DE69430804T2 - Auspuffventilzeitkontrolle die auf maschinenverlangsamung und abschalten reagiert - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf die Steuerung des Betriebes von Brennkraftmaschinen, insbesondere auf Zweitakt-Brennkraftmaschinen oder Verbrennungsmaschinen mit einem Auslassventil, das wenigstens einer der Auslassöffnungen der Verbrennungskammern der Maschine zugeordnet ist.
• Es ist bekannt, ein Ventil der Auslassöffnung jedes Zylinders einer Zweitakt-Maschine zur Veränderung der Zeitsteuerung des Beginns des Auslasses von Verbrennungsgasen aus den Maschinenzylindern zuzuordnen. Ein solches Auslassventil kann betätigt werden, um den Maschinenbetrieb über den normalen Bereich von Geschwindigkeiten und Belastungen zu verbessern. Beispielsweise kann bei einigen Anwendungen das Auslassventil betätigt werden, um den Beginn des Öffnens der Auslassöffnung bei geringen bis mittleren Maschinenbelastungen und Maschinendrehzahlen zu verzögern und dadurch die Stabilität des Maschinenbetriebs zu verbessern, und bei höheren Belastungen und Drehzahlen kann der Beginn des Öffnens der Auslassöffnung vorgezogen werden, um früher im Ausdehnungshub zu öffnen, was zu einer höheren Drehmomentabgabe der Maschine führt, wenn sie mit einem geeignet abgestimmten Auslasssystem gekoppelt ist. Wenn das Auslassventil nur zu diesen Zwecken verwendet wird, wird es gewöhnlich als ein "Leistungsventil" bezeichnet, und solche Leistungsventile sind bisher allgemein in Zweitaktmaschinen verwendet worden, wie sie in Motorräder eingebaut werden.
• In letzter Zeit ist im US-Patent Nr. 4920932 der Anmelderin vorgeschlagen worden, ein Auslassventil für die Auslassöffnung jedes Zylinders einer mehrzylindrigen Zweitaktmaschine vorzusehen und unter Verwendung einer elektronischen Steuereinheit (ECU) die Beziehung des Auslassventils zur Auslassöffnung zum Zweck der Steuerung des Verbrennungsprozesses in den jeweiligen Zylindern der Maschine zu verändern und dadurch zur Kontrolle von Verunreinigungen in dem von der Maschine abgegebenen Abgas beizutragen. In diesem Vorschlag wird das Auslassventil jedes Zylinders der Maschine mit einem gemeinsamen Steuermechanismus unter der Steuerung einer ECU gekoppelt, die so programmiert ist, dass sie aus den herrschenden Maschinenbetriebsbedingungen die geeignete Stelle für die Auslassventile bezüglich der Auslassöffnungen bestimmt. Diese Fähigkeit zur Steuerung der Anordnung des Auslassventils schafft das Feld für weitere Verbesserungen des Betriebes von Zweitaktmaschinen und für die Steuerung eines Rangproblems, das sich unter bestimmten Betriebsbedingungen ergibt.
• Ferner ist aus JP-A-1244125 ein Verfahren zur Verbesserung der Art des Abgases bekannt, wobei, wenn eine Maschine sich in einem Teillastzustand befindet, die Phase der Öffnungs- und Schließbewegung eines Ansaugventils und eines Auslassventils weiter als ein Leerlaufzustand in einen Zustand vorgezogen wird, um eine relative Phasenbeziehung zwischen den zwei Ventilen aufrecht zu erhalten. Ferner beschreibt JP-A-1277628 ein Verfahren zur Verhinderung der extremen Verringerung des wirksamen Kompressionsverhältnisses bei niedriger Belastung und durch Verringerung des Restabgases durch Verzögerung der Ventilzeitsteuerung eines Auslassventils bei hoher Belastung sowie Vorziehen der Ventilzeitsteuerung bei niedriger Belastung in einer mit einem Kompressor ausgestatteten Maschine.
• Es wurde auch im Hinblick auf den Betrieb von Zweitaktmaschinen bemerkt, dass bei Betrieb der Maschine mit niedriger Brennstoffrate, wie während oder nahe dem Leerlaufbetrieb bei niedriger Belastung, die Temperatur der Verbrennungsgase in den Maschinenzylindern verhältnismäßig niedrig ist. Daher trifft man gewöhnlich die Ausbildung von Kohlenstoff an den freiliegenden Oberflächen in der Verbrennungskammer einschließlich den Oberflächen der in den Zylinderauslassöffnungen angeordneten Auslassventile an. Auch kann die niedrige Temperatur der Abgase unter solchen Umständen zu einer Verringerung der Temperatur eines katalytischen Wandlers führen, der im Abgassystem vorgesehen sein kann, unter diejenige, die zur Aufrechterhaltung des Katalysatorbetriebs notwendig ist, wobei diese Temperatur gewöhnlich als "Abreiss"-Temperatur ("light-off" temperature) bezeichnet wird.
• Es ist daher das Ziel der Erfindung, ein Verfahren für die Verwendung des an der Auslassöffnung einer Brennkraftmaschine vorgesehenen Auslassventils zur Verbesserung des Betriebs der Maschine und/oder der Steuerungsbeeinträchtigung der Maschinenleistung zu schaffen.
