DE102006028280A1

DE102006028280A1 - Method for load control of a piston internal combustion engine

Info

Publication number: DE102006028280A1
Application number: DE102006028280A
Authority: DE
Inventors: Dietmar Schwarzenthal
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2006-06-20
Filing date: 2006-06-20
Publication date: 2007-12-27

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Laststeuerung einer Kolben-Brennkraftmaschine (1), bei dem ein Brennraum (9) durch ein zu öffnendes und zu verschließendes Auslassventil (10) mit einem Auslasskanal (8) verbunden oder verschlossen wird, wobei der Brennraum (9) während einer Öffnungsdauer (ED) durch ein Einlassventil (16) mit einem Einlasskanal (15) durch Öffnen des Einlassventils (16) verbunden und anschließend durch Schließen des Einlassventils (16) wieder verschlossen wird, wobei ein stromaufwärts des Einlassventils (1) angeordnetes Zusatzventil (25) den Einlasskanal (15) freigibt oder absperrt, und bei dem das Zusatzventil (25) zur Laststeuerung in einem unteren und/oder mittleren Drehzahlbereich (DB1, DB2) aus einer Freigabestellung (FR) in eine Absperrstellung (AB) verlagerbar ist.
Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Laststeuerung durch das Zusatzventil (25) in dem unteren (DB1) und/oder mittleren (DB2) Drehzahlbereich in einer Phase, in der sowohl das Einlassventil (16) als auch das Auslassventil (10) geschlossen sind, in der Freigabestellung (FR) verbleibt.The invention relates to a method for load control of a piston internal combustion engine (1), in which a combustion chamber (9) is connected or closed by an outlet valve (10) to be opened and closed with an outlet channel (8), wherein the combustion chamber (9) during an opening period (ED) through an inlet valve (16) with an inlet channel (15) by opening the inlet valve (16) is connected and then closed by closing the inlet valve (16), wherein an additional valve disposed upstream of the inlet valve (1) ( 25) the inlet channel (15) releases or shuts off, and in which the additional valve (25) for load control in a lower and / or middle speed range (DB1, DB2) from a release position (FR) in a shut-off (AB) is displaced.
The invention is characterized in that the load control by the auxiliary valve (25) in the lower (DB1) and / or middle (DB2) speed range in a phase in which both the inlet valve (16) and the exhaust valve (10) is closed remain in the release position (FR).

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Laststeuerung einer Kolben-Brennkraftmaschine, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention is based on a method for load control of a piston internal combustion engine, according to the preamble of claim 1.

Eine gattungsbildende Laststeuerung einer Kolben-Brennkraftmaschine ist der DE 197 54 287 A1 zu entnehmen. In bekannter Weise wird dabei ein Brennraum durch ein zu öffnendes und zu verschließendes Auslassventil mit einem Auslasskanal verbunden oder verschlossen; ferner wird der Brennraum während einer Öffnungsdauer durch ein Einlassventil mit einem Einlasskanal durch Öffnen des Einlassventils verbunden und anschließend durch Schließen des Einlassventils wieder verschlossen. Die Öffnungsdauer des Einlassventils wird also definiert durch den Öffnungsbeginn des Einlassventils und durch das Ende des Schließvorgangs. Bei einer Brennkraftmaschine mit einem oder mehreren Zylindern und demgemäß einem oder mehreren Kolben wird in jedem Einlasskanal ein Zusatzventil angeordnet, das den Einlasskanal freigeben oder absperren kann. Das Zusatzventil ist stromaufwärts des Einlassventils angeordnet. Zur Laststeuerung kann das Zusatzventil während der Öffnungsdauer des Einlassventils geöffnet und geschlossen werden, wobei zumindest der Schließzeitpunkt des Zusatzventils innerhalb der Öffnungsdauer bezogen auf den Kurbelwellenwinkel variabel ist. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass für die Betätigung des Zusatzventils ein hochdynamischer Stellantrieb für das Zusatzventil erforderlich ist.A generic load control of a piston internal combustion engine is the DE 197 54 287 A1 refer to. In a known manner while a combustion chamber is connected or closed by an openable and closable exhaust valve with an outlet channel; Further, the combustion chamber is connected during an opening period through an inlet valve with an inlet channel by opening the inlet valve and then closed again by closing the inlet valve. The opening duration of the intake valve is thus defined by the start of the opening of the intake valve and by the end of the closing operation. In an internal combustion engine with one or more cylinders and thus one or more pistons, an additional valve is arranged in each inlet channel, which can release or shut off the inlet channel. The additional valve is disposed upstream of the intake valve. For load control, the additional valve can be opened and closed during the opening period of the intake valve, wherein at least the closing time of the additional valve within the opening period based on the crankshaft angle is variable. A disadvantage of this method is that a highly dynamic actuator for the additional valve is required for the operation of the additional valve.

In der DE 37 37 824 A1 ist eine so genannte Impulsaufladung für eine Brennkraftmaschine offenbart. Die Impulsaufladung wird durch ein kurzzeitiges Schließen und wieder Öffnen des Zusatzventils während der Öffnungsdauer des Einlassventils erreicht.In the DE 37 37 824 A1 is a so-called impulse charging disclosed for an internal combustion engine. The pulse charging is achieved by briefly closing and reopening the auxiliary valve during the opening period of the intake valve.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem die Laststeuerung einfach und kostengünstig durchgeführt werden kann.task The invention is to provide a method of the type mentioned, in which the load control are carried out easily and inexpensively can.

Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Verfahren, welches die in Anspruch 1 genannten Merkmale umfasst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Is solved This object is achieved by a method which is specified in claim 1 Features includes. Further embodiments of the invention are in the dependent claims specified.

Wesentliche Maßnahmen zur Prozessoptimierung in der Teillast sind insbesondere die Reduzierung von Ladungswechselverlusten und eine Erhöhung des Hochdruckprozesswirkungsgrades. Die Ladungswechselverluste können durch einen hohen Restgasgehalt im Brennraum und durch eine drosselfreie Zuführung der Frischladungsmenge reduziert werden. Die drosselfreie Zuführung der Frischladungsmenge wird durch eine an den Betriebspunkt angepasste Öffnungsdauer der Ladungswechselorgane erreicht. So wird zwangsläufig auch ein Unterdruck in der Sauganlage vermieden. Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung wird beziehungsweise bleibt das Zusatzventil, das auch als Lufttaktventil bezeichnet wird, in der Phase geschlossener Ein- und Auslassventile geöffnet.basics activities for process optimization in the partial load are in particular the reduction of charge cycle losses and an increase in high pressure process efficiency. The charge cycle losses can by a high residual gas content in the combustion chamber and by a throttle-free feed the fresh charge amount can be reduced. The throttle-free supply of Fresh charge amount is adjusted by an opening period adapted to the operating point reached the charge exchange organs. So will inevitably a negative pressure in the intake system avoided. According to one essential aspect the invention is or remains the additional valve, the also referred to as an air-cycle valve, in the phase of closed and exhaust valves open.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzventil zumindest über einen Großteil der Öffnungsdauer des Auslassventils in der Freigabestellung verbleibt. Vorzugsweise verbleibt das Zusatzventil bei Teillast über die gesamte Öffnungsdauer des Auslassventils in der Freigabestellung.One preferred embodiment of the method is characterized in that the additional valve at least about a large part the opening duration the exhaust valve remains in the release position. Preferably the additional valve remains at partial load over the entire opening period of the Exhaust valve in the release position.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzventil, insbesondere in dem mittleren Drehzahlbereich, kurz vor dem Öffnen des Einlassventils in die Absperrstellung verlagert wird. Bei geöffnetem Einlassventil und geschlossenem Zusatzventil expandiert der zugehörige Kolben das Zylindervolumen weiter, ohne dass eine Strömung von Frischluft in den Zylinder erfolgt. Dadurch entsteht in dem Zylinderraum ein Unterdruck.One Another preferred embodiment of the method is characterized in that the additional valve, especially in the middle speed range, just before opening the Inlet valve is moved to the shut-off position. When open Inlet valve and closed additional valve expands the associated piston the cylinder volume continues without causing a flow of fresh air in the Cylinder takes place. This creates a negative pressure in the cylinder space.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das Einlassventil, insbesondere in dem mittleren Drehzahlbereich, erst dann öffnet, wenn das Auslassventil schließt. Wenn die Restgasmenge im Brennraum zu groß ist, dann kann die Restgasmenge durch einen früheren Einlassventilöffnungszeitpunkt mit Überschneidung zur Auslassventilöffnung reduziert werden.One Another preferred embodiment of the method is characterized in that the inlet valve, especially in the middle speed range, only then opens, if the exhaust valve closes. If the amount of residual gas in the combustion chamber is too large, then the amount of residual gas through an earlier one Intake valve opening timing with overlap to the exhaust valve opening be reduced.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzventil, insbesondere in dem unteren Drehzahlbereich, kurz nach dem Öffnen des Einlassventils und kurz vor dem Schließen des Auslassventils in die Absperrstellung verlagert wird. Somit wird das Zusatzventil in einer Phase, in der sowohl das Einlassventil als auch das Auslassventil geöffnet sind, in die Absperrstellung verlagert. Dadurch wird dem Ladungswechsel von der Einlassseite Frischluft zugeführt und so die Restgasmenge mit dem Zusatzventil eingestellt.One Another preferred embodiment of the method is characterized in that the additional valve, especially in the lower speed range, shortly after opening the Intake valve and just before closing the exhaust valve in the Shut off position is shifted. Thus, the additional valve in a Phase in which both the intake valve and the exhaust valve are open, shifted to the shut-off position. This will change the charge fed from the inlet side fresh air and so the amount of residual gas set with the additional valve.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzventil vor dem Schließen des Einlassventils in die Freigabestellung verlagert wird. Durch das hohe Druckgefälle zur Sauganlage strömt Frischluft in den zugehörigen Zylinder. Die Frischladungsmenge wird durch die Wahl des Öffnungszeitpunkts des Zusatzventils und des Schließzeitpunkts des Einlassventils eingestellt. Durch die zeitliche Überlagerung entsteht ein Strömungsquerschnitt, der zu einer Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit im Ventilspalt führt. Somit kann durch eine geeignete Formgebung des Ventilspalts eine gerichtete Strömung in den Brennraum realisiert werden.A further preferred embodiment of the method is characterized in that the additional valve is displaced before closing the inlet valve in the release position. Due to the high pressure gradient to the intake system, fresh air flows into the associated cylinder. The fresh charge amount is set by the selection of the opening timing of the auxiliary valve and the closing timing of the intake valve. Due to the temporal superimposition, a flow cross-section is created, which leads to an increase in the flow velocity in the Valve gap leads. Thus, a directed flow into the combustion chamber can be realized by a suitable shaping of the valve gap.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das Auslassventil im Ladungswechselprozess in einer Saughubphase des zugehörigen Kolbens schließt. Die Auslassventilkurve wird von ihren Steuerzeiten so eingestellt, dass das Schließen des Auslassventils zu einem relativ späten Zeitpunkt erfolgt. Durch das Schließen des Auslassventils in der Saughubphase des Kolbens wird erreicht, dass bei geöffnetem Auslassventil ausschließlich Restgas aus dem Auslasstrakt in den Brennraum gelangt.One Another preferred embodiment of the method is characterized in that the exhaust valve in the charge cycle process in a suction stroke phase of the associated piston closes. The Outlet valve curve is adjusted by their timing so that the closing the exhaust valve occurs at a relatively late time. By the closing the exhaust valve is reached in the suction stroke phase of the piston, that when open Exhaust valve exclusively Residual gas from the exhaust tract enters the combustion chamber.

