DE3401362C3 - Verfahren zur Steuerung von Viertakt-Kolbenbrennkraftmaschinen - Google Patents

Verfahren zur Steuerung von Viertakt-Kolbenbrennkraftmaschinen

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung von Viertakt-Kolbenbrennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung, mit Steuerung der Last durch die Frischgemischmenge im Arbeitsraum und mit variablem Abgasanteil an der Zylinderladung, entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei Kraftmaschinen mit innerer Verbrennung wird eine möglichst anpassungsfähige Steuerung des Ein- und Ausströmens des Arbeits­ mediums angestrebt, um den Verbrennungsvorgang nach den jeweils gegebenen betrieblichen und sonstigen Anforderungen optimal beein­ flussen zu können. Eine solche besonders flexible Steuerung ist vor allem bei instationären Brennkraftmaschinen besonders erwünscht, da diese bei sehr unterschiedlichen Betriebszuständen arbeiten.
Zur Steuerung der Gaswechselventile, Schieber od. dgl. werden bei Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung durchweg Nockenwellen verwendet. Anordnungen dieser Art haben den Nachteil, daß Sie eine Beeinflussung der Öffnungs- und Schließzeiten nicht oder nur in sehr begrenztem Umfang zulassen.
Bei Kolben-Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung, bei denen das Brennstoff-Luft-Mischungsverhältnis aus verbrennungstechni­ schen Gründen in bestimmten engen Grenzen liegen muß, wie dies z. B. bei Ottomotoren der Fall ist, muß nach heutigem Stand der Technik die Last durch die Frischgemischmenge im Arbeitsraum gesteuert werden. Bei den üblicherweise unveränderlichen Ventil­ steuerzeiten, die sich aus der Nockenform einer Nockenwelle ergeben, wird die Frischgemischmenge durch Drosselung im Einlaß­ system gesteuert. Durch diese Drosselung ergeben sich Ladungs­ wechselverluste und ungünstige Restgasanteile in der Zylinder­ ladung.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, die Nachteile des Drosselns dadurch zu vermeiden, daß die Steuerzeiten der Einlaßöffnung va­ riabel ausgeführt werden. So ist beispielsweise im SAE-Paper 770 880 von Sherman und Blumberg vorgeschlagen worden, eine Last­ steuerung durch die Bemessung der Füllung durch eine veränderliche Einlaßsteuerzeit zu erreichen. Diese Anpassung der Einlaßsteuerung stellt zwar eine Verbesserung gegenüber der starren Einlaßsteu­ erung dar, weil die Drosselvorrichtung und die damit verbundenen Verluste entfallen können, sie bringt aber auch Nachteile mit sich. Mit abnehmender Last vermindert sich nämlich das wirksame Verdichtungsverhältnis und damit die Verdichtungsendtemperatur zunehmend. Damit nehmen die Zündfähigkeit des Gemisches und die Güte der Verbrennung ab. Die Vorteile der fehlenden Drosselver­ luste werden so bei Teillast teilweise oder ganz wieder zunichte gemacht.
Aus der US-PS 36 25 189 ist ein Verfahren bzw. eine Einrichtung zur Realisierung einer variablen Frischgemischzusammensetzung, bestehend aus Frischluft, Kraftstoff und Abgas in Verbrennungs­ kraftmaschinen mit innerer Verbrennung bekannt. Die Zielsetzung besteht hauptsächlich in der Reduzierung der Schadstoffemissionen für NO, HC und CO. Dieses Ziel soll durch eine geschichtete Zy­ linderladung bestehend aus zwei Schichten und einer Steuerung zum Einstellen eines entsprechenden Kraftstoff-Luft-Verhältnisses erreicht werden.
