EP1763626A1 - Steuervorrichtung für brennkraftmaschinen mit einem aufladesystem und mit einem system zur verstellung der steuerzeiten eines einlassventils - Google Patents

Steuervorrichtung für brennkraftmaschinen mit einem aufladesystem und mit einem system zur verstellung der steuerzeiten eines einlassventils

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EP1763626A1
EP1763626A1 EP05755640A EP05755640A EP1763626A1 EP 1763626 A1 EP1763626 A1 EP 1763626A1 EP 05755640 A EP05755640 A EP 05755640A EP 05755640 A EP05755640 A EP 05755640A EP 1763626 A1 EP1763626 A1 EP 1763626A1
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EP
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inlet
control
valve
control device
intake
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EP05755640A
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Peter Frehland
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Bayerische Motoren Werke AG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to a control device for internal combustion engines with a charging system according to the preamble of claim 1.
  • Such a control device is known for example from DE 43 12 085 A1.
  • This known control device deals with the setting of an optimal valve overlap depending on the load and speed of the internal combustion engine, especially in supercharged internal combustion engines. Only the control time for opening, but not for closing the intake valve is considered.
  • the control device described here addresses the problem that unburned fuel can be blown through the cylinder in the event of a valve overlap by the charging system (so-called “blow-by” effect).
  • the object of the invention is to improve a control device of the type mentioned at the beginning in such a way that, at least in the part-load range, a reduction in fuel consumption is achieved while preventing excessive valve overlap.
  • a reduction in fuel consumption is achieved by dethrottling with early intake closing while at the same time preventing excessive valve overlap without changing the total intake control time.
  • the invention relates to the use of a fixed, reduced intake control time with a charging system.
  • a system with exhaust gas turbocharging or with compressor charging is preferably used as the charging system.
  • the intake length is the same Dimension the intake cam assigned to the intake valve in such a way that the control time for closing the intake valve when the system is in the zero position for adjusting the control times is at or before the crankshaft angle (° KW) assigned to the lower charge cycle dead center (LUT) of the cylinder piston Control times, in particular due to camshaft rotation, have also long been known under the abbreviation VANOS.
  • the zero position corresponds to the largest inlet spread, ie the maximum adjustment position in the late direction.
  • the inlet length is usually defined in relation to a given opening and closing valve stroke a little over 0 mm, here preferably to 1 mm opening and closing stroke, whereby the asymptotic start and end courses of a valve lift curve are “cut off” with regard to a sharper course ,
  • the inlet length of the inlet cam assigned to the inlet valve is preferably dimensioned such that the control time for closing the inlet valve when the maximum adjustment position of the system for adjusting the valve timing is present is around the entire adjustment range in the direction before the crankshaft angle assigned to the lower charge cycle dead center of the cylinder piston ,
  • the inlet length of the inlet cam assigned to the inlet valve is additionally dimensioned in such a way that a predetermined maximum permissible valve overlap is not exceeded if the control times are adjusted in the direction of early for unthrottling the charge exchange process due to the early inlet closing time.
  • the inlet length or effective inlet control time according to the invention (from an opening and closing height of the inlet valve of approximately 1 mm) of the inlet cam assigned to the inlet valve is preferably approximately between 150 degrees crankshaft angle and 190 degrees crankshaft angle.
  • the invention is based on the finding that the intake closure is brought forward, preferably by the full VANOS adjustment range from Z. B. is known to be 60 ° KW-70 ° KW in the early direction, with regard to the bottom dead center in the intake stroke during the charge change, a limitation of the intake volume is achieved. This saves fuel.
  • the solution according to the invention only provides for the use of a “shorter” cam (inlet length from 1 mm valve lift ⁇ 190 degrees crankshaft angle [° KW]) in comparison with conventionally used cams (inlet length from 1 mm valve lift> 200 degrees crankshaft angle [° KW]).
  • the invention is further based on the knowledge that simply advancing the inlet closing alone is not sufficient, but that the valve overlap is also avoided by the inventive shortening of the inlet length; because, on the other hand, an excessive residual gas component could worsen the combustion.
  • the intake valve control diagram c is shown for the maximum adjustment position of the system for adjusting the control times in the early direction.
  • the system for adjusting the control times can also temporarily adjust the intake closing timing to the lower dead center (LUT) of the gas exchange (here zero position).
  • LUT lower dead center
  • the system for adjusting the control times can also temporarily adjust the intake closing timing to the lower dead center (LUT) of the gas exchange (here zero position).
  • V forward displacement
  • V forward displacement
  • E dethrottling
  • AS the crankshaft angle range in which the exhaust valve and intake valve are open at the same time (ie between E ⁇ and AS).
  • valve control diagrams shown here show that, according to the prior art, even if the control times are fully adjusted in the early direction, intake closing always takes place after the bottom gas exchange dead center lower charge exchange dead center instead.
  • the invention offers a cost-neutral solution for reducing fuel consumption.

