DE10111991A1 - Air impulse valve drive - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft die einlaßseitige Steuerung des Ladungswechsels bei einem Verbrennungsmotor und Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to the inlet-side control of the gas exchange in one Internal combustion engine and devices for carrying out the method.
Anlagen für die Verteilung und Zumessung der Brennluft auf unterschiedliche Zylinder oder Brennräume eines Motors sowie für die Zufuhr von rückgeführtem Abgas, kurz Saugrohre genannt. Diese werden neuerdings mit elektromagnetisch angetriebenen Zylinderventilen, beispielsweise von Siemens und FEV, mit mechanisch angetriebenen voll- oder teilvariablen Einlaßventilen, z. B. von BMW, mit Lufttaktventilen, z. B. gemäß DE 195 00 501.5 und mit Schaltsaugrohren bzw. stufenlos verstellbaren Saugrohren kombiniert. Die Verbesserung des Drehmoments bei niedrigen Drehzahlen, die drosselfreie Luftmengenbegrenzung bei Teillast, die Zumischung von rückgeführten Abgasen zur Brennluft etc., helfen Abgasemissionen und Kraftstoffverbrauch zu reduzieren und den Fahrspaß zu erhöhen.Plants for the distribution and metering of the combustion air to different Cylinders or combustion chambers of an engine as well as for the supply of recirculated Exhaust gas, or suction pipe for short. These have recently become electromagnetic driven cylinder valves, for example from Siemens and FEV, with mechanically driven fully or partially variable intake valves, e.g. B. from BMW, with Air cycle valves, e.g. B. according to DE 195 00 501.5 and with intake manifolds or infinitely adjustable suction pipes combined. The improvement in torque at low speeds, the throttle-free air flow limitation at partial load, the Adding recirculated exhaust gases to the combustion air etc. helps exhaust emissions and reduce fuel consumption and increase driving pleasure.
Elektromagnetisch angetriebene Zylinderventile sind in extremen Temperatur- und Druckzuständen im Brennraum eingesetzt, beispielsweise Drücken bis zu 200 bar und Temperaturen bis zu 1000°C. Dies führt zu großen zu bewegenden Massen und entsprechenden Dimensionen und Kosten des elektromagnetischen Ventilantriebs, ebenso zu hohem Energieverbrauch. Hauptproblem ist jedoch der Lärm und die verminderte Haltbarkeit der Ventile, die sich aus der Kollision der bewegten mit den unbewegten Massen des Elektromagnets und des Ventils beim Öffnen und Schließen ergeben. Der entsprechende Steuerungsaufwand zur Minimierung ist sehr hoch, eine vollkommene Eliminierung des Problems ist bisher trotz hoher Aufwendungen der beteiligten Entwicklungspartner nicht gelungen und scheint prinzipiell unmöglich. Wegen der Öffnungskinematik dieser Ventile ist ein Freiraum zwischen dem offenen Ventil und dem Kolbenboden erforderlich, der nur bei Ottomotoren realisiert werden kann. Aus diesem Grund scheidet die Anwendung der elektromechanisch angetriebenen Zylinderventile für Dieselmotoren grundsätzlich aus.Electromagnetically driven cylinder valves are in extreme temperature and Pressure conditions used in the combustion chamber, for example pressures up to 200 bar and temperatures up to 1000 ° C. This leads to large masses to be moved corresponding dimensions and costs of the electromagnetic valve drive, also to high energy consumption. The main problem is the noise and the reduced durability of the valves resulting from the collision of the moving with the immobile masses of the electromagnet and the valve when opening and Close result. The corresponding control effort for minimization is very high, a complete elimination of the problem has so far been high Expenses of the development partners involved failed and seems in principle impossible. Because of the opening kinematics of these valves, there is free space between the open valve and the piston crown required only at Otto engines can be realized. For this reason, the application of the Basically, electromechanically driven cylinder valves for diesel engines out.