Die obere Schicht im Bereich des Zylinderkopfes besteht dabei aus Abgas des vorangegangenen Arbeitszyklusses und ist mit Frischluft, die direkt hinter dem Auslaßventil zugeführt wird, vermischt. Diese Schicht wird aus dem Abgassystem zurückgesaugt. Ihre Menge richtet sich nach der jeweiligen Last und ist umgekehrt propor­ tional zu ihr.
Durch die beiden Hauptauslaßventile mit ihren Nebenauslaßventilen können die beiden separat hinter den jewei­ ligen Auslaßventilen angeordneten Abgaskanäle mit ausgewählten Abgasen beschickt und aus diesen wunschgemäß rückgeführt werden. Die zweite Schicht besteht aus einem fetten Kraftstoff-Luftgemisch und ist gegebenenfalls mit geringeren Mengen Abgas vermischt.
Das Konzept umfaßt die Schadstoffreduzierung im gesamten Be­ triebsbereich. Bei Vollast wird kein Abgas in den Brennraum zurückgeführt. Den heißen Abgasen eines fetten Kraftstoff-Luft­ gemisches wird direkt hinter dem Auslaßventil Luft zugemischt, so daß im heißen Abgassystem Oxidationen von HC und CO ablaufen.
Bei Teillast wird bei Betrieb mit vorzugsweise fettem Gemisch umgekehrt proportional zur Last ausgewähltes Abgas des jeweilig letzten Arbeitszyklusses aus dem Abgassystem zurückgesaugt, wobei Frischluft im Abgassystem zugemischt wird. In der anschließenden Kompressionsphase erreicht die Abgas-/Frischluftschicht hohe Tem­ peraturen und Drücke, so daß eine Oxidation von HC und CO abläuft. In der zweiten gleichzeitig im Zylinder befindlichen Schicht aus fettem Frischgemisch und Abgas wird durch das Luftverhältnis, den Abgasanteil (Inertgas) und die damit abgesenkten Verbrennungs­ spitzentemperaturen die NO-Bildung weitgehend verhindert.
Die Lösung des Problems einer ungedrosselten Leistungssteuerung ist aus US-PS 36 25 189 nicht zu entnehmen, da gemäß der Beschrei­ bung von Fig. 1 das Kraftstoff-Luftverhältnis über einen konven­ tionellen Vergaser dosiert wird, der bekanntermaßen immer eine Drosselklappe erfordert. Die dort beschriebene Gemischschichtung ist also auf die Bedürfnisse von drosselgeregelten Motoren und ausschließlich auf die Verbesserung der Abgaszusammensetzung aus­ gerichtet. Dies wird auch durch die angesprochene Trennung von Abgas und Frischgemisch im Zylinder deutlich, weil hierdurch ge­ rade die durch Vermischung erzielbaren Vorteile einer guten Ge­ mischbildung sowie der Aktivierung der Reaktionsgeschwindigkeit von vornherein ausgeschlossen sind.
In der US-PS 4,009,695 ist für eine Kolbenbrennkraftmaschine mit mechanisch-hydraulisch angesteuerten Gaswechselventilen ein Verfahren beschrieben, bei dem die lastabhängige Bemessung der Frisch-Gemisch-Menge ausschließlich über eine Steuerung der Einlaßvorrichtungen bewirkt wird. Über eine Ansteuerung der Auslaßventile soll nach dem vorbekannten Verfahren jeweils durch eine Erhöhung des Restgasanteils im Zylinder die Verbren­ nungstemperatur und damit die Stickoxidbildung vermindert werden. Eine besondere Abstimmung der Öffnungs- und Schließzeiten der Einlaßvorrichtungen und der Auslaßvorrichtungen erfolgt jedoch nur im Rahmen der normalen Betriebstakte des Motors.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, über entsprechende Ein- und Auslaßvorrichtungen die Vorteile einer ungedrosselten Füllungsregelung zu nutzen, gleichzeitig jedoch durch eine gezielte Steuerung des Einströmvorgangs und der Zusammensetzung der Zylinderladung aus Frischgemisch und Abgas positiv auf die Gemischbildung und die Verbrennung einzuwirken, um so die Nach­ teile aus dem Wegfall der Drosselung zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im Kennzeich­ nungsteil des Anspruchs 1 angegebenen Verfahrensschritten gelöst.