• Die Erfindung schafft ein Verfahren zum Betreiben einer Zweitakt-Verbrennungsmaschine mit zumindest einer Verbrennungskammer mit einer Auslassöffnung und einem zusammenwirkenden Auslassventil und Mitteln, die betätigbar sind, um den Zeitpunkt des Beginns der Öffnung der Auslassöffnung innerhalb vorgegebener Grenzen zu verändern, gekennzeichnet durch den Schritt des Vorwärtseinstellens des Zeitpunkts des Öffnens der Auslassöffnung zu dem frühesten Zeitpunkt innerhalb der Grenzen in Abhängigkeit von dem Betrieb der Maschine bei Leerlauf- oder Niedriglastbedingungen, wobei die Vorwärtseinstellung des Zeitpunktes des Öffnens der Auslassöffnung um ein vorbestimmtes Zeitintervall gegenüber der anfänglichen Einstellung der Leerlauf- oder Niedriglastbedingungen verzögert wird (siehe JP-A-1277628).
• Ferner schafft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Zweitakt-Verbrennungsmaschine mit zumindest einer Verbrennungskammer mit einer Auslassöffnung und einem zusammenwirkenden Auslassventil und Mitteln, die betätigbar sind, um den Zeitpunkt des Beginns der Öffnung der Auslassöffnung innerhalb vorgegebener Grenzen zu verändern, gekennzeichnet durch den Schritt des Vorwärtseinstellens des Zeitpunktes des Öffnens der Auslassöffnung zu dem frühesten Zeitpunkt innerhalb der Grenzen in Abhängigkeit von dem Betrieb der Maschine bei Leerlauf- oder Niedriglastbedingungen, wobei das Auslassventil und die Auslassöffnung so ausgebildet sind, dass die Strömungsfläche durch die Auslassöffnung in Abhängigkeit von der Vorwärtseinstellung des Zeitpunktes des Öffnens der Auslassöffnung zunimmt (siehe EP-A-246093).
• Wie dem Fachmann bekannt ist, beeinflusst eine Steuerung des Öffnungszeitpunktes der Auslassöffnung direkt die Durchlassfläche durch diese Auslassöffnung. Daher führt die Vorwärtseinstellung des Öffnungszeitpunktes der Auslassöffnung auf den frühesten zur Verfügung stehenden Zeitpunkt zur Erzeugung einer maximalen Durchlassfläche durch die voll geöffnete Auslassöffnung.
• Zweckmäßigerweise wird in Abhängigkeit davon, dass die Maschinendrehzahl auf Leerlauf, nahezu Leerlaufdrehzahl oder auf Niederlastbetrieb abfällt, ein Steuermechanismus betätigt, um das Auslassventil an eine Stelle zu verschieben, an der der Öffnungszeit des Auslassventils vorgezogen ist, und daher ist die Durchlassfläche durch die Auslassöffnung im Wesentlichen die maximale, die innerhalb des Ausmaßes der Verschiebung des Auslassventils erreichbar ist. Alternativ kann Vorsorge getroffen werden, dass das Auslassventil so angeordnet wird, dass, wenn die Maschine bei oder nahe der Leerlaufdrehzahl oder Niederlast arbeitet, eine Verschiebung desselben ermöglicht wird, die über die Stelle hinausgeht, welche die maximale Voreinstellung des Öffnungszeitpunktes der Auslassöffnung ergibt.
• Die Positionierung des Auslassventils derart, dass eine maximale Voreinstellung des Öffnungszeitpunktes der Auslassöffnung und daher eine maximale Durchlassfläche durch die Auslassöffnung erreicht wird, führt zu einem Zurückhalten des Verbrennungsgases in der Verbrennungskammer über eine minimale Zeitspanne nach dem Auslösen der Verbrennung sowie zu einer allgemein höheren Temperatur am Beginn des Auslasses, als es normalerweise der Fall wäre. Dementsprechend wird die Wahrscheinlichkeit des Entstehens von Kohlenstoff auf den Oberflächen der Verbrennungskammer und des Auslassventils wesentlich verringert infolge der höheren Temperatur des Verbrennungsgases, die ausreicht, zu Niederschlägen neigende Materialien zu verbrennen, und infolge der kürzeren Zeitspanne, während der die Verbrennungskammer und das Auslassventil solchen Materialien ausgesetzt sind.
• Wenn ferner das Auslassventil sich in der Lage befindet, eine maximale Vorwärtseinstellung für den Öffnungszeitpunkt der Auslassöffnung und daher einen maximalen Strömungsweg durch die Auslassöffnung zu erzeugen, wird eine minimale Fläche der Oberflächen der Auslassventile den Verbrennungsgasen ausgesetzt, wodurch das Risiko einer Kohlenstoffausbildung auf dem Auslassventil verringert wird, die zu fehlerhaftem Betrieb, wie Festsetzen desselben, führen könnte. Da sich ferner das Abgas auf einer höheren Temperatur befindet, wenn es aus der Verbrennungskammer freigegeben wird, und zwar infolge einer effektiven Verkürzung des Expansionshubes des Zylinderzyklus, besteht eine verringerte Wahrscheinlichkeit, dass irgendein katalytischer Wandler im Abgassystem auf eine Temperatur unterhalb der notwendigen Abreisstemperatur desselben abfällt.
