DE69114112T2

DE69114112T2 - Brennkraftmaschine und Verfahren zum Betrieb derselben.

Info

Publication number: DE69114112T2
Application number: DE69114112T
Authority: DE
Inventors: Anthony Claude Wakeman
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1990-12-14
Filing date: 1991-06-18
Publication date: 1996-04-25
Anticipated expiration: 2011-06-19
Also published as: GB9027124D0; EP0490464B1; KR920012706A; EP0490464A1; DE69114112D1; JPH04234525A; US5228422A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Brennkraftmaschinen sowie ihre Betriebsweise, insbesondere eine Weiterentwicklung der in der europäischen Patentanmeldung EP-A-0 473 258 des Patentinhabers, die am 4. März 1992 veröffentlicht wurde, beschriebenen Erfindung.
In dieser europäischen Patentanmeldung wird der zeitliche Ablauf des Öffnens und Schließens eines Einlaßventils einer Verbrennungskammer so gesteuert, daß durch das Öffnen ein Einströmen in die Kammer verursacht wird, um Turbulenzen zu erzeugen, die danach die Verbrennung unterstützen. Vorzugsweise befinden sich zwischen zwei Zündzeitpunkten im Zyklus der Brennkraftmaschine zwei Öffnungsvorgänge eines einzigen Einlaßventiles, von zwei separaten Einlaßventilen, die sich jeweils einmal öffnen, oder separate Öffnungsvorgänge eines Auslaßventiles und eines Einlaßventiles.
Bei Brennkraftmaschinen, die pro Zylinder zwei Einlaßventile und eine separate Nockenwelle für jedes Ventil besitzen, ist es jedoch schwierig, einen Kompromiß zwischen dem vom Nockenprofil festgelegten Ventilöffnungsgrad, der Intensität der Turbulenzen und der Pumparbeit zu erzielen.
In einem idealen Fall sind die Öffnungsvorgänge des ersten und zweiten Einlaßventiles bei einer geringen Last von kurzer Dauer. Das erste Ventil öffnet sich in der Nähe des TDC, und das Schließen desselben findet nicht zu spät beim Ansaughub statt, denn sonst wäre die über das zweite Einlaßventil zum Zeitpunkt des Öffnens desselben entstandene Druckdifferenz nicht angemessen, um die gewünschte "Blowdown-Turbulenz" zu erzeugen. Die Schließzeit des zweiten Ventils wird durch das Erfordernis, die gewünschte Masse des Gemisches im Zylinder einzufangen, festgelegt. Das Öffnen des zweiten Ventils sollte so spät wie möglich stattfinden, so daß nur eine kurze Zeit zum Abklingen der "Blowdown-Turbulenz" zur Verfügung steht. Bei 6.000 UpM ist die Spannung an der Nase des Nockens und Nockenfolgers, die die Einlaßventile steuern, bei herkömmlichen Öffnungsperioden hoch. Wenn man mit Perioden arbeitet, die etwa halb so groß sind wie diese Werte, bei einem Vorgang mit doppelter Ansaugung, ist entweder eine viel niedrigere UPM-Grenze oder ein stark reduzierter Ventilhub erforderlich. Diese beiden Erfordernisse reduzieren jedoch die zur Verfügung stehende Maximalleistung, um Vollastanforderungen gerecht zu werden.
Die US-A-4 892 067 beschreibt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Brennkraftmaschine mit gesteuerter Funktionsweise von mindestens zwei Einlaßventilen in Relation zu einem Auslaßventil. Der Betrieb der Brennkraftmaschine umfaßt das Öffnen von einem der Einlaßventile vor dem anderen Einlaßventil unter der Bedingung, daß das Auslaßventil nicht vollständig geschlossen ist, so daß die verbleibende geringe Abgasmenge durch den Einsatz von Luft, die nicht mit Kraftstoff beladen ist, gereinigt werden kann. Wenn der Einlaßhub einmal im Gange ist, kann das andere Einlaßventil geöffnet und die Kraftstoffeinspritzung so gesteuert werden, um Turbulenzen und die Mischung der Charge vor der Verbrennung zu maximieren.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, die vorstehend aufgeführte Schwierigkeit zu überwinden.