Die erfindungsgemäße Lösung sieht also vor, daß die Steuerung der Auslaßvorrichtung, also im Regelfall des Auslaßventils, nicht, wie bisher bei Kolbenbrennkraftmaschinen üblich, nur zur Steu­ erung des Auslaßvorganges, sondern auch wesentlich zur Steuerung der Frischladungsmenge herangezogen wird.
Dadurch, daß nicht nur das Einlaßventil im Sinne eines optimalen Be­ triebsverhaltens der Maschine geregelt wird, sondern kombinatorisch mit dem Einlaßventil auch das Auslaßventil bei allen im Betrieb vor­ kommenden Betriebszuständen zur Ladungswechselsteuerung koordiniert herangezogen wird, lassen sich die eingangs beschriebenen Forderungen in sehr vollkommener Weise erfüllen. Insbesondere ist eine optimale Steuerung des Motors bei allen im praktischen Betrieb auftretenden Beanspruchungen möglich.
Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nach­ folgenden Beschreibung. Es zeigt:
Fig. 1 schematisch einen Teilschnitt durch den Brennraumbereich einer Brennkraftmaschine zur Ausführung des Verfahrens der Erfindung,
Fig. 2 eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung als Dia­ gramm, in dem der Anteil der der Zylinderladung beizugebenden Abgasmenge in Abhängigkeit von der Last eingetragen ist, die
Fig. 3 bis 8 zeigen als Steuerdiagramme bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung Ventil-Hubfunktionen (links) und Öffnungszeiten der Ventile (rechts) über der Kurbelwinkelstellung und die
Fig. 9 bis 18 zeigen den Druckverlauf im p-V-Diagramm einer Verbrennungs­ kraftmaschine im Ladungswechselbereich zur Erläuterung bevor­ zugter Ausführungsformen der Erfindung.
Fig. 1 zeigt schematisch den Bereich des Brennraums einer Verbrennungs­ kraftmaschine mit Zylinderrohr 1, in dem sich Kolben 2 befindet. Ven­ tile 3 dienen zur Steuerung der Brennkraftmaschine und werden von va­ riablen Ventilsteuerungen 4 angetrieben. In einer Steuerlogik 5 sind Motorkennfelder für verschiedene Betriebszustände in Form von Steuer­ zeiten für Einlaß- und Auslaßventile sowie für die Kraftstoffeinsprit­ zung und die Zündung gespeichert. Sie werden aufgrund des Steuerein­ gangs 6, der Drehzahlinformation 7, der Motorbauteiltemperaturen 8, der Kühlwassertemperatur 9, des Druckes 10 und der Temperatur 11 der Verbrennungsluft abgerufen und einer Verstärkerstufe 12 zur Steuerung der Ventile 3 über die als elektromechanische Wandler 4 ausgebildeten Ventilsteuerungen Einspritzdüse 13 und Zündung 14 zugeleitet. Dadurch stellt sich der Luftmassenstrom 15 durch Filter 16 im Saugrohr 17 und der Kraftstoffstrom 18 aus dem Kraftstoffbe­ hälter über Pumpe 19 und Drucksteuerventil 20 ein.
