt im Verfahrensschritt 22 in Abhängigkeit von der Motordrehzahl und der Schließzeit des Einlaßventils 5. Im Verfahrensschritt 23 wird der Ablauf der Verzögerungszeit Δt erfaßt und, wenn diese Zeit Δt verstrichen ist, im Verfahrensschritt 24 die Drosselklappe 8 schnellstmöglich wieder geöffnet, und zwar mit einem dem Fahrerwunsch entsprechenden Öffnungsgrad.The air mass sucked back is pushed back out of the cylinder into the intake manifold when the inlet valve 5 closes immediately after the pressure wave arrives in the cylinder 1 . The fact that the pressure wave can penetrate even just before closing the intake valve 5 in the cylinder and then immediately the inlet valve 5 closes such that a pushing back of the sucked air mass is prevented from the cylinder 1, the delay time At between the closing and the opening of Throttle valve crucial. This delay time Δt depends on the shutter speed of the intake valve 5 and also on the engine speed. The control unit 10 determines the delay time Δt in method step 22 as a function of the engine speed and the closing time of the intake valve 5 . In method step 23 , the expiration of the delay time Δt is detected and, when this time Δt has passed, the throttle valve 8 is opened again as quickly as possible in method step 24 , with an opening degree corresponding to the driver's request.

Der gesamte Vorgang wird nochmals an einem in Fig. 3 dargestellten Verlauf des Liefergrades LL der Luftmenge in den Zylinder 1 verdeutlicht. Zum Zeitpunkt t1 beginnt der Ansaughub und es wird die Drosselklappe 8 geschlossen. Der Liefergrad LL steigt allmählich an. Nach der Verzögerungszeit Δt wird zum Zeitpunkt t2 die Drosselklappe wieder geöffnet. Nach einer gewissen Zeit t3, die von der Laufzeit der Druckwelle im Saugrohr 3 abhängt, steigt der Liefergrad LL deutlich an. Der Zylinder 1 wird also mit einer zusätzlichen Ansaugluftmenge nachgeladen. Sobald sich diese nachgeladene Luftmenge im Zylinder 1 befindet, schließt zum Zeitpunkt t4 das Einlaßventil 5. Somit verbleibt die gesamte in den Zylinder 1 geladene Luftmenge, und es kommt nicht zu einem Rückschieben der angesaugten Luftmenge in das Saugrohr 3. Es wird also die Saugarbeit des Kolbens gezielt zur Aufladung genutzt, ohne daß zusätzliche Hilfsmittel für die Aufladung erforderlich sind.The entire process is illustrated once again by the course of the delivery degree LL of the air quantity in the cylinder 1 shown in FIG. 3. At the time t1, the intake stroke begins and the throttle valve 8 is closed. The degree of delivery LL gradually increases. After the delay time Δt, the throttle valve is opened again at time t2. After a certain time t3, which depends on the running time of the pressure wave in the intake manifold 3 , the degree of delivery LL increases significantly. The cylinder 1 is therefore reloaded with an additional amount of intake air. As soon as this reloaded air quantity is in cylinder 1 , intake valve 5 closes at time t4. The total amount of air loaded into the cylinder 1 thus remains, and the amount of air drawn in is not pushed back into the intake manifold 3 . So the suction work of the piston is used specifically for charging, without the need for additional aids for charging.

Um den gewünschten Verlauf des Liefergrades LL der Luftmenge zu erzielen kann anstelle der Drosselklappe auch ein einstellbarer Bypass zur Drosselklappe gesteuert werden, oder.To the desired course of the degree of delivery LL of the air volume can be achieved instead of the throttle valve adjustable bypass to the throttle valve can be controlled, or.

Der beschriebene Effekt der Nachladung des Zylinders 1 kann, falls eine Sauganlage mit variabler Saugrohrgeometrie vorhanden ist, noch verstärkt und optimiert werden, dadurch daß der Verlauf und die Stärke der Druckwelle durch die Saugrohrgeometrie entsprechend beeinflußt wird.The described effect of reloading the cylinder 1 can, if a suction system with a variable intake manifold geometry is present, be further enhanced and optimized, in that the course and the strength of the pressure wave are influenced accordingly by the intake manifold geometry.

In der Fig. 4 ist der Zusammenhang zwischen dem Druck P und dem Volumen V im Zylinder 1 dargestellt. Vc bezeichnet das Kompressionsvolumen und Vh das Hubvolumen im Zylinder. Das Kompressionsvolumen Vc ist das oberhalb des Kolbens befindliche Volumen des verdichteten Gemisches, wenn der Kolben sich im oberen Totpunkt Ot befindet, und das Hubvolumen Vh ist das sich unterhalb des Kolbens befindende Volumen des Zylinders. Dargestellt ist der Druckverlauf im Zylinder während des Saug- und während des Verdichtungsvorganges. Die durchgezogene Linie stellt den Druckverlauf P bei einem Verbrennungsmotor gemäß dem Stand der Technik dar, wobei die mit A gekennzeichnete, schräg schraffierte Fläche die Saugarbeit des Kolbens und die mit B gekennzeichnete, schräg schraffierte Fläche die Verdichtungsarbeit des Kolbens wiedergibt. Wenn nun das erfindungsgemäße Verfahren angewendet wird, ergibt sich der strichpunktierte Verlauf des Druckes P. Man erkennt an dem waagerecht schraffierten Flächenzuwachs, daß sich sowohl die Saugarbeit A des Kolbens, als auch die Verdichtungsarbeit B des Kolbens merklich vergrößert, was eine Erhöhung des Motordrehmoments zur Folge hat. In der Graphik in Fig. 4 ist mit Po der Atmosphärendruck gekennzeichnet, und die Punkte Es verdeutlichen das Schließen des bzw. der Einlaßventile.In FIG. 4, the relationship between the pressure P and the volume V within the cylinder 1 is shown. Vc denotes the compression volume and Vh the stroke volume in the cylinder. The compression volume Vc is the volume of the compressed mixture above the piston when the piston is at top dead center Ot, and the stroke volume Vh is the volume of the cylinder below the piston. The pressure curve in the cylinder is shown during the suction and during the compression process. The solid line represents the pressure curve P in an internal combustion engine according to the prior art, the area marked with an oblique hatched area representing the suction work of the piston and the area labeled with oblique hatched area representing the compression work of the piston. If the method according to the invention is now used, the dash-dotted curve of the pressure P is obtained. It can be seen from the horizontally hatched area increase that both the suction work A of the piston and the compression work B of the piston increase markedly, which increases the engine torque Consequence. In the graph in Fig. 4, Po is the atmospheric pressure, and the dots Es indicate the closing of the intake valve (s).

Claims

1. A method for increasing the torque of an internal combustion engine in which the degree of delivery for the amount of air supplied to each cylinder of the internal combustion engine is increased, characterized in that at the beginning of an intake process of the respective cylinder ( 1 ), the throttle valve ( 8 ) in the intake manifold ( 3 ) is closed and that the throttle valve ( 8 ) is opened again after a delay time (.DELTA.t), the delay time (.DELTA.t) being dimensioned such that a pressure wave resulting from the closing of the throttle valve ( 8 ) in the intake manifold ( 3 ) causes one or more on Cylinder ( 1 ) reaches existing inlet valves ( 5 ) immediately before they close and causes the cylinder ( 1 ) to be reloaded.

2. The method according to claim 1, characterized in that the throttle valve ( 8 ) is opened as quickly as possible, the opening behavior corresponding to the driver's request.

3. The method according to claim 1, characterized in that a variable intake manifold geometry is controlled so that this supports the reloading process.