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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System und ein Verfahren
zur Steuerung der Gemischaufbereitung in einer Brennkraftmaschine
und insbesondere auf ein System und ein Verfahren, das die Vorwärmung des
Luft-Kraftstoff-Gemisches in einer Brennkraftmaschine vor dem Eintritt
in den Brennraum des Motors steuert, indem elektromechanische oder
elektrohydraulische Ventilstellantriebe verwendet werden, um einen
höheren
Wirkungsgrad und geringere Abgasemissionen zu erzielen.
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Ventilsteuersysteme,
-Anordnungen und Einheiten werden in Verbrennungsmotoren eingesetzt, um
die Steuerzeiten beim Öffnen
und Schließen
der Einlaß-
und/oder Auslaßventile
des Motors zu verändern.
Bisherige Ventilsteuersysteme beinhalten im typischen Fall eine
oder mehrere Nockenwelle(n) und Nockensteuereinheiten, welche die
Drehung einer oder mehrerer Nockenwelle(n) selektiv der Drehung der
Kurbelwelle gegenüber
ins Frühe
und/oder ins Späte
verstellt, so daß die
Betätigung
der Einlaß-
und Auslaßventile
auf diese Weise gesteuert wird.
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Diese
bisherigen Systeme und Ventilsteuerprofile, wie sie in diesen Systemen
eingesetzt werden, haben mehrere Nachteile. Insbesondere sind diese
bisherigen nockengesteuerten Systeme aufgrund ihrer naturgebundenen
physikalischen Einschränkungen
nicht in der Lage, die Ventilüberschneidung
(d.h. diejenigen Situationen, in welchen sowohl die Einlaß- als auch
die Auslaßventile
geöffnet
sind) dynamisch zu verstellen bzw. zu steuern. Um bei hohen Drehzahlen
eine maximale Leistungsabgabe zu erzielen, ist jedoch ein relativ
hoher Ventilüberschneidungsgrad
erforderlich. Bei niedrigen Drehzahlen dagegen (z.B. unter Leerlaufbedingungen),
bringt ein hoher Ventilüberschneidungsgrad
in unerwünschter
Weise hohe Emissionen und einen sehr schlechten Kraftstoffnutzungsgrad
mit sich. Zusätzlich
verschlimmern niedrige Luft-Kraftstoff-Gemisch-Geschwindigkeiten
in den Ansaugöffnungen bei
niedrigen Motordrehzahlen dieses Problem noch. Beim Kaltstart und
im Leerlauf, bevor der Motor "warm
gelaufen" ist, sammelt
sich in der Regel flüssiger
Kraftstoff in Form einer Pfütze
in der Einlaßöffnung und
kann beim Öffnen
des Einlaßventils
möglicherweise
als Rinnsal in den Brennraum fließen. Dies ergibt eine unerwünschte Verschlechterung
des Schmieröls,
Kraftstoffverschwendung und erhöhte Kohlenwasserstoffemissionen.
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Wegen
der Unfähigkeit
dieser bisherigen Systeme, die Steuerzeiten der Ventile in den verschiedenen
Fahrzeugbetriebsarten effizient und dynamisch zu verstellen, sind
die Ventilsteuerzeitprofile, die in diesen bisherigen Systemen eingesetzt
werden, typischerweise ein Kompromiß zwischen Leistungsabgabe
bei hohen Motordrehzahlen und gutem Leerlauf bei niedrigen Drehzahlen.
Der Kompromiß ist
in der Regel so ausgelegt, daß die
Abgabe von Leistung, ein hoher Wirkungsgrad und niedrige Abgasemissionen
bei höheren
Motordrehzahlen bevorzugt werden. Relativ hohe Abgasemissionen,
geringe Kraftstoffersparnis und schlechter Wirkungsgrad des Motors
bei Leerlaufdrehzahlen bleiben jedoch als ein unerwünschter
Nachteil bestehen.