• Es wird bemerkt, dass, wenn sich das Auslassventil in der Lage befindet, dass es die maximale Vorwärtseinstellung für den Öffnungszeitpunkt und daher den maximalen Strömungsweg erzeugt, was zur Verkürzung des effektiven Expansionshubes und zu einer höheren Temperatur des Abgases während des Auslasses führt, der Wärmewirkungsgrad der Maschine verringert wird und daher ein gewisser Anstieg der Brennstoffrate erforderlich sein kann, um eine Stabilität des Maschinenbetriebs aufrecht zu erhalten. Es besteht jedoch ein entsprechender Vorteil darin, dass mehr Brennstoff auch dazu führt, dass mehr Wärme dem Abgassystem zur Verfügung steht, um den katalytischen Wandler oberhalb der Abreisstemperatur zu halten. Ferner ist es ein Kennzeichen von Zweitaktmaschinen mit Schichtladung, dass der Gehalt an Kohlenwasserstoffen in den Abgasemissionen, wenn sich die Maschine im Leerlauf oder im Niederlastbetrieb befindet, durch ein begrenztes Anheben der Kraftstoffrate verringert werden kann.
• Im Licht dieser Überlegungen kann bevorzugt werden, nur das Auslassventil zu verschieben, um die maximale Vorwärtseinstellung des Öffnungszeitpunktes und dadurch die maximale Durchlassöffnung hervorzurufen, nachdem die Maschine über eine vorbestimmte Zeitspanne im Leerlaufzustand oder bei Niederlast betrieben worden ist. So könnte beispielsweise der Steuermechanismus so programmiert werden, dass das Auslassventil nur in die Stellung verschoben wird, in dem es die maximale Vorwärtseinstellung des Öffnungszeitpunktes und dadurch die Stellung mit maximaler Durchlassfläche ergibt, nachdem beispielsweise der Leerlaufbetrieb über eine Periode von z. B. etwa 20 Sekunden oder eine andere geeignete Zeit durchgeführt worden ist, die nicht größer ist als 30 Sekunden. Statt dessen oder in Verbindung damit kann die obige Strategie, die mit Beziehung auf den Leerlaufbetrieb der Maschine besprochen wurde, in Abhängigkeit vom Vorhandensein einer ausgewählten Maschinen-Kühlmitteltemperatur, beispielsweise über 60ºC und vorzugsweise 70ºC, oder einer katalytischen Wandlertemperatur am Auslass oder irgendeiner Kombination dieser Werte und/oder anderer Eigenschaften des Maschinenbetriebs durchgeführt werden.
• Die Steuerung des der Auslassöffnung einer Zweitakt- Verbrennungsmaschine, wie hier beschrieben, zugeordneten Auslassventils kann, wie hier vorgeschlagen wird, unter die Steuerung einer programmierten elektronischen Steuereinheit (ECU) gestellt werden. Es wird bemerkt, dass die ECU in der Lage sein muss, jederzeit während des Maschinenbetriebs zu bestimmen, wo sich das Auslassventil im Bezug auf die jeweiligen Verschiebungsgrenzen desselben befindet, da diese Stellung für das Ausmaß und die Richtung der Bewegung wesentlich ist, die auf das Auslassventil auszuüben ist, um den gewünschten Einfluss auf den Maschinenbetrieb zu erzielen.
• Bei einer vorteilhaften Weiterentwicklung der Erfindung wird daher für eine Zweitakt-Verbrennungsmaschine mit wenigstens einer Auslassöffnung, die mit jeder Verbrennungskammer der Maschine in Verbindung steht, sowie einem Auslassventil, das betriebsmäßig wenigstens einer Auslassöffnung zugeordnet ist, wobei das Auslassventil innerhalb jeweils körperlicher Grenzen verschiebbar ist, welche die maximale Vorwärts- und Rückwärtseinstellung des Auslassventils darstellen, ein Verfahren zur Steuerung der Verschiebung des Auslassventils geschaffen, wodurch das Ausmaß der Verschiebung des Auslassventils geringer ist als der Abstand zwischen den körperlichen Grenzen, so dass bei normalem Betrieb das Ventil die jeweiligen körperlichen Grenzen nicht berührt.
• Die Begrenzung der tatsächlichen Verschiebung des Auslassventils um einen Betrag, der geringer ist als der volle Abstand zwischen den körperlichen Grenzen, stellt eine Sicherheit gegen Überlastung des Antriebsmechanismus dar, welcher die Verschiebung des Auslassventils bewirkt, wobei die Überlastung möglicherweise auftritt, wenn die körperlichen Anschläge die Verschiebung des Auslassventils in den jeweiligen Richtungen konstant begrenzen müssten.
• Zu bestimmten Zeiten kann es jedoch geeignet sein, den Antriebsmechanismus, beispielsweise gegen die körperlichen Anschläge, selektiv anstoßen zu lassen als ein Verfahren zum Abschlagen von Kohlenstoff oder anderen Niederschlägen auf den Auslassventilen und/oder den körperlichen Grenzen.
• Ferner kann die elektronische Steuereinrichtung, welche die Verschiebung des Auslassventils steuert, so programmiert werden, dass sie die körperlichen Grenzen periodisch überprüft, welche zuletzt die Verschiebung des Auslassventils in beiden Richtungen einschränken. Wenn sich zeigt, dass die körperlichen Grenzen sich von den vorprogrammierten Einstellungen unterscheiden, kann eine Einstellung vorgenommen werden, die "weichen" Grenzen der Auslassventil-Verschiebung, wie sie durch die ECU eingestellt sind, wiederherzustellen, so dass diese Grenzen geringer sind als die körperlichen Grenzen und im Abstand von diesen liegen. Das heißt, die Toleranz zwischen den weichen Grenzen und den körperlichen Grenzen wird durch die ECU neu bewertet und neu definiert. Die Abweichung des Abstandes zwischen den körperlichen Grenzen und den weichen Grenzen von dem vorbestimmten Abstand kann auf der Ausbildung von Niederschlägen auf den Oberflächen des Auslassventils und/oder den körperlichen Grenzen von dessen Verschiebung beruhen. Dieses Verfahren kann zweckmäßigerweise nach dem Vorgang des Abschlagens freier Niederschläge auf den Auslassventilen durchgeführt werden. Sowohl das Anschlagen des Antriebsmechanismus als auch das Neueinstellen der körperlichen und weichen Grenzen der Verschiebung kann zweckmäßigerweise jedes Mal durchgeführt werden, wenn die Maschine abgeschaltet wird oder nach einer vorgewählten Anzahl von Maschinenabschaltungen.