Wesentliche Anwendung beim Ottomotor ist die drosselfreie Teillaststeuerung, d. h. das Einlaßventil wird beim Saughub des Motors frühzeitig geschlossen, die einfließende Luftmenge wird dadurch begrenzt. Bisher wurden jedoch nur Bewegungsdauern beim Öffnen und Schließen von 3 ms realisiert. Das bedeutet, daß die kürzeste Öffnungsdauer eines solchen Ventils 6 ms beträgt. Das entspricht gerade der normalen Einlaßperiode 218° Kurbelwinkel eines Verbrennungsmotors bei einer Drehzahl von 6000 l/min. Eine Reduzierung des Massenstroms um ca. 50 % ist erst bei Drehzahlen unterhalb von 3000 l/min möglich. Entsprechend kann bei 1500 l/min die Einlaßperiode auf ein Viertel reduziert werden und bei 750 l/min. also der typischen Leerlaufdrehzahl, auf 12,5%. Dies ist jedoch für die Leerlaufsteuerung nicht ausreichend, insbesondere, weil der Leerlaufzustand auch bei höheren Drehzahlen gefahren werden muß. So sind die Vorteile der drosselfreien Teillaststeuerung nur in einem eng begrenzten Belriebsbereich realisierbar. Trotzdem betragen die erzielten Verbrauchssenkungen im ECE-Test ca. 10 bis 20%.An essential application for gasoline engines is throttle-free partial load control. H. the intake valve is closed early on during the suction stroke of the engine this limits the amount of air flowing in. So far, however, have only been Movement durations of 3 ms when opening and closing realized. That means, that the shortest opening time of such a valve is 6 ms. Corresponding just the normal intake period 218 ° crank angle of an internal combustion engine at a speed of 6000 l / min. A reduction in the mass flow by approx. 50 % is only possible at speeds below 3000 l / min. Accordingly, at 1500 l / min the intake period can be reduced to a quarter and at 750 l / min. so the typical idle speed, to 12.5%. However, this is for idle control not sufficient, especially because the idle state is higher even Speeds must be driven. So are the advantages of the throttle free Partial load control can only be implemented in a narrowly limited operating range. Nevertheless, the consumption reductions achieved in the ECE test are approx. 10 to 20%.
Bei niedrigen Drehzahlen kann das elektromechanisch angetriebene Zylinderventil auch zu einem gewissen Aufladeeffekt führen, indem der Einlaß frühzeitig geschlossen wird, wenn eine vom Kolben induzierte Luftströmung zum Rückfluß von Luft aus dem Zylinder führen würde.At low speeds, the electromechanically driven cylinder valve also lead to some charging effect by admitting early is closed when an air flow induced by the piston to the reflux of Air from the cylinder.
Wegen der hohen Masse der Ventile ist der Verbrauch an elektrischer Energie sehr hoch und kann 2 bis 4 kW betragen.Because of the high mass of the valves, the consumption of electrical energy is very high high and can be 2 to 4 kW.
Eine Verbesserung ist der bei BMW in Serie eingeführte vollvariable mechanische Ventilantrieb. Diese Ventilsteuerung ermöglicht die Teillaststeuerung auch bei höheren Drehzahlen und bringt Verbesserungen im Leerlauf und bei niedrigen Lasten. Bei niedrigen erforderlichen Luftmengen wird zusätzlich zum frühen Einlaß Schließen der Ventilquerschnitt verkleinert, was die Aufbereitung des Luft/Kraftstoffgemischs begünstigt und damit die Verbrennung verbessert.One improvement is the fully variable mechanical system that has been introduced in series at BMW Valve drive. This valve control also enables partial load control higher speeds and brings improvements in idle and low Loads. In the case of low air volumes required, the early intake is added Closing the valve cross section reduces what the preparation of the Air / fuel mixture favors and thus improves combustion.
Der vollvariable mechanische Ventilantrieb erfordert hohe Präzision der Steuerungsteile und ist deshalb kostenaufwendig.The fully variable mechanical valve drive requires high precision Control parts and is therefore expensive.
