DE3524024A1 - Verfahren zum betreiben einer brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraft­ maschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Brennkraftmaschine ist beispielsweise aus der DE-OS 30 24 109 bekannt. Das oder die Gaswechselventile der Brennkraft­ maschine werden in ihrer Schließstellung gehalten, indem ein Elek­ tromagnet erregt ist und eine Ankerplatte anzieht. In Öffnungs­ richtung des Ventiles drückt ein Federsystem, so daß beim Abschal­ ten der Elektromagnete das Federsystem wirksam wird und das Ventil öffnet. Bei eingeschaltetem Elektromagneten jedoch ist die Kraft der Elektromagneten groß genug, um die Ankerplatte trotz Beauf­ schlagung durch das Federsystem in Schließstellung des Ventils zu halten.

Dementsprechend ist es notwendig, elektrische Energie aufzuwen­ den, um das Ventil in seiner Schließstellung zu halten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mit einem gattungs­ gemäßen Gaswechselventil ausgerüstete Brennkraftmaschine derart zu betreiben, daß der energetische Aufwand geringer ist.

Die Aufgabe wird gelöst durch den Hauptanspruch.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, sich die Tatsache zunutze zu ma­ chen, daß während des Verbrennungsvorgangs im Zylinderinnern der Brennkraftmaschine ein hoher Innendruck entsteht, der auch auf den Ventilteller wirkt. Dadurch wird das Ventil mit einer Kraft beaufschlagt, die es zusätzlich in seinen Ventilsitz und somit in Schließrichtung drückt.

Während des Anliegens dieser Kraft kann somit die durch den Magne­ ten aufzuwendende Haltekraft verringert werden, da der Magnet jetzt nur noch die Federkraft abzüglich der durch den Zylinderinnendruck auf den Ventilteller wirkenden Kraft kompensieren muß.

Da während des Verbrennungsvorganges der Zylinderinnendruck nicht konstant ist, wird in einer bevorzugten Ausführungsform der Strom­ fluß durch den Elektromagneten gesteuert, wobei der Grad des Strom­ flusses abhängig ist vom Zylinderinnendruck.

Der Zylinderinnendruck ist als direkte Meßgröße nur schwer abgreif­ bar, jedoch stehen Erfahrungswerte zur Verfügung, die über den zeit­ lichen Ablauf des Zylinderinnendrucks Aussagen treffen. Es bietet sich somit an, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform den Strom­ fluß durch den Elektromagneten zeitabhängig zu steuern, wobei die Größe des Stromflusses sich ergibt durch den empirisch ermittel­ ten Verlauf des Innendrucks im Zylinder während eines Verbrennungs­ vorganges oder Verdichtungsvorganges.

Wenn der Zylinderinnendruck die durch die Feder wirkende Kraft, mit der das Ventil in seine Öffnungsstellung gedrückt werden soll, überschreitet, kann der Strom durch den Magneten sogar vollstän­ dig abgeschaltet werden.

Als Größe, um den Zeitverlauf des Stromflusses durch den Elektro­ magneten zu synchronisieren, bietet sich der Zündzeitpunkt an, da mit dem Zündzeitpunkt durch die Zündung des im Zylinderinneren befindlichen Gemisches der Innendruck stark ansteigt. Der Zündzeit­ punkt definiert somit den Ausgangszeitpunkt für die zeitliche Ab­ folge des Zylinderinnendrucks.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figur erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Aufbaus zur Ver­ wirklichung der Erfindung; und

Fig. 2 ein Arbeitsdiagramm für einen Hubkolbenmotor im Viertakt-Prinzip zur Erläuterung der Erfindung.

Wie eingangs erwähnt, kann das erfindungsgemäße Verfahren bei ei­ ner Brennkraftmaschine verwendet werden, wie sie in der DE-OS 30 24 109 offenbart ist. Wesentlich für die Ventilanordnung ist fol­ gendes: Ein Zylinderkopf 10 schließt den Zylinderinnenraum 12 nach oben ab, in dem in bekannter Weise die Verbrennungsvorgänge, wie sie in einer Brennkraftmaschine stattfinden, ablaufen. Zum Öffnen des Einlasses und/oder des Auslasses ist ein Ventil 14 vorgesehen, das in Fig. 1 in der geöffneten Stellung, also abgehoben vom Ven­ tilsitz dargestellt ist. Das Ventil 14 trägt an seinem Ventilschaft 16 eine Ankerplatte 18, die zwischen den Polflächen von einem Mag­ neten 20 und einem Magneten 22 in Axialrichtung des Ventilschaftes 16 hin- und heroszillieren kann. Ist die Ankerplatte 18 von dem Magneten 20 angezogen, ist das Ventil geöffnet, ist hingegen die Ankerplatte 18 von dem Magneten 22 angezogen, ist das Ventil 14 geschlossen. Das Ventil 14 wird jedoch von der einen Anlage an der Polfläche des Magneten zur Anlage an die Polfläche des anderen Magneten nicht durch magnetische Anziehungskraft bewegt, sondern es ist ein Federsystem 24, 25, 26, 27 vorgesehen, wobei die Federn 24 und 25 die Ankerplatte 18 aus der Anlagestellung an die Polflä­ che des Magneten 22 wegdrücken, während die Federn 26 und 27 die Ankerplatte 18 aus der Anlagestellung an die Polflächen des Mag­ neten 20 wegdrücken. Der Null-Punkt dieses Federsystems liegt der­ art, daß bei nicht erregten Magneten 20 und 22 die Ankerplatte 18 sich etwa mittig zwischen den Polflächen der Magnete 20 und 22 befindet.