Weitere bevorzugte Ausführungsbeispiele des Verfahrens sind dadurch gekennzeichnet, dass die Laststeuerung der Brennkraftmaschine durch das Zusatzventil in dem mittleren Drehzahlbereich mit Teillast und/oder in dem unteren Drehzahlbereich mit einer geringen Last erfolgt.Further preferred embodiments of the Method are characterized in that the load control of Internal combustion engine through the additional valve in the middle speed range with part load and / or in the lower speed range with a low Load takes place.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzventil so ausgelegt ist, dass es während eines Ladungswechselzyklus des zugehörigen Zylinders mehrfach öffnen und schließen kann. Das Zusatzventil ist vorzugsweise elektrisch angesteuert.One Another preferred embodiment of the method is characterized in that the additional valve is designed so that it during open a charge cycle of the associated cylinder several times and shut down can. The additional valve is preferably electrically controlled.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert.The Invention will now be described with reference to embodiments with reference closer to the drawing explained.

Es zeigen:It demonstrate:

1 schematisch eine Brennkraftmaschine mit einer Zylinderreihe mit vier Zylindern; 1 schematically an internal combustion engine with a cylinder row with four cylinders;

2 einen Schnitt durch die Brennkraftmaschine entlang der Linie II-II in 1; 2 a section through the internal combustion engine along the line II-II in 1 ;

3A bis 3D jeweils einen Hubverlauf eines Auslass- und Einlassventils und der jeweils zugehörige Bewegungsverlauf zum Offnen und Schließen eines Zusatzventils für verschiedene Drehzahl- und Lastbereiche der Brennkraftmaschine und 3A to 3D in each case a stroke profile of an exhaust and intake valve and the respectively associated course of movement for opening and closing an additional valve for different speed and load ranges of the internal combustion engine and

3E ein Drehmoment der Brennkraftmaschine über der Drehzahl, wobei die 3A bis 3D in den zugeordneten Last- beziehungsweise Drehzahlbereichen eingebettet sind. 3E a torque of the internal combustion engine over the rotational speed, wherein the 3A to 3D are embedded in the associated load or speed ranges.

Anhand der 1 und 2 wird eine Brennkraftmaschine näher erläutert, die nachfolgend lediglich als Motor 1 bezeichnet ist. 1 zeigt schematisch und stark vereinfacht den Motor 1 mit einem Motorgehäuse 2, in dem zumindest ein Zylinder 3 mit einem darin eingesetzten Kolben 4 ausgebildet ist. Es können mehrere Zylinder 3, insbesondere vier Zylinder 3, in einer Zylinderreihe 5 angeordnet sein. Denkbar wäre es überdies, dass der Motor 1 mehrere Zylinderreihen 5, beispielsweise in so genannter V-Anordnung, aufweist. An dem Motorgehäuse 2 ist eine Abgasanlage 6 über einen Abgaskrümmer 7 befestigt, der jeweils einen in dem Motorgehäuse 2 angeordneten Auslasskanal 8 mit der Abgasanlage 6 verbindet. Innerhalb jedes Zylinders 3 ist ein Brennraum 9 vorgesehen, der mit dem zugeordneten Auslasskanal 8 verbunden ist, wenn ein Auslassventil 10 geöffnet ist. Ist das Auslassventil 10 in der in 2 gezeigten Schließstellung, ist der Brennraum 9 gegenüber dem Auslasskanal 8 verschlossen. Für jeden Zylinder 3 können auch mehrere, beispielsweise zwei Auslassventile 10 vorgesehen sein.Based on 1 and 2 an internal combustion engine is explained in more detail below only as a motor 1 is designated. 1 shows schematically and greatly simplified the engine 1 with a motor housing 2 in which at least one cylinder 3 with a piston inserted therein 4 is trained. There can be several cylinders 3 , in particular four cylinders 3 , in a row of cylinders 5 be arranged. It would also be conceivable that the engine 1 several rows of cylinders 5 , For example, in so-called V-arrangement has. On the motor housing 2 is an exhaust system 6 via an exhaust manifold 7 attached, each one in the motor housing 2 arranged outlet channel 8th with the exhaust system 6 combines. Inside each cylinder 3 is a combustion chamber 9 provided with the associated outlet channel 8th connected when an exhaust valve 10 is open. Is the exhaust valve 10 in the in 2 shown closed position, is the combustion chamber 9 opposite the outlet channel 8th locked. For every cylinder 3 can also several, for example, two exhaust valves 10 be provided.

