EP1595064A1 - Method for controlling an inlet valve of an internal combustion engine - Google Patents

Method for controlling an inlet valve of an internal combustion engine

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EP1595064A1
EP1595064A1 EP04704211A EP04704211A EP1595064A1 EP 1595064 A1 EP1595064 A1 EP 1595064A1 EP 04704211 A EP04704211 A EP 04704211A EP 04704211 A EP04704211 A EP 04704211A EP 1595064 A1 EP1595064 A1 EP 1595064A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
valve
closing time
intake valve
engine speed
swirl
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP04704211A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Bernhard Heel
Bernhard Jutz
Oliver Marx
Rüdiger Pfaff
Timo Schmidt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Daimler AG
Original Assignee
DaimlerChrysler AG
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F01L1/267—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of two or more valves operated simultaneously by same transmitting-gear; peculiar to machines or engines with more than two lift-valves per cylinder with means for varying the timing or the lift of the valves
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    • F02D13/0265—Negative valve overlap for temporarily storing residual gas in the cylinder
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    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling an intake valve of an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.
  • the object of the invention is to provide a method with which both a particularly efficient combustion and a high torque can be achieved. This object is achieved according to the invention by the features of claim 1. Further refinements result from the subclaims.
  • the invention is based on a method for controlling an intake valve of an internal combustion engine with at least one cylinder, which has at least one first and one second intake valve, the closing time of the first intake valve being adjustable.
  • the closing time of the first intake valve be at a first engine speed before and at a second engine speed behind the closing time of the second intake valve, the first engine speed being less than the second engine speed.
  • the earlier closing time of the first intake valve that is to say a valve lift curve that is narrow in time, also enables a high swirl with a high air expenditure. Fill losses are also avoided.
  • a narrow valve elevation curve there are also improvements in pollutant emissions, in particular with regard to the pollutant particles.
  • the effective medium pressure can be increased at low speeds in accordance with the increase in air consumption. This results in a torque gain at a starting speed and starting weaknesses can be reduced.
  • the closing time of the first valve is shifted from the swirl-generating early point to the late point.
  • the swirl behavior of the incoming combustion air at high speeds can be specifically reduced by means of the charge movement.
  • the longer valve opening time and the targeted reduction of the swirl enables a reduction in the gas exchange work.
  • the effective medium pressure can be increased at low speeds in accordance with the increase in air consumption.
  • the degree of filling is increased, which leads to a performance gain in the high speed range, and in particular at the nominal speed.
  • the opening time of the first intake valve late.
  • the first inlet valve thus opens without valve overlap with the exhaust valve.
  • a negative pressure can be generated in the cylinder, which results in high gas speeds when the first valve is opened.
  • the geometric compression ratio can be reduced by this measure, since the valve overlap is omitted when the engine is started.
  • the degree of charging can be increased if the geometric compression ratio drops.
  • the ramp change losses are minimized by designing the ramp as steep as possible and a large adjustment range is made possible. A particularly simple control is achieved with an opening time with little or no variability.
  • the closing time of the first intake valve at the first engine speed is expediently at least 20 °, measured at the crank angle, in particular at least 40 °, before the closing time of the first intake valve at the second engine speed. This results in particularly effective swirl generation in the low speed range and particularly high power in the high speed range.
  • a further improvement with regard to pollutant emissions or performance can be achieved if the closing time of the first intake valve is at least 20 ° before the first engine speed and at least 20 ° behind the closing time of the second intake valve at the second engine speed.
  • a particularly simple, inexpensive and space-saving design is achieved in that the closing time of the second inlet valve is kept constant over the entire speed range.
  • the second inlet valve does not have to be controllable here and can be actuated, for example, via a fixed cam.
  • the closing time of the first intake valve is below a third engine speed, which is between the first and the second engine speed, before the closing time of the second intake valve.
  • This can good swirl generation in the entire speed range below the third engine speed can be achieved.
  • the third engine speed is expediently above the speed range in which a strong swirl has a positive effect on performance and pollutant emissions.
  • the third engine speed is controlled as a function of a requested torque.
  • the third engine speed can be reduced downward when the torque requested is high, that is to say under a high load, so that the closing time of the first intake valve is adjusted from early to late even in a relatively low speed range.
  • This enables a particularly variable adaptation of the valve control to performance requirements.
  • This can be advantageous in an operating mode of the internal combustion engine in which, under high load, a high degree of filling of the cylinder has priority over a pronounced swirl with low exhaust gas emission values.
  • a particularly economical implementation of the method according to the invention can be achieved in that the closing time of the first intake valve is below the third engine speed with a constant time interval before the closing time of the second intake valve. With such a control of the closing time of the first intake valve, the intake valve does not have to be controlled depending on the engine speed below the third engine speed.
  • the intake valve in this speed range also need not be controlled as a function of the speed.
  • the closing time is constant above and below the third engine speed, simple control is possible, for example with a first and a second partial cam acting on a cam follower.
  • control the inlet valve with a control element which has two cam taps that can be decoupled from one another.
  • the geometry of the cylinder is designed such that a first swirl is generated in the cylinder by the inflow of gas through only the inlet opening of the first valve and a second swirl in the cylinder by the inflow of gas through only the inlet opening of the second valve Cylinder is generated, the second swirl is significantly stronger than the first swirl.
  • a strong swirl is generated at low speed, at which only the second valve is open at the end of the inlet area, whereas at high speed, at which only the first inlet valve is open at the end of the inlet area, only a slight or essentially none Swirl is generated.
  • a high swirl can be achieved at low speed and a low swirl combined with better air loading performance at high speed.
  • the geometry of the cylinder includes the geometry of the inlet openings and, if applicable, the valve geometry.
  • a particularly variable control of the first intake valve is achieved in that the first intake valve is actuated by an electromagnetic valve control.