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem Saugrohr, mindestens einer Verbrennungskammer mit mindestens zwei Einlaßventilen und mindestens einem Auslaßventil, einem in der oder jeder Kammer hin- und herbeweglichen Kolben zur Ausbildung eines Raumes mit veränderlichem Volumen in der Kammer und Einrichtungen zum Steuern der zeitlichen Abfolge des Öffnens und Schließens eines jeden der beiden Einlaßventile der oder jeder Kammer unabhängig voneinander zur Verfügung gestellt, das das Öffnen von einem der unabhängig voneinander gesteuerten Einlaßventile der oder jeder Kammer während Teillastbetrieb und während des Auslaßhubes der Brennkraftmaschine umfaßt, wodurch Abgas in die oder jede Kammer induziert und im Saugrohr und der mindestens einen Kammer ein erster und zweiter Druck erzeugt wird, von denen der erste Druck größer ist als der zweite Druck, und wobei durch das Öffnen des anderen der unabhängig voneinander gesteuerten Einlaßventile der oder jeder Kammer zu einem Zeitpunkt, wenn das eine der unabhängig voneinander gesteuerten Einlaßventile geschlossen und diese vorgegebene Druckdifferenz vorhanden ist, ein Einströmen in die oder jede Kammer erzeugt wird, das Turbulenzen bewirkt, von denen mindestens ein Teil vorhanden ist, wenn die Verbrennung in der oder jeder Kammer stattfindet.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird eine Brennkraftmaschine zur Verfügung gestellt, mit einem Saugrohr, mindestens einer Verbrennungskammer mit mindestens zwei Einlaßventilen und mindestens einem Auslaßventil&sub1; einem in der oder jeder Kammer hin- und herbeweglichen Kolben zur Ausbildung eines Raumes mit veränderlichem Volumen in der Kammer und Einrichtungen zum Steuern der zeitlichen Abfolge des Öffnens und Schließens eines jeden der beiden Einlaßventile der oder jeder Kammer uanbhängig voneinander, so daß während Teillastbetrieb das Öffnen von einem der unabhängig voneinander gesteuerten Einlaßventile der oder jeder Kammer während des Auslaßhubes der Brennkraftmaschine auftritt, wodurch Abgas in die oder jede Kammer induziert wird, und so daß durch das Öffnen des anderen der unabhängig voneinander gesteuerten Einlaßventile der oder jeder Kammer zu einem Zeitpunkt, wenn das eine der unabhängig voneinander gesteuerten Einlaßventile geschlossen und der Druck in der oder jeder Kammer geringer ist als der Druck im Saugrohr, eine vorgegebene Druckdifferenz über dem anderen der unabhängig voneinander gesteuerten Einlaßventile erzeugt wird, die ein Einströmen in die oder jede Kammer bewirkt, wodurch Turbulenzen erzeugt werden, von denen mindestens einige vorhanden sind, wenn die Verbrennung in der oder jeder Kammer stattfindet.
Die hier verwendeten Begriffe "Saughub", "Kompressionshub" und "Ausstoßhub" sollen ihre üblichen Bedeutungen in bezug auf einen Kolben eines Viertaktmotors haben, und zwar ungeachtet der Tatsache, daß das Öffnen und Schließen von Einlaß- und Auslaßventilen während Zeitpunkten stattfindet, die sich in bezug auf die vorstehend genannten Hübe vom Normalen unterscheiden.
Die Erfindung wird nunmehr anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung erläutert. Es zeigen:
Figur 1 ein Diagramm, das die zeitliche Abfolge der Öffnungs- und Schließvorgänge von zwei Einlaßventilen eines Zylinders einer erfindungsgemäß ausgebildeten Brennkraftmaschine relativ zu den vier Hüben der Brennkraftmaschine zeigt, wobei die Brennkraftmaschine einer geringen Last ausgesetzt ist;
Figur 2 das gleiche Diagramm, wobei jedoch die Brennkraftmaschine unter Vollast steht; und
Figur 3 wiederum das gleiche Diagramm, wobei die Brennkraftmaschine unter geringer Last steht, das Öffnen des zweiten Einlaßventiles nunmehr länger dauert als in Figur 1 gezeigt und das Schließen des ersten Einlaßventiles zu einem früheren Zeitpunkt erfolgt.
