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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Steuerverfahren zur Regulierung
des Drehmoments in einem Verbrennungsmotor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1. Das Steuerverfahren erfüllt auf
neue Weise das Bedürfnis
eines variierenden Drehmoments, und zwar auf eine Weise, die denn Brennstoffverbrauch
und die Umweltbelastung im Hinblick auf früher bekannte Methoden verringert.
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Die
Erfindung ist auf Verbrennungsmotoren mit variierender Belastung,
z.B. Otto-, Diesel- oder Wankelmotoren, anwendbar, die zum Antrieb
von Fahrzeugen, Flugzeugen, Booten, Schiffen usw. verwendet werden.
Damit vom Vorteil der Erfindung Gebrauch gemacht werden kann, müssen die
Motoren mit steuerbaren Ventilen ausgestattet sein.
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Die
Erfindung kann nur durch die Verwendung eines Steuersystems auf
elektronischer Basis in die Praxis umgesetzt werden. Die Software
im Steuersystem bestimmt seine Funktion. Die Software, die zur Durchführung der
Erfindung verwendet wird, kann z.B. als Teil eines größeren Steuersystems
angewendet werden, das dem entsprechenden Motor auch völlig andere
Eigenschaften verleihen kann.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Während der
letzten Jahre wurde es möglich,
Verbrennungsmotoren mit einer verbesserten Wirtschaftlichkeit und
einer verringerten Umweltbelastung durch Einführung digitaler Steuersysteme
zur Optimierung bei verschiedenen Betriebszuständen zu entwickeln. Dies ist
z.B. der Fall für
die Brennstoffeinspritzung, die Zündung, variable Kompression und
steuerbare Ventile.
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Während der
Ausstattung der Fahrzeuge mit Antriebsmotoren ist es ein Problem,
dass trotz der genannten Verbesserungen während der letzten Jahre die
variierenden Betriebszustände
ergeben, dass die durchschnittliche Effizienz der Motoren gering wird,
und die Belastung der Umwelt groß wird. Ein weiteres Problem
besteht darin, dass die variierenden Betriebszustände auch
zu einer variierenden Zusammensetzung verschiedener Giftstoffe und Schadstoffemissionen
der Auspuffgase führt,
wodurch eine Filtration der Auspuffgase schwierig wird.
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Ein
Beispiel für
einen Fahrzeugmotor, der umweltfreundlich ist, ist der Hybridmotor,
der hauptsächlich
bei einer konstanten Umdrehungszahl pro Minute arbeitet, die durch
einen vorgegebenen Generator eingestellt wird. Dieser Motor arbeitet
am besten, wenn er den geforderten Vorgang mit der höchstmöglichen
Effizienz durchführt.
Wenn die Belastung konstant ist, kann auch die Verbrennung in Kombination
mit verschiedenen Techniken eingestellt werden, um den geringst
möglichen
Gehalt an Schadstoffemissionen und Giftstoffen in den Auspuffgasen
zu ergeben, wie z.B. Stickoxide und Kohlenwasserstoffe, und in bestimmten
Fällen
Rußteilchen.
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Wenn
Verbrennungsmotoren ein am variierenden Drehmomentbedarf, der das
Ergebnis verschiedener Betriebszustände ist, mit der höchst möglichen
Effizienz, vom geringsten Bedarf bis zum höchsten Bedarf, erfüllen könnten, würden wichtige Vorteile
im Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit und die Umweltbelastung erzielt
werden. Ein solcher Motor würde
den Vorteil eines Hybridmotors in den verschiedenen Betriebszuständen aufweisen,
die für
ein Fahrzeug in Frage kommen können.
Der Freikolbenmotor, der auf der Idee basiert, optimale Arbeitshübe durchzuführen, wenn
dafür eine
Notwendigkeit besteht, und nur dann, würde eine Lösung für das vorstehend genannte Problem
sein. Der Freikolbenmotor, in dem das Drehmoment des Kolbens mittels
einer Hydraulik oder Pneumatik gesteuert wird, wurde jedoch nicht
weit verbreitet angewendet, weil keine ausreichend gute Lösung zur
Steuerung des Kolbens während
des Kompressionshubs mit nachfolgender Verbrennung entwickelt wurde.
Ein stark beschleunigter Anstieg des Drucks am Ende des Kompressionshubs
und ein zugeführter
explosionsartiger Anstieg des Drucks während der Verbrennung ergibt Probleme
im Hinblick auf die Steuerung der Bewegung des Kolbens an seinem
oberen Totpunkt.