Kurze Öffnungszeiten von 3 bis 5 ms, unabhängig von der Drehzahl, sind bei elek tromagnetisch angetriebenen Zylinderventilen kaum und bei vollvariablen mechanisch angetriebenen gar nicht zu erzielen. Solche Öffnungszeiten sind für hochinteressante gasdynamische Verfahren erforderlich.Short opening times of 3 to 5 ms, regardless of the speed, are at elek Tromagnetically driven cylinder valves hardly and with fully variable ones not mechanically driven at all. Such opening times are for highly interesting gas dynamic processes required.
Ein neuer theoretischer Ansatz zur vollvariablen Steuerung der Lufteinbringung in einen Verbrennungsmotor in Form eines Vorventils vor einem konventionell mechanisch gesteuerten Einlaßventil ist durch mehrere Patentschriften bekannt geworden. Dieses Lufttaktventil genannte Steuerventil manipuliert die Lufteinströmung während der Öffnungsphase des konventionellen Einlaß- oder Zylinderventils. Der Strömungsquerschnitt des Einlaßkanals kann während der Öffnungsdauer des Einlaßventils beiliebig behindert werden.A new theoretical approach to fully variable control of air intake in an internal combustion engine in the form of a pilot valve before a conventional one mechanically controlled inlet valve is known from several patents become. This control valve, known as the air stroke valve, manipulates the Air inflow during the opening phase of the conventional intake or Cylinder valve. The flow cross section of the inlet channel can during the Opening period of the inlet valve can be hindered.
Ein prinzipieller Vorteil des LTV ist, daß es nicht den hohen Temperaturen und Drücken im Brennraum während der Verdichtung und der Zündung ausgesetzt ist, sondern lediglich den von ihm selbst induzierten Druckschwankungen im Saugrohr, die kleiner als 1 bar sind. Das LTV kann deshalb mit geringerer Masse ausgeführt werden und sich dadurch schneller bewegen als ein dem Zylinderdruck ausgesetztes Ventil.A basic advantage of the LTV is that it does not withstand the high temperatures and Pressure in the combustion chamber during compression and ignition is exposed, but only the pressure fluctuations induced by him in the intake manifold, which are less than 1 bar. The LTV can therefore be carried out with less mass and move faster than one exposed to cylinder pressure Valve.
Bekannt gewordene Steuerungen und Ventilantriebe zur Realisierung der sequentiellen Lufteinbringung durch LTV gehen von sehr schnellen Ventilbewegungen aus, z. B. von 1,5 bis 2,5 ms um eine minimale Öffnungsdauer von 3 bis 5 ms für dynamische Betriebszustände zu erzielen. Dies führt trotz der niedrigen zu bewegenden Masse noch zu hohem Stromverbrauch und hohen Kosten für den elektrischen Antrieb. Die genaue Analyse der Verluste und der Ventilbewegungen bei unterschiedlichen Drehzahlen und Fahrzuständen hat jedoch gezeigt, daß in nur 10% des Betriebes dynamische Betriabszustände zu erwarten sind. In den übrigen, statischen, Betriebszuständen genügen wesentlich langsamere Ventilbewegungen, die dazu noch drehzahlabhängig angepaßt werden können. Known controls and valve actuators for realizing the sequential air introduction by LTV go from very fast Valve movements, e.g. B. from 1.5 to 2.5 ms around a minimum opening time to achieve from 3 to 5 ms for dynamic operating states. This leads despite the low mass to be moved yet high power consumption and high costs for the electric drive. The exact analysis of the losses and the However, valve movements at different speeds and driving conditions shown that dynamic operating conditions can be expected in only 10% of the operation are. In the other, static, operating states, much slower ones are sufficient Valve movements that can also be adjusted depending on the speed.