In der vorstehend erwähnten europäischen Patentanmeldung EP-A-0 473 258 ist beschrieben und dargestellt, wie "Blowdown-Turbulenzen" durch zweifaches Öffnen eines einzigen Einlaßventiles eines Verbrennungszylinders erzeugt werden können. Es ist ferner erwähnt, daß die Erfindung bei einer Brennkraftmaschine mit zwei Einlaßventilen (und mindestens einem Auslaßventil) pro Zylinder Anwendung finden kann. Wie vorstehend erläutert, ist es bei zwei Einlaßventilen jedoch schwierig, einen Kompromiß zwischen dem vom Nockenprofil der Ventilnockenwelle festgelegten Ventilöffnungsgrad, der Intensität der Turbulenzen und der Pumparbeit bei den angegebenen Öffnungs- und Schließzeiten zu erzielen. Wenn längere als ideale Öffnungsperioden akzeptiert werden, muß die Einstellung der Betätigung des Schließens des ersten Ventils unverändert bleiben, um die Druckdifferenz aufrechtzuerhalten. Somit muß das Öffnen des ersten Ventils während des Ausstoßhubes stattfinden.
Wie in Figur 1 gezeigt, bei der die Brennkraftmaschine unter geringer Last steht, öffnet daher eines der Einlaßventile, das hiernach als "erstes" Einlaßventil bezeichnet wird, zum Zeitpunkt A, der nur kurz nach dem Beginn des Ausstoßhubes liegt. Um ein Zurückströmen der Abgase in das Saugrohr zu verhindern, ist ein Reed-Ventil oder ein anderes Rückschlagventil aufstromseitig des ersten Einlaßventiles, d.h. im Zuführkanal für das erste Einlaßventil angeordnet.
Das Öffnen dieses ersten Einlaßventiles dauert länger als in der vorstehend erwähnten Patentanmeldung erwartet, und die Einstellung der Betätigung ist veränderlich. Während des früheren Teiles des Saughubes wird das Luft/Kraftstoff-Gemisch in den Zylinder gezogen, wonach das erste Einlaßventil schließt, wie bei B angedeutet, bevor der Saughub vollständig ist.
Das andere Einlaßventil, das hiernach als "zweites" Einlaßventil bezeichnet wird, öffnet nicht, bis einige Zeit nach dem Beginn des Kompressionshubes vergangen ist, wie bei C angedeutet. Wenn das zweite Einlaßventil öffnet, entsteht ein rascher "Blowdown- Vorgang", der Turbulenzen verursacht, und zwar in der gleichen Weise, wie in der vorstehend genannten Patentanmeldung beschrieben. Überschüssiges Luft/Kraftstoff-Gemisch wird in den Zylinder gesaugt, und wenn sich der Kolben hebt, wird der Überschuß zurück in das Saugrohr getrieben. Das zweite Einlaßventil schließt unmittelbar vor dem Ende des Kompressionshubes, wobei die Einstellung der Betätigung dieses Schließvorganges die Masse an eingefangenem Gemisch festlegt. Die Pumparbeit und die "Blowdown-Turbulenzen" werden durch die Einstellung der Betätigung des Schließens des ersten Einlaßventils gesteuert. Jedes Einlaßventil wird durch eine separate Nockenwelle gesteuert. Beide Einlaßventile sind über einen Winkel von mindestens 120º (Kurbelwellendrehung) offen, was gegenwärtigen Ventilöffnungsgraden bei Metallventilen entspricht. Durch die mögliche zukünftige Verwendung von Keramikventilen, die eine viel geringere Masse besitzen, könnte ein schnelleres Öffnen und Schließen bei gleichem Spannungsniveau an der Nase des Ventilbetätigungsnockens ermöglicht werden.
Die zunehmende Zahl von Brennkraftmaschinen mit vier Ventilen pro Zylinder ist zum großen Teil auf die Forderung nach größerer Leistung bei einer vorgegebenen Motorkapazität zurückzuführen. Zwei Einlaßventile pro Zylinder sind erforderlich, um den größten Strömungsbereich und einen minimalen Druckabfall zu erreichen, so daß die maximale Gemischmenge bei einem hohen UpM-Wert angesaugt werden kann. Obwohl, wie vorstehend beschrieben, doppelte Ansaugung und Blowdown-Turbulenzen bei Teillast erforderlich sind, müssen beide Einlaßventile über den größten Teil des Ansaughubes, wenn nicht gar über den gesamten Ansaughub, offen sein, um maximale Leistung aufrechtzuerhalten. Extraturbulenzen werden bei Vollast nicht benötigt, da das Gemisch schnell verbrennt, was zum Teil darauf zurückzuführen ist, daß das Luft/Kraftstoff-Verhältnis stöchiometrisch fett ist, und zum Teil auf die hohe Temperatur und den hohen Druck des Gemisches zum Zündzeitpunkt.