An dem Motorgehäuse 2 ist ferner eine Sauganlage 11 für die Frischluft- beziehungsweise Frischgaszufuhr zum Brennraum 9 befestigt, die einen Luftsammler 12 aufweisen kann, der zu jedem Zylinder 3 führende Saugrohre 13 aufweist, die zusammen mit im Motorgehäuse 2 ausgebildeten Einlassabschnitten 14 einen Einlasskanal 15 bilden. Der Einlasskanal 15 wird gegenüber dem Brennraum 9 mit zumindest einem Einlassventil 16 verschlossen oder bei geöffnetem Einlassventil, wie in 2 gezeigt, mit dem Brennraum 9 verbunden, in welchen Brennraum 9 noch eine hier lediglich angedeutete Zündkerze 17 hineinragt. Das Einlassventil 16 ist durch einen herkömmlichen Ventiltrieb angetrieben. Neben der Zuführung von Frischluft über die Sauganlage 11 in den Brennraum 9 ist für die Zuführung von Kraftstoff noch ein Einspritzventil 24 vorgesehen, welches vorzugsweise direkt in den Brennraum 9 den Kraftstoff einspritzt. Es kann jedoch auch eine so genannte Saugrohreinspritzung vorgesehen sein. Andere Varianten, um Kraftstoff in den Brennraum 9 zu befördern, sind ebenfalls möglich.On the motor housing 2 is also an intake system 11 for the fresh air or fresh gas supply to the combustion chamber 9 attached to an air collector 12 that can be attached to each cylinder 3 leading suction tubes 13 which, together with in the motor housing 2 trained inlet sections 14 an inlet channel 15 form. The inlet channel 15 is opposite the combustion chamber 9 with at least one inlet valve 16 closed or with the inlet valve open, as in 2 shown with the combustion chamber 9 connected, in which combustion chamber 9 another here only hinted spark plug 17 protrudes. The inlet valve 16 is driven by a conventional valve train. In addition to the supply of fresh air via the suction system 11 in the combustion chamber 9 is still an injection valve for the supply of fuel 24 provided, which preferably directly into the combustion chamber 9 inject the fuel. However, it can also be provided a so-called intake manifold injection. Other variants to fuel in the combustion chamber 9 to transport are also possible.

Innerhalb des Einlasskanals 15 ist stromaufwärts des Einlassventils 16 ein Zusatzventil 25 angeordnet, welches beispielsweise im Abschnitt des Saugrohrs 13 oder im Einlassabschnitt 14 liegen kann. Vorzugsweise wird das Zusatzventil 25 so nahe wie möglich an dem Einlassventil 16 angeordnet. Unabhängig von der Stellung des Einlassventils 16 kann das Zusatzventil 25 den Einlasskanal 15 freigeben oder -wie in 2 dargestellt- diesen insbesondere vollständig absperren. Hierfür weist das Zusatzventil 25 einen bewegbaren Ventilkörper 26 auf, der innerhalb des Einlasskanals 15 angeordnet ist. Der in seiner Lage veränderbare Ventilkörper 26 sperrt in der in 2 gezeigten Absperrstellung AB den Einlasskanal 15 ab. In einer lediglich gestrichelt angedeuteten Freigabestellung FR ist der Einlasskanal 15 freigegeben, also mit dem Luftsammler 12 verbunden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Ventilkörper 26 als eine um eine mittige Drehachse 27 gelagerte Klappe ausgeführt und kann entsprechend um die Drehachse 27 die Absperrstellung AB oder die Freigabestellung FR einnehmen.Inside the inlet channel 15 is upstream of the inlet valve 16 an additional valve 25 arranged, for example, in the section of the suction tube 13 or in the inlet section 14 can lie. Preferably, the additional valve 25 as close as possible to the inlet valve 16 arranged. Regardless of the position of the inlet valve 16 can the additional valve 25 the inlet channel 15 release or -as in 2 in particular, shut it off completely. For this purpose, the additional valve 25 a movable valve body 26 up inside the intake duct 15 is arranged. The variable in its position valve body 26 locks in the 2 shown shut-off AB the inlet channel 15 from. In an only indicated by dashed lines release position FR is the inlet channel 15 released, so with the air collector 12 connected. In the embodiment shown, the valve body 26 as one around a central axis of rotation 27 mounted flap and can accordingly around the axis of rotation 27 the shut-off position AB or the free to take delivery of FR.

In 2 ist das Einlassventil 16 in Öffnungsstellung OS gezeigt, in der ein am anderen Ende des Ventilschafts 24 angeordneter Ventilteller 28 vom Ventilsitz 29 am Einlassabschnitt 14 abgehoben ist. In dieser Öffnungsstellung OS ist der Brennraum 9 mit dem Einlasskanal 15 verbunden. In einer nicht gezeigten Schließstellung des Einlassventils 16 liegt der Ventilteller 28 auf dem Ventilsitz 29 auf, wie dies in analoger Weise beim Auslassventil 10 gezeigt und an sich bekannt ist. Der Brennraum 9 ist dabei gegenüber dem Einlasskanal 15 verschlossen. Liegt sowohl das Zusatzventil 25 in der Absperrstellung AB und das Einlassventil 16 in der Schließstellung vor, wird dazwischen ein abgeschlossener Raum 30 gebildet, der umfangseitig von den Wänden des Einlasskanals 15 begrenzt wird.In 2 is the inlet valve 16 shown in the open position OS, in one at the other end of the valve stem 24 arranged valve disc 28 from the valve seat 29 at the inlet section 14 is lifted off. In this open position OS is the combustion chamber 9 with the inlet channel 15 connected. In a closed position, not shown, of the inlet valve 16 is the valve plate 28 on the valve seat 29 on, as in the analogous manner at the outlet valve 10 shown and known per se. The combustion chamber 9 is opposite the inlet channel 15 locked. Lies both the additional valve 25 in the shut-off position AB and the inlet valve 16 in the closed position, in between a closed space 30 formed, the peripherally from walls of an inlet channel 15 is limited.