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DE 199 51 093 A beschreibt
ein Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors, in dem einige
oder alle Zylinder in einer bestimmten Anzahl von 2-Takt-Zyklen
betrieben werden und dann auf die 4-Takt-Betriebsweise umgeschaltet werden, z.B.
abhängig
von den Betriebsparametern, wie der Belastung. Die Änderung
zwischen der 2-Takt- und 4-Takt-Betriebsweise wird durchgeführt, indem
man die Ventileinstellung eines frei steuerbaren Ventilbetriebsmechanismus ändert, wobei
die Änderung
zyklisch oder regellos durchgeführt
wird. Die Veränderung
in den 2-Takt-Modus einer oder mehrerer der Zylinder ist ein Weg,
um das durch den Motor gelieferte Drehmoment zu erhöhen, z.B.
während
der Beschleunigung eines durch den Motor betriebenen Fahrzeugs.
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US-A-5 377 631 beschreibt
ein Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors, bei dem ein 4-Takt-Zyklus-Betrieb für einen
oder eine Mehrzahl von Zylindern des Motors bei bestimmten Betriebsbedingungen
in eine Sprung-Zyklus-Betriebsart umgeschaltet wird. Ein Zylinder,
der im Sprung-Zyklus arbeitet, überspringt
einen oder mehrere Zyklen, d.h., führt zwischen seinen wirksamen
Arbeitshüben
Leerlaufhübe
durch. Durch die Verwendung der Sprung-Zyklus-Betriebsart kann durch
den 4-Takt-Motor ohne Notwendigkeit einer Drosselung ein verringertes
Drehmoment geliefert werden, d.h., jeder aktivierte Zylinder arbeitet
mit voller Belastung während
jedes Verbrennungszyklus, und weder Luft noch Brennstoff werden
in den deaktivierten Zylinder angesaugt, weil die Ventile des Zylinders
während der
Sprung-Zyklus-Betriebsart geschlossen sind. Um dieses Betriebsverfahren
durchzuführen,
wird die Verwendung steuerbare hydraulisch angetriebener Ventile
vorgeschlagen.
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Durch
die vorliegende Erfindung werden in einem hohen Maß Vorteile
des Freikolbenmotors erzielt, und die vorstehend genannten Probleme
gelöst.
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AUFGABENSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Aufgabenstellung
der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines neuen Steuerverfahrens,
das die Regulierung des Drehmoments in Verbrennungsmotoren mit mechanischer
Kraftübertragung
und mit steuerbaren Ventilen betrifft, um die angegebenen Probleme
zu lösen,
und um die Vorteile zu ergeben.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
Aufgabenstellung der vorliegenden Erfindung wird mittels eines Steuerverfahrens
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 erzielt. Weitere Merkmale
werden in der nachstehenden Beschreibung und in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
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Eine
mechanische Kraftübertragung
bezieht sich darauf, dass die Energie einer Gasmenge, die nach der
Verbrennung expandiert, auf eine Kurbelwelle oder irgendeine andere
rotierende Welle übertragen
wird. Steuerbare Ventile beziehen sich auf Ventile der Verbrennungskammer
eines Motors, wobei diese Ventile dazu fähig sind, auf der Basis eines Signals
aus einem Steuersystem geöffnet
und geschlossen zu werden.
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Ein
Arbeitshub bezieht sich auf einen Hub, in dem die Energie einer
Gasmenge, die nach der Verbrennung expandiert, in mechanische Arbeit
umgewandelt wird. Die Arbeitshübe
können,
wie in derzeitigen Motoren, optimal oder normal sein.
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Ein
Leerlaufhub bezieht sich auf einen Hub, in dem kein Gasaustausch
stattfindet und keine Luftzufuhr oder Verbrennung, und in dem deshalb
keine positive Arbeit geleistet wird, was bei einem Arbeitshub der
Fall sein würde.
Dies ergibt ein Minimum an Reibung und Wärmeverlusten. Während eines
Leerlaufhubs wird durch den Motor keine Luft oder Luft und verbleibender
Brennstoff gesaugt. Ein Leerlaufhub erfordert, dass mindestens die
Einlassventile steuerbare sind, um geschlossen gehalten zu werden,
um zu verhindern, dass Luft eingeführt wird, bevor sie geöffnet werden;
die Erfindung besitzt jedoch den größten Vorteil, wenn auch die
Auslassventile steuerbar sind.