Obwohl die Figuren 1 und 2 das öffnen der Ventile bei geringer Last und Vollast zeigen, verläuft die Steuerung der Brennkraftmaschine mit der Last kontinuierlich. Wenn die Last ansteigt, wird der Zeitpunkt der Betätigung des ersten Einlaßventiles verzögert, so daß es im Ansaughub zunehmend später schließt. Nahe bei Vollast findet das Schließen nach BDC statt. Zur gleichen Zeit wird das Schließen des zweiten Einlaßventiles vorgerückt, um mehr Gemisch einzufangen. Bei höheren Lasten überlappen sich die Öffnungsperioden des Einlaßventils zunehmend. Die Blowdown-Turbulenzen nehmen daher mit einem Anstieg der Last zunehmend ab und fallen irgendwo im mittleren Lastbereich auf Null ab.
Für einen Vollastfall zeigt Fig. 2, wie das erste Einlaßventil nunmehr später öffnet. Das Öffnen A findet noch während des Ausstoßhubes statt, jedoch nunmehr nahe am Ende desselben. Das erste Einlaßventil bleibt bis unmittelbar nach dem Beginn des Kompressionshubes, Position B, offen und bleiben somit über den gesamten Ansaughub offen. Das zweite Einlaßventil öffnet bei C, irgendwo im Ansaughub, und schließt bei D unmittelbar vor dem Ende des Ansaughubes. Somit sind beide Einlaßventile in der Mitte des Ansaughubes offen, wenn die Gasgeschwindigkeiten ihren höchsten Wert besitzen. Keine "Blowdown-Turbulenz" tritt auf, wenn sich das zweite Einlaßventil öffnet.
Bei der beschriebenen Anordnung ist im Vergleich zu einer herkömmlichen Brennkraftmaschine mit zwei Einlaßventilen kein Extrawiderstand gegenüber einer Strömung bei Vollast vorhanden. Der Kompromiß zwischen "Blowdown-Turbulenz" und Pumparbeit wird durch die Einstellung des Schließens des ersten Einlaßventiles gesteuert.
In den Fig. 1 und 2 ist gezeigt, daß die Öffnungsperiode des zweiten Einlaßventiles geringer ist als die des ersten Einlaßventiles. Dies hat den Vorteil, daß bei einem niedrigen UPM- Wert und bei geringer Last Blowdown-Turbulenzen während des Kompressionshubes auftreten, so daß die kürzeste Zeit zum Abklingen der Turbulenzen vor dem Zünden vorhanden ist. Wenn jedoch die höchste Leistungsabgabe gefordert wird, d.h. eine Maximierung des Drehmomentes bei einem hohen UPM-Wert, kann das zweite Einlaßventil die gleiche Öffnungsperiode wie das erste Einlaßventil benötigen.
Wenn, wie im Falle geringer Last, das zweite Einlaßventil während des Ansaughubes öffnen soll, kann irgendeinem durch ein erhöhtes Abklingen der Blowdown-Turbulenzen verursachten Problem dadurch entgegengewirkt werden, daß das erste Einlaßventil früher geschlossen wird, um die Druckdifferenz und die Blowdown-Energie zu erhöhen. Der Gesamteffekt besteht somit darin, auf einen Teil der Pumparbeit zu verzichten, um die höchstmögliche Leistungsabgabe zu erreichen. Fig. 3 zeigt für eine Brennkraftmaschine geringer Last die Folgen des Erhöhens der Dauer des Öffnens des zweiten Einlaßventils bis hin zur gleichen Dauer, wie das erste Einlaßventil öffnet. Wie vorstehend beschrieben, öffnet das zweite Einlaßventil nunmehr vor dem Ende des Ansaughubes, und das erste Einlaßventil schließt früher, um die Druckdifferenz und somit die Blowdown-Energie zu erhöhen.
Für Brennkraftmaschinen mit drei Einlaßventilen pro Zylinder wird es als am besten angesehen, wenn zwei der Ventile während des Ausstoßhubes gleichzeitig geöffnet werden und das dritte Einlaßventil den zweiten Öffnungsvorgang durchführt, um den durchschnittlichen Durchsatz am dritten Einlaßventil während des Blowdowns so hoch wie möglich zu machen.