Wie Fig. 2 zeigt, kann ausgehend von dem Zustand der Vollast bei einer beliebigen Motordrehzahl, bei dem die im Zylinder verbleibende Abgasmenge durch entsprechende Steuerzeiten der Ein- und Auslaßvor­ richtungen minimal gehalten wird, bei einer bevorzugten Ausführungs­ form der Erfindung die Last dadurch reduziert werden, daß durch ent­ sprechende Steuerung der Ein- und Auslaßvorrichtungen die Abgasmenge im Zylinder gesteigert wird, so daß das verbleibende Zylindervolumen zum Ansaugen von Frischgemisch herabgesetzt wird. Durch die geringere angesaugte Frisch­ gemischmenge wird die Last reduziert. Dieses Vorgehen kommt etwa bis zur halben Maximallast in Betracht. Eine weitere Ab­ senkung der Last kann gemäß der Erfindung dann dadurch erreicht werden, daß sowohl die aus dem vorangegangenen Arbeitszyklus im Brennraum ver­ bleibende Abgasmenge durch entsprechende Steuerzeiten der Ein- und Auslaßvorrichtungen im Ladungswechsel-Oberen-Totpunkt reduziert wird als auch die in den Brennraum gelangende Frischgemischmenge durch ent­ sprechende Steuerzeiten für "Einlaß schließt" verringert wird. Fig. 2 zeigt qualitativ die Menge des Abgasanteils an der gesamten Zylin­ derladung in Abhängigkeit von der Last. Die für den folgenden Arbeits­ zyklus gewünschte Abgasmenge kann durch Verbleib von Abgas im Brenn­ raum und/oder durch Ansaugen von gespeichertem Abgas aus dem Ansaug­ kanal und/oder durch Rücksaugen aus dem Auslaßkanal erreicht werden.
Die Fig. 3 bis 8 zeigen jeweils links die Hubfunktion des Auslaß­ ventils A und des Einlaßventils E im Bereich des oberen Totpunktes LWOT des Ladungswechsels, während rechts die Öffnungszeiten der Ven­ tile durch Balken über der Kurbelwinkelstellung dargestellt sind, wobei Ao den Öffnungszeitpunkt und As den Schließzeitpunkt des Aus­ laßventils, und Eo den Öffnungszeitpunkt und Es den Schließzeitpunkt des Einlaßventils darstellen. Die Darstellung der rechten Diagramme reicht vom unteren Totpunkt LWUT bei Beginn des Ladungswechsels bis zum Zünd-Oberen-Totpunkt ZOT. Das Einlaßventil schließt dabei jeweils vor dem unteren Totpunkt UT beim Ende des Ladungswechsels, so daß dadurch die Leistungssteuerungsart "Früher-Einlaß-Schluß", die zur Begrenzung der angesaugten Frischgemischmenge angewendet wird, dar­ gestellt ist.
Die Fig. 9 bis 18 zeigen den Druckverlauf im p-V-Diagramm einer Verbrennungskraftmaschine in Ladungswechselbereich zur näheren Er­ läuterung des Verfahrens gemäß der Erfindung.
In Verbindung mit entsprechenden Steuerzeiten für "Einlaß öffnet" kann durch frühes Schließen des Auslasses (Fig. 3 und 9) oder durch spätes Schließen des Auslasses (Fig. 4 und 10) dosiert frisches Ab­ gas aus dem vorhergehenden Arbeitszyklus kurzzeitig in den Einlaß­ kanal oder in den Auslaßkanal geschoben und wieder angesaugt werden. Damit wird zunächst ein Teil des Kolbenhubes zur dosierten Füllung des Arbeitsraumes mit Abgas und erst der anschließende Teil des Kolbenhu­ bes zur Füllung mit Frischgemisch genutzt. Der Zylinderinhalt besteht aus heißem frischem Abgas und Frischgemisch, die sich während der an­ schließenden Verdichtung vermischen. Ein analoger Effekt kann auch erzielt werden durch frühes Auslaßschließen und spätes Einlaßöffnen - relativ zum oberen Totpunkt (Fig. 5 und 11). Dadurch ist es möglich, bei gegebener Teillast-Frischgemischmenge das Verdichtungsverhältnis im Zylinder zu erhöhen und gleichzeitig einen vorteilhaften Einfluß der noch reaktiven Abgase auf Zündung und Flammenausbreitung zu nutzen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, das Auslaß­ ventil vor dem oberen Totpunkt schließen zu lassen, so daß sich im letzten Weg des Kolbens verdichtetes Abgas im Zylinder befindet. Beim Öffnen des Einlaßventils um den oberen Totpunkt wird die Abgasmenge unter dem Einfluß des Druckgefälles in den Einlaßkanal strömen, wo­ durch die Gemischbildung im Einlaßkanal stark intensiviert wird. Das so gebildete Gemisch aus Abgas und Frischladung im Einlaßkanal wird sodann bis zum Schließen des Einlaßventils angesaugt (Fig. 6 und 12). Die Gemischbildung kann jedoch auch dadurch intensiviert werden, daß das Auslaßventil in der Nähe des oberen Totpunktes schließt und das Einlaßventil erst zu einem späteren Zeitpunkt nach einem bestimmten Weg des Kolbens öffnet. Durch den Unterdruck im Zylinder kommt es beim Öffnen zu einem intensiven Einströmen in den Zylinder, wodurch ebenfalls eine intensivierte Gemischbildung erzielt wird (Fig. 7 und 13). Zur Erhöhung des Abgasanteils kann dabei auch ein Schließen des Auslaßventils nach dem oberen Totpunkt vorgenommen werden, wobei das Öffnen des Einlasses auf einen entsprechend noch späteren Zeitpunkt ver­ legt wird. Für besondere Betriebspunkte kann es auch vorteilhaft sein, durch starke Überschneidung von Ein- und Auslaß im oberen Bereich der Kolbenbewegung zunächst Abgas in beide Kanäle zu schieben und es beim Nachuntengehen des Kolbens wieder anzusaugen (Fig. 8 und 14).
In Anwendung der Erfindung wird gemäß Fig. 12 und 13 in Verbindung mit den Fig. 6 und 7 zweckmäßig so vorgegangen, daß durch entsprechende Steuerzeiten eine Druckdifferenz zwischen Brennraum und Einlaß- bzw. Abgaskanal gebildet und beim anschließenden Öffnen der Einlaß bzw. Auslaßvorrichtung so schnell abgebaut wird, daß durch Verwirbelung eine Verbesserung der Gemischaufbereitung erfolgt.
Wie Fig. 9 in Verbindung mit Fig. 3 zeigt, ist gemäß einer bevorzug­ ten Ausführungsform vorgesehen, daß eine Abgasmenge durch entsprechen­ de Steuerzeiten, für "Einlaß öffnet" und "Auslaß schließt" vor dem oberen Ladungswechseltotpunkt in den Einlaßkanal geschoben wird. Auch kann es entsprechend der Darstellung in Fig. 10 in Verbindung mit Fig. 4 zweckmäßig sein, daß eine Abgasmenge durch entsprechende Steuer­ zeiten für "Einlaß öffnet" und "Auslaß schließt" nach dem oberen La­ dungswechseltotpunkt aus dem Auslaßkanal angesaugt wird. Fig. 11 zeigt in Verbindung mit Fig. 5, daß gemäß der Erfindung eine Abgasmenge durch entsprechende Steuerzeiten für "Auslaß schließt" vor dem oberen Ladungswechseltotpunkt und "Einlaß öffnet" nach dem oberen Ladungs­ wechseltotpunkt im Brennraum verbleibt. Auch kann es zweckmäßig sein, daß entsprechend Fig. 14 in Verbindung mit Fig. 8 durch Steuerzeiten für frühes "Einlaß öffnet" vor dem oberen Ladungswechseltotpunkt Abgas in den Ansaugkanal geschoben und wieder angesaugt wird und durch spätes "Auslaß schließt" nach dem Ladungswechseltotpunkt Abgas aus dem Aus­ laßkanal zusätzlich wieder rückgesaugt wird.
