DE10355532A1

DE10355532A1 - Verfahren zur Optimierung der Ladung der Zylinder eines Hubkolbenmotors

Info

Publication number: DE10355532A1
Application number: DE10355532A
Authority: DE
Inventors: Markus Westermaier; Jan Jedro; Dirk Schöneberg; Michael Kuhn
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2003-11-27
Filing date: 2003-11-27
Publication date: 2005-06-30

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Optimierung der Ladung der Zylinder eines Hubkolbenmotors, wobei in einem niedrigen und mittleren Drehzahlbereich eine Impulsaufladung der Zylinder erzeugt wird, indem durch verspätetes Öffnen von Lufttaktventilen gegenüber den Einlaßventilen zuerst ein Unterdruck aufgebaut und dann eine kinetische Energie der einströmenden Luft erzeugt wird, die durch Schließen von einem der Ventile vor Beginn der Rückströmung zur Erzielung einer Druckerhöhung im Brennraum genutzt wird. DOLLAR A Eine weitere Optimierung wird erfindungsgemäß dadurch erzielt, daß das Strömungsverhalten der einströmenden Luft in Abhängigkeit vom Drehzahlbereich derart beeinflußt wird, daß in einem niedrigen Drehzahlbereich die Impulsaufladung mit einer turbulenten Strömung und in einem mittleren Drehzahlbereich die Impulsaufladung mit einer geraden Strömung vorgenommen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Optimierung der Ladung der Zylinder eines Hubkolbenmotors, wobei in einem niedrigen und mittleren Drehzahlbereich eine Impulsaufladung der Zylinder erzeugt wird, indem durch verspätetes Öffnen von Lufttaktventilen gegenüber den Einlaßventilen zuerst ein Unterdruck aufgebaut und dann eine kinetische Energie der einströmenden Luft erzeugt wird, dir durch Schließen von einem der Ventile vor Beginn der Rückströmung zur Erzielung einer Druckerhöhung im Brennraum genutzt wird.

Ein derartiges Verfahren ist aus „Impulsaufladung und Laststeuerung von Hubkolbenmotoren durch ein Lufttaktventil", MTZ 12/2001, bekannt.

Neben der Impulsaufladung der eingangs genannten Art wurde in diesem Bericht vorgeschlagen, eine weitere Drehmomentsteigerung dadurch zu erzielen, daß mittels des Lufttaktventils ein zweimaliges Takten der Einströmung in der Ansaugphase erfolgt. Dadurch könne die im Saugrohr befindliche Luft zum Schwingen angeregt werden, wodurch eine Dichteerhöhung im Zylinder sowie eine intensive Ladungsbewegung erzielbar seien. Durch letzteres käme es auch zu einem schnelleren Durchbrennen der Ladung im gefeuerten Betrieb.

In dieser Schrift wird jedoch auch ausgeführt, daß der Drehzahlbereich, in dem ein solches zweimaliges Takten realisierbar ist, durch die erforderliche Schaltzeit des Lufttaktventils sehr begrenzt ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Optimierung der Ladung der Zylinder eines Hubkolbenmotors für weitere Drehzahlbereiche zu ermöglichen.

Weiterhin sollen auch für solche Drehzahl- und Lastbereiche, in denen die Impulsaufladung keine Verbesserung bringt, Maßnahmen zur Optimierung der Zylinderladung sowie der Ladungsbewegung aufgefunden werden.

Dies wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch erzielt, daß das Strömungsverhalten der einströmenden Luft in Abhängigkeit vom Drehzahlbereich derart beeinflußt wird, daß in einem niedrigen Drehzahlbereich die Impulsaufladung mit einer turbulenten Strömung und in einem mittleren Drehzahlbereich die Impulsaufladung mit einer geraden Strömung vorgenommen wird.

Durch die Erfindung wird es möglich, ohne das zeitaufwendige Takten ein günstiges Einströmungsverhalten der Luft mit einer Dichteerhöhung sowie einer besseren Durchmischung des Luft- und Kraftstoffgemisches im Zylinder zu erzielen. Da nur eine einzige Öffnungs- und Schließbewegung des Lufttaktventils erforderlich ist, kann das anmeldungsgemäße Verfahren bis in einen höheren Drehzahlbereich angewendet werden und auch dort eine Dichteerhöhung und bessere Durchmischung erzielen. Auf diese Weise kann die Kombination von Impulsaufladung und turbulenter Strömung in einem Bereich eine Leistungssteigerung sowie eine weitere Kraftstoffeinsparung erbringen, der als niedertouriger Bereich für sparsamen Verbrauch und Minimierung der Umweltbelastung ohnehin angestrebt wird.