  • the method is advantageously used in a diesel internal combustion engine, since there a high swirl in the low speed range leads particularly effectively to an improvement in performance and a reduction in pollutants.
  • Fig. 1 possible valve lift curves of intake valves and an exhaust valve at a first engine speed
  • Fig. 2 possible valve lifts of the intake valves and the exhaust valve at a second engine speed.
  • Figure 1 and Figure 2 each show the valve lift of two intake valves and an exhaust valve of a cylinder in a diagram in which the valve lift is plotted against the crank angle. It is irrelevant for the explanation of the exemplary embodiments whether the cylinder has further valves. To the left of the top dead center marked with 360 ° is the valve lift 2 of the exhaust valve and to the right of the top dead center possible valve elevations 4, 6, 8, 10, 12, 14 of the intake valves are shown.
  • Figure 1 shows possible valve controls for the intake valves at a first engine speed, which is typically in the lower speed range of the internal combustion engine.
  • the first of the two intake valves is equipped with a variable valve control, whereas the second intake valve is controlled rigidly, for example by a simple cam.
  • the second inlet valve has a valve lift 4, which is constant over the entire speed range of the internal combustion engine.
  • the first intake valve has the unchanged valve lift 6 or 8 in the entire speed range, which is below a third engine speed.
  • valve lift 6 is such that the opening time 16 of the variably controllable first inlet valve is approximately the same as the opening time 18 of the rigidly actuated second inlet valve.
  • the closing time 20 of the first inlet valve is about 40 ° before the closing time 22 of the second inlet valve. Due to the fact that only the second intake valve is open at the end of the intake time range, a strong swirl is created in the cylinder interior due to the combustion air flowing in through the second intake valve. As a result, the fuel in the cylinder is blown satisfactorily homogeneously in a subsequent fuel injection process.
  • the valve lift 8 is shifted somewhat late in relation to the valve lift 6.
  • the opening time 24 of the first inlet valve is also shifted towards the late compared to the opening time 18 of the second inlet valve.
  • the closing time 26 of the first inlet valve is still shifted by approximately 20 ° in the direction of early compared to the closing time 22 of the second inlet valve. Due to the opening offset of the valve lift 8 in relation to the valve lift 4, the swirl is generated mainly at the beginning of the inlet area at low speeds. Due to the late opening of the first inlet valve, which opens without valve overlap with respect to the outlet valve, a negative pressure is generated in the cylinder, which results in high gas speeds when the first inlet valve is opened.
  • valve lift of the two intake valves is approximately the same, namely a little over 8 mm.
  • the stroke can fluctuate somewhat in the activation variants of the first inlet valve, but is always essentially in the region of the stroke of the second and rigidly controlled inlet valve.
  • Figure 2 shows possible valve lifts 10, 12, 14 of the first intake valve at a second engine speed, which is usually in the upper speed range of the internal combustion engine.
  • the valve lift 10 of the first inlet valve lies around the valve lift 4 of the second inlet valve.
  • the first inlet valve is assigned an opening time 28 which is a few degrees earlier than the opening time 18 of the second and rigidly controlled inlet valve.
  • the closing time 30 of the first inlet valve is shifted late by approximately 15 ° compared to the closing time 22 of the second inlet valve. Due to the geometry of the cylinder, the swirl is deliberately reduced by means of the charge movement at high speeds, whereby a reduction in the charge exchange work can be achieved. Due to the long opening time of the first intake valve, a high degree of filling of the cylinder is achieved, whereby a high torque can be achieved.
  • the valve elevation 12 which is largely identical in shape to the valve elevation 10, is shifted overall in the late direction.
  • the opening time 32 of the first intake valve is therefore after the opening time 18 of the second intake valve.
  • the closing time 34 of the first intake valve is after the closing time 22 of the second intake valve.
  • a valve lift 14 is shown which, in contrast to the valve lift 12, is made narrower.
  • the time width of the valve elevation 14 can be adjusted, the closing time 38, however, basically being after the closing time 22 of the first inlet valve.
  • the opening time 36 of the first inlet valve is also variable and in the example shown in FIG. 2 lies far behind the opening time 18 of the second inlet valve.
  • the valve lifts 10, 12 and 14 of the first intake valve are constant over the entire speed range, which is above the third engine speed.
  • the first intake valve is controlled in such a way that it has valve lift 6 or 8 below the third engine speed. If the third engine speed is exceeded, the valve control of the first valve switches over, so that the first intake valve is operated with a valve lift 10, 12 or 14 that is adjusted late.
  • the closing time 22 of the second intake valve is kept constant over the entire speed range.

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Abstract

The invention relates to a method for controlling an inlet valve of an internal combustion engine, comprising at least one cylinder which comprises at least one first and one second inlet valve. The closing time point (20, 26, 30, 38, 34) of the first inlet valve can be adjusted. According to the invention, the closing time point (20, 26, 30, 38, 34) of the first inlet valve is prior to the closing time point (22) of the second inlet valve for a first engine speed and after said closing time point for the second engine speed. The first engine speed is lower than the second engine speed.

Description

Verfahren zur Steuerung eines Einlassventils einer Brenn- kraftmaschine Method for controlling an intake valve of an internal combustion engine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Einlassventils einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for controlling an intake valve of an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.