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Die
Arbeitshubfrequenz kann zwischen 0 und 100% der relevanten Umdrehungszahl
pro Minute des Motors variieren. Die Frequenz kann ausgewählt werden,
indem man festlegt, dass ein Arbeitshub jede n-Umdrehung durchgeführt werden soll, und die verbleibenden
Hübe Leerlaufhübe sind,
oder z.B., indem man festlegt, dass die Arbeitshübe gemäß einer Serie auftreten, in
der ein Leerlaufhub jede n-Umdrehung eingeführt ist. Während des Fahrzeugbetriebs
ist der Fahrer, der, mittels Gas geben, den Bedarf nach einem gewünschten
Drehmoment anzeigt. Die Gasanwendung wird durch einen Sensor registriert,
der veranlasst, dass das Steuersystem die Frequenz, mit der die
Arbeitshübe
durchgeführt
werden, auswählt.
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Ein
optimaler Arbeitshub bezieht sich darauf, dass die Arbeit, die während des
Arbeitshubs geleistet wird, im Hinblick auf die relevanten wirtschaftlichen
und Umwelt- und weiteren praktischen Bedingungen im Hinblick auf
die Treibstoffmenge, die für diese
Arbeit verbraucht wird, so groß wie
möglich
ist. Indem man dem Bedarf an Drehmoment zu jedem Zeitpunkt mittels
einer Frequenz optimaler Arbeitshübe entspricht, wird die bestmögliche Betriebswirtschaftlichkeit
erreicht.
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Beim
4-Takt-Betriebszyklus ergibt der optimale Arbeitshub die Möglichkeit,
die Einlassventile im Vergleich dazu, wie es bei derzeitigen Motoren üblich ist,
früh zu
schließen,
und die Auslassventile im Verhältnis
zu dem, was üblich
ist, spät öffnen zu
können.
Die Zyklen gemäß Miller
bzw. Atkinson sind dadurch natürlich
vorhanden. Mittels Motorversuchen ist es möglich, zu testen, welche Einstellungen
der beitragenden Parameter und der Steuerwerte bei jeder Umdrehungszahl
pro Minute des Motors vorhanden sein sollten. Alternativ kann das
Steuersystem adaptiv, d.h., selbstbelehrend, sein.
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Ein
optimaler Arbeitshub während
eines 2-Takt-Betriebs unterscheidet sich von einem optimalen Arbeitshub
während
eines 4-Takt-Betriebs darin, dass der Zylinderdruck, der vorhanden
ist, wenn die Auslassventile offen sind, vom Vorteil Gebrauch macht,
einen Gasaustausch durchzuführen.
Rasch öffnende
Auslassventile ergeben einen Impuls von ausfließenden Abgasen, der im Zylinder
einen Unterdruck, einen absoluten Druck von weniger als 1 Atmosphäre, erzeugt.
Die Auslassventile sind geschlossen, und die Einlassventile werden
in einem solchen Zeitverhältnis
vom Schließen
der Auslassventile geöffnet,
dass der Unterdruck vorteilhaft auf optimale Weise genutzt werden
kann, um die genaue Luftmenge vor dem nachfolgenden Kompressionshub
und nachfolgenden Arbeitshub bereitzustellen. Optimale Arbeitshübe können auch
durchgeführt werden
durch Verwendung von Auslassöffnungen, die
in Verbindung mit dem unteren Totpunkt des Kolbens freigegeben werden.
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Während des
2-Takt-Betriebs kann eine Spülpumpe
verwendet werden, um vollständig
oder teilweise und dann in Kombination mit einem Unterdruck im Zylinder
den Gasaustausch durchzuführen. Die
Verwendung einer Saugpumpe ergibt jedoch eine geringere Effizienz
als die, die mit dem vorstehend genannten optimalen Arbeitshub erhalten
wird.
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Bei
bestimmten Betriebsbedingungen kann es notwendig sein, auf die Verwendung
optimaler Arbeitshübe
zu verzichten, z.B., wenn eine maximale Wirkung benötigt wird,
oder wenn zwingende Bedürfnisse
bestehen.