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Abstract

Bei einer Steuervorrichtung für Brennkraftmaschinen mit einem Auflade­system und mit einem System zur Verstellung der Steuerzeiten zumindest eines Einlassventils eines Zylinders innerhalb eines vorgegebenen Verstell­bereiches ausgehend von einer Nulllage bis zu einer maximalen Verstellpo­sition um einen definierten maximal möglichen Kurbelwellenwinkelbereich in Richtung früh ist die Einlasslänge der dem Einlassventil zugeordneten Ein­lassnocke derart bemessen, dass die Steuerzeit für das Schließen des Ein­lassventils bei Vorliegen der Nulllage des Systems zur Verstellung der Steu­erzeiten bei oder vor dem dem unteren Ladungswechsel-Totpunkt des Zylin­derkolbens zugeordneten Kurbelwellenwinkel liegt.

Description

STEUERVORRICHTUNG FÜR BRENNKRAFTMASCHINEN MIT EINEM AUFLADESYSTEM UND MIT EINEM SYSTEM ZUR VERSTELLUNG DER STEUERZEITEN EINES EINLASSVENTILS
Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung für Brennkraftmaschinen mit einem Aufladesystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine derartige Steuervorrichtung ist beispielsweise aus der DE 43 12 085 A1 bekannt. Diese bekannte Steuervorrichtung beschäftigt sich mit der Einstellung einer optimalen Ventilüberschneidung abhängig von Last und Drehzahl der Brennkraftmaschine speziell bei aufgeladenen Brennkraftmaschinen. Es wird also lediglich die Steuerzeit zum Öffnen, nicht jedoch zum Schließen des Einlassventils betrachtet. Bei der hier beschriebenen Steuervorrichtung wird das Problem behandelt, dass bei einer Ventilüberschneidung durch das Aufladesystem unverbrannter Kraftstoff durch den Zylinder geblasen werden kann (sogenannter „blow-by" Effekt).
Weitere bekannte Steuervorrichtungen, die sich mit der Einstellung einer optimalen Ventilüberschneidung beschäftigen, vernachlässigen das Problem, dass im unteren Teillastbereich durch das negative Spülgefälle Restgase in den Zylinder strömen können, die zunächst zur Entdrosselung des Ladungswechsels beitragen, ab einer bestimmten Menge aber eine stabile Verbrennunα verhindern können. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Steuervorrichtung eingangs genannter Art derart zu verbessern, dass zumindest im Teillastbereich eine Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs bei Verhinderung von zu großer Ventilüberschneidung erreicht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind die Gegenstände der abhängigen Ansprüche.
Erfindungsgemäß wird insbesondere im Teillastbereich eine Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs durch Entdrosselung mit frühem Einlassschluss bei gleichzeitiger Verhinderung von zu großer Ventilüberschneidung ohne Änderung der Gesamteinlasssteuerzeit erreicht. Gegenstand der Erfindung ist die Anwehdung einer festen, reduzierten Einlassteuerzeit mit einem Aufladesystem. Als Aufladesystem wird erfindungsgemäß vorzugsweise ein System mit Abgasturbo-Aufladung oder mit Kompressor-Aufladung verwendet.
Bei der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung für Brennkraftmaschinen mit einem Aufladesystem "und mit einem System zur Verstellung der Steuerzeiten zumindest eines Einlassventils eines Zylinders innerhalb eines vorgegebenen Verstellbereiches ausgehend von einer Nulllage bis zu einer maximalen Verstellposition um einen definierten maximal möglichen Kurbelwellenwinkelbereich in Richtung früh ist die Einlasslänge der dem Einlassventil zugeordneten Einlassnocke derart bemessen, dass die Steuerzeit für das Schließen des Einlassventils bei Vorliegen der Nulllage des Systems zur Verstellung der Steuerzeiten bei oder vor dem dem unteren Ladungswechsel-Totpunkt (LUT) des Zylinderkolbens zugeordneten Kurbelwellenwinkel (°KW) liegt. Systeme zur Verstellung der Steuerzeiten insbesondere durch Nockenwellenverdrehung sind auch unter der Abkürzung VANOS seit langem bekannt. Die Nulllage entspricht hier der größten Einlassspreizung, d.h. der maximalen Verstellposition in Richtung spät. Die Einlasslänge wird üblicherweise bezogen auf einen vorgegebenen Öffnungs- und Schließ- Ventilhub etwas über 0 mm, hier vorzugsweise auf 1 mm Öffnungs- und Schließhub, definiert, wodurch die asymptotischen Beginn- und Endeverläufe einer Ventilerhebungskurve im Hinblick auf einen schärferen Verlauf „abgeschnitten" werden.
Vorzugsweise ist die Einlasslänge der dem Einlassventil zugeordneten Einlassnocke derart bemessen, dass die Steuerzeit für das Schließen des Einlassventils bei Vorliegen der maximalen Verstellposition des Systems zur Verstellung der Steuerzeiten um den gesamten Verstellbereich in Richtung früh vor dem dem unteren Ladungswechsel-Totpunkt des Zylinderkolbens zugeordneten Kurbelwellenwinkel liegt.
