DE3524024A1 - Verfahren zum betreiben einer brennkraftmaschine - Google Patents
Verfahren zum betreiben einer brennkraftmaschineInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraft
maschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine derartige Brennkraftmaschine ist beispielsweise aus der DE-OS
30 24 109 bekannt. Das oder die Gaswechselventile der Brennkraft
maschine werden in ihrer Schließstellung gehalten, indem ein Elek
tromagnet erregt ist und eine Ankerplatte anzieht. In Öffnungs
richtung des Ventiles drückt ein Federsystem, so daß beim Abschal
ten der Elektromagnete das Federsystem wirksam wird und das Ventil
öffnet. Bei eingeschaltetem Elektromagneten jedoch ist die Kraft
der Elektromagneten groß genug, um die Ankerplatte trotz Beauf
schlagung durch das Federsystem in Schließstellung des Ventils
zu halten.
Dementsprechend ist es notwendig, elektrische Energie aufzuwen
den, um das Ventil in seiner Schließstellung zu halten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mit einem gattungs
gemäßen Gaswechselventil ausgerüstete Brennkraftmaschine derart
zu betreiben, daß der energetische Aufwand geringer ist.
Die Aufgabe wird gelöst durch den Hauptanspruch.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, sich die Tatsache zunutze zu ma
chen, daß während des Verbrennungsvorgangs im Zylinderinnern der
Brennkraftmaschine ein hoher Innendruck entsteht, der auch auf
den Ventilteller wirkt. Dadurch wird das Ventil mit einer Kraft
beaufschlagt, die es zusätzlich in seinen Ventilsitz und somit
in Schließrichtung drückt.
Während des Anliegens dieser Kraft kann somit die durch den Magne
ten aufzuwendende Haltekraft verringert werden, da der Magnet jetzt
nur noch die Federkraft abzüglich der durch den Zylinderinnendruck
auf den Ventilteller wirkenden Kraft kompensieren muß.
Da während des Verbrennungsvorganges der Zylinderinnendruck nicht
konstant ist, wird in einer bevorzugten Ausführungsform der Strom
fluß durch den Elektromagneten gesteuert, wobei der Grad des Strom
flusses abhängig ist vom Zylinderinnendruck.
Der Zylinderinnendruck ist als direkte Meßgröße nur schwer abgreif
bar, jedoch stehen Erfahrungswerte zur Verfügung, die über den zeit
lichen Ablauf des Zylinderinnendrucks Aussagen treffen. Es bietet
sich somit an, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform den Strom
fluß durch den Elektromagneten zeitabhängig zu steuern, wobei die
Größe des Stromflusses sich ergibt durch den empirisch ermittel
ten Verlauf des Innendrucks im Zylinder während eines Verbrennungs
vorganges oder Verdichtungsvorganges.
Wenn der Zylinderinnendruck die durch die Feder wirkende Kraft,
mit der das Ventil in seine Öffnungsstellung gedrückt werden soll,
überschreitet, kann der Strom durch den Magneten sogar vollstän
dig abgeschaltet werden.
Als Größe, um den Zeitverlauf des Stromflusses durch den Elektro
magneten zu synchronisieren, bietet sich der Zündzeitpunkt an,
da mit dem Zündzeitpunkt durch die Zündung des im Zylinderinneren
befindlichen Gemisches der Innendruck stark ansteigt. Der Zündzeit
punkt definiert somit den Ausgangszeitpunkt für die zeitliche Ab
folge des Zylinderinnendrucks.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figur erläutert. Es
zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung des Aufbaus zur Ver
wirklichung der Erfindung; und
Fig. 2 ein Arbeitsdiagramm für einen Hubkolbenmotor im
Viertakt-Prinzip zur Erläuterung der Erfindung.
Wie eingangs erwähnt, kann das erfindungsgemäße Verfahren bei ei
ner Brennkraftmaschine verwendet werden, wie sie in der DE-OS
30 24 109 offenbart ist. Wesentlich für die Ventilanordnung ist fol
gendes: Ein Zylinderkopf 10 schließt den Zylinderinnenraum 12 nach
oben ab, in dem in bekannter Weise die Verbrennungsvorgänge, wie
sie in einer Brennkraftmaschine stattfinden, ablaufen. Zum Öffnen
des Einlasses und/oder des Auslasses ist ein Ventil 14 vorgesehen,
das in Fig. 1 in der geöffneten Stellung, also abgehoben vom Ven
tilsitz dargestellt ist. Das Ventil 14 trägt an seinem Ventilschaft
16 eine Ankerplatte 18, die zwischen den Polflächen von einem Mag
neten 20 und einem Magneten 22 in Axialrichtung des Ventilschaftes
16 hin- und heroszillieren kann. Ist die Ankerplatte 18 von dem
Magneten 20 angezogen, ist das Ventil geöffnet, ist hingegen die
Ankerplatte 18 von dem Magneten 22 angezogen, ist das Ventil 14
geschlossen. Das Ventil 14 wird jedoch von der einen Anlage an
der Polfläche des Magneten zur Anlage an die Polfläche des anderen
Magneten nicht durch magnetische Anziehungskraft bewegt, sondern
es ist ein Federsystem 24, 25, 26, 27 vorgesehen, wobei die Federn
24 und 25 die Ankerplatte 18 aus der Anlagestellung an die Polflä
che des Magneten 22 wegdrücken, während die Federn 26 und 27 die
Ankerplatte 18 aus der Anlagestellung an die Polflächen des Mag
neten 20 wegdrücken. Der Null-Punkt dieses Federsystems liegt der
art, daß bei nicht erregten Magneten 20 und 22 die Ankerplatte
18 sich etwa mittig zwischen den Polflächen der Magnete 20 und
22 befindet.