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Ein
Motor und sein Steuersystem können
bei einer bestimmten Drehgeschwindigkeit des Motors für mehr als
eine optimale Arbeitshubfrequenz konstruiert werden, indem man die
Verwendung von zwei oder mehreren Brennstoffarten ermöglicht,
die aufgrund ihrer Eigenschaften zur Existenz einer Mehrzahl von
optimalen Arbeitshubfrequenzen führen. Brennstoffe,
wie Benzin oder Ethanol, sind ein Beispiel für eine solche Kombination.
Bei jeder Drehgeschwindigkeit ist ein optimaler Arbeitshub für Benzin und
ein anderer optimaler Arbeitshub für Ethanol vorhanden.
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Erfindungsgemäß werden
die Systeme zur Zufuhr von Luft und Brennstoff auf eine solche Weise eingestellt,
dass bei jedem Arbeitshub, ab einer bestimmten Umdrehungszahl pro
Minute des Motors, die gleichen Mengen an Luft und Brennstoff und
die gleiche Mischung von Luft und Brennstoff, wie in den anderen
Arbeitshüben
innerhalb der relevanten Umdrehungszahl pro Minute des Motors gezündet werden.
Außerdem
ist irgendein mögliches
EGR für
verschiedene Arbeitshübe
das gleiche. Weil die Voraussetzungen für die Verbrennung wiederholt
werden und immer die gleichen sind, resultiert, dass jeder Arbeitshub
bei einer bestimmten Drehgeschwindigkeit die gleiche Arbeitsmenge
entwickeln wird wie die anderen, und dass die Zusammensetzung der
chemischen Verbindungen der Auspuffgase die gleiche bleibt, wodurch
sich die Möglichkeiten
des Filters von Abgas verbessern.
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In üblichen
4-Takt-Verbrennungsmotoren findet die Verbrennung während der
Arbeit des Motors jede zweite Umdrehung statt, und in 2-Takt-Motoren jede
Umdrehung. Die Systeme für
den Gasaustausch dieser Motoren sind ungeeignet, weil das Ergebnis
davon ist, dass Luft und der verbleibende Brennstoff, z.B. nicht
verbrannte Kohlenwasserstoffe, durch den Motor gesaugt werden, was
eine Gegenarbeit erfordert und eine Belastung für die Umwelt darstellt. Um
die Erfindung mit den Vorteilen, die erzielt werden können, zu
verwenden, müssen
Ventile oder Öffnungen
für den
Gasaustausch sich schließen
können,
wenn ein oder mehrere Arbeitshübe
nicht durchgeführt
werden, stattdessen aber ein oder mehrere Leerlaufhübe durchzuführen sind,
was eine oft auftretende Situation bei partiellen Belastungen ist.
Die Erfindung erfordert deshalb steuerbare Ventile, zumindest steuerbare
Einlassventile.
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Mit
steuerbaren Ventilen, bei denen der Zeitpunkt des Öffnens und
Schließens
der Ventile durch ein digitales Steuersystem gesteuert wird, mit
Sensoren für
u.a. Kolbenpositionen und die Anzahl von Umdrehungen pro Minute,
und mit Elektronik und Software, die dazu gehört, kann ein Gasaustausch und Arbeitshübe nur durchgeführt werden,
wenn sie erforderlich sind. In der verbleibenden Zeit werden die Ventile,
zumindest die Einlassventile, geschlossen gehalten. Dies bedeutet,
dass für
jedes gewünschte Drehmoment
innerhalb des Bereichs des Betriebsverhaltens des Motors bei optimalen
Arbeitshüben die
Frequenz der optimalen Arbeitshübe,
die den relevanten Bedarf des Drehmoments erfüllt, ausgewählt werden kann.
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Das
Steuerverfahren ergibt, dass ein digitales Steuersystem einen bestimmten
und momentanen Bedarf an Drehmoment erkennt. Wenn dieser Bedarf
innerhalb des Bereichs liegt, der durch Bereitstellung von optimalen
Arbeitshüben
bereitgestellt werden kann, wird durch das Steuersystem eine bestimmte
Frequenz, nämlich
die, von der angenommen wird, dass sie den erforderlichen Bedarf
erfüllt, ausgewählt. Bei
einer bestimmten Zahl von Umdrehungen pro Minute ergeben die Arbeitshübe im allgemeinen
zu jeder Zeit, zu der sie durchgeführt werden, die gleiche Menge
an Arbeit. Deshalb ist es die Frequenz der Arbeitshübe, die
für die
Größe des Drehmoments
entscheidend ist.