Wie vorstehend beschrieben, wird die Einstellung der Betätigung der Einlaßventile gesteuert. Zusätzlich dazu kann bei dem oder bei jedem Auslaßventil des Zylinders dessen Einstellung der Betätigung gesteuert werden, so daß es beispielsweise bis nach dem Beginn des Ansaughubes nicht schließt, wodurch Abgas in den Zylinder angesaugt wird. Wenn das zweite Einlaßventil öffnet, ist immer noch, wie voranstehend beschrieben, ein Induktionsvorgang eines Luft/Kraftstoff-Gemisches vorhanden, um Blowdown-Turbulenzen zu erzeugen. Die Kammer enthält jedoch bereits ein Gemisch aus Abgas, das durch das Auslaßventil angesaugt wurde, und Luft, die durch das erste Einlaßventil angesaugt wurde. Dieses durch das Auslaßventil und das erste Einlaßventil angesaugte Gemisch kann in bezug auf seinen Verdünnungsgrad gesteuert werden, um die Bildung von Stickoxiden zu reduzieren, ohne durch übermäßige Verdünnung Fehlzündungen zu riskieren, während zur gleichen Zeit die Beibehaltung der Steuerung der Blowdown-Energie und der entsprechenden Pumparbeit ermöglicht wird.
Die Einstellung der Betätigung in bezug auf das Schließen des Auslaßventiles legt den Grad der Verdünnung mit Abgas fest, während die Einstellung der Betägigung in bezug auf das Schließen des ersten Einlaßventiles die Gesamt-Blowdown-Energie bestimmt, wenn das erste Einlaßventil nach dem Schließen des Auslaßventils schließt. Idealerweise wird die Einstellung der Betätigung des Öffnens des Einlaßventils verzögert, wenn das Schließen des Auslaßventils verzögert wurde, um einen entsprechenden Grad an Überlappung (falls eine solche vorhanden ist) aufrechtzuerhalten. Dies kann jedoch nur dann von Bedeutung sein, wenn die Brennkraftmaschine eine Drosselklappe enthält, so daß der Saugrohrdruck wesentlich unter dem Druck des Auslaßkrümmers liegt.
Bei einer anderen Ausführungsform tritt nahezu der gleiche Effekt auf, wenn das Auslaßventil früher schließt, nämlich während des Ausstoßhubes. Je früher das Schließen stattfindet, desto mehr Abgas wird eingefangen, wobei diese Gase dann komprimiert und expandiert werden, wenn der Kolben zum Punkt TDC ansteigt und dann wieder abfällt. Die Gase wirken als Feder, und es geht wenig Energie verloren. Der Hauptvorteil eines frühen Schließens des Auslaßventils besteht darin, daß keine Möglichkeit besteht, daß das Auslaßventil in der Nähe des Punktes TDC mit dem Kolben zusammentrifft.
Das bislang beschriebene Verfahren und die entsprechende Vorrichtung wurden zusammen mit einer Brennkraftmaschine erläutert, die einen Vergaser zum Erzeugen des zur Verbrennung erforderlichen Luft/Kraftstoff-Gemisches aufweist. Die Erfindung ist jedoch auch für eine Brennkraftmaschine mit Kraftstoffeinspritzung geeignet und dabei besonders vorteilhaft in bezug auf einen Kaltstart und die Aufwärmphase, da die Gemischerzeugung verbessert wird.
Bei einer herkömmlichen Kraftstoffeinspritzung über eine Öffnung wird beispielsweise der Kraftstoffnebel eingeführt, wenn das Einlaßventil geschlossen ist. Der Kraftstoff bildet einen Flüssigkeitsfilm auf der Rückseite des Ventils und den Wänden der Einlaßöffnung. Dieser Flüssigkeitsfilm wird zum Zeitpunkt des Öffnens des Einlaßventiles im wesentlichen verdampft. Wenn die Brennkraftmaschine kalt ist, wird nur ein geringer Teil des Kraftstoffilmes verdampft. Das in den Zylinder beim Öffnen des Einlaßventiles gezogene Gemisch besitzt eine reduzierte Dampfkonzentration, und ein großer Teil des Kraftstoffs liegt in Tröpfchenform vor. Während des Aufwärmens muß somit extra Kraftstoff zugesetzt werden, um die Konzentration an Dampf und Tröpfchen mit kleinem Durchmesser zu erhöhen und auf diese Weise ein leicht zündbares Gemisch zu erhalten. Dies ist jedoch mit dem Nachteil von erhöhten CO- und HC-Emissionen verbunden. Dieses Problem der langsamen Verdampfung des Kraftstoffilmes auf der Saugrohrwand im kalten Zustand der Brennkraftmaschine trifft auch auf Vergaser und Einpunkt-Einspritzvorrichtungen zu.