Gemäß der Erfindung ist es zweckmäßig, die Abgasanteile so zu bemessen, daß ausgehend von der Vollast mit abnehmender Last der prozentuale Anteil der Abgasmenge an der Zylinderladung zunimmt und im Bereich geringer Last der prozentuale Anteil der Abgasmenge wieder abnimmt, wie auch Fig. 2 zeigt.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß bei Erreichen der vorgegebenen maximalen Drehzahl die Steuerzeiten für die Einlaß- und die Auslaßvorrichtung zum Zweck der Drehzahlbe­ grenzung so gewählt werden, daß das Drehmoment, ausgehend von dem Vollastwert, bei geringfügig steigender Drehzahl bis zu negativen Wer­ ten abfällt. Dies ermöglicht ein ruckfreies Abregeln der Last für gleichmäßigen Fahrbetrieb an der Drehzahlgrenze. Dabei ist ein beson­ ders verbrauchsgünstiger und schadstoffarmer Betrieb erreichbar. Die­ ses Ergebnis unterscheidet sich wesentlich von der bisherigen Methode der Zündungsabschaltung, bei der sich ein unruhiger, stoßartiger Be­ trieb an der Abregelgrenze, ein hoher Kraftstoffverbrauch und hohe Schadstoffemission nachteilig bemerkbar machten.
Auch ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß bei Unterschreiten der vorgegebenen Leerlaufdrehzahl die Zylinderfüllung durch entsprechend koordinierte Steuerzeiten für die Einlaß- und die Auslaßvorrichtungen zur Leerlaufstabilisierung angehoben wird. Hierdurch ist eine Stabi­ lisierung des Leerlaufverhaltens bei allen Betriebsbedingungen mög­ lich. Eine solche Verfahrensweise war bisher nicht bekannt, da ein Eingriff auf die Drosselklappe erforderlich ist und die Leerlaufsta­ bilisierung bisher durch Gemischanreicherung erfolgte. Das führte naturgemäß zu hohem Verbrauch und hoher Schadstoffemission.
Beim Schubbetrieb kann es vorteilhaft sein, die Gaswechselverluste durch offengehaltene und/oder geschlossen gehaltene Einlaß- bzw. Aus­ laßvorrichtungen niedrig zu halten. Hierdurch wird erreicht, daß die Maschine im Schubbetrieb besonders niedrige Verluste hat. Der Kraft­ stoffverbrauch ist Null, und es findet keine Schadstoffemission statt. Ein solches Ergebnis war bisher nicht erreichbar, da ein schwieriger Eingriff in dynamisch hochbelastete Ventiltriebe erforderlich wäre. Das führte bei den früheren Betriebsarten zu erheblich höherer Schub­ leistungsaufnahme, zu unerwünscht hohen Schadstoffemissionen durch unvollkommen verbrannten Kraftstoff und durchgespülte Kraftstoffe bei Zündungsabschaltung.
Wie Fig. 16 zeigt, kann gemäß der Erfindung im Bremsbetrieb bei ge­ schlossen gehaltener Einlaßvorrichtung die Auslaßvorrichtung so ge­ steuert werden, daß die an dem Zylinderinhalt geleistete Volumenände­ rungsarbeit durch Öffnen der Auslaßvorrichtung bei bestehenden Druck­ differenzen zwischen Arbeitsraum und Abgassystem im Abströmvorgang der Gase durch Strömungsverluste abgebaut wird. Während bei den bisherigen Verfahren der Motorbremsung die maßgebende Bremsleistung durch die Aus­ schiebearbeit bei erhöhtem Abgasgegendruck nur in einem Takt im Vier­ taktbetrieb erreicht werden kann, ist es gemäß der Erfindung möglich, jedes Aufwärtsbewegen des Kolbens zum Kompressionshub und jedes Ab­ wärtsbewegen des Kolbens zum Expansionshub auszunutzen und damit zum Zweck der Bremsung die jeweilige Energie durch Abströmung abzubauen. Hierdurch ist im Vergleich zu den bisherigen Motorbremsverfahren eine wesentlich höhere Bremsleistung erreichbar.