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Es
sind Anstrengungen unternommen worden, den Wirkungsgrad von Fahrzeug motoren
zu erhöhen
und Emissionen zu senken, indem man die Nockenwellen wegfallen läßt und die
Einlaß-
und Auslaßventile
statt dessen durch den Einsatz selektiv steuerbarer elektromechanischer
oder elektrohydraulischer Stellantriebe betätigt. Diese Arten von Systemen
schalten viele der mit den physikalischen Besonderheiten von nockengesteuerten
Systemen verbundenen Problemen aus und bieten eine erhöhte Flexibilität der Ventilsteuerzeiten.
Diese bisherigen nockenlosen Systeme werden jedoch im typischen Fall
in Verbindung mit herkömmlichen
Ventilsteuerzeiten von nockengetriebenen Anlagen zum Einsatz gebracht,
und daher haben auch sie viele der weiter oben dargelegten Nachteile.
So wird zum Beispiel, ohne hierauf beschränkt zu sein, die Ventilsteuerung, wie
sie in diesen Systemen eingesetzt wird, typischerweise im Herstellungsprozeß kalibriert
bzw. programmiert und ist nicht während des Betriebes des Fahrzeuges
dynamisch steuerbar. Demzufolge stellt auch hier wieder die zeitliche
Steuerung der Ventile einen Kompromiß zwischen Leistungsabgabe bei
hohen Motordrehzahlen und gutem Leerlauf bei niedrigen Motordrehzahlen
dar, ganz ähnlich
wie bei den bisherigen nockengetriebenen Systemen. Daher liefern
auch diese Systeme noch keinen maximalen Kraftstoffnutzungsgrad
und niedrige Abgasemissionen bei Leerlaufdrehzahlen. Zusätzlich besteht,
weil diese Steuerzeiten normalerweise bei der Herstellung "eingestellt" bzw. "fixiert" werden, keine Möglichkeit
einer selektiven und dynamischen Änderung derselben zwecks Steuerung
des Motors derart, daß ein maximaler
Kraftstoffnutzungsgrad sowohl bei hohen Motordrehzahlen als auch
im Leerlaufbetrieb des Fahrzeuges erzielt wird. Hinzu kommt, daß noch immer
die Gefahr von Kraftstoffkondensation des Luft-Kraftstoff-Gemisches,
von noch flüssigem,
in den Brennraum einfließendem
Kraftstoff, und von niedrigen Chargen-Strömungsgeschwindigkeiten im Leerlauf
besteht.
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Die
US 6,092,496 beschreibt
ein Ventilbetätigungssteuersystem
in einer nockenlosen Brennkraftmaschine, in welchem Motortemperatur-
und Kurbelwellenstellungsgeber-Signale
von einer Steuerung eingesetzt werden, um ein Einlaßventil
während
des Auspufftaktes impulsweise zu öffnen, so daß Abgas die
Einlaßöffnung vorwärmen kann.
Auch die US-6,055,948 beschreibt einen Motor, wo die Öffnung des
Einlaßventils
zeitlich so gesteuert wird, daß ein
Luftstoß erzeugt
wird, der Kraftstoff zerstäubt, und
wo die Steuerzeit später
gestellt werden kann, um z.B. Magerbetrieb des Motors zu erlauben.
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Es
besteht daher ein Bedarf an einem neuen und verbesserten Ventilbetätigungssystem
für den Einsatz
in einer nockenlosen Brennkraftmaschine, das die mit Langsamlauf-Betrieb von Verbrennungsmotoren
verbundenen Nachteile überwindet.
Die Erfindung der Anmelderin nimmt sich dieser Nachteile an und
liefert ein System und ein Verfahren zur dynamischen Steuerung der
Ventilsteuerereignisse des nockenlosen Verbrennungsmotors, womit
die Auswirkungen von langsamlaufendem Leerlaufbetrieb auf den Motorwirkungsgrad,
die Kraftersparnis und die Abgasemissionen ausgeglichen werden.
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Ein
Ziel der Erfindung ist es, ein System und ein Verfahren zur Steuerung
und Aufbereitung des kombinieren Luft-Kraftstoff-Gemisches in einer Brennkraftmaschine
zu stellen, mit welchen wenigstens einige der zuvor dargelegten
Nachteile der bisherigen Systeme, Vorrichtungen und/oder Verfahren überwunden
werden.