Eine bekannte Verbesserung besteht darin, luftunterstützte Kraftstoffeinspritzvorrichtungen zu verwenden, um einen Kraftstoffnebel aus Tröpfchen mit kleinem Durchmesser zu erzeugen, die dazu neigen, in Suspension in der Luft zu verbleiben und keinen Kraftstoffilm auf den Wänden der Einlaßöffnung auszubilden. Unter der Voraussetzung, daß der Durchmesser der Tröpfchen unter einem kritischen Durchmesser von etwa 10 um liegt, wird die aus den Tröpfchen bestehende Wolke so leicht gezündet wie ein verdampftes Kraftstoffgemisch.
Es versteht sich jedoch, daß der erfindungsgemäße Blowdown-Effekt einen entsprechenden Atomisierungsvorgang erzeugt. Wenn das Öffnen des zweiten Einlaßventils verzögert wird, bis der abfallende Kolben den Druck im Zylinder auf einen Wert unter dem des Saugrohres reduziert hat, führt das Öffnen des Einlaßventils zu einem plötzlichen Einströmen von Luft, wodurch der um den Einlaßventilsitz angesammelte Kraftstoff atomisiert wird. Ob Änderungen für die Steuerstrategie für einen Betrieb während des Kaltlaufens erforderlich sind, hängt von der Art der verwendeten Doppelansaugung ab. Die Kraftstoffeinspritzung über eine Öffnung bietet die Möglichkeit, die Einspritzung zwischen den Öffnungsvorgängen zeitlich abzustimmen oder die Einspritzung nur in eine Öffnung zu richten.
Wenn die beiden Einlaßventile und das Auslaßventil am Ende des Ausstoßhubes oder vor dem Ende desselben schließen, ist die Druckdifferenz vorhanden, wenn das zweite Einlaßventil öffnet. Die beste Atomisierung wird erreicht, wenn während des Kaltlaufens der gesamte Kraftstoff in die zweite Einlaßöffnung und kein Kraftstoff in die erste Einlaßöffnung eingespritzt wird. Bei geringen Lasten sollten die Blowdown-Turbulenzen eine gute Mischung dieses Kraftstoffs mit der durch jedes Ventil angesaugten Luft bewirken. Bei hohen Lasten, wenn keine Blowdown-Turbulenzen vorhanden sind, kann jedoch eine gewisse chargen-Schichtung auftreten, insbesondere bei geringen Drehzahlen. Dies wird jedoch nicht als ernsthaftes Problem angesehen.
Bei Einpunkt-Einspritzsystemen ist es ferner möglich, die Gemischzubereitung für einen Kaltstart mit Hilfe von Blowdown- Turbulenzen zu verbessern, jedoch nur bei einem Prozeß mit doppelter Ansaugung, bei dem Abgas zuerst und Luft (mit Kraftstoff) im zweiten Stadium angesaugt wird.
Ein weiteres Anwendungsgebiet der Erfindung betrifft Brennkraftmaschinen mit Katalysatoren, um die Zeit zum "Starten" des Katalysators, d.h. die Zeit zum Erhitzen des Katalysators auf Temperaturen, bei denen er in bezug auf die Entfernung von HC, CO und NOx am wirksamsten ist, zu verkürzen. Die Emissionsgesetze von diversen Ländern fordern, daß Kraftfahrzeuge über definierte Antriebszyklen, ausgehend vom kalten Zustand, getestet werden. Die Testergebnisse zeigen, daß der größte Teil der gemessenen HC- Emission auftritt, bevor der Katalysator seine "Starttemperatur" erreicht hat.
Der Katalysator kann rascher erhitzt werden, indem das Auslaßventil im Leistungshub früher geöffnet wird. Auf diese Weise wird weniger Energie in Arbeit umgewandelt, da das Expansionsverhältnis reduziert wird und somit die Abgase heißer werden. Um die Drehzahlen und Drehmomente der Brennkraftmaschine beizubehalten, muß die Menge an angesaugtem Luft/Kraftstoff- Gemisch entsprechend erhöht werden. Bei doppelter Ansaugung bedeutet dies, daß das zweite Einlaßventil früher geschlossen wird, um mehr Gemisch einzufangen. Daher wird die Aufheizgeschwindigkeit des Katalysators sowohl durch die höhere Abgastemperatur als auch durch den erhöhten Massenstrom vergrößert.
Das frühere Öffnen des Auslaßventils und das entsprechende frühere Schließen des zweiten Einlaßventils können entweder kontinuierlich oder schrittweise mit der Zeit reduziert werden, wenn man experimentell ermittelt hat, wieviel Zeit benötigt wird, um ein "Starten" des Katalysators zu erreichen. Wenn ein Temperatursignal des Katalysators zur Verfügung steht, können die Zeitpunkte auf die entsprechenden Aufwärmwerte zurückgeführt werden, wenn der Katalysator eine spezielle Temperatur erreicht hat.