Weiterbildungen der Erfindung ermöglichen es, auch in solchen Drehzahl- und Lastbereichen eine Optimierung zu erzielen, bei denen die Impulsaufladung keine Verbesserung bringt. Auf diese Weise läßt sich eine Gesamtoptimierung im gesamten Einsatzbereich des Motors erzielen, wodurch die Leistung gesteigert, Kraftstoff gespart und die Umweltbelastung reduziert werden kann.

So sieht eine Weiterbildung vor, daß in einem Teillastbereich keine Impulsaufladung, jedoch eine turbulente Strömung in den Zylinder erfolgt, da es in einem solchen Teillastbereich nicht auf Leistungssteigerung durch Dichterhöhung, sondern auf optimale Kraftstoffausnutzung ankommt. Diese wird durch die Ladungsbewegung und die dadurch gute Gemischaufbereitung und schnelle Verbrennung erzielt.

In entsprechend hohen Drehzahlbereichen sind die Ladezeiten für eine Impulsaufladung zu kurz und eine turbulente Strömung zu langsam. Daher wird vorgeschlagen, daß in einem hohen Drehzahlbereich nur eine gerade Strömung in den Zylinder erzeugt wird, ohne die Impulsaufladung.

Bei den turbulenten Strömungen für den niedrigen Drehzahlbereich und den Teillastbereich kann es sich um Drallströmungen oder um Tumbleströmungen handeln. Welche davon zu bevorzugen ist, hängt von der jeweiligen Kombination von geometrischen Ausgestaltungen, Ladezeiten und der erforderlichen Dichte des Gemisches ab. Dabei kann selbstverständlich auch in einem der genannten Bereiche eine Drallströmung und im anderen Bereich eine Tumbleströmung vorzuziehen sein.

Eine Drallströmung läßt sich zum Beispiel durch eine seitliche Einengung des Strömungskanals erzielen. Dies kann durch halbseitigen Verschluß oder an der Rohrwand angeordneten, sich in die Strömung hineinbewegenden Leitelementen geschehen. Eine Tumbleströmung läßt sich durch eine Klappe erzielen, die an einer Achse im Strömungskanal angeordnet und schwenkbar ist, wobei sie zur Erzeugung der walzenförmigen Strömungsbewegung schräg gegen die Strömung gestellt wird (aus JP 0 621 982 A bekannt).

Die konkrete Zuordnung der Drehzahl- und Lastbereiche ist selbstverständlich entsprechend Motorgeometrie, Leistungs- und Druckverhältnisse unterschiedlich, sie muß vom Fachmann am konkreten Motor ermittelt werden.

Die Ausbildung der turbulenten Strömung als Drall- oder Tumbleströmung ist lediglich beispielhaft, weitere Strömungsvarianten sind denkbar und durch Versuche für eine Optimierung an einem konkreten Motor ermittelbar.

Vorzugsweise kann dasselbe Ventil sowohl für die Impulsaufladung, als auch für die Erzeugung der gerichteten Ladungsbewegung verwendet werden. Zweckmäßigerweise ist es stufenlos verstellbar.

Claims

Verfahren zur Optimierung der Ladung der Zylinder eines Hubkolbenmotors, wobei in einem niedrigen und mittleren Drehzahlbereich eine Impulsaufladung der Zylinder erzeugt wird, indem durch verspätetes Öffnen von Lufttaktventilen gegenüber den Einlaßventilen zuerst ein Unterdruck aufgebaut und dann eine kinetische Energie der einströmenden Luft erzeugt wird, die durch Schließen von einem der Ventile vor Beginn der Rückströmung zur Erzielung einer Druckerhöhung im Brennraum genutzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungsverhalten der einströmenden Luft in Abhängigkeit vom Drehzahlbereich derart beeinflußt wird, daß in einem niedrigen Drehzahlbereich die Impulsaufladung mit einer turbulenten Strömung und in einem mittleren Drehzahlbereich die Impulsaufladung mit einer geraden Strömung vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Teillastbereich nur eine turbulente Strömung in den Zylinder erzeugt wird, ohne die Impulsaufladung.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in einem hohen Drehzahlbereich nur eine gerade Strömung in den Zylinder erzeugt wird, ohne die Impulsaufladung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der turbulenten Strömungen eine Drallströmung ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der turbulenten Strömungen eine Tumbleströmung ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dasselbe Ventil sowohl für die Impulsaufladung, als auch für die Erzeugung der gerichteten Ladungsbewegung verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil stufenlos verstellbar ist.