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Einem
ersten Aspekt der Erfindung zufolge wird ein nockenloser Verbrennungsmotor
der Art mit wenigstens einem Zylinder gestellt, mit einem Kolben,
welcher eine Drehung zulassend mit einer Kurbelwelle verbunden ist,
mit einem Einlaßventil,
das im Betrieb in einem Einlaßkanal
plaziert ist, welcher eine Kraftstoffmenge enthält, sowie mit einem Auslaßventil,
das im Betrieb in einem Auslaßkanal
plaziert ist, folgendes umfassend: wenigstens einen Stellantrieb, der
derart wirkt, daß er
das Einlaßventil
und das Auslaßventil
selektiv betätigt;
einen ersten Motorsensor, der wirksam ist, eine Temperatur des Motors
zu messen und ein die Temperatur darstellendes erstes Signal zu
erzeugen; einen zweiten Motorsensor, der wirksam ist, eine Winkelposition
der Kurbelwelle zu überwachen
und ein die Winkelposition darstellendes zweites Signal zu erzeugen;
einen dritten Motorsensor, der wirksam ist, eine Drehzahl des Motors
zu überwachen
und ein die Drehzahl darstellendes drittes Signal zu erzeugen; eine
Steuerung, welche kommunikativ mit dem wenigstens einen Stellantrieb
und dem ersten, zweiten und dritten Motorsensor gekoppelt ist, wobei
die Steuerung derart wirksam ist, daß sie das erste, zweite und
dritte Signal empfängt
und bewirkt, daß der
besagte mindestens eine Stellantrieb das Einlaßventil auf der Basis des empfangenen ersten,
zweiten und dritten Signals selektiv impulsartig öffnet. Dieser
Motor ist dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung derart wirksam
ist, daß,
wenn sie bestimmt, daß der
Motor über
einer vorgegebenen Betriebstemperatur und unter einer vorgegebenen Leerlaufdrehzahl
liegt, die Steuerung selektiv bewirkt, daß besagter mindestens ein Stellantrieb
das Öffnen
des Einlassventils während
eines Ansaughubes ins Späte
verzögert,
wobei die späte Öffnung bewirkt,
daß in
dem Zylinder ein höherer
als der normale Unterdruck erzeugt wird, so daß dadurch die Zerstäubung der
Kraftstoffmenge innerhalb des Zylinders verstärkt wird.
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Einem
zweiten Aspekt der Erfindung zufolge wird ein Verfahren zur Steuerung
der Ventilbetätigung
in einem nockenlosen Verbrennungsmotor der Art mit wenigstens einem
Zylinder gestellt, mit einem Kolben, welcher eine Drehung erlaubend
mit der Kurbelwelle verbunden ist, und mit einem Einlaßventil, das
im Betrieb in einem Einlaßkanal
plaziert ist, welcher eine Kraftstoffmenge enthält, und mit einem Auslaßventil,
das im Betrieb in einem Auslaßkanal plaziert
ist, wobei das Verfahren folgende Schritte umfaßt: Überwachen von Positionen des
Einlaßventils
und des Auslaßventils; Überwachen
einer Temperatur des Motors; Überwachen
einer Drehzahl des Motors; Überwachen
einer Winkelposition der Kurbelwelle; Bestimmen, ob der Motor über einer
vorgegebenen Betriebstemperatur liegt; und Bestimmen, ob der Motor
unter einer vorgegebenen Leerlaufdrehzahl liegt. Das Verfahren ist
dadurch gekennzeichnet, daß,
wenn bestimmt wird, daß der
Motor über
der vorgegebenen Betriebstemperatur und unter der vorgegebenen Leerlaufdrehzahl
liegt, die Betätigung des
Einlaßventils
verzögert
wird, wenn sich der Kolben in einem Ansaugtakt befindet, so daß ein erhöhter Unterdruckzustand
innerhalb des Zylinders erzeugt und dadurch die Zerstäubung der
Kraftstoffmenge verstärkt
wird.