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Mittels
steuerbarer Ventile kann die Zufuhr von Luft und Brennstoff und
die Entfernung von Abgasen, der Gasaustausch, sofort vor und nach
den Arbeitshüben
stattfinden. Um es zu ermöglichen, eine
Frequenz auszuwählen,
die einen Arbeitshub ergibt, der bei jeder Umdrehung durchgeführt wird, muss
auch, wie bei eifern 2-Takt-Motor, bei jeder Umdrehung ein Gasaustausch
stattfinden. Gasaustausch kann auch in heutigen 4-Takt-Motoren stattfinden,
d.h., es wird ein Ansaughub eingeführt, der dazu führt, dass
der Arbeitshub nur jede zweite Umdrehung durchgeführt werden
kann. Die Erfindung ergibt deshalb, dass ein Bedarf für ein bestimmtes
Drehmoment durch die Auswahl der Frequenz von 2-Takt-Zyklen oder
4-Takt-Zyklen oder einer Frequenz, in der ein oder mehrere 2-Takt-Zyklen
mit einem oder mehreren 4-Takt-Zyklen gemischt sind, befriedigt
werden kann. Die Erfindung ergibt, dass verschiedene Frequenzen
von Arbeitshüben
für verschiedene
Motorzylinder ausgewählt
werden können.
Wenn die Einlassventile, aber nicht die Auslassventile, steuerbar sind,
ist es nur möglich,
4-Takt-Zyklen durchzuführen.
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Das
Steuersystem wird vorgesehen, um als Reaktion auf eine Drehmomentanfrage,
die die Erhöhung
oder die Erniedrigung des Drehmoments betrifft, von einem Fahrer,
z.B. über
das Gaspedal, auf übliche
Weise oder auf irgendeine andere Weise, die Beziehung zwischen der
Zahl der Arbeitshübe
zur Zahl der Leerlaufhübe
des Motors auf der Basis des erforderlichen Drehmoments zu steuern.
Die Steuerung wird nicht durchgeführt, indem man individuelle Zylinder
des Motors außer
Funktion setzt, sondern durch eine Veränderung des Verhältnisses
zwischen der Zahl von Arbeitshüben
und der Zahl von Leerlaufhüben
jedes Zylinders, und durch verschiedene Verhältnisse für verschiedene Zylinder. Das
Steuersystem stellt dies bereit durch Öffnen und Schließen der Einlassventile
und Auslassventile zur Verbrennungskammer der entsprechenden Zylinder,
oder durch Öffnen
und Schließen
von mindestens der Einlassventile, falls die Auslassventile nicht
steuerbar sind. Das Öffnen
und Schließen
von mindestens der Einlassventile und in relevanten Fällen auch
der Auslassventile wird somit auf der Basis des durch den Fahrer
angeforderten Drehmoments durchgeführt. Die Aktivierung findet
mittels Steuersignalen von einer Steuereinheit des Kontrollsystems
statt. Zumindest die Einlassventile, aber in den relevanten Fällen auch
die Auslassventile, sind z.B. pneumatisch, hydraulisch, elektromagnetisch
oder auf irgendeine andere Weise aktivierbare Ventile. Als steuerbare
Ventile werden auf solche Weise aktivierbare Ventile bezeichnet.