Zur Verbesserung der Starteigenschaften kann auch entsprechend der Darstellung in Fig. 17 die erforderliche Frischgemischmenge durch ent­ sprechende Steuerung des Einlaßventils angesaugt werden und zur besse­ ren Gemischaufbereitung bei geschlossen gehaltenen Ein- und Auslaßven­ tilen erst nach einigen Kompressions- und Expansionshüben gezündet wer­ den, oder es kann eine bessere Gemischaufbereitung durch Hin- und Her­ schieben des Frischgemisches zwischen Ansaugkanal und Brennraum bei offengehaltenem Einlaßventil erreicht werden, wie Fig. 15 zeigt.
Auch kann es in bestimmten Fällen vorteilhaft sein, daß zur Verbesserung der Warmlaufeigenschaften das nach einem Arbeitstakt im Brennraum be­ findliche Abgas ganz oder teilweise durch entsprechende Steuerung des Auslaßventils im Zylinder verbleibt und bei Kompression und Expansion durch Abgabe der Restverbrennungswärme an die Brennraumoberfläche ein schnelles Aufheizen des Motors bewirkt, wie Fig. 18 zeigt.
Durch entsprechende Steuerung der Ein- und Auslaßvorrichtungen kann eine Abschaltung einzelner oder mehrerer Zylinder im getakteten Betrieb erfolgen, wo­ bei die Einlaßvorrichtungen geschlossen gehalten und die Brenn­ raumtemperatur durch rückgesaugtes Abgas durch die offengehaltene Auslaßvorrichtung aufrechterhalten wird.
Wie im Zusammenhang mit der in Fig. 1 dargestellten Anordnung erkennbar ist, kann die Brennstoffzumessung bei Brennkraftmaschinen derart erfolgen, daß in Abhängigkeit von Drehzahl und Ventilsteuer­ zeiten sowie von Saugrohrdruck und -temperatur der Luftmassenstrom durch die Verdrängungswirkung des Kolbens festgestellt wird, so daß der einzuspritzende Brennstoffmassenstrom für ein gefordertes Luft­ verhältnis λ ohne zusätzliche Luftmengenmeßeinrichtung bestimmt werden kann. Der Vorteil dieser Maßnahme ist, daß ein besonderes Kraftstoff­ zumeßsystem eingespart wird. Zusätzliche Kraftstoffzumeßsysteme haben einen hohen Raumbedarf und bedingen zusätzliche Kosten.

Claims (15)

1. Verfahren zur Steuerung von Viertakt-Kolbenbrennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung mit ansteuerbaren Ein- und Auslaßvorrichtungen für den jeweiligen Zylinder, wobei die Steuerung der Last durch die Veränderung der in den jeweiligen Zylinder eingeführten Frischgemischmenge erfolgt, und der Abgasanteil an der Ladung im Zylinder variabel ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei außerhalb der Ein- und Auslaßvorrichtungen konstantem Strömungsquerschnitt im Ansaug- und Abgassystem über die von­ einander unabhängig ansteuerbaren Ein- und Auslaßvorrichtungen ausschließlich durch aufeinander abgestimmte Öffnungs- und Schließzeiten der Ein- und Auslaßvorrichtungen zum Zwecke der Laststeuerung die Frischgemischmenge verändert wird über die nach Abschluß des Ladungswechsels im Zylinder noch vorhandene Abgasmenge infolge einer entsprechenden Steuerung der Auslaß­ vorrichtungen, wobei die Anteile an Abgas und Frischgemisch sich im Zylinder während des Füll- und Verdichtungsvorganges vermischen und wobei durch entsprechende Steuerzeiten eine Druckdifferenz zwischen Arbeitsraum und Einlaß- bzw. Auslaßkanal gebildet und beim anschließenden Öffnen der Einlaß- bzw. Auslaß­ vorrichtung schnell abgebaut wird, derart, daß durch Verwirbelung eine Verbesserung der Gemischaufbereitung erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abgasmenge durch entsprechende Steuerzeiten für "Einlaß öffnet" und "Auslaß schließt" vor dem obe­ ren Ladungswechseltotpunkt in den Einlaßkanal geschoben wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abgasmenge durch entsprechende Steuerzeiten für "Einlaß öffnet" und "Auslaß schließt" nach dem oberen Ladungswechseltotpunkt aus dem Auslaßkanal angesaugt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abgasmenge durch entsprechende Steuerzeiten für "Auslaß schließt" vor dem oberen Ladungswechsel­ totpunkt und "Einlaß öffnet" nach dem oberen Ladungswechseltot­ punkt im Brennraum verbleibt.