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Weitere
Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der
nachfolgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung und mit Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen.
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Die
Erfindung soll nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Zeichnungen beispielartig näher
erläutert
werden, dabei zeigt:
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1:
ein schematisches Diagramm eines Systems zur zeitlichen Steuerung
der Ventilsteuerereignisse in einer Brennkraftmaschine, welches
die vorliegende Erfindung verkörpert;
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2:
eine vereinfachte, quergeschnittene schematische Darstellung eines
Zylinders einer Brennkraftmaschine mit elektromechanischen Ventilstellantrieben,
welche ein impulsartiges Einlaßventilereignis
während
des Auslaßtaktes
veranschaulicht;
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3:
eine vereinfachte, quergeschnittene schematische Darstellung eines
Zylinders einer Brennkraftmaschine mit elektromechanischen Ventilstellantrieben,
welche eine verzögerte Öffnung des Einlaßventils
veranschaulicht;
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4:
eine vereinfachte, quergeschnittene schematische Darstellung eines
Zylinders einer Brennkraftmaschine mit elektromechanischen Ventilstellantrieben,
welche ein impulsartiges Einlaßventilereignis
während
des Verdichtungstaktes veranschaulicht; und
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5:
ein Flußdiagramm,
welches die methodologischen Schritte eines Verfahrens zur Steuerung
impulsartiger Einlaßventilereignisse
veranschaulicht.
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Es
sei nun Bezug genommen auf 1, wo ein
Blockdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform eines Systems 70 dargestellt
ist, welches im Einklang mit den Lehren der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung gestaltet ist und für den Einsatz in Verbindung
mit einer Brennkraftmaschine der Bauart geeignet ist, welche mehrere
im wesentlichen identische Zylinder 10 aufweist. Jeder
Zylinder 10 hat einen Zylinderkopf 20, welcher
ein Einlaßventil 12 enthält, welches
ein Luft-Kraftstoff-Gemisch 15 selektiv
von einer Einlaßöffnung bzw.
einem Einlaßkanal 16 aus
in den Zylinder 10 einläßt, und
ein Auslaßventil 14,
welches Abgase 17 selektiv über eine Auslaßöffnung bzw.
einen Auslaßkanal 18 aus
dem Zylinder 10 austreten läßt. Das System 70 beinhaltet
des weiteren einen herkömmlichen
Kolben 24, der gleitend innerhalb des Zylinders 10 angeordnet
ist. Zwar ist in 1 nur ein einzelner Zylinder 10 dargestellt, es
ist jedoch selbstverständlich,
daß der
Motor in der bevorzugten Ausführungsform
mehrere Zylinder 10 beinhaltet, die je einen Teil eines
kombinierten bzw. durchgehenden Zylinderkopfes 20 benutzen
können.
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Das
System 70 beinhaltet eine Steuereinheit oder Steuerung
("Controller") 50, zwei
Stellantriebe oder Aktuatoren 22, welche jeweils elektrisch
und kommunizierend mit der Steuerung 50 gekoppelt sind,
und Sensoren 40, die ebenfalls kommunizierend mit der Steuerung 50 gekoppelt
sind. Wie weiter unten noch weiter im einzelnen und umfassend besprochen
werden soll, empfängt
die Steuerung 50 von den Sensoren 40 erzeugte
Signale und verarbeitet und verwendet die so empfangenen Signale
zur Bestimmung, welche Ventile zu betätigen sind, wann diese Ventile
zu betätigen
sind, und die Dauer, wie lange die jeweiligen Ventile offen gehalten
werden sollen.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
ist die Steuerung 50 eine herkömmliche Steuerung mit einem
oder mehreren Mikroprozessor(en) und Unterprozessoren, die in Zusammenwirkung
die nachstehend beschriebenen Prozesse ausführen. In einer alternativen
Ausführungsform
stellt die Steuerung 50 einen Teil einer herkömmlichen
Motorsteuerungseinheit (engine control unit – "ECU")
dar. In einer anderen alternativen Ausführungsform ist die Steuerung extern
mit der Motorsteuerungseinheit gekoppelt.