In der in Fig. 1 dargestellten Stellung ist also der Magnet 20
erregt, um die Ankerplatte 18 in Anlage an der Polfläche des Magne
ten 20 zu halten, obwohl die Ankerplatte 18 mit der Kraft der Feder
26 und 27 beaufschlagt wird, die die Ankerplatte 18 von der Pol
fläche wegzudrücken beabsichtigen. Wird nun der Strom durch den
Magneten 20 abgeschaltet, erhält die Ankerplatte 18 eine Beschleu
nigung durch die Federn 26 und 27, die nach Anlage an die Federn
24 und 25 abgebremst wird, jedoch so weit reicht, daß die Anker
platte 18 zumindest fast bis zur Anlage an die Polfläche des Mag
neten 22 gelangt. Ist nun der Magnet 22 zu diesem Zeitpunkt erregt,
wird die Ankerplatte 18 von den Polflächen des Magneten 22 gehal
ten, das Ventil 14 schließt sich.
Um das Ventil in seiner Schließstellung zu halten, ist es notwen
dig, ständig einen Strom durch den Elektromagneten 22 fließen zu
lassen.
Die Größe des Stromes muß so bemessen werden, daß die Kraft der
Federn 24 und 25 kompensiert wird.
Erfindungsgemäß ist erkannt worden, daß während eines Teils des
Arbeitsablaufes in einer Viertaktbrennkraftmaschine, ggf. auch
in einer mit Ventilen arbeitenden Zweitakt-Brennkraftmaschine,
durch die während des Verbrennungsablaufes entstehenden hohen Zy
linderinnendrücke eine zusätzliche Kraft auf den Ventilteller 14
ausgeübt wird, die das Ventil 14 in seinen Sitz preßt. Diese Kraft
ist gleichsinnig mit der durch den Elektromagneten 22 auszuübenden
Anziehungskraft auf die Ankerplatte 18, so daß die durch den Elek
tromagneten 22 aufzuwendende Kraft um diesen Betrag, der durch
den Zylinderinnendruck geliefert wird, abgesenkt werden kann.
In Fig. 2 ist das Arbeitsdiagramm einer Viertakt-Brennkraftmaschi
ne dargestellt, in bekannter Weise wird im Takt I ein zündfähiges
Gemisch angesaugt, im Takt II, der zwischen 180° und 360° Kurbel
wellenwinkel, also zwischen dem unteren Totpunkt und dem oberen
Totpunkt liegt, wird das Gemisch verdichtet, um kurz vor Erreichen
des oberen Totpunktes gezündet zu werden. Damit steigt nach Er
reichen des oberen Totpunktes der Innendruck im Zylinder während
des Arbeitstaktes III stark an, es wird auf den Kolbenboden ein
erheblicher Druck ausgeübt, der die Brennkraftmaschine antreibt.
Der Innendruck erreicht bei üblichen Otto-Viertakt-Motoren bis
zu 40 bar, er kann bei Dieselbrennkraftmaschinen noch deutlich
darüber, etwa auf dem dreifachen Wert, liegen.
Im Arbeitstakt IV wird das verbrannte Gemisch ausgestoßen.
Insbesondere während des Abschnittes III, dem Arbeitstakt, ent
stehen im Zylinder sehr hohe Drücke, die das Ventil 14 in seinen
Sitz pressen. Während dieses Zeitraumes, also insbesondere zwischen
den Winkelstellungen 380° Kurbelwellenwinkel und 480° Kurbelwellen
winkel im Laufe des 720° Kurbelwellenwinkel langen Arbeitsspieles
kann der Stromfluß durch den Magneten 22 zurückgenommen werden,
ohne daß die Gefahr besteht, daß die Federn 24 und 25 das Ventil
14 in die Öffnungsstellung drücken.
Geschickterweise wird man dabei den Stromfluß nicht abhängig von
dem absoluten Wert des Kurbelwellenwinkels steuern, sondern die
Steuerung mit dem Zündzeitpunkt zu synchronisieren trachten. Die
Reduzierung des Haltestroms durch die Spule des Elektromagneten
22 kann zu einen bestimmten Zeitpunkt nach dem Zündzeitpunkt, am
besten ausgedrückt in Grad Kurbelwellenwinkel, da dieses Maß dreh
zahlunabhängig ist, einsetzen und, je nach Motoreigenschaften,
dann etwa 100° Kurbelwellenwinkel lang eingehalten werden. Dabei
ist es möglich, während dieser 100° Kurbelwellenwinkel den zeit
lichen Verlauf des Stromes zu steuern, oder nur auf einen niedri
geren Wert abzusenken.
Claims (5)
1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mindestens
einem Gaswechselventil, das in seiner Schließstellung durch
einen durch Stromfluß erregten Magenten gehalten wird, da
durch gekennzeichnet, daß der Stromfluß
durch den Elektromagneten (22) verringert wird, wenn der Zy
linderinnendruck eine vorgebbaren Wert übersteigt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Stromfluß in Abhängigkeit vom Zy
linderinnendruck gesteuert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Stromfluß einen vorgebbaren zeit
lichen Verlauf während des Verbrennungsvorganges im Zylinder
(12) aufweist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der Stromfluß abgeschaltet
wird, wenn die durch den Zylinderinnendruck auf das Ventil (14)
wirkende Kraft die Gegenkraft übersteigt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Stromflußsteuerung syn
chronisiert wird mit dem Zündzeitpunkt.
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