• Es kann ferner zweckmäßig sein, eine Einstellung des Auslassventils vorzusehen, um eine verringerte Wärmeströmung in den Zylinder aus dem Auslasssystem vorzusehen, wobei das Auslassventil vorzugsweise verschoben wird, um eine verringerte Durchlassfläche in Abhängigkeit von einer Betriebsbeendigung der Maschine hervorzurufen.
• Zweckmäßigerweise wird in Abhängigkeit von einer Betriebsunterbrechung der Maschine ein Steuermechanismus betätigt, um das Auslassventil an eine Stelle zu verschieben, an der die Durchlassfläche durch die Auslassöffnung sich auf dem erzielbaren Minimum innerhalb des Ausmaßes der Verschiebung des Auslassventils befindet. Das Auslassventil kann so ausgebildet werden, dass es sich in die Stellung minimaler Durchlassfläche der Auslassöffnung verschiebt, die normalerweise während des Betriebs der Maschine zur Verfügung steht, oder statt dessen kann vorgesehen werden, dass das Auslassventil so angeordnet wird, dass es eine Durchlassfläche erzeugt, die kleiner ist als das bei normalem Maschinenbetrieb zur Verfügung stehende Minimum, wenn der Maschinenbetrieb unterbrochen ist.
• Die Verringerung der Durchlassfläche durch die Auslassöffnung bei Unterbrechung des Betriebs der Maschine ermöglicht es dem Auslassventil, als Wärmeabschirmung für den entsprechenden Zylinder zu funktionieren, und verringert die Rate der Wärmeübertragung vom Auslasssystem zurück in den Zylinder, wodurch die Wärmeenergie verringert wird, die zur Verfügung steht, um die Ausbildung von Gummi- und Kohlenstoffniederschlägen innerhalb des Zylinders und der Verbrennungskammer zu veranlassen. Solche Niederschläge können aus dem Ölfilm stammen, der auf dem Zylinder und den Wänden der Verbrennungskammer zurückbleibt und den Hochtemperaturbedingungen unterworfen wird, die im Zylinder und der Verbrennungskammer aus der in dieselben aus dem Auslasssystem übertragenen Wärme erzeugt werden. Solche Niederschläge können den nachfolgenden Betrieb der Maschine beim nächsten Start nachteilig beeinflussen.
• Insbesondere ist diese Einschränkung der Wärmeströmung in den Zylinder besonders zweckmäßig, wenn katalytische Wandler oder Konverter im Abgassystem vorgesehen sind, wie katalytische Wandler, die bei hoher Temperatur arbeiten und allgemein in nur einem verhältnismäßig kurzen Abstand strömungsabwärts von der Auslassöffnung angeordnet sind. So werden beim Unterbrechen des Maschinenbetrieb solche katalytischen Wandler normalerweise ziemlich heiß sein, und Wärme kann abgestrahlt und vom katalytischen Wandler zurück in den Maschinenzylinder durch die Auslassöffnung geführt werden. Eine Verringerung der Durchlassfläche durch die Auslassöffnung reduziert daher beträchtlich die Wärmeübertragung vom katalytischen Wandler zum Zylinder und somit die Entwicklung von unerwünschten Niederschlägen innerhalb des Zylinders und der entsprechenden Verbrennungskammer.
• Es wird auch erkannt, dass eine Schwierigkeit beim Neustart einer Maschine auftreten kann, wenn das Auslassventil in einer Stellung unbeweglich geworden ist, in der die Durchlassfläche durch das Auslassventil unzulässig eingeschränkt ist. Wenn beispielsweise das Auslassventil in einer Stellung zurückbleibt, in der die Auslassströmung bei Unterbrechung des Maschinenbetriebs eingeschränkt ist, und in dem gewünschten Zeitpunkt eines nachfolgenden Startes die Fahrzeugbatterie nur auf einer niedrigen Spannung gehalten wurde, wie es der Fall sein kann, wenn das Fahrzeug sich für einige Zeit in einem ausgesprochen kalten Zustand befand, kann tatsächlich eine unzureichende Spannung vorhanden sein, um das Auslassventil zu betätigen und es daher in eine erforderliche Stellung zu verschieben, die einen Start ermöglichen würde. Daher würde das Auslassventil in seiner geschlossenen Stellung verbleiben, wie sie bei Maschinenunterbrechung eingestellt war, und die Maschine kann schwierig neu zu starten sein.
• Demgemäß kann es zweckmäßig sein, dass die Steuerstrategie für die Verkleinerung der Durchlassfläche der Auslassöffnung auf ein Minimum bei Unterbrechung des Maschinenbetriebs ermöglicht, dass diese minimale Durchlassfläche einer Auslassventilstellung entspricht, bei der die Durchlassfläche durch die Auslassöffnung so ist, dass sie einen Neustart der Maschine nicht verhindert.