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Die
Sensoren 40 beinhalten herkömmliche und im Handel erhältliche
Sensoren zur Erfassung von Fahrzeugbetriebsbedingungen und können einen
oder mehrere herkömmliche
Motortemperatursensor(en), Motordrehzahlsensor(en), Kurbelwellen-Winkelpositionssensor(en)
und andere "Fehler"-Erfassungssensoren
beinhalten, welche Fehlerzustände
oder Abnormalitäten
im Betrieb des Motors erfassen. Die Sensoren 40 wirken
derart, daß sie
Motor-Betriebsbedingungsattribute messen und jeweils Signale erzeugen
und an die Steuerung 50 (und/oder an eine Motorsteuerungseinheit)
abgeben, welche jeweils das gemessene Motorbetriebsattribut darstellen.
Zum Beispiel, und ohne Beschränkung
darauf, können
die Sensoren 40 derart wirken, daß sie die Motortemperatur abtasten
bzw. erfassen und ein Signal an die Steuerung 50 abgeben.
Ausgehend von dem Wert des empfangenen Datums bestimmt die Steuerung 50 dann,
ob der Motor seine Betriebstemperatur erreicht hat. Die Sensoren 40 wirken
außerdem
derart, daß sie
die Motordrehzahl abtasten bzw. erfassen und ein entsprechendes
Signal an die Steuerung 50 abgeben. Ausgehend von dem Wert
dieses empfangenen Datums bestimmt die Steuerung 50, ob
der Motor mit oder über
seiner vorgegebenen Leerlaufdrehzahl läuft. Zusätzlich wirken die Sensoren 40 so,
daß sie
die Winkelposition der Kurbelwelle 26 abtasten bzw. erfassen
und ein entsprechendes Signal an die Steuerung 50 abgeben,
welches die gemessene bzw. abgetastete Winkelposition darstellt.
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Die
Stellantriebe oder Aktuatoren 22 sind elektromechanische
oder elektrohydraulische Vorrichtungen, die in der Lage sind, Signale
von der Steuerung 50 zu empfangen und die Ventile 12, 14 in Reaktion
auf die so empfangenen Signale zu betätigen. Es sei dabei angemerkt,
daß in
einem mehrzylindrigen Motor jeweils ein Stellantrieb 22 für jedes der
Ventile 12, 14 eingesetzt wird, und daß jeder
der Stellantriebe 22 unabhängig an der Steuerung 50 angeschlossen
ist. Auf diese Weise kann jedes der Ventile 12, 14 selektiv
und unabhängig
durch die Steuerung 50 angesteuert werden.
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Im
Betrieb bringt das Steuersystem 70 eine interne, vorprogrammierte
Steuermethode bzw. -Verfahren 80 zur Anwendung, welche(s)
in 5 dargestellt ist, um so zu bewirken, daß das eingeleitete
Gemisch 15 aus Kraftstoff und Luft vorgewärmt wird, und
das Gemisch im Einlaßkanal 16 aufbereitet
wird, bevor es in den Brennraum eingelassen wird. In der bevorzugten
Ausführungsform
wird das Steuerverfahren 80 über die Steuerung 50 zum
Einsatz gebracht, um die verschiedenen, in den 2 bis 4 dargelegten
physischen Schritte zu steuern. Die Steuermethode bzw. das Steuerverfahren 80 gleicht Kaltstart-
und Motorleerlaufbedingungen aus, wie sie von den Sensoren 40 in
herkömmlicher
Weise abgetastet bzw. erfaßt
worden sind. Unter diesen Bedingungen betätigt das Steuersystem 70 die
Ventile 12, 14 betriebsmäßig und selektiv so, daß ein homogeneres
Luft-Kraftstoff-Gemisch erzeugt und die Luft-Kraftstoff-Verbrennungsgeschwindigkeit
erhöht wird.
Dadurch wird verhindert, daß unverdunsteter flüssiger Kraftstoff
in den Brennraum eintritt, und gewährleistet einen vollständigeren
Verbrennungsprozeß.