Wenn die Auslassventile nicht steuerbar sind, werden die Arbeitshübe immer
in 4-Takt-Zyklen stattfinden. Wenn jedoch sowohl die Einlass- als auch
die Auslassventile steuerbare Ventile sind, kann das Steuersystem
so angeordnet sein, um bei gegebenen Bedingungen zwischen 4-Takt-Zyklen
und 2-Takt-Zyklen für
die Zylinder des Motors zu wechseln. Ein Zylinder kann z.B. im 2-Takt-Zyklus
arbeiten, und ein anderer im 4-Takt-Zyklus. Ein maximales Drehmoment
wird erhalten, wenn jeder Zylinder bei jeder Umdrehung im 2-Takt-Zyklus
arbeitet, d.h., wenn keine Leerlaufhübe vorhanden sind. Theoretisch
sind die 2-Takt-Zyklen die wirtschaftlichsten, und wenn dies auch
in der Realität
der Fall sein würde,
wird der Ansaughub des 4-Takt-Zyklus nur beim Start benötigt. Das
Steuersystem kann so angeordnet sein, um zu kalkulieren, ob, und
unter welchen Bedingungen, 2-Takt-Zyklen oder 4-Takt-Zyklen die wirtschaftlichsten
sind, und danach das auszuwählen,
was mit einer bestimmten Frequenz durchgeführt werden soll. Das Steuerverfahren
umfasst deshalb das Steuern der Betriebszyklen des Motors so, um
im 2-Takt-Betrieb
oder, wenn mehr als ein Zylinder vorhanden sind, und/oder im 4-Takt-Betrieb
auf der Basis dieser gegebenen Bedingungen zu arbeiten. Ein Steuersystem
umfasst eine Steuereinheit, die ein Computerprogramm aufweist, das
für diesen
Zweck angepasst ist, und auf einem Datenträger bereitgestellt wird. Die
Steuereinheit ist operativ mit einer Schaltung für eine pneumatische, hydraulische,
elektromagnetische oder eine andere Art der Aktivierung von mindestens
der Einlassventile, aber in bestimmten Fällen auch der Auslassventile,
verbunden. Die Steuereinheit kann z.B. so ausgestaltet sein, um
Magnetventile durch elektrische Signale zu steuern, wobei die Magnetventile
in den Schaltkreisen für
die Aktivierung der Einlassventile des Motors oder der Einlass-
und Auslassventile des Motors angeordnet sind. Die Steuereinheit
ist operativ mit den Elementen für
die Anforderungen des Drehmoments verbunden, z.B. einem Gaspedal, über das
ein Fahrer eine Anordnung gibt, die den gewünschten Anstieg oder Abfall
des Drehmoments des Motors betrifft. Das Steuersystem für ein Frequenz-moduliertes
Drehmoment kann in einem größeren Steuersystem,
das dem in Frage stehenden Motor auch völlig verschiedene Eigenschaften
verleihen kann, ein Untersystem ausbilden, z.B. eine wirtschaftliche
Betriebsart.
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Es
ergeben sich große
Vorteile für
Otto-Motoren, bei denen die Gaszuführung zur Zeit mittels einer
Drosselklappe reguliert wird. Durch eine Drosselklappenregulierung
ist das Kompressionsverhältnis bei
irgendeinem anderen Anlass nicht so optimal wie bei einer hohen
Gaszufuhr. Die Drosselklappenregulierung ergibt Drosselverluste.
Die Regulierung mittels steuerbarer Einlassventile ergibt ebenfalls
Drosselverluste, aber sie sind beträchtlich kleiner als eine Drosselklappenregulierung.
Die Anwendung der vorliegenden Erfindung führt zu einem nicht Vorhandensein
von Drosselverlusten, die durch eine Drosselklappe verursacht werden,
und die Drosselverluste werden bei Verwendung steuerbarer Einlassventile
minimiert. Dieselmotoren haben keine Drosselklappenregulierung,
und deshalb sind die Vorteile der Erfindung in diesem Fall geringer,
aber es ist bekannt, dass die Verwertung des Brennstoffs durch ein frühes Schließen der
Einlassventile verbessert werden kann. Die Bildung relativ hoher
Gehalte an Stickoxid und Ruß sind
allgemein bekannte Probleme beim Dieselmotorantrieb. Die vorliegende
Erfindung ergibt auch eine Möglichkeit,
das Drehmoment von Dieselmotoren, insbesondere bei Leerlaufbetrieb
und geringen Belastungen, durch Wiederholen einer Betriebseinstellung,
die eine hohe Effizienz ergibt, während gleichzeitig die Bildung
von Ruß und
Stickoxiden minimiert wird, zu variieren, was von einem beträchtlichen
Vorteil ist. Die Vorteile der Erfindung in Verbindung mit Dieselmotorbetrieb
werden stärker ersichtlich,
wenn das Turboaggregat mit variabler Geometrie versehen ist, einem
sogenannten VGT. Homogene Verbrennungskompressionszündung (Homogenous
Combustion Compression Ignition), HCCI genannt, ist ein Verbrennungszyklus
mit hoher Effizienz und anderen umweltfreundlichen Vorteilen, aber
mit geringer Wirkungsdichte. Das Problem von HCCI ergibt sich, wenn
variierende Anforderungen des Drehmoments zu erfüllen sind. Es wurde noch kein
Steuerverfahren vorgeschlagen, in dem diese Vorteile bei variierender
Belastung aufrechterhalten werden können. Die Erfindung ergibt
jedoch ein Steuerverfahren für
eine Variierung der Belastung und Aufrechterhaltung der Vorteile
von HCCI. Die Vorteile der Erfindung werden jedoch größer sein,
wenn der HCCI-Motor
mit einer Abgasrückführung, sogenanntem
EGR, ausgestattet ist, die eine wesentlich höhere Wirkungsdichte ermöglicht.