Beispielsweise reichen 10 ms bei n = 6000 l/min bzw. 100 ms bei Motordrehzahl n = 600 l/min für die Teillaststeuerung. Die kinetische Energie des Ventilkörpers wächst mit dem Quadrat seiner Geschwindigkeit bzw. Bewegungsdauer. Der Energieumsatz bei Ventilbewegungen mit 2,5 ms Dauer für dynamischen Betrieb ist somit um den Faktor 1600 = (100/2,5 ms)2 höher als für den statischen Betrieb der Teillaststeuerung im Leerlauf, wo 100 ms Ventilbewegung reichen würde.For example, 10 ms at n = 6000 l / min or 100 ms at engine speed n = 600 l / min are sufficient for partial load control. The kinetic energy of the valve body increases with the square of its speed or duration of movement. The energy turnover for valve movements with a duration of 2.5 ms for dynamic operation is thus a factor 1600 = (100 / 2.5 ms) 2 higher than for the static operation of the partial load control at idle, where 100 ms valve movement would suffice.
Die detaillierte Analyse der Probleme, die der Realisierung der wichtigsten
theoretisch möglichen statischen und dynamischen Effekte der sequentiellen
Lufteinbringung entgegen stehen, führen zu nachfolgenden Wünschen für die
Aufgabe der Erfindung:
The detailed analysis of the problems that stand in the way of realizing the most important theoretically possible static and dynamic effects of the sequential introduction of air lead to the following wishes for the object of the invention:
- 1. 1.) Die Luftmenge einer individuellen Zylinderfüllung soll im Drehzahlbereich von 300 bis 6000 l/min stufenlos zwischen 0 und 100% einstellbar sein zur drosselfreien Teillaststeuerung durch frühes Einlaß schließen. Ebenso soll im selben Drehzahlbereich die Zylinderfüllung durch Unterbindung von Ladungsrückfluß ermöglicht werden. Beide Verfahren sind durch statische, an die Drehzahl anpaßbare Ventilbewegungen darstellbar. Ihr Zeitanteil wird auf 80 bis 90% der gesamten Betriebsdauer eines Benzinmotors geschätzt.1. 1.) The air volume of an individual cylinder filling should be in the speed range of 300 to 6000 l / min continuously adjustable between 0 and 100% Close throttle-free partial load control by early intake. Likewise, in same cylinder speed range by preventing Charge reflux are made possible. Both methods are static, by the speed adjustable valve movements can be represented. Your share of time will be on Estimated 80 to 90% of the total operating time of a petrol engine.
- 2. 2.) Im Drehzahlbereich von 300 bis 6000 l/min sollen auch Druckwellen im Einlaßsystem ausgelöst und eingefangen werden, also dynamische Vorgänge, die schnelle, zeitkonstante, von der Drehzahl unabhängige Ventilbewegungen erfordern.2. 2.) In the speed range from 300 to 6000 l / min, pressure waves in the Intake system are triggered and captured, i.e. dynamic processes, the fast, time-constant valve movements that are independent of the speed require.
- 3. 3.) Die Kombination von statischen und dynamischen Effekten zur Zweistufen- Aufladung soll im Drehzahlbereich 300 bis 3000 l/min möglich sein. Ihr Zeitanteil wird auf ca. 5 bis 10% geschätzt und Zustände, wo das Steuerventil gar nicht bewegt wird, auf ebenfalls 5 bis 10%.3. 3.) The combination of static and dynamic effects for two-stage Charging should be possible in the speed range 300 to 3000 l / min. you Percentage of time is estimated at approximately 5 to 10% and states where the control valve is not moved at all, also to 5 to 10%.
- 4. 4.) Konstruktion, Antrieb und Steuerung des Ventils sollen die Steuerzeitpunkte Vo für das Öffnen des LTV und Vs für das Schließen des LTV klar definierbar machen und die Präzision der Luftmengeneinstellung sowie die energetische Effizienz der Auslösung und des Einfangens von Druckwellen beim Öffnungsbeginn und beim Öffnungsende des LTV leckfrei ermöglichen.4. 4.) The design, drive and control of the valve should be the control times Vo for opening the LTV and Vs for closing the LTV clearly definable make and the precision of the air volume setting as well as the energetic Efficiency of triggering and capturing pressure waves when Allow opening to begin and at the end of opening of the LTV leak-free.