Das Ergebnis ist dann eine Verbesserung der Kohlenwasserstoffemissionswerte
des Motors und ein niedrigerer Geräusch- und Vibrationswert (noise and
vibration harshness – "NVH" – d.h. ein ruhigerer Motorleerlauf).
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Es
sei nun Bezug genommen auf Schritt 81 in 5,
wo das Steuerverfahren 80 beginnt, wenn der Motor gestartet
wird. In Schritt 83 sammelt die Steuereinheit 50 Daten
von den Motorsensoren 40 zur Bestimmung, ob der Motor auf
einer vorgegebenen normalen Betriebstemperatur liegt. Wird von der Motorsteuereinheit 50 ermittelt,
daß sich
der Motor unter der Betriebstemperatur befindet (z.B. unter Kaltstartbedingungen),
dann geht die Steuerung weiter zu Schritt 91. Wenn der
Motor seinen Arbeitstakt beendet, öffnet die Motorsteuereinheit 50 das
Auslaßventil 14 durch
Bestromen des jeweiligen elektromechanischen Stellantriebes 22.
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Mit
der Beendigung des Arbeitshubes befindet sich der Kolben 24 an
oder in der Nähe
des unteren Totpunktes (UT) seines Hubes. Der Kolben setzt seine
Bewegung fort und wandert weiter über UT hinaus auf seinem Weg
zurück
nach oben, in Richtung des oberen Totpunktes (OT), und beginnt damit
den Auspufftakt.
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Mit
Bezug auf 2 nun ist der Kolben eine Drehung
erlaubend mit der Kurbelwelle 26 gekoppelt, die einen Drehwinkel
von etwa 30 Grad durchläuft, dargestellt
als θ.
An diesem Punkt betätigt
die Ventilsteuereinheit 50 kurzzeitig bzw. öffnet impulsartig
das Einlaßventil 12,
indem sie den entsprechenden elektromechanischen Stellantrieb 22 bestromt,
wie in Schritt 91 dargestellt ist.
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In
Schritt 91, und wie am besten aus 2 ersichtlich
ist, wird durch die impulsartige Öffnung des Einlaßventils 12 zu
diesem Zeitpunkt im Auspufftakt ein kleiner Anteil heißer Verbrennungsgase 60 in den
Einlaßkanal 16 eingelassen.
Diese Einleitung von heißen
Verbrennungsgasen hat zur Folge, daß zwei bestimmte, beim Kaltstart
bei herkömmlichen Systemen
auftretende Probleme behoben werden.
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Erstens
kondensiert der zerstäubte
flüssige Kraftstoff
im Luftstrom teilweise an den relativ kalten metallenen Oberflächen der
Einlaßkanalwandung 21 und
sammelt sich als flüssiger
Kraftstoff an den kalten Kanalwänden 21.
Zweitens ist wegen der niedrigen Temperatur der einströmenden Luft
selbst eine vollständige
Zerstäubung
und Vermischung des Kraftstoffes im Luftstrom weniger effizient
und zeigt weniger Wirkung. Daraus ergibt sich ein inhomogenes Luft-Kraftstoff-Gemisch
mit noch flüssigem
Kraftstoff, der in den Brennraum 30 gesaugt wird.
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Thermodynamisch
gesehen muß der
Kraftstoff vollständig
mit dem Luftstrom vermischt und fein zerstäubt werden, um eine wirksame
Verbrennung zu erzielen und die potentielle chemische Energie des Kraftstoffes
effizient in kinetische mechanische Energie umzuwandeln, die dann
in Form von Druck auf den Kolben wirkt. Flüssiger Kraftstoff, der in den Brennraum
eintritt und nicht zum richtigen Zeitpunkt verbrennt, verringert
den Wirkungsgrad des Verbrennungsprozesses und erhöht die über den
Auslaßkanal 18 ausgestoßenen Emissionen.
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Die
Einspritzung von heißem
Verbrennungsgas in den Einlaßkanal 16 in
Schritt 91 behebt diese Fehler durch eine Vorwärmung des
Luft-Kraftstoff-Gemisches 15 und Aufheizung der Wandung 21 des
Einlaßkanals 16.