Üblicherweise erfolgt der Antrieb des Ventiltriebs beispielsweise über eine hier nicht dargestellte Kurbelwelle des Motors 1, an welcher Kurbelwelle die Kolben 4 über Pleuel 31 angelenkt sind. Über einen entsprechenden Steuertrieb, beispielsweise über einen Riemen, eine Kette oder Zahnräder, wird die Nockenwelle, auf der die Nocken 20 angeordnet sind, angetrieben. Um die Phasenlage der Öffnungs- und Schließzeiten, also die Öffnungsdauer, des Einlassventils verändern zu können, ist zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle eine entsprechende Einrichtung 32 vorgesehen, die als so genannter Nockenwellenversteller beziehungsweise Phasensteller in den verschiedensten Ausführungsformen bekannt ist, so dass auf deren Ausführung beziehungsweise Funktion hier nicht weiter eingegangen wird.Usually, the drive of the valve train takes place, for example via a crankshaft of the engine, not shown here 1 on which crankshaft the pistons 4 over connecting rod 31 are articulated. About a corresponding timing drive, for example via a belt, a chain or gears, the camshaft is on the cams 20 are arranged, driven. In order to change the phase position of the opening and closing times, ie the opening duration of the intake valve, is between the crankshaft and the camshaft a corresponding device 32 provided, which is known as a so-called camshaft adjuster or phase adjuster in various embodiments, so that their execution or function will not be discussed here.

Anhand der 3A bis 3E wird nachfolgend der Betrieb beziehungsweise ein Verfahren zur Laststeuerung der Kolben-Brennkraftmaschine, also des Motors 1, näher erläutert. In den 3A bis 3D ist jeweils in durchgezogenen Linien der Hubverlauf HA des Auslassventils 10 über dem Kurbelwellenwinkel KW angegeben. Bezogen auf den Kurbelwellenwinkel KW ist dem Auslassventil 10 somit ein Öffnungszeitpunkt AO (Auslass öffnet) und ein Schließzeitpunkt AS (Auslass schließt) zugeordnet; dazwischen liegt die Öffnungsdauer AD des Auslassventils 10. AO, AS und AD sowie der Ventilhub sind durch die Hubkontur der entsprechenden Nocken festgelegt. In den 3A bis 3D ist ferner jeweils der Hubverlauf HE des Einlassventils 16 über dem Kurbelwellenwinkel KW aufgetragen. Das Einlassventil 16 wird zum Öffnungszeitpunkt EO (Einlass öffnet) geöffnet, also vom Ventilsitz 29 abgehoben, und zum Schließzeitpunkt ES (Einlass schließt) wieder geschlossen, also auf den Ventilsitz 29 aufgelegt. Zwischen dem Öffnungszeitpunkt EO und dem Schließzeitpunkt ES liegt die Öffnungsdauer ED des Einlassventils 16. EO, ES und ED sowie der Ventilhub sind durch die Hubkontur des Nockens 20 bestimmt.Based on 3A to 3E Below is the operation or a method for load control of the piston internal combustion engine, so the engine 1 , explained in more detail. In the 3A to 3D is in each case in solid lines the stroke HA of the exhaust valve 10 indicated above the crankshaft angle KW. Relative to the crankshaft angle KW is the exhaust valve 10 thus an opening time AO (outlet opens) and a closing time AS (outlet closes) assigned; in between is the opening duration AD of the exhaust valve 10 , AO, AS and AD and the valve lift are determined by the stroke contour of the corresponding cam. In the 3A to 3D Furthermore, in each case the stroke course HE of the intake valve 16 plotted over the crankshaft angle KW. The inlet valve 16 is opened at the opening time EO (inlet opens), ie from the valve seat 29 lifted, and closing time ES (inlet closes) closed again, ie on the valve seat 29 hung up. Between the opening time EO and the closing time ES is the opening duration ED of the intake valve 16 , EO, ES and ED and the valve lift are due to the stroke contour of the cam 20 certainly.

In den 3A bis 3D ist ferner jeweils der Bewegungsverlauf BZ des Ventilkörpers 26 des Zusatzventils 25 eingezeichnet, in welchem Bewegungsverlauf BZ der Ventilkörper 26 von der Absperrstellung AB (zu) in die Freigabestellung FR (offen) und wieder in die Absperrstellung AB verlagert wird. Demnach besitzt das Zusatzventil einen Öffnungszeitpunkt ZO (Zusatzventil öffnet) und einen Schließzeitpunkt ZS (Zusatzventil schließt) und dazwischen eine Öffnungsdauer ZD, die sich aus den Anteilen ZD1 und ZD2 zusammensetzt. Der Bewegungsverlauf BZ des Zusatzventils 25 ist ebenfalls über dem Kurbelwellenwinkel KW dargestellt. Zur Orientierung ist in den 3A bis 3D noch der so genannte untere Totpunkt UT des Kolbens 4 bezogen auf den Kurbelwellenwinkel KW eingetragen.In the 3A to 3D Furthermore, in each case the course of movement BZ of the valve body 26 of the additional valve 25 plotted, in which course of movement BZ of the valve body 26 is moved from the shut-off position AB (closed) to the release position FR (open) and back to the shut-off position AB. Accordingly, the additional valve has an opening time ZO (additional valve opens) and a closing time ZS (additional valve closes) and in between an opening period ZD, which is composed of the shares ZD1 and ZD2. The course of movement BZ of the additional valve 25 is also shown above the crankshaft angle KW. For orientation is in the 3A to 3D still the so-called bottom dead center UT of the piston 4 entered based on the crankshaft angle KW.

