EP0283671A1 - Verfahren zum Betreiben eines Einlassventiles einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Bei einem über Elektromagnete angesteuerten Einlaßventil (14) für eine Brennkraftmaschine wird eine optimale Befüllung bei niedrigen Lasten dadurch erreicht, daß das Gaswechselventil (14) nicht in der Öffnungsstellung gehalten wird, sondern direkt nach dem Freigeben aus der Schließstellung wieder von dem der Schließstellung zugeordneten Elektromagneten (20) eingefangen wird.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Einlaß­ventiles einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Brennkraftmaschinen mit Gaswechselventilen, die durch die Erregung oder Entregung eines Elektromagneten gesteuert werden, sind Stand der Technik. Beispiele dafür finden sich in der DE-OS 30 24 109 oder DE-OS 35 00 530. Durch das Ein- oder Ausschalten eines Elektro­magneten kann sich ein Anker, der bewegungsmäßig mit dem Gaswechsel­ventil gekoppelt ist, von dem Elektromagneten lösen und wird durch Federkraft weggedrückt. In der Mittelstellung wird er beidseitig von Federn beaufschlagt, wird jedoch durch den erhaltenen Impuls und die erhaltene Energie weitergedrückt bis in die Nähe des gegen­überliegenden Elektromagneten, wo durch entsprechende Ansteuerung dafür gesorgt wird, daß das Gaswechselventil in seine Öffnungsstel­lung gerät. Zum Schließen wird der gleiche Vorgang in umgekehrter Reihefolge durchgeführt.
• Im Stand der Technik ist beschrieben, daß das Gaswechselventil je­weils in seiner Öffnungs- und in seiner Schließstellung gehalten wird und seine Schließstellung nur durch einen entsprechenden Steue­rungsimpuls auf den Elektromagneten verläßt.
• Weiterhin ist es Stand der Technik, daß man bei üblichen Nockenwel­lenmotoren die Phase, über die das Einlaßventil sich öffnet, immer im gleichen Winkelbereich der Kurbelwellenstellung ausführt, wobei der Öffnungszeitpunkt bereits vor dem oberen Totpunkt (OT) einsetzt, über die gesamte Abwärtsbewegung des Kolbens, dem sogenannten Saug­takt, andauert, und etwa 35° bis 90° nach dem unteren Totpunkt (UT) das Einlaßventil geschlossen wird. Die Menge der Gase, mit denen der Zylinder auf diese Weise befüllt wird, wird durch die Stellung der Drosselklappe gesteuert.
• Die im Stand der Technik genannten Brennkraftmaschinen, die mit über Elektromagnete gesteuerten Gaswechselventilen arbeiten, können vom Prinzip her ohne Drosselklappe betrieben werden. Dabei stellt sich jedoch die Schwierigkeit ein, daß das Federsystem sehr steif ausgelegt werden muß, damit auch im Leerlauf oder bei geringer Last­anforderung die öffnungszeiten des Einlaßventiles ausreichend klein sind, um nur geringe Brennstoff-Luftgemische eintreten zu lassen.
• Aufgabe der Erfindung ist es, einen Weg aufzuzeigen, bei Brennkraft­maschinen der eingangs genannten Art in Bereichen niedriger Lastan­forderung nur geringe Mengen des Brennstoff-Luftgemisches eintre­ten zu lassen.
• Die Aufgabe wird gelöst durch den Hauptanspruch.
• Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß das Gaswechselventil zum kurz­zeitigen öffnen durch eine entsprechende Beschaltung der Magnete aus seiner Schließstellung bewegt wird und durch die Federwirkung in Richtung der öffnungsstellung beaufschlagt wird. Dort jedoch wird das Gaswechselventil nicht wie beim Stand der Technik einge­fangen, um dann definiert wieder in die Schließstellung bewegt zu werden, sondern der Einfangmechanismus der öffnungsstellung wird nicht aktiviert. Bei einer Anordnung, wie sie in der DE-OS 35 00 530 beschrieben ist, wird also der der öffnungsstellung zugeordnete Elektromagnet aktiviert, so daß das Gaswechselventil wieder abge­stoßen wird. Dieser Vorgang läßt sich durch eine entsprechende Be­schaltung des Elektromagneten sogar noch unterstützen.