Claims

1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem Saugrohr, mindestens einer Verbrennungskammer mit mindestens zwei Einlaßventilen und mindestens einem Auslaßventil, einem in der oder jeder Kammer hin- und herbeweglichen Kolben zur Ausbildung eines Raumes mit veränderlichem Volumen in der Kammer und Einrichtungen zum Steuern der zeitlichen Abfolge des Öffnens und Schließens eines jeden der beiden Einlaßventile der oder jeder Kammer unabhängig voneinander, wobei das Verfahren das Öffnen von einem der unabhängig voneinander gesteuerten Einlaßventile der oder jeder Kammer während Teillastbetrieb und während des Auslaßhubes der Brennkraftmaschine umfaßt, wodurch Abgas in die oder jede Kammer induziert und im Saugrohr und der mindestens einen Kammer ein erster und zweiter Druck erzeugt wird, von denen der erste Druck größer ist als der zweite Druck, und wobei durch das Öffnen des anderen der unabhängig voneinander gesteuerten Einlaßventile der oder jeder Kammer zu einem Zeitpunkt, wenn das eine der unabhängig voneinander gesteuerten Einlaßventile geschlossen und diese vorgegebene Druckdifferenz vorhanden ist, ein Einströmen in die oder jede Kammer erzeugt wird, das Turbulenzen bewirkt, von denen mindestens einige vorhanden sind, wenn die Verbrennung in der oder jeder Kammer stattfindet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das eine der unabhängig voneinander gesteuerten Einlaßventile während des Saughubes schließt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das andere der unabhängig voneinander gesteuerten Einlaßventile während des Kompressionshubes schließt.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei dem das andere der unabhängig voneinander gesteuerten Einlaßventile während des Kompressionshubes öffnet.

5. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei dem das andere der unabhängig voneinander gesteuerten Einlaßventile während des Saughubes öffnet.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die entsprechenden Öffnungsperioden der beiden unabhängig voneinander gesteuerten Einlaßventile gleich sind.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem das mindestens eine Auslaßventil nach dem Beginn des Saughubes schließt und das andere der unabhängig voneinander gesteuerten Einlaßventile nach dem Schließen des oder jeden Auslaßventiles öffnet.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem ein Auslaßventil vor dem Ende des Auslaßhubes schließt, um Abgas einzufangen, das dann expandiert wird, wenn sich der Kolben durch den Saughub bewegt.

9. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem mit ansteigender Last die Einstellung der Betätigung des einen der unabhängig voneinander gesteuerten Einlaßventile verzögert und die Einstellung der Betätigung des anderen der unabhängig voneinander gesteuerten Einlaßventile beschleunigt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem das andere der unabhängig voneinander gesteuerten Einlaßventile zu einem Zeitpunkt geöffnet wird, bevor das eine der unabhängig voneinander gesteuerten Einlaßventile geschlossen hat, ohne daß hierdurch eine der durch das Einströmen bewirkten Turbulenzen erzeugt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem bei Vollast das eine der unabhängig voneinander gesteuerten Einlaßventile während des Kompressionshubes schließt und das andere der unabhängig voneinander gesteuerten Einlaßventile während des Saughubes öffnet und schließt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem Kraftstoff zur Verbrennung in der mindestens einen Verbrennungskammer eingespritzt wird, wobei der Einsprilzvorgang vor irgendeinem Öffnen des anderen der unabhängig voneinander gesteuerten Einlaßventile, das das Einströmen erzeugt, stattfindet, wobei Luft einströmt, so daß der Kraftstoff durch die angesaugte Luft atomisiert wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem der Kraftstoff nur in eine Öffnung des anderen der unabhängig voneinander gesteuerten Einlaßventile eingespritzt wird, und zwar nach dem Schließen des anderen der unabhängig voneinander gesteuerten Einlaßventile bei dessen vorhergehendem Zyklus und vor dem Öffnen desselben bei seinem Momentanzyklus.

14. Brennkraftmaschine, die gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 betrieben wird, mit einem Saugrohr, mindestens einer Verbrennungskammer mit mindestens zwei Einlaßventilen und mindestens einem Auslaßventil, einem in der oder jeder Kammer hin- und herbeweglichen Kolben zur Ausbildung eines Raumes mit veränderlichem Volumen in der Kammer und Einrichtungen zum Steuern der zeitlichen Abfolge des Öffnens und Schließens eines jeden der beiden Einlaßventile der oder jeder Kammer unabhängig voneinander, so daß während Teillastbetrieb das Öffnen von einem der unabhängig voneinander ges teuerten Einlaßventile der oder jeder Kammer während des Auslaßhubes der Brennkraftmaschine auftritt, wodurch Abgas in die oder jede Kammer induziert wird, und so daß durch das Öffnen des anderen der unabhängig voneinander gesteuerten Einlaßventile der oder jeder Kammer zu einem Zeitpunkt, wenn das eine der unabhängig voneinander gesteuerten Einlaßventile geschlossen und der Druck in der oder jeder Kammer geringer ist als der Druck im Saugrohr, eine vorgegebene Druckdifferenz über dem anderen der unabhängig voneinander gesteuerten Einlaßventile erzeugt wird, die ein Einströmen in die oder jede Kammer bewirkt, wodurch Turbulenzen erzeugt werden, von denen mindestens einige vorhanden sind, wenn die Verbrennung in der oder jeder Kammer stattfindet.

15. Brennkraftmaschine nach Anspruch 14, bei der ein Rückschlagventil auf stromseitig des einen der unabhängig voneinander gesteuerten Einlaßventile angeordnet ist, um ein Zurückströmen der Abgase in das Saugrohr zu verhindern, wenn das eine Einlaßventil während des Auslaßhubes offen ist.

16. Brennkraftmaschine nach Anspruch 15, bei der das Rückschlagventil ein Reed-Ventil ist.

17. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 14 bis 16, die Einrichtungen zum Steuern der zeitlichen Abfolge des Öffnens und Schließens des oder eines jeden Auslaßventiles aufweist.

18. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 14 bis 17, die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen zum Einspritzen von Kraftstoff zur Verbrennung in der mindestens einen Verbrennungskammer aufweist, wobei diese Verbrennung mindestens bei geringer Last mit Luft abläuft, die beim Einströmen angesaugt wird, wenn sich das andere der unabhängig voneinander gesteuerten Einlaßventile im Eetrieb öffnet.

19. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 14 bis 18, die einen Katalysator umfaßt.

20. Brennkraftmaschine nach Anspruch 19, die Einrichtungen aufweist, die im Betrieb ein Signal erzeugen, das die Temperatur des Katalysators wiedergibt.

21. Brennkraftmaschine nach Anspruch 17, die einen Katalysator aufweist und bei der die Einrichtungen zum Steuern der Betätigung des oder eines jeden Auslaßventils auf ein Signal ansprechen, das die Temperatur des Katalysators wiedergibt.