Schließlich ist in 3C gestrichelt der Hubverlauf HE' des Einlassventils 16 eingezeichnet, wie er sich aufgrund einer veränderten Phasenlage (mittels der Einrichtung 32) bezogen auf den Kurbelwellenwinkel ergeben kann. Es ist ersichtlich, dass sich die Öffnungsdauer ED des Einlassventils nicht ändert, sondern bezogen auf den Kurbelwellenwinkel KW nach "früh" oder nach "spät" (nicht dargestellt) verschoben werden kann.Finally, in 3C Dashed the stroke curve HE 'of the intake valve 16 how he changed his position due to a changed phase (by means of the institution 32 ) Based on the crankshaft angle can result. It can be seen that the opening duration ED of the intake valve does not change, but can be shifted with respect to the crankshaft angle KW to "early" or to "late" (not shown).

Aus 3C wird deutlich, dass das Zusatzventil 25 in Freigabestellung FR verlagert wird, während das Auslassventil 10 geöffnet ist, also während der Öffnungsdauer AD des Auslassventils 10. Der Schließzeitpunkt ZS liegt nach dem Öffnungszeitpunkt OE des Einlassventils 16. Bezogen auf den Kurbelwellenwinkel KW beziehungsweise auf den Schließzeitpunkt ES des Einlassventils kann der Schließzeitpunkt ZS des Zusatzventils 25 innerhalb der Öffnungsdauer AD des Einlassventils 16 zur Laststeuerung variiert werden. Da das Zusatzventil 25 in der Freigabestellung FR liegt, erfolgt in der Überschneidungsphase UP von geöffnetem Ein- und Auslassventil die Ladungswechselsteuerung im Brennraum 9 hauptsächlich durch den Hubverlauf HA des Auslassventils und HE des Einlassventils. Diese Überschneidungsphase UP kann durch Veränderung der Phasenlage durch die Einrichtung 32 vergrößert oder verringert werden.Out 3C it becomes clear that the additional valve 25 is displaced in the release position FR, while the exhaust valve 10 is open, so during the opening time AD of the exhaust valve 10 , The closing time ZS is after the opening time OE of the intake valve 16 , Based on the crankshaft angle KW or on the closing time ES of the intake valve, the closing time ZS of the additional valve 25 within the opening period AD of the intake valve 16 be varied for load control. Because the additional valve 25 is in the release position FR, takes place in the overlap phase UP of open inlet and outlet valve, the charge cycle control in the combustion chamber 9 mainly by the stroke HA of the exhaust valve and HE of the inlet valve. This overlapping phase UP can be achieved by changing the phase angle through the device 32 be increased or decreased.

In den 3A und 3B sieht man, dass das Zusatzventil 25 in Freigabestellung FR verlagert wird, während das Auslassventil 10 geschlossen und das Einlassventil 16 geöffnet ist. Der Öffnungszeitpunkt ZO liegt zwischen UT und dem Schließzeitpunkt ES des Einlassventils 16. Das Zusatzventil 25 bleibt dann geöffnet, während das Einlassventil 16 schließt und das Auslassventil 10 öffnet. In 3B sieht man, wie das Zusatzventil 25 bei OTZ aus seiner Freigabestellung FR in seiner Absperrstellung AB verlagert wird.In the 3A and 3B you can see that the additional valve 25 is displaced in the release position FR, while the exhaust valve 10 closed and the inlet valve 16 is open. The opening time ZO is between UT and the closing time ES of the intake valve 16 , The additional valve 25 then stays open while the inlet valve 16 closes and the exhaust valve 10 opens. In 3B you can see how the additional valve 25 at OTZ is relocated from its release position FR in its closed position AB.

In 3A ist zu sehen, dass das Einlassventil 16 öffnet, bevor das Auslassventil 10 schließt. Der Öffnungszeitpunkt EO des Einlassventils 16 liegt vor dem Schließzeitpunkt AS des Auslassventils 10. In dem Überlappungsbereich der geöffneten Zustände des Einlassventils 16 und des Auslassventils 10 liegt der Schließzeitpunkt ZS des Zusatzventils 25.In 3A you can see that the inlet valve 16 opens before the exhaust valve 10 closes. The opening time EO of the intake valve 16 is before the closing time AS of the exhaust valve 10 , In the overlapping area of the open states of the intake valve 16 and the exhaust valve 10 is the closing time ZS of the additional valve 25 ,

Das Zusatzventil 25, das auch als Lufttaktventil bezeichnet wird, ist elektrisch angesteuert. Das Öffnen (ZO) und Schließen (ZS) des Zusatzventils 25 kann drehzahl- und lastabhängig variiert werden. Wenn ein Ladungswechsel des zugehörigen Zylinders erfolgen soll, dann öffnet der konventionelle Ventiltrieb das Einlassventil 16, um die Frischlademenge in den zugehörigen Zylinder zu lassen. Die Auslegung dieses Zeitquerschnitts ist auf eine optimale Füllung des Zylinders im Nennleistungspunkt ausgelegt. Es erfolgt aber nur dann eine neue Frischladung des Zylinders, wenn gleichzeitig auch das Lufttaktventil oder Zusatzventil 25 geöffnet ist. Deshalb wird das Zusatzventil 25, wie in 3D dargestellt ist, im Nennleistungspunkt in geöffneter Stellung gehalten.The additional valve 25 , which is also referred to as an air clock valve is electrically controlled. The opening (ZO) and closing (ZS) of the additional valve 25 can be varied depending on speed and load. If a charge change of the associated cylinder is to take place, then the conventional valve train opens the intake valve 16 to let the fresh charge amount into the associated cylinder. The design of this time cross-section is designed for optimum filling of the cylinder at the rated power point. However, it is only a fresh charge of the cylinder, if at the same time the air cycle valve or additional valve 25 is open. Therefore, the additional valve 25 , as in 3D is shown held in the rated power point in the open position.