Weiterhin ist die Einlasslänge der dem Einlassventil zugeordneten Einlassnocke zusätzlich derart bemessen, dass bei einer maximal möglichen Verstellung der Steuerzeiten in Richtung früh zur Entdrosselung des Ladungswechselvorganges durch frühen Einlassschließzeitpunkt eine vorgegebene maximal zulässige Ventilüberschneidung nicht überschritten wird.
Insgesamt liegt die erfindungsgemäße Einlasslänge bzw. effektive Einlasssteuerzeit (ab einer Öffnungs- und Schließhöhe des Einlassventils von etwa 1 mm) der dem Einlassventil zugeordneten Einlassnocke vorzugsweise etwa zwischen 150 Grad Kurbelwellenwinkel und 190 Grad Kurbelwellenwinkel.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch eine Vorverlegung des Einlassschließens, vorzugsweise um den vollen VANOS-Verstellbereich von z. B. bekannterweise 60°KW-70°KW in Richtung früh, hinsichtlich des unteren Totpunktes im Ansaugtakt während des Ladungswechsels eine Begrenzung des Ansaugvolumens erreicht wird. Hierdurch wird Kraftstoff gespart. Diß erfindungsgemäße Lösung sieht hierbei lediglich die Verwendung einer im Vergleich mit üblicherweise benutzten Nocken (Einlasslänge ab 1mm Ventilhub > 200 Grad Kurbelwellenwinkel [°KW]) „kürzere" Nocke (Einlasslänge ab 1 mm Ventilhub < 190 Grad Kurbelwellenwinkel [°KW]) vor. Dies ist möglich, da aufgrund des durch das Aufladesystem erhöhten Aufladedrucks der Nachteil der kurzen Einlassnockenwellensteuerzeit hinsichtlich eines für die Verbrennung ausreichenden Frischluftvolumens kompensiert werden kann. Durch die Erfindung können aufwendige Zusatzsysteme zur Verstellung der Steuerzeiten, wie z. B. Systeme zur Nockenwellenumschaltung (z. B. WT) oder voll variable Ventilsteuerungen (z. B. EVT) eingespart werden.
Der Erfindung liegt weiterhin die Erkenntnis zugrunde, dass eine bloße Vorverlegung des Einlassschließens allein nicht ausreicht, sondern dass durch die erfindungsgemäße Verkürzung der Einlasslänge auch eine zu große Ventilüberschneidung vermieden wird; denn andererseits könnte ein zu hoher Restgasanteil die Verbrennung verschlechtern.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Die einzige Figur zeigt die üblichen Steuerzeiten (AÖ=Auslass öffnet, AS=Auslass schließt) für ein Auslassventil (Auslassventilsteuerdiagramm oder Auslassventilerhebungskurve a), dessen Steuerzeiten ebenfalls verstellbar sein können aber nicht müssen, die üblichen Steuerzeiten (EÖ=Einlass öffnet, ES=Einlass schließt) für ein Einlassventil (Einlassventilsteuerdiagramm oder Einlassventilerhebungskurve b nach dem Stand der Technik) und die erfindungsgemäßen Steuerzeiten (EÖπeu=Einlass öffnet, ESneu=Einlass schließt neu) für ein Einlassventil aufgrund der erfindungsgemäßen Auslegung der zugehörigen Einlassnocke (Einlassventilsteuerdiagramm oder Einlassventilerhebungskurve c nach der Erfindung). Das Einlassventilsteuerdiagramm c ist für die maximale Verstellposition des Systems zur Verstellung der Steuerzeiten in Richtung früh dargestellt. Beispielsweise bei hoher Lastanforderung kann durch das System zur Verstellung der Steuerzeiten die Steuerzeit für das Einlassschließen auch zeitweise auf den unteren Ladungswechsel-Totpunkt (LUT) in Richtung spät verstellt werden (hier Nulllage). Doch grundsätzlich findet verglichen mit dem Stand der Technik (Einlassventilsteuerdiagramm b) eine Vorverschiebung V des Einlassschließens aufgrund der „kürzer" bemessenen Nocke vorzugsweise um den gesamten Verstellbereich statt. Hierdurch kann eine erhebliche Entdrosselung E erreicht werden, was am Verlauf d des Ansaugvolumens im Zylinder ersichtlich ist. Die Ventilüberschneidung ist durch den Kurbelwellenwinkelbereich definiert, bei dem Auslassventil und Einlassventil gleichzeitig geöffnet sind (also zwischen EÖ und AS).
Zum technischen Hintergrund im Hinblick auf die Funktionsweise verstellbarer Ventilsteuerzeiten wird ergänzend auf das Lehrbuch „Autoelektrik, Autoelektronik am Ottomotor" von Bosch, 2. Auflage, 1994, VDI-Verlag, Düsseldorf, Seiten 7 und 8 sowie Seiten 246 und 247, hingewiesen. Aus den hier dargestellten Ventilsteuerdiagrammen ist ersichtlich, dass nach dem Stand der Technik selbst bei voller Verstellung der Steuerzeiten in Richtung früh ein Einlassschließen stets nach dem unteren Ladungswechsel-Totpunkt stattfindet. Nach dem Gegenstand der Erfindung findet jedoch das Einlassschließen vorzugsweise vor „spätestens" aber bei dem unteren Ladungswechsel-Totpunkt statt.
Durch die Erfindung wird eine kostenneutrale Lösung zur Reduzierung von Kraftstoffverbrauch geboten.