- 5. 5.) Die Steuerung der Ventilbewegung im dynamischen Betrieb soll den zeitlichen Verlauf des Öffnungsquerschnitts einem Trapez angleichen; eine steile Öffnungsflanke und eine steile Schließflanke sollen durch ein Plateau von 100 % freiem Ventilquerschnitt verbunden sein, das in Bezug auf die gesamte Öffnungsdauer des Ventils möglichst viel Zeit einnimmt.5. 5.) The control of the valve movement in dynamic operation should be timed Adjust the course of the opening cross section to a trapezoid; a steep one The opening flank and a steep closing flank should pass through a plateau of 100 % free valve cross-section, which is related to the entire Opening time of the valve takes as much time as possible.
- 6. 6.) Konstruktion, Antrieb und Steuerung des LTV sollen das Anfahren der Öffnungs- bzw. Schließposition mit hoher Geschwindigkeit ermöglichen. Schwingungen des Ventils bei seiner Annäherung an die Öffnungs- oder Schließposition sollen den Massenfluß der Luft nicht beeinflussen. Schäden oder störender Lärm durch Kontakte der bewegten mit den unbewegten Ventilmassen sollen vermieden werden. 6. 6.) Construction, drive and control of the LTV should start the Allow opening or closing position at high speed. Vibrations of the valve as it approaches the opening or The closed position should not affect the mass flow of air. Damage or disturbing noise caused by contacts between the moving and the immobile valve masses should be avoided.
- 7. 7.) Der Ventilraum soll so ausgelegt sein, daß das LTV statische und dynamische Effekte bei der Rückführung der Abgase vollbringen kann. Die Ventilbewegungen sollen mit möglichst geringem Aufwand und Energieverbrauch möglich sein.7. 7.) The valve chamber should be designed so that the LTV is static and dynamic Can achieve effects in the recirculation of the exhaust gases. The Valve movements should be carried out with as little effort and Energy consumption may be possible.
- 8. 8.) Luftmenge, Lufttemperatur und Abgasmenge bei Verdichtungsbeginn jedes Arbeitsspiels des Motors sollen frei von Menge und Zustand des vorausgegangenen und nachfolgenden Arbeitsspiels einstellbar sein.8. 8.) Air volume, air temperature and exhaust gas volume at the start of compression each The working cycle of the engine should be free of the quantity and condition of the previous and subsequent work cycle can be set.
- 9. 9.) Die Funktion des LTV soll im Betrieb überprüfbar sein (OBD-Fähigkeit, On- Board-Diagnose), insbesondere die Erkennung der Durchläufe durch Steuerkanten und neutrale Kanten.9. 9.) The function of the LTV should be verifiable during operation (OBD capability, on- Board diagnostics), especially the detection of the runs through Control edges and neutral edges.
- 10. 10.) Die kinetische Energie des Ventilkörpers bei seiner Verzögerung zur Annäherung an eine Endlage soll rückgewinnbar sein.10. 10.) The kinetic energy of the valve body when it decelerates Approaching an end position should be recoverable.
Bei einem System für die Sequentielle Lufteinbringung in einen Verbrennungsmotor sind Schäden und störende Geräusche durch Kollision zwischen Ventilkörper und Gehäuse sowie Strömungsfluktuationen bei der Annäherung des Ventilkörpers an seine jeweilige Endposition kosten- und zeitsparend zu verhindern. Der Energieverbrauch des Ventilantriebs bei Bewegung und Ruhe des Ventilkörpers ist zu minimieren und die kostengünstige Anwendung aller möglichen Verfahrensvarianten der sequentiellen Steuerung des Gaswechsels auf der Einlaßseite eines Verbrennungsmotors ist zu sichern, insbesondere die zyklusindividuelle Steuerung von Menge und Temperatur der Brennluft und der rückgeführten Abgase sowie die Optimierung der Gemischbildung und der Ladungsbewegung im Brennraum.In a system for the sequential introduction of air into an internal combustion engine are damage and disturbing noises caused by collision between valve body and Housing and flow fluctuations when approaching the valve body to prevent its respective end position saving time and money. The Energy consumption of the valve drive when the valve body is moving and at rest to minimize and the inexpensive application of all possible Process variants of the sequential control of the gas exchange on the The intake side of an internal combustion engine must be secured, especially the individual control of the quantity and temperature of the combustion air and the recirculated exhaust gases and the optimization of the mixture formation and the Charge movement in the combustion chamber.