Heute übliche Brennkraftmaschinen sind dazu ausgelegt, über einen weiten Drehzahlbereich betrieben zu werden. Um über den weiten Drehzahlbereich ein hohes Drehmoment bei gleichzeitig akzeptabler Effizienz und geringen Abgaswerten zu erreichen, müssen Kompromisse im Design der Ventilgeometrie und der Ventilsteuerung, des Gaseinströmsystems und der Brennkraftzufuhr eingegangen werden. Brennkraftmaschinen werden üblicherweise mehr in einem unteren als in einem höheren Drehzahlbereich betrieben. Es ist daher bzgl . des Schadstoffausstoßes besonders sinnvoll, eine Brennkraftmaschine so zu gestalten, dass sie insbesondere in einem unteren Drehzahlbereich eine effiziente Verbrennung mit einer geringen Schadstofferzeugung zu- lässt. Problematisch im Hinblick auf den Schadstoffausstoß sind Dieselmotoren, die aufgrund ihrer Zylinderinnengeometrie üblicherweise mit einem Ventiltrieb mit formschlüssiger und starrer Geometrie ausgestattet sind. Die Auslegung der Ventilerhebungskurve erfolgt in nicht unerheblichem Maße nach Gesichtspunkten von erzielbarer Leistung und Drehmoment. Zur Einhaltung der Abgasgesetzgebung wird die Einspritzung variiert und durch Abgasnachbehandlungstechniken versucht, die Schadstoffe umzuwandeln. Es ist bekannt, dass eine gute Verwirbelung der in das Zylinderinnere strömenden Verbrennungsluft, der so genannte Drall, zu einem Verwehen des eingespritzten Kraftstoffs und somit zu einer guten Verbrennung mit einer hohen Leistungsausbeute und relativ niedriger Schadstoffemission beitragen kann. Zur Erzeugung eines Dralls schlägt die DE 196 06 054 C2 vor, dass zwei Einlassventile eines Zylinders in einem oder zwei Hubübertragungsmodi mit unterschiedlichen Hubkurven betrieben werden. Durch die unterschiedlichen Ventilhübe der beiden Einlassventile ergibt sich eine gezielte drallförmige Verwirbelung, durch die der Verbrennungsablauf beeinflusst und verbessert werden kann. Auch in der DE 43 419 45 AI wird, allerdings mit Bezug auf einen Otto-Motor, erwähnt, dass eine Verbesserung der Ξinströmbedingungen durch eine gezielte Steuerung des Ventilhubs erreicht werden kann.Internal combustion engines common today are designed to be operated over a wide speed range. In order to achieve a high torque over the wide speed range with at the same time acceptable efficiency and low exhaust gas values, compromises have to be made in the design of the valve geometry and the valve control, the gas inflow system and the fuel supply. Internal combustion engines are usually operated more in a lower than in a higher speed range. It is therefore of pollutant emissions makes particular sense to design an internal combustion engine in such a way that it permits efficient combustion with low pollutant generation, especially in a lower speed range. Diesel engines are problematic with regard to pollutant emissions, and because of their internal cylinder geometry they are usually equipped with a valve train with a positive and rigid geometry. The valve lift curve is designed to a not inconsiderable degree in terms of achievable power and torque. To comply with the exhaust gas legislation, the injection is varied and exhaust gas aftertreatment techniques attempt to convert the pollutants. It is known that good swirling of the combustion air flowing into the interior of the cylinder, the so-called swirl, can contribute to blowing away the injected fuel and thus to good combustion with a high power yield and relatively low pollutant emissions. To generate a swirl, DE 196 06 054 C2 proposes that two intake valves of a cylinder be operated in one or two stroke transmission modes with different stroke curves. The different valve lifts of the two intake valves result in a targeted swirl-like swirling, by means of which the combustion process can be influenced and improved. DE 43 419 45 AI also mentions, however with reference to an Otto engine, that an improvement in the inflow conditions can be achieved by a targeted control of the valve lift.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, mit dem sowohl eine besonders effiziente Verbrennung als auch ein hohes Drehmoment erreicht werden kann. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst . Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.The object of the invention is to provide a method with which both a particularly efficient combustion and a high torque can be achieved. This object is achieved according to the invention by the features of claim 1. Further refinements result from the subclaims.
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Steuerung eines Einlassventils einer Brennkraftmaschine mit zumindest einem Zylinder, der mindestens ein erstes und ein zweites Einlassventil aufweist, wobei der Schließzeitpunkt des ersten Einlassventils verstellbar ist.The invention is based on a method for controlling an intake valve of an internal combustion engine with at least one cylinder, which has at least one first and one second intake valve, the closing time of the first intake valve being adjustable.
Es wird vorgeschlagen, dass der Schließzeitpunkt des ersten Einlassventils bei einer ersten Motordrehzahl vor und bei einer zweiten Motordrehzahl hinter dem Schließzeitpunkt des zweiten Einlassventils liegt, wobei die erste Motordrehzahl kleiner ist als die zweite Motordrehzahl .It is proposed that the closing time of the first intake valve be at a first engine speed before and at a second engine speed behind the closing time of the second intake valve, the first engine speed being less than the second engine speed.