• Bei dem Gegenstand der DE-OS 30 24 109 wird der der Öffnungsstellung zugeordnete Elektromagnet nicht erregt, so daß der Anker, der sich in den Anziehungsbereich des Elektromagneten, der der Öffnungsstel­lung zugeordnet ist, bewegt, dort nicht angezogen wird, sondern durch die Federbeaufschlagung in die umgekehrte Richtung gleich wieder in Richtung des der Schließstellung zugeordneten Magneten gebracht wird. Dieser inzwischen wieder erregte Schließmagnet trägt dann Sorge, daß das Gaswechselventil in seiner Schließstellung bleibt.
• Ein besonders günstiger Zeitpunkt für die entsprechende Ansteuerung des Gaswechselventiles ist der Zeitpunkt kurz nach dem unteren Tot­punkt, also dann, wenn sich im Inneren des Zylinders ein maximaler Unterdruck eingestellt hat und der Kolben sich bereits wieder in Aufwärtsbewegung befindet. Unter diesen Bedingungen wird eine opti­male Verwirbelung des Gemisches innerhalb des Zylinders erreicht, was sich auf den nachfolgenden Verbrennungsprozeß günstig auswirkt. Der Kraftstoffbedarf eines Motors läßt sich auf diese Weise stark verringern.
• Die Auswahl des Zeitpunktes ist allerdings nur möglich, wenn das im Anspruch 1 beschriebene Verfahren durchgeführt wird, d.h. daß trotz des starken Druckunterschiedes zwischen dem Saugrohr und dem Zylinderinnern nur eine geringe Menge Brennstoff-Luftgemisch eintre­ten kann, was durch die vorgeschlagenen Maßnahmen, nämlich sehr kurze Öffnungszeiten zu erreichen, erzielt wird. Die in dem genann­ten Stand der Technik beschriebenen gattungsgemäßen Motoren konnten diesen Zeitpunkt der optimalen Verwirbelung des Gemisches nicht ausnutzen, da bei den bisherigen Ansteuerungsverfahren bei einer Öffnung zu diesem Zeitpünkt bereits zu viel Brennstoff-Luftgemisch in das Zylinderinnere eintrat, aus diesem Grunde mußte bei derar­tigen Motoren der Ansaughub auf einen früheren Zeitpunkt verlegt werden, nämlich in den Bereich zwischen OT und UT des Saughubes, wenn der Druckunterschied zwischen Saugrohr und Zylinderinnern noch nicht so groß war.
• Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figur beschrieben. Die Figur zeigt schematisch eine Anordnung zur Ansteuerung eines Gas­wechselventiles. Mit (10) ist das Innere eines Zylinders gezeigt, dem über einen Ansaugkanal (12) ein Benzin-Luftgemisch zugeführt werden kann. Ein Ventilteller (14) eines Einlaßventiles gibt beim Ausheben aus seinem Sitz die Öffnung des Einlaßkanales (12) frei, so daß das Gemisch in den Zylinder (10) eintreten kann. Der Ventil­teller (14) des Einlaßventiles wird über einen Ventilschaft (16) bewegt, der mit einer Ankerplatte (18) verbunden ist. Die Anker­platte (18) liegt in der Schließstellung des Ventils an den Polen eines Elektromagneten (20) an, in der Öffnungsstellung des Venti­les an den Polen eines Elektromagneten (22). Die Elektromagnete (20) und (22) sind in einem Gehäuse (24) angeordnet. In diesem Ge­häuse (24) ist gleichzeitig eine Bohrung (26) vorgesehen, die einen Teil des Ventilschaftes (16) umgibt und in der Federn (28) und (30) vorgesehen sind. Die Federn (28) stützen sich an einem Rand der Bohrung (26) ab und beaufschlagen die Ankerplatte (18) in der Schließ­stellung des Ventils in Richtung der Bewegung zur Öffnungsstellung, die Federn (30) liegen auf der anderen Seite der Ankerplatte eben­falls am Rand der Bohrung an und beaufschlagen die Ankerplatte (18) des Ventiles in der Öffnungsstellung in Richtung der Bewegung zur Schließstellung. In der Schließstellung sind die Elektromagnete (20) erregt, während die Federn (28) die Ankerplatte in Richtung weg von den Elektromagneten (20), also entgegengesetzt zur Anzie­hungskraft der Elektromagnete beaufschlagen. Die durch die Federn (28) ausgeübte Kraft ist jedoch geringer als die Haltekraft des Elektromagneten (20). Mit Abschalten des Elektromagneten (20) wird der Anker (18) durch die Federn (28) weggedrückt, das Ventil be­wegt sich in seine Öffnungsstellung. Sind nun die Elektromagnete (22) erregt, wird der Anker (18) bei seiner Annäherung an die Elek­tromagnete (22) von diesen angezogen, die Feder (30) wird dann ge­spannt und die Feder (28) ist entspannt.
• Erfindungsgemäß ist vorgesehen, bei dieser Bewegung von der Schließ­ stellung in die Öffnungsstellung den Elektromagneten (22) nicht anzusteuern, so daß nach Entspannung der Federn (28) und nach dem Zusammendrücken der Federn (30) die Federn (30) sofort wieder die Bewegungsrichtung umkehren und den Anker (18) wieder zurück in die Nähe der Elektromagneten (20) drücken, so daß das System eine einzi­ge Schwingung durchgeführt hat. Der Elektromagnet (20) ist inzwi­schen wieder erregt worden, so daß mit dieser Annäherung der Anker­platte (18) an den Elektromagneten (20) der Anker (18) von dem Elek­tromagneten (20) wieder angezogen wird und das Ventil wieder schließt. Der Ventilteller (14) hat sich somit nur sehr kurz von seinem Sitz abgehoben und sogleich wieder in seine Schließstellung bewegt, so daß nur für einen sehr kurzen Zeitraum ein Brennstoff-Luftgemisch in das Innere des Zylinders (10) eintreten konnte.
• Auf diese Weise läßt sich der Zeitpunkt des größten Druckunterschie­des zwischen dem Umgebungsdruck im Saugrohr und dem Zylinderinnern (10) ausnutzen, nämlich der Zeitpunkt um oder direkt nach dem Er­reichen des unteren Totpunktes. Ein Eintritt des Brennstoff-Luftge­misches zu diesem Zeitpunkt sorgt für eine optimale Verwirbelung im Brennraum, so daß der Energiegehalt des Brennstoff-Luftgemisches optimal ausgenutzt wird und gleichzeitig das Abgasverhalten positiv beeinflußt wird.

Claims (2)

1. Verfahren zum Betreiben eines Einlaßventils einer Brennkraftma­schine, das über die Erregung bzw. Entregung mindestens eines Elektromagneten aus seiner Schließlage freigegeben wird und an­schließend unter Federbeaufschlagung in Offenstellung bewegt wird, wobei jenseits der Mittellage zwischen Offenstellung und Schließstellung eine Federbeaufschlagung in Schließstellung ein­setzt, und wobei der Offenstellung ebenfalls ein Elektromagnet­system zugeordnet ist, das die Haltekräfte bzw. Freigabekräfte in der Offenstellung bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß bei geringer Lastanforderung auf das Gaswechselventil keine das Gas­wechselventil in seiner Offenstellung haltenden Kräfte einwirken.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Öff­nungszeitpunkt in den Saugtakt kurz hinter den unteren Totpunkt gelegt wird.

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