In 3E ist das Drehmoment Md des Motors 1 in durchgezogener Linie über der Motordrehzahl n_mot dargestellt. Die Diagramme nach den 3A bis 3D sind innerhalb von 3E entsprechend dem Betriebs- beziehungsweise Lastzustands des Motors 1 eingezeichnet. So liegt das Diagramm 3A im Bereich des Leerlaufs beziehungsweise im unteren Drehzahlbereich DB1 und beispielsweise bei geringer Motorlast. Das Diagramm nach 3B liegt in einem mittleren Drehzahlbereich DB2 und bei Teillast des Motors 1. Ebenfalls im mittleren Drehzahlbereich DB2, jedoch bei Volllast, ist das Diagramm gemäß 3C eingezeichnet; das Diagramm gemäß 3D ist einem oberen Drehzahlbereich DB3 bei Volllast zugeordnet und zeigt den Hubverlauf HA und HE der Ventile 10 und 16 sowie den Bewegungsverlauf BZ des Zusatzventils 25 insbesondere bei Nennleistung des Motors 1. Entsprechend den 3A bis 3D erfolgt die Betätigung des Zusatzventils 25 nach dem Bewegungsverlauf BZ beziehungsweise einer Ansteuerung der Einrichtung 32 jeweils bei dem zugeordneten Betriebszustand des Motors 1.In 3E is the torque Md of the engine 1 shown in solid line over the engine speed n _mot . The diagrams after the 3A to 3D are within 3E according to the operating or load condition of the engine 1 located. This is the diagram 3A in the range of idling or in the lower speed range DB1 and, for example, at low engine load. The diagram after 3B lies in a medium speed range DB2 and at partial load of the engine 1 , Also at mid-range DB2, but at full load, the graph is as shown 3C drawn; the diagram according to 3D is assigned to an upper speed range DB3 at full load and shows the stroke characteristics HA and HE of the valves 10 and 16 and the course of movement BZ of the additional valve 25 especially at rated power of the engine 1 , According to the 3A to 3D the actuation of the additional valve takes place 25 after the course of movement BZ or a control of the device 32 each at the associated operating condition of the engine 1 ,

Somit wird deutlich, dass für die Laststeuerung des Motors 1 in dem mittleren Drehzahlbereich DB2 mit Teillast -wie vorstehend beschrieben- das Zusatzventil 25 in Freigabestellung verlagert wird, während das Einlassventil 16 geöffnet ist, was in 3B gezeigt ist. Im unteren Drehzahlbereich DB1 mit geringer Last wird das Zusatzventil 25, im Vergleich zum Teillastbetrieb etwas später, kurz vor dem Schließzeitpunkt ES des Einlassventils 16 geöffnet, wie in 3A gezeigt ist. Bei Volllast im oberen Drehzahlbereich ist hingegen das Zusatzventil 25 dauerhaft in der Freigabestellung FR gehalten und mithin nicht aktiv, was durch den entsprechenden Bewegungsverlauf BZ in 3D für das Zusatzventil 25 dargestellt ist. Für diesen Betriebszustand des Motors 1 erfolgt somit die Steuerung des Ladungswechsels im Brennraum 9 hauptsächlich über das Auslassventil 10 und das Einlassventil 16.Thus it becomes clear that for the load control of the engine 1 in the middle speed range DB2 with partial load-as described above- the additional valve 25 is displaced in the release position, while the inlet valve 16 open what's in 3B is shown. In the lower speed range DB1 with low load becomes the additional valve 25 , compared to the part-load operation a little later, just before the closing time ES of the intake valve 16 open, as in 3A is shown. At full load in the upper speed range, however, is the additional valve 25 permanently held in the release position FR and therefore not active, which is due to the corresponding course of movement BZ in 3D for the additional valve 25 is shown. For this operating condition of the engine 1 thus takes place the control of the charge exchange in the combustion chamber 9 mainly via the outlet valve 10 and the inlet valve 16 ,