Die vorliegende Erfindung ist deshalb für den Verbrennungszyklus von HCCI
von großem
Wert.
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Wenn
die Erfindung auf ein Fahrzeug mit einem traditionellen Antriebssystem
angewendet wird, könnte
festgestellt werden, dass die Vorwärtsbewegung des Fahrzeugs bei
niedriger Geschwindigkeit etwas irregulär ist. Um dies zu vermeiden,
kann das Steuersystem z.B. so angeordnet sein, dass, wenn die Geschwindigkeit
oder die Zahl der Umdrehungen pro Minute unter einen bestimmten
Wert abfällt,
es den Motor steuert, um von optimalen Arbeitshüben zu semi-optimalen Arbeitshüben zu wechseln,
um die Frequenz der Arbeitshübe
zu erhöhen
oder aufrechtzuerhalten. Dies ist jedoch kein Problem, wenn das Getriebe
oder die Übertragung
in Leerlaufstellung ist. Ein System mit hydraulischer Antriebsart
würde auch ein
nicht Vorhandensein dieses Problems ergeben. In einem solchen Antriebssystem
kann ein Motor, an dem die Erfindung angewendet wird, hydraulisches Öl zu einem
Energiespeicher pumpen, wodurch ein unregelmäßiger Betrieb bei Drehgeschwindigkeiten nichts
ausmacht. Das Fahrzeug wird unter einer gleichmäßigen Entnahme aus dem Energiespeicher angetrieben.
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Je
geringer der Ausnutzungsgrad ist, desto mehr Brennstoffeinsparung
und andere umweltfreundliche Vorteile werden mit einem Frequenz-modulierten
Drehmoment erhalten. Ein Motor und sein Steuersystem können so
ausgestaltet sein, um den gesamten Betriebsbereich des Motors mit
verschiedenen Frequenzen von optimalen und semi-optimalen Arbeitshüben als
einziges Steuerverfahren abzudecken. Dies würde dem Motor eine sehr gute
Brennstoffeinsparung innerhalb des gesamten Betriebsbereichs verleihen.
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Ohne
vom Rahmen der Erfindung abzuweichen, kann nur Luft oder Brennstoff
und Luft während einer
oder mehreren Umdrehungen in den Zylinder abgegeben und darin enthalten
sein, um z.B. das Mischen und/oder die Carburierung des Brennstoffs
zu verbessern. Der Rahmen der Erfindung wird durch die Auswahl von
Arbeitshüben,
die nicht optimal sind, oder durch Auswählen einer Frequenz, die nicht
die beste ist, nicht verlassen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine beispielhafte schematische Darstellung, die einen Zylinder
mit einem Kolben 1 zeigt. Der Kolben bewegt sich während eines
Ansaughubs in einem 4-Takt-Zyklus, und Luft fließt zusammen mit Brennstoff
durch das offene Einlassventil 2. Das Einlassventil 2 und
das geschlossene Auslassventil 3 sind als steuerbare Ventile
ausgestaltet. Zur Aktivierung der Ventile wird einen Schaltkreis 4 verwendet.
Eine Steuereinheit 5 ist operativ mit dem Schaltkreis 4 zur
Signalsteuerung des Schaltkreises und der mit dem Schaltkreis verbundenen
Ventile verbunden. Ein Element 6, z.B. ein Gaspedal, ist
operativ mit der Steuer einheit 5 für eine Drehmomentanforderung
verbunden. Ein Sensor 7 an einem an die Motorwelle 8 montierten
mit Skala versehenen Kreisbogen, der operativ mit der Steuereinheit 5 verbunden
ist, liefert wiederholt Information an die Steuereinheit über die
Zahl der Umdrehungen pro Minute und die Stellung des Kolbens im
Zylinder 1. Die Steuereinheit 5 bestimmt, wann
die steuerbaren Ventile öffnen
oder schließen
sollen, und dadurch die Frequenz.