Die Anwendbarkeit soll Otto- und Dieselmotoren sowie Gasmotoren umfassen. Die Klappenkonstruktion, insbesondere die aerodynamische Ausbildung des Klappenhinterteils im offenen Zustand Winkelabweichungen von ±10° ohne Änderung des effektiven Ventilquerschnitts ermöglichen.The applicability should include gasoline and diesel engines as well as gas engines. The Flap construction, especially the aerodynamic training of the Flap rear part in the open state, angle deviations of ± 10 ° without Allow changing the effective valve cross section.
Die Ventilnase soll spitz auslaufen, um Verdichtungsstöße bei Einströmung mit Schallgeschwindigkeit z. B. bei dynamischer Aufladung oder Wärmeladung zu verhindern.The valve nose should run out pointedly in order to avoid compression shocks when flowing in Speed of sound z. B. with dynamic charging or thermal charging prevent.
Eine Doppeldrehklappe kann die Schwingungstoleranz im Offenbereich weiter verbessern.A double rotary valve can further increase the vibration tolerance in the open area improve.
Die Halbschwingung, Hin- und Herschwingen zu - offen, offen - zu mit Richtungsänderung, ist bei statischen Bewegungen vorteilhaft. Die Vollschwingung ist bei der Steuerung von dynamischen Bewegungen vorteilhaft, wobei die Klappe aus dem Schließbereich einer Seite des Strömungskanals in die Mitte schwingt und von da bei unverminderter Geschwindigkeit in den gegenüberliegenden Schließbereich eintaucht und dort zum Stillstand kommt.The half vibration, swinging back and forth too - open, open - too with Change of direction is advantageous for static movements. The full swing is beneficial in controlling dynamic movements, with the flap swings to the center from the closing area of one side of the flow channel and from there at undiminished speed to the opposite Immerses the closing area and comes to a standstill there.
Bei der Vollschwingung, wie bei der Halbschwingung, die in der Offenposition nicht festgehalten wird, entfällt der Zeitbedarf für Signalgebung und Übertragung sowie die Ummagnetisierung oder Entmagnetisierung der Magnetpole. Dies reduziert die Komplexität und die Kosten des Steuergeräts. With the full vibration, as with the half vibration, which is not in the open position is recorded, the time required for signaling and transmission and the Magnetic reversal or demagnetization. This reduces the Complexity and the cost of the control unit.
Zusammenfassend sind die erfindungsgemäßen Komponenten wie folgt erläutert:
Bei einem Verbrennungsmotor mit einem schwingfähigen Saugsystem sind die
Schwingrohre kurz gehalten und auf die Resonanz bei der höchsten
betriebsrelevanten Motordrehzahl ausgelegt (Auslegungsdrehzahl).In summary, the components according to the invention are explained as follows:
In an internal combustion engine with an oscillating suction system, the oscillating tubes are kept short and designed for the resonance at the highest operational engine speed (design speed).
Im Schwingungsbereich zwischen Brennraum und Luftsammler ist unmittelbar vor dem Einlaßventil ein Steuerventil eingebaut, das den Einlaßkanal während der Öffnungszeit des Einlaßventils in seinem Fließquerschnitt (Widerstand) beeinflussen (behindern) kann, wobei die Behinderung für jeden Arbeitszyklus eines Brennraums individuell gesteuert werden kann.In the vibration area between the combustion chamber and the air collector is immediately in front the inlet valve a control valve installed, which the inlet channel during the Influence the opening cross section of the inlet valve (resistance) (hinder), the hindering for each working cycle of a combustion chamber can be controlled individually.