In der in Fig. 1 dargestellten Stellung ist also der Magnet 20 erregt, um die Ankerplatte 18 in Anlage an der Polfläche des Magne­ ten 20 zu halten, obwohl die Ankerplatte 18 mit der Kraft der Feder 26 und 27 beaufschlagt wird, die die Ankerplatte 18 von der Pol­ fläche wegzudrücken beabsichtigen. Wird nun der Strom durch den Magneten 20 abgeschaltet, erhält die Ankerplatte 18 eine Beschleu­ nigung durch die Federn 26 und 27, die nach Anlage an die Federn 24 und 25 abgebremst wird, jedoch so weit reicht, daß die Anker­ platte 18 zumindest fast bis zur Anlage an die Polfläche des Mag­ neten 22 gelangt. Ist nun der Magnet 22 zu diesem Zeitpunkt erregt, wird die Ankerplatte 18 von den Polflächen des Magneten 22 gehal­ ten, das Ventil 14 schließt sich.

Um das Ventil in seiner Schließstellung zu halten, ist es notwen­ dig, ständig einen Strom durch den Elektromagneten 22 fließen zu lassen.

Die Größe des Stromes muß so bemessen werden, daß die Kraft der Federn 24 und 25 kompensiert wird.

Erfindungsgemäß ist erkannt worden, daß während eines Teils des Arbeitsablaufes in einer Viertaktbrennkraftmaschine, ggf. auch in einer mit Ventilen arbeitenden Zweitakt-Brennkraftmaschine, durch die während des Verbrennungsablaufes entstehenden hohen Zy­ linderinnendrücke eine zusätzliche Kraft auf den Ventilteller 14 ausgeübt wird, die das Ventil 14 in seinen Sitz preßt. Diese Kraft ist gleichsinnig mit der durch den Elektromagneten 22 auszuübenden Anziehungskraft auf die Ankerplatte 18, so daß die durch den Elek­ tromagneten 22 aufzuwendende Kraft um diesen Betrag, der durch den Zylinderinnendruck geliefert wird, abgesenkt werden kann.

In Fig. 2 ist das Arbeitsdiagramm einer Viertakt-Brennkraftmaschi­ ne dargestellt, in bekannter Weise wird im Takt I ein zündfähiges Gemisch angesaugt, im Takt II, der zwischen 180° und 360° Kurbel­ wellenwinkel, also zwischen dem unteren Totpunkt und dem oberen Totpunkt liegt, wird das Gemisch verdichtet, um kurz vor Erreichen des oberen Totpunktes gezündet zu werden. Damit steigt nach Er­ reichen des oberen Totpunktes der Innendruck im Zylinder während des Arbeitstaktes III stark an, es wird auf den Kolbenboden ein erheblicher Druck ausgeübt, der die Brennkraftmaschine antreibt. Der Innendruck erreicht bei üblichen Otto-Viertakt-Motoren bis zu 40 bar, er kann bei Dieselbrennkraftmaschinen noch deutlich darüber, etwa auf dem dreifachen Wert, liegen.

Im Arbeitstakt IV wird das verbrannte Gemisch ausgestoßen.

Insbesondere während des Abschnittes III, dem Arbeitstakt, ent­ stehen im Zylinder sehr hohe Drücke, die das Ventil 14 in seinen Sitz pressen. Während dieses Zeitraumes, also insbesondere zwischen den Winkelstellungen 380° Kurbelwellenwinkel und 480° Kurbelwellen­ winkel im Laufe des 720° Kurbelwellenwinkel langen Arbeitsspieles kann der Stromfluß durch den Magneten 22 zurückgenommen werden, ohne daß die Gefahr besteht, daß die Federn 24 und 25 das Ventil 14 in die Öffnungsstellung drücken.

Geschickterweise wird man dabei den Stromfluß nicht abhängig von dem absoluten Wert des Kurbelwellenwinkels steuern, sondern die Steuerung mit dem Zündzeitpunkt zu synchronisieren trachten. Die Reduzierung des Haltestroms durch die Spule des Elektromagneten 22 kann zu einen bestimmten Zeitpunkt nach dem Zündzeitpunkt, am besten ausgedrückt in Grad Kurbelwellenwinkel, da dieses Maß dreh­ zahlunabhängig ist, einsetzen und, je nach Motoreigenschaften, dann etwa 100° Kurbelwellenwinkel lang eingehalten werden. Dabei ist es möglich, während dieser 100° Kurbelwellenwinkel den zeit­ lichen Verlauf des Stromes zu steuern, oder nur auf einen niedri­ geren Wert abzusenken.

Claims (5)

1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Gaswechselventil, das in seiner Schließstellung durch einen durch Stromfluß erregten Magenten gehalten wird, da­ durch gekennzeichnet, daß der Stromfluß durch den Elektromagneten (22) verringert wird, wenn der Zy­ linderinnendruck eine vorgebbaren Wert übersteigt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Stromfluß in Abhängigkeit vom Zy­ linderinnendruck gesteuert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Stromfluß einen vorgebbaren zeit­ lichen Verlauf während des Verbrennungsvorganges im Zylinder (12) aufweist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromfluß abgeschaltet wird, wenn die durch den Zylinderinnendruck auf das Ventil (14) wirkende Kraft die Gegenkraft übersteigt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromflußsteuerung syn­ chronisiert wird mit dem Zündzeitpunkt.