Claims

Steuervorrichtung für Brennkraftmaschinen mit einem AufladesystemPatentansprüche
1. Steuervorrichtung für Brennkraftmaschinen mit einem Aufladesystem und mit einem System zur Verstellung der Steuerzeiten zumindest eines Einlassventils eines Zylinders innerhalb eines vorgegebenen Verstellbereiches ausgehend von einer Nulllage bis zu einer maximalen Verstellposition um einen definierten maximal möglichen Kurbelwellenwinkelbereich in Richtung früh, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlasslänge (EL) der dem Einlassventil zugeordneten Einlassnocke derart bemessen ist, dass die Steuerzeit (ESneu) für das Schließen des Einlassventils bei Vorliegen der Nulllage des Systems zur Verstellung der Steuerzeiten bei oder vor dem dem unteren Ladungswechsel-Totpunkt (LUT) des Zylinderkolbens zugeordneten Kurbelwellenwinkel (°KW) liegt.
2. Steuervorrichtung nach Patentanspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Einlasslänge (EL) der dem Einlassventil zugeordneten Einlassnocke derart bemessen ist, dass die Steuerzeit (ESneu) für das Schließen des Einlassventils bei Vorliegen der maximalen Verstellposition des Systems zur Verstellung der Steuerzeiten um den gesamten Verstellbereich in Richtung früh vor dem dem unteren Ladungswechsel-Totpunkt (LUT) des Zylinderkolbens zugeordneten Kurbelwellenwinkel (°KW) liegt.
3. Steuervorrichtung nach einem der vorangegangenen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlasslänge (EL) der dem Einlassventil zugeordneten Einlassnocke zusätzlich derart bemessen ist, dass bei einer maximal möglichen Verstellung der Steuerzeiten in Richtung früh eine vorgegebene maximal zulässige Ventilüberschneidung nicht überschritten wird.
4. Steuervorrichtung nach einem der vorangegangenen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlasslänge (EL) der dem Einlassventil zugeordneten Einlassnocke ab 1mm Öffnungshub bis 1mm Schließhub vorzugsweise etwa zwischen 150 Grad Kurbelwellenwinkel (°KW) und 190 Grad Kurbelwellenwinkel (°KW) liegt.
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