Ziel der Manipulation mit dem Steuerventil ist die zyklusindividuelle Beeinflussung der Brennraumbeladung mit Luft hinsichtlich Menge und Temperatur. Die Luftmenge kann stufenlos und drosselfrei bis auf Null reduziert werden; sie kann aber auch durch Schwingungsanregung erhöht werden. Die Lufttemperatur kann im Brennraum bei Kaltstart und Warmlauf drastisch erhöht werden. Bei aufgeladenem Motor kann die durch Wärmetauscher gekühlte Luft zusätzlich durch Entspannung weiter gekühlt werden. Auch die Rückführung von Abgas kann gesteuert werden.The manipulation with the control valve is aimed at influencing the cycle the combustion chamber loading with air in terms of quantity and temperature. The amount of air can be reduced to zero continuously and without throttling; but it can also can be increased by vibration excitation. The air temperature can be in the combustion chamber be increased drastically during cold start and warm up. With the engine charged the air cooled by heat exchangers is further cooled by expansion become. The recirculation of exhaust gas can also be controlled.
Zur Durchführung dieser Aufgaben sind die Öffnungs- und Schließbewegungen
unabhängig voneinander steuerbar und es gibt zwei unterschiedliche
Bewegungsarten:
To perform these tasks, the opening and closing movements can be controlled independently of one another and there are two different types of movement:
- 1. Für dynamische Prozesse, z. B. Anregung einer Luftschwingung im Saugsystem, werden die Ventilbewegungen schnell, zeitkonstant, unabhängig von der Motordrehzahl und mit maximalem Hub betrieben. Die resultierende kürzeste Öffnungsdauer ist auf die Eigenfrequenz der Saugrohrschwingung des schwingfähigen Einlaßsystems abgestimmt.1. For dynamic processes, e.g. B. Excitation of an air vibration in Suction system, the valve movements are fast, constant in time, independent operated by the engine speed and at maximum stroke. The resulting one shortest opening time is based on the natural frequency of the intake manifold vibration of the oscillatable inlet system.
- 2. Für statische Prozesse, z. B. Behinderung oder frühzeitige Beendigung der Einströmung, ist die Ventilbewegung in ihrer Geschwindigkeit an die Motordrehzahl angepaßt und in ihrem Hub an die Motorlast (Luftmenge).2. For static processes, e.g. B. Disability or early termination of Inflow, the valve movement is in speed at that Engine speed adjusted and in its stroke to the engine load (air volume).
Zum geräusch- und strömungsfreien Betrieb sind Steuerventil, Antrieb und Steuerung so konzipiert, daß der Ventilkörper bei seinen Bewegungen drei markante Bereiche durchlaufen kann, einen variablen Bereich, in dem der effektive Ventilquerschnitt sich von Null bis ganz offen in Abhängigkeit vom Drehwinkel der Ventilklappe ändert, einen Schließbereich, in dem der Ventilquerschnitt, unabhängig von der Klappenstellung geschlossen bleibt und andererseits einen voll geöffneten Bereich, in dem die Ventilbewegungen ebenfalls keinen Einfluß auf den Durchfluß haben.Control valve, drive and control are used for noise and flow-free operation designed so that the valve body moves three striking areas during its movements can go through a variable range in which the effective valve cross section varies from zero to whole open depending on the angle of rotation of the valve flap changes a closing area, in which the valve cross section remains closed, regardless of the flap position and on the other hand a fully open area where the valve movements also have no influence on the flow.
Schwingungen des Ventilkörpers bei starken Abbremsungen in den Endlagen sind somit ohne Einfluß auf den Durchfluß und frei von Kollisionen des Ventilkörpers mit seinem Gehäuse. Auch der Antrieb des Steuerventils ist kollisionsfrei. Die Endlagen offen/zu werden nicht durch Anschläge bestimmt, sondern durch das Momentengleichgewicht zwischen Stellmechanismus und Rückstellmechanismus.Vibrations of the valve body in the event of severe braking in the end positions thus with no influence on the flow and free of collisions with the valve body its housing. The drive of the control valve is also collision-free. The end positions open / to be determined not by attacks, but by the Equilibrium of moments between the actuating mechanism and the resetting mechanism.