Die heißen
Verbrennungsgase dienen zunächst
zur Aufwärmung
des bereits im Einlaßkanal 16 existierenden
Luft-Kraftstoff-Gemisches und
bewirken gleichzeitig auch die Verdampfung von flüssigem Kraftstoff,
der an den relativ kalten Wänden 21 des
Einlaßkanals 16 aus
dem Luft-Kraftstoff-Gemisch 15 herauskondensiert
hat. Des weiteren dient der kleine Stoß heißer Verbrennungsgase im Einlaßkanal 16,
der aus der impulsweisen Öffnung
des Einlaßventils 12 resultiert,
dazu, die relativ kalten Metallflächen der Wandung des Einlaßkanals 21 aufzuwärmen. Dies
verhindert zusätzliche
oder weitergehende Kondensation von flüssigem Kraftstoff an den Kanalwänden 21,
bis sich der Motor selbst bis auf seine normale Betriebstemperatur
erwärmt
hat.
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In
Schritt 93 des Verfahrens 80 schließt die Steuereinheit 50 das
Auslaßventil 14 kurz
bevor der Kolben 24 OT erreicht. Der Kolben 24 setzt
seine Bewegung über
OT hinaus fort und beginnt mit der Abwärtsbewegung in Richtung auf
UT, so daß er
einen negativen Druck bzw. Unterdruck im Brennraum 30 erzeugt.
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Noch
einmal Bezug auf 3 nehmend bewirkt das Steuerungsverfahren 80 in
Schritt 93, daß die
Steuereinheit 50 die Öffnung
des Einlaßventils 12 "verzögert". Diese verzögerte Öffnung des
Einlaßventils 12 liegt
außerhalb
dessen, was man als normale Steuerzeiten für das Öffnen des Einlaßventils 12 unter
Standard-Betriebsbedingungen
des Motors ansehen würde
(d.h. bei warmem Motor). Bei vollständig warmem Motor zum Beispiel
würde eine
normale Einlaßventilöffnung bei
oder kurz vor OT erfolgen.
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Die
Verzögerung
der Öffnung
des Einlaßventils 12 wird
aufrecht erhalten, bis sich der Kolben 24 UT nähert, wie
durch die Kurbelwellenwinkelmessung δ in 3 angedeutet
ist. Die Steuereinheit 50 berechnet die Steuerzeiten für die Öffnung des
Einlaßventils
so, daß noch
genügend
Drehwinkel vor UT verbleibt, um die Kraftstoff zerstäubung und
die Vermischung einer passend berechneten Menge Luft-Kraftstoff-Gemisches für eine gegebene
Motorlast und -Betriebsbedingung zu maximieren. Die Verzögerung in
der Öffnung
des Einlaßventils 12 erzeugt einen
höheren
als den normalen Unterdruck im Brennraum 30 und erzielt
damit eine Verstärkung
der Kraftstoffzerstäubung
und -Vermischung. Außerdem verstärkt die
verzögerte Öffnung des
Einlaßventils die
Strömungsbewegung
im Zylinder 10, wodurch die Verbrennung verbessert wird.
Die vollständigere
Verbrennung trägt
dazu bei, den typisch niedrigen Wirkungsgrad der Verbrennung in
einer Brennkraftmaschine bei Kaltstart und im Leerlauf zu überwinden.
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Der
Motor durchläuft
weiter seinen Viertaktzyklus, und in Schritt 95 in 5,
wenn sich der Kolben dem UT nähert,
schließt
die Steuerung 50 das Einlaßventil 12. Der Kolben 24 bewegt
sich weiter über
UT hinaus und nach oben, auf OT zu, so daß eine Verdichtung erzeugt
wird. In Schritt 95 bewirkt das Steuerverfahren 80,
daß die
Steuereinheit 50 das Einlaßventil 12 während des
Verdichtungshubes impulsartig öffnet,
wie 4 zeigt. Dieser abschließende Impuls des hier verkörperten
Steuerverfahrens 80 wärmt
die Einlaßkanalwände 21 und
das darin wartende Luft-Kraftstoff-Gemisch 15 noch
weiter auf, wie weiter oben beschrieben wurde. Danach kehrt das
Steuerverfahren 80 zu Schritt 83 zurück und löst eine
neue Abfrage der Motorsensoren 40 durch die Steuerung 50 aus,
um zu bestimmen, ob der Motor seine normale Betriebstemperatur erreicht hat.