• Ferner kann die Steuerstrategie so ausgebildet sein, dass das Auslassventil in eine bevorzugte Startposition zurückgebracht wird, nachdem die Durchlassfläche der Auslassöffnung auf einen minimalen Wert über eine vorgewählte Zeitspanne ab der Maschinenabschaltung eingeschränkt worden ist. Es ist ferner zu bemerken, dass die Steuerung des Auslassventils nach Beendigung des Maschinenbetriebs, so dass es sich in einer Stellung für die Ermöglichung eines bequemen Neustarts der Maschine befindet, als Funktion unabhängig von dem anfänglichen Schließen des Auslassventils, um eine minimale Durchlassfläche durch die Auslassöffnung zu erzeugen, ausgeführt werden kann, Insbesondere muss diese Periode des Schließens des Auslassventils zur Erzeugung der minimalen Durchlassfläche nicht notwendig sein, wenn der katalytische Wandler im Auslasssystem eine beträchtliche Strecke strömungsabwärts von der Auslassöffnung angeordnet ist. Dieses Verfahren kann zweckmäßigerweise nach dem Vorgang zur Wiederherstellung der Grenzen des Auslassventils, wie oben beschrieben, durchgeführt werden.
• Ein typischer Aufbau des Auslassventils und des Mechanismus für die Betätigung desselben ist in den Figuren dargestellt. Es zeigt:
• Fig. 1 einen Schnitt einer Zweitaktmaschine, die ein Auslassventil enthält, das betriebsmäßig in eine Auslassöffnung eingebaut ist; und
• Fig. 2 eine Schrägansicht einer Anordnung von drei Auslassventilen, die auf einer gemeinsamen Welle für die Verwendung in einer dreizylindrigen Zweitaktmaschine angebracht ist.
• Gemäß Fig. 1 ist das Auslassventil 15 innerhalb des Auslasskanals 14 angeordnet und auf der Welle 16 gelagert, die sich quer zur Auslassöffnung 18 erstreckt und mit der Auslassöffnung 18 in allgemein bekannter Weise zusammenwirkt. Das Auslassventil 15 schließt normalerweise die Öffnung 18 nicht in jedem Betriebszustand der Maschine vollständig, sondern dient allgemein zur Veränderung der effektiven Lage der Oberkante der Auslassöffnung 18, wodurch die Lage im Hub des Kolbens 13 geändert wird, bei der sich die Auslassöffnung 18 zu öffnen beginnt. Das Auslassventil 15 ändert normalerweise nicht seine Stellung in zyklischer Weise während jedes Verbrennungszyklus, sondern wird gesteuert, um seine Stellung in Abhängigkeit von den Maschinenbetriebsbedingungen zu ändern. Solche Auslassventile und der Betrieb derselben sind dem Fachmann auf dem Gebiet von modernen Zweitaktmaschinen bekannt. Das Auslassventil 15 ist in Fig. 1 in der Lage dargestellt, in der es in vollem Ausmaß angehoben ist, um den frühesten Öffnungszeitpunkt der Auslassöffnung und die maximale Öffnungsperiode der Auslassöffnung und daher den maximalen Durchlassquerschnitt der Auslassöffnung zu ergeben.
• Bei einer mehrzylindrigen Maschine kann das Auslassventil 15 jedes Zylinders auf einer gemeinsamen Welle 16 montiert sein, wie in Fig. 2 gezeigt, so dass alle Auslassventile 15 sich gemeinsam bewegen, um die Lage der Steuerkante 19 jedes Auslassventils 15 gleichzeitig zu ändern, so dass sie jeweils in den jeweiligen Auslassöffnungen 18 gleichzeitig die gleiche Stellung einnehmen. Die Welle 16 wird durch Lager 21 an dem Ende der Welle 16 und auch zwischen jeweils zwei benachbarten Auslassventilen 15 gestützt. Die Lager 21 sind geeignet gehalten oder einstückig mit dem Maschinenblock geformt, wofür ein Beispiel in der gleichzeitigen Australischen Patentanmeldung Nr. 22417/92 der Anmelderin beschrieben ist.
• Die Kupplung 25 ist an einem Ende der Welle 16 für die Antriebskupplung an einen geeigneten Motor 27 angebracht. Der Motor 27 ist betätigbar, um die Welle 16 in beiden Richtungen zu drehen und die Stellung der Steuerkante 19 der Auslassventile 15 bezüglich der Auslassöffnungen 18 einzustellen. Körperliche Anschläge 26 an der Kupplung 25 wirken mit dem festen Zapfen 28 zusammen, um das Ausmaß der Bewegung der Auslassventile 15 in jeder Richtung bezüglich der Auslassöffnungen 18 zu begrenzen. Der Zapfen 28 ist fest verankert im Zylinderblock oder Ausslasssystem oder als Teil derselben an einer Stelle gebildet, die so gewählt ist, dass sie die gewünschten Grenzen für die Bewegung der Auslassventile 15 ergeben.
• Der Betrieb des Motors 27 wird normalerweise gesteuert durch eine elektronische Steuereinheit (ECU) 29, die so programmiert ist, dass sie geeignete Eingangssignale empfängt, welche den Zustand eines Bereiches von Maschinenbetriebsbedingungen anzeigen, und dass sie daraus die Stellung bestimmt, in der die Auslassventile 15 bezüglich der Auslassöffnungen 18 angeordnet sein sollten, und dass sie die Bewegung der Auslassventile 15 so steuert, dass sie diese Stellung einnehmen. Die grundlegenden Maschinenbedingungen, die normalerweise als Eingangssignale auf die ECU 29 gegeben werden, sind Maschinendrehzahl, Maschinenbelastung und Betriebstemperatur der Maschine. Andere Eingangssignale können die Katalysatortemperatur, die Zeit oder die Umdrehungen ab dem Maschinenstart und/oder die Maschinenunterbrechung angebende Signale umfassen.