Soll der Motor sein maximales Drehmoment abgeben, dann bleibt oberhalb der Auslegungsdrehzahl das Steuerventil offen und somit ohne Einfluß. Das Drehmoment ist jedoch entsprechend den kurzen Schwingrohren wesentlich höher als bei einem Motor mit langen Schwingrohren, die dem Stand der Technik entsprechend gute Drehmomente bei niedrigen Drehzahlen bringen.If the motor is to deliver its maximum torque, then it remains above the Design speed, the control valve is open and therefore without influence. The However, torque is much higher due to the short vibrating tubes than with a motor with long oscillating tubes, which is state of the art bring correspondingly good torques at low speeds.
Bei Auslegungsdrehzahl schwingt das Saugsystem optimal mit seiner natürlichen Frequenz bei offenem Steuerventil.At the design speed, the suction system vibrates optimally with its natural Frequency with control valve open.
Bei Motordrehzahlen unterhalb der Auslegungsdrehzahl wird das Steuerventil aktiviert und kann das hohe Drehmoment der Auslegungsdrehzahl auch bei viel niedrigeren Motordrehzahlen halten. Die Ventilbewegungen entsprechen dieser dynamischen Betriebsweise. Dies gilt auch für den Betrieb "Wärmeladung", wo eine Saugrohrschwingung ausgelöst wird, um die Luft beim Kaltstart im Brennraum zu erhitzen.At engine speeds below the design speed, the control valve activated and can the high torque of the design speed even with a lot maintain lower engine speeds. The valve movements correspond to this dynamic mode of operation. This also applies to the "thermal charge" operation, where a Intake manifold vibration is triggered to allow the air to cold start in the combustion chamber heat.
Soll die Luftmenge reduziert werden, z. B. zur drosselfreien Teillaststeuerung bei Benzinmotoren oder zur Erhöhung der Gastemperaturen bei Dieselmotoren, dann werden die Ventilbewegungen an Motordrehzahl und Last angepaßt, wobei der Reduzierung des Ventilhubs besondere Bedeutung für Gemischbildung und Aufbereitung zukommt, indem z. B. die Luftströmung beschleunigt oder intensiviert wird.Should the amount of air be reduced, e.g. B. for throttle-free partial load control Gasoline engines or to increase gas temperatures in diesel engines, then the valve movements are adapted to engine speed and load, the Reduction of the valve lift is of particular importance for mixture formation and Processing comes by z. B. accelerates or intensifies the air flow becomes.
Bei einem insbesondere gasdynamisch schwingungsfähigen Einlaßsystem eines Verbrennungsmotors der Kolbenbauart mit unabhängig voneinander einstellbaren Öffnungs- und Schließzeitpunkten des Steuerventils sind Konstruktion, Antrieb und Steuerung des Ventils so ausgelegt, daß bei statischen Verfahrensabläufen die Geschwindigkeit und der Hub der Ventilbewegungen an die Motordrehzahl und an die Motorlast anpaßbar sind, und daß bei dynamischen Verfahrensabläufen die Ventilbewegungen mit hoher Geschwindigkeit und unabhängig von der Motordrehzahl erfolgen, wobei der Ventilhub maximal eingestellt ist, Schwingungen um die Endlagen des Ventilkörpers ohne Kollision und ohne verfahrenstechnische Auswirkungen möglich sind und die Öffnungsdauer des Steuerventils der Eigenfrequenz der gasdynamischen Schwingung des Einlaßsystems entspricht. Der Ventilraum zwischen Steuerventil und Einlaßventil ist für die gesteuerte Zufuhr weiterer Ladungswechselkomponenten verbindbar.In the case of an inlet system which is particularly capable of vibrating in a gas dynamic manner Internal combustion engine of the piston type with independently adjustable The opening, closing times of the control valve are construction, drive and Control of the valve designed so that the static processes Speed and the stroke of the valve movements to the engine speed and to the engine load are adaptable, and that in dynamic procedures Valve movements at high speed and regardless of the Engine speed take place with the valve lift set to maximum, vibrations around the end positions of the valve body without collision and without procedural Effects are possible and the opening time of the control valve Natural frequency corresponds to the gas dynamic vibration of the intake system. The The valve space between the control valve and the inlet valve is for the controlled supply further charge exchange components can be connected.
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