Versuche haben gezeigt, dass ein guter Drall der in das Zylinderinnere strömenden Verbrennungsluft zwar mit einem unterschiedlichen Hub der beiden Einlassventile in befriedigender Weise erzeugt werden kann. Eine ebenfalls gute oder sogar noch bessere Drallerzeugung bei gleichzeitig gutem Füllungsgrad des Zylinders im Bereich niedriger Drehzahlen der Brennkraftmaschine jedoch dann erreicht wird, wenn eines der Einlassventile früher schließt als das andere Einlassventil. Die am Ende eines Einlassvorgangs nur durch ein Einlassventil in das Zylinderinnere strömende Verbrennμngsluft erzeugt einen zur Verwehung des Kraftstoffs besonders effektiven Drall . Durch die Erfindung ist somit eine besonders effektive drehzahlabhängige Drallsteuerung durch die Ventilsteuerung möglich. Hierdurch kann der Grunddrall, der durch die Kanalgeometrie verursacht wird, geringer ausgelegt werden. Durch den früheren Schließzeitpunkt des ersten Einlassventils, also einer zeitlich schmalen Ventilerhebungskurve, wird außerdem ein hoher Drall mit hohem Luftaufwand ermöglicht. Außerdem werden Füllungsverluste vermieden. Es ergeben sich des Weiteren bei einem Betrieb mit einer schmalen Ventilerhebungskurve Verbesserungen der Schadstoffemissionen, insbesondere bezüglich der Schadstoffpartikel. Ferner kann der effektive Mitteldruck bei geringen Drehzahlen gemäß der Steigerung des Luftaufwandes gesteigert werden. Somit ergibt sich ein Drehmomentgewinn bei einer Anfahrdrehzahl, und es können Anfahrschwächen verringert werden.Experiments have shown that a good swirl of the combustion air flowing into the cylinder interior can be produced satisfactorily with a different stroke of the two intake valves. Another good or even Even better swirl generation with a good degree of filling of the cylinder in the range of low engine speeds is achieved when one of the intake valves closes earlier than the other intake valve. The combustion air flowing into the cylinder interior only through an intake valve at the end of an intake process creates a swirl that is particularly effective for blowing the fuel. The invention thus enables a particularly effective speed-dependent swirl control by the valve control. As a result, the base twist caused by the channel geometry can be designed to be lower. The earlier closing time of the first intake valve, that is to say a valve lift curve that is narrow in time, also enables a high swirl with a high air expenditure. Fill losses are also avoided. When operating with a narrow valve elevation curve, there are also improvements in pollutant emissions, in particular with regard to the pollutant particles. Furthermore, the effective medium pressure can be increased at low speeds in accordance with the increase in air consumption. This results in a torque gain at a starting speed and starting weaknesses can be reduced.
Zu hohen Drehzahlen hin wird der Schließzeitpunkt des ersten Ventils vom drallerzeugenden frühen Zeitpunkt nach spät verschoben. Hierdurch kann das Drallverhalten der einströmenden Verbrennungsluft bei hohen Drehzahlen mittels der Ladungsbewegung gezielt verringert werden. Die längere Ventilöffnungszeit und die gezielte Verringerung des Dralls ermöglicht eine Verminderung der Ladungswechselarbeit. Der effektive Mitteldruck kann bei geringen Drehzahlen gemäß der Steigerung des Luftaufwands gesteigert werden. Es wird der Füllungsgrad erhöht, was zu einem Leistungsgewinn im hohen Drehzahlbereich, und insbesondere bei Nenndrehzahl , führt .At high speeds, the closing time of the first valve is shifted from the swirl-generating early point to the late point. As a result, the swirl behavior of the incoming combustion air at high speeds can be specifically reduced by means of the charge movement. The longer valve opening time and the targeted reduction of the swirl enables a reduction in the gas exchange work. The effective medium pressure can be increased at low speeds in accordance with the increase in air consumption. The degree of filling is increased, which leads to a performance gain in the high speed range, and in particular at the nominal speed.
Zur zusätzlichen Drallerhöhung im unteren Drehzahlbereich ist es möglich, den Öffnet-Zeitpunkt des ersten Einlassventils nach spät zu verstellen. Das erste Einlassventil öffnet somit ohne Ventilüberschneidung mit dem Auslassventil. Dadurch kann im Zylinder ein Unterdruck erzeugt werden, der beim Öffnen des ersten Ventils hohe Gasgeschwindigkeiten nach sich zieht. Zusätzlich zu dem auf diese Weise erzeugten hohen Drall kann durch diese Maßnahme das geometrische Verdichtungsverhältnis gesenkt werden, da beim Motorstart die Ventilüberschneidung entfällt. Der Aufladegrad kann gesteigert werden, wenn das geometrische Verdichtungsverhältnis sinkt. Zweckmäßigerweise werden durch eine möglichst steile Auslegung der Rampe die Ladungswechselverluste minimiert und ein großer Verstellbereich wird ermöglicht. Eine besonders einfache Steuerung wird mit einem Öffnet-Zeitpunkt mit geringer oder keiner Variabilität erreicht.For an additional swirl increase in the lower speed range, it is possible to adjust the opening time of the first intake valve late. The first inlet valve thus opens without valve overlap with the exhaust valve. As a result, a negative pressure can be generated in the cylinder, which results in high gas speeds when the first valve is opened. In addition to the high swirl generated in this way, the geometric compression ratio can be reduced by this measure, since the valve overlap is omitted when the engine is started. The degree of charging can be increased if the geometric compression ratio drops. Expediently, the ramp change losses are minimized by designing the ramp as steep as possible and a large adjustment range is made possible. A particularly simple control is achieved with an opening time with little or no variability.
Zweckmäßigerweise liegt der Schließzeitpunkt des ersten Einlassventils bei der ersten Motordrehzahl um mindestens 20°, gemessen am Kurbelwinkel, insbesondere mindestens 40°, vor dem Schließzeitpunkt des ersten Einlassventils bei der zweiten Motordrehzahl . Hierdurch wird eine besonders effektive Drallerzeugung im niedrigen Drehzahlbereich und eine besonders große Leistung im hohen Drehzahlbereich erreicht. Eine weitere Verbesserung bezüglich Schadstoffausstoß bzw. Leistung kann erreicht werden, wenn der Schließzeitpunkt des ersten Einlassventils bei der ersten Motordrehzahl mindestens 20° vor und bei der zweiten Motordrehzahl mindestens 20° hinter dem Schließzeitpunkt des zweiten Einlassventils liegt.The closing time of the first intake valve at the first engine speed is expediently at least 20 °, measured at the crank angle, in particular at least 40 °, before the closing time of the first intake valve at the second engine speed. This results in particularly effective swirl generation in the low speed range and particularly high power in the high speed range. A further improvement with regard to pollutant emissions or performance can be achieved if the closing time of the first intake valve is at least 20 ° before the first engine speed and at least 20 ° behind the closing time of the second intake valve at the second engine speed.