• Geeignete Programme können in der ECU 29 gespeichert werden, um jede und/oder alle Funktion(en) und Betriebsweise des Auslassventils 15 durchzuführen, auf die hier Bezug genommen wird und die hier beschrieben werden. Eine solche Programmierung kann leicht durch Fachleute auf dem Gebiet der Programmierung von ECUs durchgeführt werden, die mit der Steuerung des Betriebes von Verbrennungsmaschinen beschäftigt sind.
• Insbesondere im Hinblick auf den Betrieb der Auslassventile 15 zur Erzeugung einer maximalen Vorwärtseinstellung des Öffnungszeitpunktes der Auslassöffnung und infolgedessen einer maximalen Durchlassfläche der Auslassöffnung 18, wenn die Maschine in oder nahe dem Leerlauf oder Niederlast arbeitet, wird die ECU 29 so programmiert, dass sie zuerst bestimmt, ob die Maschine im oder nahe dem Leerlauf arbeitet, was sowohl von der Maschinendrehzahl als auch von der niedrigen Belastung, d. h. innerhalb bestimmter Grenzen, gleichzeitig bestimmt werden kann. Wenn jedoch die Maschine leerläuft und die Maschinenkühltemperatur niedrig liegt, z. B. unterhalb etwa 70ºC, zeigt dies eine Kaltstartbedingung an, worauf die Auslassöffnung 18 vorzugsweise nicht auf die maximale Strömungsstellung geöffnet werden sollte. Andere Maschinenbetriebsbedingungen und Stabilitätserfordernisse erfordern normalerweise ein Aufwärmen des Maschinenkühlmittels auf eine Temperatur von etwa 60º bis 70ºC, bevor irgendeine solche Öffnung der Auslassventile 15 durchgeführt wird. Demgemäß öffnet die ECU 29 die Auslassventile 15 in die am besten vorwärts eingestellte Stellung, um maximale Durchlassflächen an den Auslassöffnungen 18 zu ermöglichen, wenn die Maschine auf Betriebstemperatur oder wenigstens nahe daran liegt, wie durch die Kühltemperatur angezeigt, und die Maschine in oder nahe dem Leerlauf oder Niedriglastbetrieb ist. Leerlaufdrehzahl und Niedriglast können normalerweise aus dem Maschinenbelastungs- und Drehzahl-Eingangssignal bestimmt werden. Die ECU 29 kann feststellen, ob die Maschinenlast so ist, dass sie Maschinenleerlauf oder Niederlast anzeigt, aus der Kraftstoffrate, der Drosselstellung oder der Gashebelstellung oder aus irgendeiner Kombination derselben.
• Wenn die ECU 29 festgestellt hat, dass die Maschine sich im Leerlauf oder im Niederlastbetrieb befindet und auf Betriebstemperatur ist, betätigt sie den Motor 27, um die Welle 16 in einer solchen Richtung zu drehen, dass sie die Auslassventile 15 in der Stellung anordnet, in der die maximale Durchlassfläche jeder Auslassöffnung 18 zum Ausstoßen von Abgas aus den Maschinenzylindern in die entsprechenden Abgaskanäle 14 zur Verfügung steht. Normalerweise hält die ECU 29 die Auslassventile 15 in dieser Stellung, bis die Maschine sich aus dem Leerlauf oder Niederlast-Zustand herausbegibt. Wenn die Maschine einmal aus dem Leerlauf oder Niederlast-Zustand herausgekommen ist, übt die ECU 29 die normalen Maschinensteuerprogramme in der bekannten Weise aus.
• Wie oben erwähnt, ist es bei Abbrechen des Maschinenbetriebs zweckmäßig, die Auslassventile 15 so anzuordnen, dass eine Abstrahlung und Leitung von Wärme von dem Auslasssystem zurück zu den Verbrennungskammern der Maschine eingeschränkt wird. So wird die ECU 29 auch derart programmiert, dass der Motor 27 betätigt wird, wenn die Maschine ihren Betrieb unterbricht, um die Welle 16 so zu drehen, dass die Auslassventile 15 so angeordnet werden, dass die Auslassöffnungen 18 geschlossen werden oder ein minimaler Strömungsweg durch dieselben erzeugt wird. Die ECU 29 stellt eine Maschinenabschaltung durch das Eingangssignal des Maschinendrehzahlsensors, der eine Drehzahl von Null Umdrehungen anzeigt, und/oder aus der Verschiebung des Maschinenzündschalters in die "Aus"- Stellung fest.
• Für den nachfolgenden Start der Maschine kann es zweckmäßig sein, dass die Auslassventile 15 so angeordnet sind, dass sie eine verhältnismäßig eingeschränkte Durchlassfläche durch die Auslassöffnungen 18 ergeben, was auch dafür genügt, einen Neustart der Maschine zu ermöglichen, wenn die Auslassventile 15 unbeweglich werden. Eine Durchlassfläche von etwa 18 bis 25 Prozent der maximalen Durchlassfläche kann in dieser Hinsicht genügend sein. Demgemäß ist die ECU 29 so programmiert, dass sie den Motor 27 aktiviert, die Auslassventile 15 in eine Stellung zu verschieben, dass sie eine solche eingeschränkte Durchlassfläche in einem Zeitintervall nach dem Abschalten ergeben, wenn die Temperatur im Abgassystem auf einen vorbestimmten Wert abgefallen ist. Statt dessen können die Auslassventile 15 in eine vorbestimmte Stellung verschoben werden, welche den gewünschten eingeschränkten Prozentsatz der Durchlassfläche unmittelbar bei Beendigung des Maschinenbetriebs ergibt, wobei diese Stellung der Auslassventile 15 noch immer einen gewissen Vorteil in der Reduzierung der in die Zylinder durch das Auslasssystem zurückgestrahlten Wärmemenge ergibt.