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch Steuerzeiten für frühes "Einlaß öffnet" vor dem oberen Ladungswechseltotpunkt Abgas in den Ansaug­ kanal geschoben und wieder angesaugt wird und durch spätes "Auslaß schließt" nach dem Ladungswechseltotpunkt Abgas aus dem Auslaß­ kanal zusätzlich wieder rückgesaugt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ausgehend von der Vollast mit ab­ nehmender Last der prozentuale Anteil der Abgasmenge an der Zy­ linderladung zunimmt und im Bereich geringer Last der prozentu­ ale Anteil der Abgasmenge wieder abnimmt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Erreichen der vorgegebenen maximalen Drehzahl die Steuerzeiten für die Einlaß- und die Auslaßvorrichtung zum Zweck der Drehzahlbegrenzung so gewählt werden, daß das Drehmoment, ausgehend von dem Vollastwert, bei geringfügig steigender Drehzahl bis zu negativen Werten abfällt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Unterschreiten der vorgegebenen Leerlaufdrehzahl die Zylinderfüllung durch entsprechend koordi­ nierte Steuerzeiten für die Einlaß- und die Auslaßvorrichtungen zur Leerlaufstabilisierung angehoben wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß beim Schubbetrieb die Gaswechsel­ verluste durch offengehaltene und/oder geschlossen gehaltene Einlaß- bzw. Auslaßvorrichtungen niedrig gehalten werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Bremsbetrieb bei geschlossen ge­ haltener Einlaßvorrichtung die Auslaßvorrichtung so gesteuert wird, daß die an dem Zylinderinhalt geleistete Volumenänderungs­ arbeit durch Öffnen der Auslaßvorrichtung bei bestehenden Druck­ differenzen zwischen Arbeitsraum und Abgassystem im Abströmvorgang der Gase in Strömungsverlusten abgebaut wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbesserung der Gemischaufbe­ reitung das Frischgemisch zwischen Ansaugkanal und Brennraum bei offengehaltener Einlaßvorrichtung mehrmals hin- und hergeschoben wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbesserung der Gemischaufbe­ reitung die Zylinderladung durch geschlossen gehaltene Ein- und Auslaßvorrichtungen mehrmals komprimiert und expandiert wird, bevor durch die Zündung die Verbrennung eingeleitet wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgas nach einem Arbeitstakt voll­ ständig oder teilweise durch entsprechende Steuerung der Ein- und Auslaßvorrichtungen während eines oder mehrerer Kompressions- und Expansionstakte im Zylinder verbleibt.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, 11, 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß durch entsprechende Steuerung der Ein- und Auslaßvorrichtungen eine Abschaltung einzelner oder mehrerer Zylinder im getakteten Betrieb erfolgt, wobei die Einlaß­ vorrichtungen geschlossen gehalten und die Brennraumtemperatur durch rückgesaugtes Abgas durch die offengehaltene Auslaßvorrichtung aufrechterhalten wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß dem Brennstoffmassenstrom in Abhängig­ keit von der Drehzahl durch die Steuerzeiten der Ein- und Auslaß­ vorrichtungen ein Luftmassenstrom so zugemessen wird, daß sich das erforderliche Luftverhältnis einstellt.
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