Eine besonders einfache, kostengünstige sowie Bauraum sparende Konstruktion wird dadurch erreicht, dass der Schließzeitpunkt des zweiten Einlassventils über den gesamten Drehzahl- bereich konstant gehalten wird. Das zweite Einlassventil muss hierbei nicht steuerbar sein und kann beispielsweise über einen festen Nocken betätigt werden.A particularly simple, inexpensive and space-saving design is achieved in that the closing time of the second inlet valve is kept constant over the entire speed range. The second inlet valve does not have to be controllable here and can be actuated, for example, via a fixed cam.
Vorteilhafterweise liegt der Schließzeitpunkt des ersten Einlassventils unterhalb einer dritten Motordrehzahl, die zwischen der ersten und der zweiten Motordrehzahl liegt, vor dem Schließzeitpunkt des zweiten Einlassventils. Hierdurch kann eine gute Drallerzeugung im gesamten Drehzahlbereich unterhalb der dritten Motordrehzahl erzielt werden. Die dritte Motordrehzahl liegt hierbei zweckmäßigerweise oberhalb des Drehzahlbereichs, in dem sich ein starker Drall positiv auf die Leistung und die Schadstoffemission auswirkt .Advantageously, the closing time of the first intake valve is below a third engine speed, which is between the first and the second engine speed, before the closing time of the second intake valve. This can good swirl generation in the entire speed range below the third engine speed can be achieved. The third engine speed is expediently above the speed range in which a strong swirl has a positive effect on performance and pollutant emissions.
Gemäß einer bevorzugten Ausfuhrungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die dritte Motordrehzahl in Abhängigkeit von einem angeforderten Drehmoment gesteuert . So kann die dritte Motordrehzahl beispielsweise bei einem hohen angeforderten Drehmoment, also bei einer hohen Last, nach unten abgesenkt werden, so dass schon in einem relativ niedrigen Drehzahlbereich der Schließzeitpunkt des ersten Einlassventils von früh nach spät verstellt wird. Hierdurch wird eine besonders variable Anpassung der Ventilsteuerung an Leistungsvorgaben erreicht. Dies kann bei einem Betriebsmodus der Brennkraftmaschine von Vorteil sein, bei dem unter hoher Last ein hoher Befüllungsgrad des Zylinders Vorrang vor einem ausgeprägten Drall mit geringen Abgasemissionswerten hat.According to a preferred embodiment of the method according to the invention, the third engine speed is controlled as a function of a requested torque. For example, the third engine speed can be reduced downward when the torque requested is high, that is to say under a high load, so that the closing time of the first intake valve is adjusted from early to late even in a relatively low speed range. This enables a particularly variable adaptation of the valve control to performance requirements. This can be advantageous in an operating mode of the internal combustion engine in which, under high load, a high degree of filling of the cylinder has priority over a pronounced swirl with low exhaust gas emission values.
Eine besonders kostengünstige Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann erreicht werden, indem der Schließzeitpunkt des ersten Einlassventils unterhalb der dritten Motordrehzahl mit konstantem Zeitabstand vor dem Schließzeitpunkt des zweiten Einlassventils liegt. Bei einer solchen Steuerung des Schließzeitpunkts des ersten Einlassventils muss das Einlassventil unterhalb der dritten Motordrehzahl nicht abhängig von der Motordrehzahl gesteuert werden.A particularly economical implementation of the method according to the invention can be achieved in that the closing time of the first intake valve is below the third engine speed with a constant time interval before the closing time of the second intake valve. With such a control of the closing time of the first intake valve, the intake valve does not have to be controlled depending on the engine speed below the third engine speed.
Liegt der Schließzeitpunkt des ersten Einlassventils insbesondere oberhalb der dritten Motordrehzahl mit konstantem Zeitabstand nach dem Schließzeitpunkt des zweiten Einlassventils, so muss das Einlassventil in diesem Drehzahlbereich e- benfalls nicht drehzahlabhängig gesteuert werden. Insbesondere bei einer Konstanz des Schließzeitpunkts oberhalb und unterhalb der dritten Motordrehzahl ist eine einfache Steuerung, beispielsweise mit einem ersten und einem zweiten auf einen Nockenfolger wirkenden Teilnocken, möglich. Ebenfalls denkbar ist die Steuerung des Einlassventils mit einem Steuerungselement, das zwei voneinander entkoppelbare Nockenabgriffe aufweist.If the closing point in time of the first intake valve is above the third engine speed at a constant time interval after the closing point in time of the second intake valve, the intake valve in this speed range also need not be controlled as a function of the speed. In particular, if the closing time is constant above and below the third engine speed, simple control is possible, for example with a first and a second partial cam acting on a cam follower. Likewise It is conceivable to control the inlet valve with a control element which has two cam taps that can be decoupled from one another.
In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist die Geometrie des Zylinders so ausgestaltet, dass durch das Einströmen von Gas durch lediglich die Einlassöffnung des ersten Ventils ein erster Drall im Zylinder erzeugt wird und durch das Einströmen von Gas durch lediglich die Einlassöffnung des zweiten Ventils ein zweiter Drall im Zylinder erzeugt wird, wobei der zweite Drall erheblich stärker ist als der erste Drall. Hierdurch wird bei niedriger Drehzahl , bei dem zum Ende des Einlassbereichs nur das zweite Ventil geöffnet ist, ein starker Drall erzeugt, wohingegen bei einer hohen Drehzahl, bei dem am Ende des Einlassbereichs nur das erste Einlassventil geöffnet ist, nur ein geringer oder im Wesentlichen kein Drall erzeugt wird. Es kann bei niedriger Drehzahl ein hoher Drall und bei hoher Drehzahl ein niedriger Drall verbunden mit einer besseren Luftladeleistung erreicht werden. Die Geometrie des Zylinders umfasst die Geometrie der Einlassöffnungen und ggf. die Ventilgeometrie.In an expedient embodiment of the invention, the geometry of the cylinder is designed such that a first swirl is generated in the cylinder by the inflow of gas through only the inlet opening of the first valve and a second swirl in the cylinder by the inflow of gas through only the inlet opening of the second valve Cylinder is generated, the second swirl is significantly stronger than the first swirl. As a result, a strong swirl is generated at low speed, at which only the second valve is open at the end of the inlet area, whereas at high speed, at which only the first inlet valve is open at the end of the inlet area, only a slight or essentially none Swirl is generated. A high swirl can be achieved at low speed and a low swirl combined with better air loading performance at high speed. The geometry of the cylinder includes the geometry of the inlet openings and, if applicable, the valve geometry.