• Es wurde oben erwähnt, dass Grenzen des Ausmaßes der Verschiebung des Auslassventils 15 vorgesehen werden, die einschränkender sind als die körperlichen Anschläge 26 der Kupplung 25. Diese einschränkenderen Anschläge, die oben erwähnt wurden, können als "weiche Anschläge" bezeichnet werden. Diese weichen Anschläge werden erhalten, indem die ECU 29 so programmiert wird, dass sie normalerweise den Motor 27 nur betätigt, um die Welle 16 bis zu einem besonderen maximalen Ausmaß in beiden Richtungen von einer festen Voreinstellung aus zu drehen. Bei normalem Betrieb wird der Betrag der Verschiebung der Auslassventile 15 durch die weichen Anschläge und nicht durch die von den Anschlägen 26, die auf den Zapfen 28 einwirken, gebildeten körperlichen Anschläge begrenzt.
• Diese Ausbildung von weichen Anschlägen kann bei der Steuerung der Verschiebung der Auslassventile angewendet werden, so dass der Motor 27, die körperlichen Anschläge 26 und der Zapfen 28 keinen Stoßbelastungen unterworfen werden, die aus der Verwendung von körperlichen Anschlägen hervorgehen, um die Drehung der Welle 16 zu begrenzen, welche die Auslassventile 15 betätigt. Die ECU 29 kann jedoch so programmiert werden, dass sie den Motor 27 periodisch betätigt, um die weichen Anschläge zu überlaufen, so dass jeder der körperlichen Anschläge 26 einzeln am festen Anschlagzapfen 28 angreift, um ein körperliches Anschlagen an den jeweiligen Anschlägen 26 hervorzurufen, um eine "Erschütterungs"- oder "Rüttel"- Wirkung auf die Welle 16 und infolgedessen auf die Auslassventile 15 zu erzeugen. Diese Wirkung kann Niederschläge ablösen, die sich an den Auslassventilen 15 ausgebildet haben könnten. Ferner kann der Zapfen 28 aus seiner festen Lage derart entfernt werden, dass die Auslassventile 15 in der Lage sind, steuerbar angetrieben oder betätigt zu werden, so dass sie die obere und untere Oberfläche des jeweiligen Auslasskanals 14 körperlich berühren. Dies würde auch dazu dienen, Niederschläge davon abzulösen, da jedes Auslassventil 15 direkt eine Erschütterung oder ein Rütteln aufgrund eines körperlichen Stoßes aufnehmen würde. Noch weiter können die Auslassventile 15 derartig innerhalb den jeweiligen Auslasskanälen 14 angeordnet werden, dass jedes Überlaufen der programmierten weichen Anschläge zum "Abkratzen" von Niederschlägen von der Oberfläche jedes Auslassventils 15 führen würde, wenn dieses über eine geschlossene entsprechende obere oder untere Oberfläche des jeweiligen Auslasskanals 14 "gleitet". Dies geht aus Fig. 1 hervor, in der die Vorderfläche 30 des Auslassventils 15 in enger Nachbarschaft an einer oberen Fläche 31 des Auslasskanals 14 dargestellt ist.
• Die ECU 29 kann so programmiert werden, dass sie ein solches Reinigungsverfahren in regelmäßigen Zeitintervallen oder beim Auftreten eines besonderen Falls im Maschinenbetrieb, wie jeder Maschinenunterbrechung oder nach einer vorbestimmten Anzahl von Maschinenunterbrechungen, ausführt. Auch wenn während eines Reinigungsvorganges eine gewisse Ansammlung auf dem Auslassventil 15 nicht losgelöst werden kann und von einem Ausmaß ist, das die richtige Lage eines weichen Anschlags bewirkt, kann die ECU 29 so programmiert werden, dass sie den weichen Anschlag derart zurücksetzt, dass die Bewegung des Auslassventils 15 die darauf befindliche Ansammlung kompensiert.

Claims (15)

1. Verfahren zum Betreiben einer Zweitakt- Verbrennungsmaschine mit zumindest einer Verbrennungskammer mit einer Auslaßöffnung (18) und einem zusammenwirkenden Auslaßventil (15) und Mitteln, die betätigbar sind, um den Zeitpunkt des Beginns der Öffnung der Auslaßöffnung (18) innerhalb vorgegebener Grenzen zu verändern, gekennzeichnet durch den Schritt des Vorwärtseinstellens des Zeitpunktes der Öffnung der Auslaßöffnung (18) zu dem frühesten Zeitpunkt innerhalb der Grenzen in Abhängigkeit von dem Betrieb der Maschine bei Leerlauf- oder Niedriglastbedingungen, wobei das Auslaßventil und die Auslaßöffnung so ausgebildet sind, daß die Strömungsfläche durch die Auslaßöffnung (18) in Abhängigkeit von der Vorwärtseinstellung des Zeitpunktes des Öffnung der Auslaßöffnung (18) zunimmt.

2. Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungsmaschine mit zumindest einer Verbrennungskammer mit einer Auslaßöffnung (18) und einem zusammenwirkenden Auslaßventil (15) und Mitteln, die betätigbar sind, um den Zeitpunkt des Beginns der Öffnung der Auslaßöffnung (18) innerhalb vorgegebener Grenzen zu verändern, gekennzeichnet durch den Schritt des Vorwärtseinstellens des Zeitpunktes der Öffnung der Auslaßöffnung (18) zu dem frühesten Zeitpunkt innerhalb der Grenzen in Abhängigkeit von dem Betrieb der Maschine bei Leerlauf- oder Niedriglastbedingungen, wobei die Vorwärtseinstellung des Zeitpunktes der Öffnung der Auslaßöffnung (18) um ein vorbestimmtes Intervall gegenüber der anfänglichen Einstellung der Leerlauf- oder Niedriglastbedingungen verzögert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, worin das Vorwärtseinstellen des Zeitpunktes der Öffnung der Auslaßöffnung (18) nur bewirkt wird, wenn die Maschine bei einer Temperatur oberhalb etwa 60ºC arbeitet.

4. Verfahren nach Anspruch 1, worin das Vorwärtseinstellen des Zeitpunktes der Öffnung der Auslaßöffnung um ein vorbestimmtes Zeitintervall gegenüber der anfänglichen Einstellung der Leerlauf- oder Naheleerlauf-Bedingungen verzögert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, worin das Vorwärtseinstellen des Zeitpunktes det Öffnung der Auslaßöffnung nur bewirkt wird, wenn die Maschine bei einer Temperatur über etwa 60ºC arbeitet.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 4 oder 5, worin der Leerlauf- oder Naheleerlauf-Zustand dadurch bestimmt wird, daß die Maschinenlast unterhalb eines vorbestimmten Wertes ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 4 bis 5, worin der Leerlauf- oder Naheleerlauf-Zustand dadurch bestimmt wird, daß die Maschinengeschwindigkeit und Maschinenlast unterhalb jeweils ausgewählten Werten sind.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 4 bis 7, worin in Abhängigkeit von der Beendigung des Betriebs der Maschine das Auslaßventil (15) in einer Position angeordnet wird, in der es eine minimale Strömungsfläche durch die Auslaßöffnung (18) liefert.

9. Verfahren nach Anspruch 8, worin das Auslaßventil (15), nachdem es während eines vorausgewählten Zeitintervalls in der minimalen Position war, in eine ausgewählte Maschinenstartposition bewegt wird, welche eine Strömungsfläche, die größer als die minimale Strömungsfläche ist, ergibt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 4 bis 7, worin als Antwort auf die Beendigung des Betriebs der Maschine das Auslaßventil (15) in eine ausgewählte Maschinenstartposition bewegt wird, welche ein Strömungsfläche ergibt, die geringer ist als die, welche sich ergibt, wenn der Zeitpunkt der Öffnung der Auslaßöffnung auf die früheste Öffnungszeit vorwärts eingestellt ist.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 4 bis 9, worin die Position des Auslaßventils (15) durch eine programmierbare elektronische Steuervorrichtung (29) gesteuert wird, welche elektronische Steuervorrichtung (29) so programmiert wird, daß jeweils das maximale und das minimale Ausmaß der Vorwärtseinstellung der Öffnung der Auslaßöffnung (18) gesetzt werden.

12. Verfahren nach Anspruch 11, wenn es bei einer Maschine angewendet wird, die mit jeweiligen körperlichen Grenzen (26) versehen ist, um das maximale Ausmaß der Bewegung des Auslaßventils in jeder Richtung zu definieren, worin das maximale und das minimale Ausmaß der Vorwärtseinstellung innerhalb der körperlichen Grenzen so eingestellt sind, daß im normalen Betrieb das Auslaßventil (15) nicht in Eingriff mit den jeweiligen körperlichen Grenzen (26) gelangt, und das Verfahren die weiteren Schritte des Schlagens des Auslaßventils (15) gegen zumindest eine der jeweiligen körperlichen Grenzen (26) in Zeitintervallen, die durch die elektronische Steuervorrichtung bestimmt sind, enthält, um das Ablösen von Ablagerungen zu fördern.

13. Verfahren nach Anspruch 11, wenn es bei einer Maschine angewendet wird, die mit Betätigungsmitteln, um eine Bewegung des Auslaßventils (15) in jeder Richtung zu bewirken, und jeweils körperlichen Grenzen (26), die mit den Betätigungsmitteln zusammenwirken, um das maximale Ausmaß der Bewegung des Auslaßventils (15) in jeder Richtung zu definieren, versehen ist, wobei das maximale und das minimale Ausmaß der Vorwärtseinstellung so innerhalb der körperlichen Grenzen eingestellt sind, daß im normalen Betrieb die Betätigungsmittel nicht in Eingriff mit den jeweiligen körperlichen Grenzen treten, und das Verfahren den weiteren Schritt des Schlagens der Betätigungsmittel gegen zumindest eine der körperlichen Grenzen (26) in Zeitabständen, die durch die elektronische Steuervorrichtung bestimmt sind, enthält, um das Ablösen von Ablagerungen zu fördern.

14. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, enthaltend den weiteren Schritt des Anordnens des Auslaßventils (15) in einer Position, um eine minimale Strömungsfläche durch die Auslaßöffnung (18) in Abhängigkeit von einem Abschalten der Maschine zu ergeben.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, worin, wenn die Maschine im oder nahe dem Leerlauf oder bei Niedriglast arbeitet und das Auslaßventil (15) in die früheste Öffnungsposition vorwärts eingestellt ist, die Kraftstoffzuführungsgeschwindigkeit zu der Maschine erhöht wird.