Das Zusatzventil 25 wird, wie in 3B zu sehen ist, kurz vor dem Öffnen des Einlassventils 16 geschlossen. Erst zum Zeitpunkt des Schließens des Auslassventils 10 wird dann das Einlassventil 16 geöffnet. Bei geöffnetem Einlassventil 16 und geschlossenem Zusatzventil 25 expandiert der Kolben das Zylindervolumen weiter, ohne dass eine Strömung von Frischluft in den Zylinder erfolgt. Es entsteht ein Unterdruck im Zylinderraum. Vor dem Ende der Einlassventilöffnung oder gleichzeitig damit wird das Zusatzventil 25 geöffnet. Durch das hohe Druckgefälle der Sauganlage strömt nun Frischladung in den Zylinder. Die Frischladungsmenge wird durch die Wahl des Öffnungszeitpunkts des Zusatzventils 25 und des Schließzeitpunkts des Einlassventils 16 eingestellt. Durch die zeitliche Überlagerung entsteht ein Strömungsquerschnitt, der zu einer Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit im Ventilspalt führt. So kann bei geeigneter Formgebung des Ventilspalts eine gerichtete Strömung in den Brennraum realisiert werden.The additional valve 25 will, as in 3B can be seen just before opening the inlet valve 16 closed. Only at the time of closing the exhaust valve 10 then becomes the inlet valve 16 open. When the inlet valve is open 16 and closed auxiliary valve 25 the piston continues to expand the cylinder volume without any flow of fresh air into the cylinder. It creates a negative pressure in the cylinder chamber. Before the end of the intake valve opening or simultaneously with it, the additional valve 25 open. Due to the high pressure gradient of the intake system, fresh charge now flows into the cylinder. The fresh charge amount is determined by the choice of the opening time of the additional valve 25 and the closing timing of the intake valve 16 set. Due to the temporal superimposition, a flow cross-section results, which leads to an increase in the flow velocity in the valve gap. Thus, with a suitable shaping of the valve gap, a directed flow into the combustion chamber can be realized.

Wenn die Restgasmenge im Brennraum zu hoch ist, dann kann diese durch einen früheren Einlassventilöffnungszeitpunkt EO mit Überschneidung zur Auslassventilöffnung reduziert werden, wie in 3A dargestellt ist. Durch die Wahl des Schließzeitpunkts ZS des Zusatzventils 25 in diesem Fall innerhalb der Überschneidungsfläche von Ein- und Auslassventilhub wird von der Einlassseite dem Ladungswechsel Frischluft zugeführt und so die Restgasmenge mit dem Zusatzventil 25 eingestellt. Im mittleren und unteren Drehzahlbereich DB1 und DB2 ist das Zusatzventil 25 beziehungsweise die Einrichtung 32 zur Änderung der Phasenlage in Funktion. Die Öffnungsdauer ZD des Zusatzventils 25 ist bezogen auf den Kurbelwellenwinkel KW variabel und kann in Abhängigkeit der Lastanforderung an den Motor 1 eingestellt werden. Es kann daher vorgesehen sein, dass der Motor 1 drosselfrei arbeitet, also ohne die sonst vorgesehene Drosselklappe im zentralen Ansaugrohr 12' der Sauganlage 11.If the amount of residual gas in the combustion chamber is too high, then this can be reduced by an earlier intake valve opening timing EO with overlap to exhaust valve opening, as in FIG 3A is shown. By the choice of the closing time ZS of the additional valve 25 In this case, within the overlap area of intake and exhaust valve lift, fresh air is supplied to the charge exchange from the inlet side, and thus, the residual gas amount with the auxiliary valve 25 set. In the middle and lower speed ranges DB1 and DB2 is the auxiliary valve 25 or the device 32 to change the phase position in function. The opening duration ZD of the additional valve 25 is variable with respect to the crankshaft angle KW and can be dependent on the load demand on the engine 1 be set. It can therefore be provided that the engine 1 Throttle-free works, so without the otherwise provided throttle in the central intake manifold 12 ' the suction system 11 ,

Claims

Method for load control of a piston internal combustion engine ( 1 ), in which - a combustion chamber ( 9 ) by an openable and closable exhaust valve ( 10 ) with an outlet channel ( 8th ) is connected or closed, - the combustion chamber ( 9 ) during an opening period (ED) through an inlet valve ( 16 ) with an inlet channel ( 15 ) by opening the inlet valve ( 16 ) and then by closing the inlet valve ( 16 ) is closed again, - an upstream of the inlet valve ( 16 ) arranged additional valve ( 25 ) the inlet channel ( 15 ) releases or shuts off, and in which - the additional valve ( 25 ) for load control in a lower and / or middle speed range (DB1, DB2) from a release position (FR) in shut-off position (AB) is displaceable, characterized in that the load control by the additional valve ( 25 ) in the lower (DB1) and / or middle (DB2) speed range in a phase in which both the intake valve ( 16 ) as well as the exhaust valve ( 10 ) are closed, remains in the release position (FR).

Method according to claim 1, characterized in that the additional valve ( 25 ) at least over a large part of the opening duration (AD) of the exhaust valve ( 10 ) remains in the release position (FR).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the additional valve ( 25 ), especially in the middle speed range (DB2), just before opening the intake valve ( 16 ) is moved to the shut-off position (AB).

Method according to claim 3, characterized in that the inlet valve ( 16 ), especially in the middle speed range (DB2), only opens when the exhaust valve ( 10 ) closes.

Method according to claim 1 or 2, characterized in that the additional valve ( 25 ), in particular in the lower speed range (DB1), shortly after the opening of the intake valve ( 16 ) and just before closing the exhaust valve ( 10 ) is moved to the shut-off position (AB).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the additional part ( 25 ) before closing the inlet valve ( 16 ) is moved to the release position (FR).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the outlet valve ( 10 ) in the charge exchange process in a suction stroke phase of the associated piston closes.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the load control of the internal combustion engine ( 1 ) through the additional valve ( 25 ) in the middle speed range (DB2) with partial load.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the load control of the internal combustion engine ( 1 ) through the additional valve ( 25 ) in the lower speed range (DB1) with a low load.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the additional valve ( 25 ) is designed so that it can open and close several times during a charge change of the associated cylinder.