Eine besonders variable Steuerung des ersten Einlassventils wird erreicht, indem das erste Einlassventil durch eine e- lektromagnetische Ventilsteuerung betätigt wird. Außerdem wird das Verfahren vorteilhafterweise bei einer Dieselbrenn- kraftmaschine angewandt, da dort im niedrigen Drehzahlbereich ein hoher Drall besonders effektiv zur einer Leistungsverbesserung und Schadstoffreduzierung führt .A particularly variable control of the first intake valve is achieved in that the first intake valve is actuated by an electromagnetic valve control. In addition, the method is advantageously used in a diesel internal combustion engine, since there a high swirl in the low speed range leads particularly effectively to an improvement in performance and a reduction in pollutants.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten z'ahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Dabei zeigen:Further advantages result from the following description of the drawing. In the drawing, an embodiment of the invention is shown. The drawing, the description and the claims contain z 'umerous features in combination. The person skilled in the art will expediently also consider the features individually and combine them into useful further combinations. Show:
Fig. 1 mögliche Ventilerhebungskurven von Einlassventilen und einem Auslassventil bei einer ersten Motordrehzahl undFig. 1 possible valve lift curves of intake valves and an exhaust valve at a first engine speed and
Fig. 2 mögliche Ventilerhebungen der Einlassventile und des Auslassventils bei einer zweiten Motordrehzahl.Fig. 2 possible valve lifts of the intake valves and the exhaust valve at a second engine speed.
Figur 1 und Figur 2 zeigen jeweils die Ventilerhebung von zwei Einlassventilen und einem Auslassventil eines Zylinders in einem Diagramm, bei dem die Ventilerhebung über dem Kurbelwinkel aufgetragen ist. Es ist hierbei für die Erläuterung der Ausführungsbeispiele unerheblich, ob der Zylinder weitere Ventile aufweist. Links vom mit 360° markierten oberen Totpunkt ist die Ventilerhebung 2 des Auslassventils und rechts vom oberen Totpunkt sind mögliche Ventilerhebungen 4, 6, 8, 10, 12, 14 der Einlassventile dargestellt.Figure 1 and Figure 2 each show the valve lift of two intake valves and an exhaust valve of a cylinder in a diagram in which the valve lift is plotted against the crank angle. It is irrelevant for the explanation of the exemplary embodiments whether the cylinder has further valves. To the left of the top dead center marked with 360 ° is the valve lift 2 of the exhaust valve and to the right of the top dead center possible valve elevations 4, 6, 8, 10, 12, 14 of the intake valves are shown.
Figur 1 zeigt mögliche Ventilsteuerungen für die Einlassventile bei einer ersten Motordrehzahl, die typischerweise im unteren Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine liegt. Das erste der zwei Einlassventile ist mit einer variablen Ventilsteuerung ausgestattet, wohingegen das zweite Einlassventil starr angesteuert wird, beispielsweise durch einen einfachen Nocken. Das zweite Einlassventil weist eine Ventilerhebung 4 auf, die über den gesamten Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine konstant ist. Das erste Einlassventil weist im gesamten Drehzahlbereich, der unterhalb einer dritten Motordrehzahl liegt, die unveränderte Ventilerhebung 6 bzw. 8 auf.Figure 1 shows possible valve controls for the intake valves at a first engine speed, which is typically in the lower speed range of the internal combustion engine. The first of the two intake valves is equipped with a variable valve control, whereas the second intake valve is controlled rigidly, for example by a simple cam. The second inlet valve has a valve lift 4, which is constant over the entire speed range of the internal combustion engine. The first intake valve has the unchanged valve lift 6 or 8 in the entire speed range, which is below a third engine speed.
In Figur 1 sind zwei mögliche Ventilerhebungen 6, 8 des ersten und variabel steuerbaren Einlassventils dargestellt. In einer ersten Steuerungsvariante des ersten Einlassventils liegt die Ventilerhebung 6 so, dass der Öffnungszeitpunkt 16 des variabel ansteuerbaren ersten Einlassventils in etwa gleich ist wie der Öffnungszeitpunkt 18 des starr angesteuerten zweiten Einlassventils. Der Schließzeitpunkt 20 des ersten Einlassventils liegt hingegen um etwa 40° vor dem Schließzeitpunkt 22 des zweiten Einlassventils. Bedingt dadurch, dass zum Ende des Einlasszeitbereichs nur noch das zweite Einlassventil geöffnet ist, entsteht im Zylinderinnenraum ein durch die durch das zweite Einlassventil einströmende Verbrennungsluft starker Drall. Hierdurch wird in einem nachfolgenden Kraftstoffeinspritzprozess der Kraftstoff im Zylinder befriedigend homogen verweht.In Figure 1, two possible valve lifts 6, 8 of the first and variably controllable inlet valve are shown. In a first control variant of the first inlet valve, the valve lift 6 is such that the opening time 16 of the variably controllable first inlet valve is approximately the same as the opening time 18 of the rigidly actuated second inlet valve. The closing time 20 of the first inlet valve, however, is about 40 ° before the closing time 22 of the second inlet valve. Due to the fact that only the second intake valve is open at the end of the intake time range, a strong swirl is created in the cylinder interior due to the combustion air flowing in through the second intake valve. As a result, the fuel in the cylinder is blown satisfactorily homogeneously in a subsequent fuel injection process.