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Wenn
die Motorsensoren 40 der Steuereinheit 50 mitteilen,
daß die
Motortemperatur auf dem vorgegebenen Betriebswert liegt, geht das
Steuerverfahren weiter zu Schritt 100, wo die Steuereinheit 50 die
Motorsensoren 40 abfragt, um zu bestimmen, ob der Motor
im Leerlauf läuft.
Ermittelt die Steuereinheit 50, daß der Motor nicht im Leerlauf
läuft (d.h., daß der Motor über den
Leerlaufdrehzahlen arbeitet), geht die Steuerung weiter zu Schritt 102 und
bringt ein herkömmliches
bzw. Standard-Ventilsteuerprofil zur
Anwendung, solange bis der Motor wieder auf Leerlaufdrehzahl zurückkehrt,
und die Steuerung 50 weiter zu Schritt 104 geht.
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In
Schritt 104 legt die Steuereinheit 50 ein alternatives
Ventilöffnungsverfahren
an. Insbesondere bringt die Steuerung 50 hier die in Schritt 93 dargelegte
Strategie der verzögerten Öffnung des
Einlaßventils
in Verbindung mit der folgenden Strategie zur "Reduzierung der Ventilüberschneidung" zum Einsatz. Es
sei angemerkt, daß zu
bestimmten Zeitpunkten im Betrieb eines Viertakt-Verbrennungsmotors sowohl
das Einlaß-
als auch das Auslaßventil
für einen
kurzen Zeitraum wenigstens teilweise geöffnet sind. Dies wird im allgemeinen
mit "Ventilüberschneidung" bezeichnet. Ventilüberschneidung
wird zwar zur Verringerung des NVH-Wertes verwendet, aber es ergibt
sich ein unerwünschtes
Phänomen,
wenn der Motor mit Leerlaufdrehzahl läuft. Durch Ventilüberschneidung
kann es dazu kommen, daß sich
Abgase mit der schon relativ kleinen Menge an Luft-Kraftstoff-Gemisch,
wie sie unter Leerlaufbedingungen verwendet wird, vermischen und
diese weiter verdünnen.
Diese Verdünnung
senkt die Explosionskraft des Luft-Kraftstoff-Gemisches, so daß der Motorwirkungsgrad
sinkt. In Schritt 104 des Verfahrens 80 bestromt
die Steuereinheit 50 die Stellantriebe 22, so
daß im
Betrieb der Grad bzw. die Dauer der Ventilüberschneidung gesenkt wird,
wenn der Motor mit Leerlaufdrehzahl läuft, so daß weniger Verdünnung des
Luft-Kraftstoff-Gemisches eintritt.
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Unter "kalten" Betriebsbedingungen
(d.h. wenn die Betriebstemperatur des Motors noch relativ kalt ist),
bringt die Steuerung 50 drei Impuls-Steuerstrategien der
Ventile zum Einsatz, wie sie in den Schritten 91, 93 und 95 verkörpert sind.
Wenn sich der Motor bis auf seine normale Betriebstemperatur erwärmt und
im Leerlauf läuft,
bringt die Steuerung 50 nur die Strategie der Öffnungsverzögerung des Einlaßventils
nach Schritt 93 zum Einsatz, zusammen mit der vorstehenden
Strategie zur Senkung der Ventilüberschneidung.
Wenn dann der Motor warm ist und über der Leerlaufdrehzahl arbeitet,
wird ein herkömmliches
bzw. Standard-Ventilsteuerprofil angewendet, wie in Schritt 102 in 5 dargestellt
ist. Auf diese Weise liefert das vorliegende System 70 einen
höheren
Motorbetriebswirkungsgrad und geringere Abgasemissionen beim Betrieb
mit niedrigen Drehzahlen und kaltem Motor.