In einer alternativen Steuerungsvariante des ersten Einlassventils ist die Ventilerhebung 8 gegenüber der Ventilerhebung 6 etwas in Richtung spät verschoben. Hierdurch bedingt ist der Öffnungszeitpunkt 24 des ersten Einlassventils gegenüber dem Öffnungszeitpunkt 18 des zweiten Einlassventils ebenfalls in Richtung spät verschoben. Der Schließzeitpunkt 26 des ersten Einlassventils ist jedoch gegenüber dem Schließzeitpunkt 22 des zweiten Einlassventils immer noch um etwa 20° in Richtung früh verschoben. Durch den Öffnungsversatz der Ventilerhebung 8 gegenüber der Ventilerhebung 4 wird bei geringen Drehzahlen der Drall hauptsächlich am Beginn des Einlassbereichs erzeugt. Durch die späte Öffnung des ersten Einlassventils, das ohne Ventilüberschneidung bezüglich des Auslassventils öffnet, wird ein Unterdruck im Zylinder erzeugt, der beim Öffnen des ersten Einlassventils hohe Gasgeschwindigkeiten nach sich zieht. Durch eine möglichst steile Auslegung der Rampe werden die Ladungswechselverluste minimiert und ein großer Verstellbereich ermöglicht. Der Ventilhub der beiden Einlassventile liegt in etwa gleich, und zwar bei etwas über 8 mm. Der Hub kann in den Ansteuerungsvarianten des ersten Einlassventils etwas schwanken, liegt jedoch immer im Wesentlichen im Bereich des Hubs des zweiten und starr angesteuerten Einlassventils. Figur 2 zeigt mögliche Ventilerhebungen 10, 12, 14 des ersten Einlassventils bei einer zweiten Motordrehzahl, die üblicherweise im oberen Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine liegt. In einer ersten Ansteuerungsmöglichkeit des ersten Einlassventils liegt die Ventilerhebung 10 des ersten Einlassventils um die Ventilerhebung 4 des zweiten Einlassventils herum. Dem ersten Einlassventil ist ein Öffnungszeitpunkt 28 zugeordnet, der um einige Grad früher liegt als der Öffnungszeitpunkt 18 des zweiten und starr angesteuerten Einlassventils. Der Schließzeitpunkt 30 des ersten Einlassventils ist hingegen gegenüber dem Schließzeitpunkt 22 des zweiten Einlassventils um etwa 15° nach spät verschoben. Bedingt durch die Geometrie des Zylinders ist somit bei hohen Drehzahlen der Drall mittels der Ladungsbewegung gezielt verringert, wodurch eine Verminderung der Ladungswechselarbeit erreicht werden kann. Durch die lange Öffnungszeit des ersten Einlassventils wird ein hoher Füllungsgrad des Zylinders erreicht, wodurch ein hohes Drehmoment erzielbar ist.In an alternative control variant of the first inlet valve, the valve lift 8 is shifted somewhat late in relation to the valve lift 6. As a result, the opening time 24 of the first inlet valve is also shifted towards the late compared to the opening time 18 of the second inlet valve. However, the closing time 26 of the first inlet valve is still shifted by approximately 20 ° in the direction of early compared to the closing time 22 of the second inlet valve. Due to the opening offset of the valve lift 8 in relation to the valve lift 4, the swirl is generated mainly at the beginning of the inlet area at low speeds. Due to the late opening of the first inlet valve, which opens without valve overlap with respect to the outlet valve, a negative pressure is generated in the cylinder, which results in high gas speeds when the first inlet valve is opened. By designing the ramp as steep as possible, the charge exchange losses are minimized and a large adjustment range is made possible. The valve lift of the two intake valves is approximately the same, namely a little over 8 mm. The stroke can fluctuate somewhat in the activation variants of the first inlet valve, but is always essentially in the region of the stroke of the second and rigidly controlled inlet valve. Figure 2 shows possible valve lifts 10, 12, 14 of the first intake valve at a second engine speed, which is usually in the upper speed range of the internal combustion engine. In a first control option for the first inlet valve, the valve lift 10 of the first inlet valve lies around the valve lift 4 of the second inlet valve. The first inlet valve is assigned an opening time 28 which is a few degrees earlier than the opening time 18 of the second and rigidly controlled inlet valve. In contrast, the closing time 30 of the first inlet valve is shifted late by approximately 15 ° compared to the closing time 22 of the second inlet valve. Due to the geometry of the cylinder, the swirl is deliberately reduced by means of the charge movement at high speeds, whereby a reduction in the charge exchange work can be achieved. Due to the long opening time of the first intake valve, a high degree of filling of the cylinder is achieved, whereby a high torque can be achieved.
In einer alternativen Steuerungsvariante ist die mit der Ventilerhebung 10 von der Form her weitgehend identische Ventil- erhebung 12 insgesamt in Richtung spät verschoben. Der Öffnungszeitpunkt 32 des ersten Einlassventils liegt somit nach dem Öffnungszeitpunkt 18 des zweiten Einlassventils. Ebenso liegt der Schließzeitpunkt 34 des ersten Einlassventils nach dem Schließzeitpunkt 22 des zweiten Einlassventils. Als eine weitere mögliche alternative Steuerungsvariante des ersten Einlassventils ist eine Ventilerhebung 14 gezeigt, die im Gegensatz zur Ventilerhebung 12 schmaler ausgeführt ist. Je nach Drehmomentanforderung kann die zeitliche Breite der Ventilerhebung 14 angepasst werden, wobei der Schließzeitpunkt 38 jedoch grundsätzlich hinter dem Schließzeitpunkt 22 des ersten Einlassventils liegt. Der Öffnungszeitpunkt 36 des ersten Einlassventils ist ebenfalls variabel verschiebbar und liegt im in Figur 2 gezeigten Beispiel weit hinter dem Öffnungszeitpunkt 18 des zweiten Einlassventils.In an alternative control variant, the valve elevation 12, which is largely identical in shape to the valve elevation 10, is shifted overall in the late direction. The opening time 32 of the first intake valve is therefore after the opening time 18 of the second intake valve. Likewise, the closing time 34 of the first intake valve is after the closing time 22 of the second intake valve. As a further possible alternative control variant of the first inlet valve, a valve lift 14 is shown which, in contrast to the valve lift 12, is made narrower. Depending on the torque requirement, the time width of the valve elevation 14 can be adjusted, the closing time 38, however, basically being after the closing time 22 of the first inlet valve. The opening time 36 of the first inlet valve is also variable and in the example shown in FIG. 2 lies far behind the opening time 18 of the second inlet valve.
Die Ventilerhebungen 10, 12 bzw. 14 des ersten Einlassventils sind über den gesamten Drehzahlbereich, der oberhalb der dritten Motordrehzahl liegt, konstant. Das erste Einlassventil wird so angesteuert, dass es unterhalb der dritten Motordrehzahl die Ventilerhebung 6 oder 8 aufweist. Wird die dritte Motordrehzahl überschritten, schaltet die Ventilsteuerung des ersten Ventils um, so dass das erste Einlassventil mit einer spät verstellten Ventilerhebung 10, 12 oder 14 betrieben wird. Der Schließzeitpunkt 22 des zweiten Einlassventils wird über den gesamten Drehzahlbereich konstant gehalten. The valve lifts 10, 12 and 14 of the first intake valve are constant over the entire speed range, which is above the third engine speed. The first intake valve is controlled in such a way that it has valve lift 6 or 8 below the third engine speed. If the third engine speed is exceeded, the valve control of the first valve switches over, so that the first intake valve is operated with a valve lift 10, 12 or 14 that is adjusted late. The closing time 22 of the second intake valve is kept constant over the entire speed range.

Claims

Patentansprüche claims
Verfahren zur Steuerung eines Einlassventils einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder, der mindestens ein erstes und ein zweites Einlassventil aufweist, wobei der Schließzeitpunkt (20, 26, 30, 38, 34) des ersten Einlassventils verstellbar ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Schließzeitpunkt (20, 26, 30, 38, 34) des ersten Einlassventils bei einer ersten Motordrehzahl vor und bei einer zweiten Motordrehzahl hinter dem Schließzeitpunkt (22) des zweiten Einlassventils liegt, wobei die erste Motordrehzahl kleiner ist als die zweite Motordrehzahl.Method for controlling an intake valve of an internal combustion engine with at least one cylinder, which has at least a first and a second intake valve, the closing time (20, 26, 30, 38, 34) of the first intake valve being adjustable, characterized in that the closing time (20, 26, 30, 38, 34) of the first intake valve at a first engine speed before and at a second engine speed after the closing time (22) of the second intake valve, the first engine speed being less than the second engine speed.
Verfahren nach Anspruch 1 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Schließzeitpunkt (22) des zweiten Einlassventils über den gesamten Drehzahlbereich konstant gehalten wird.Method according to claim 1, so that the closing time (22) of the second inlet valve is kept constant over the entire speed range.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Schließzeitpunkt (20, 26) des ersten Einlassventils unterhalb einer dritten Motordrehzahl, die zwischen der ersten und der zweiten Motordrehzahl liegt, vor dem Schließzeitpunkt (22) des zweiten Einlassventils liegt. A method according to claim 1 or 2, characterized in that the closing time (20, 26) of the first intake valve is below a third engine speed, which is between the first and the second engine speed, before the closing time (22) of the second intake valve.
4. Verfahren nach Anspruch 3 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die dritte Motordrehzahl in Abhängigkeit von einem angeforderten Drehmoment gesteuert wird.4. The method of claim 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the third engine speed is controlled depending on a requested torque.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Schließzeitpunkt (20, 26) des ersten Einlassventils unterhalb der dritten Motordrehzahl mit konstantem Zeitabstand vor dem Schließzeitpunkt (22) des zweiten Einlassventils liegt.5. The method of claim 3 or 4, so that the closing time (20, 26) of the first intake valve is below the third engine speed at a constant time interval before the closing time (22) of the second intake valve.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Schließzeitpunkt (30, 34, 38) des ersten Einlassventils oberhalb der dritten Motordrehzahl mit konstantem Zeitabstand nach dem Schließzeitpunkt (22) des zweiten Einlassventils liegt.6. The method according to any one of claims 3 to 5, so that the closing time (30, 34, 38) of the first intake valve lies above the third engine speed at a constant time interval after the closing time (22) of the second intake valve.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Geometrie des Zylinders so gestaltet ist, dass durch das Einströmen von Gas durch lediglich die Einlassöffnung des ersten Ventils ein erster Drall im Zylinder erzeugt wird und durch das Einströmen von Gas durch lediglich die Einlassδffnung des zweiten Ventils ein zweiter Drall im Zylinder erzeugt wird, wobei der zweite Drall erheblich stärker ist als der erste Drall.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the geometry of the cylinder is designed such that a first swirl is generated in the cylinder by the inflow of gas through only the inlet opening of the first valve and by the inflow of gas through only the inlet opening a second swirl is generated in the cylinder of the second valve, the second swirl being considerably stronger than the first swirl.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das erste Einlassventil durch eine elektromagnetische Ventilsteuerung betätigt wird.8. The method according to any one of the preceding claims, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the first inlet valve is actuated by an electromagnetic valve control.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche angewandt bei einer Dieselbrennkraftmaschine. 9. The method according to any one of the preceding claims applied to a diesel internal combustion engine.
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