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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, insbesondere
eines Kraftfahrzeugs. Die Erfindung betrifft außerdem ein
Verfahren zum Betreiben einer solchen Brennkraftmaschine.
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Aus
der
DE 10 2005
029 077 A1 ist eine Brennkraftmaschine mit Kraftstoffdirekteinspritzung bekannt,
bei der für wenigstens ein Einlassventil eine Maskierung,
variable Einlass- und Auslasssteuerzeiten sowie eine Nockenwellenphasenverstellung
für die Einlass- und Auslassseite vorgesehen sind. Durch
entsprechende Variation von zumindest der Öffnungsdauer
der Einlassventile sowie der Steuerzeiten der Gaswechselventile
sollen optimale Werte für niedrigen Verbrauch und hohe
Leistung erzielt werden. Ferner soll auch ein Restgasgehalt in den Zylindern
dadurch variiert werden können, dass variable Auslasssteuerzeiten
und variable Auslassventilhübe mit variablen Einlasssteuerzeiten
kombiniert werden.
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Aus
der
DE 699 06 669
T2 ist eine fremdgezündete Brennkraftmaschine
mit Direkteinspritzung bekannt, bei der ein Einlassluftsteuerventil
in einer Ansaugöffnung angeordnet ist.
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Aus
der
DE 10 2007
018 917 A1 ist eine fremdgezündete Brennkraftmaschine
mit Direkteinspritzung bekannt, bei der Einlasskanäle vorgesehen sind,
die zu maskierten Einlassöffnungen führen. In diesen
Einlasskanälen sind Zusatzventile angeordnet.
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Aus
der
DE 198 53 412
A1 ist eine weitere fremdgezündete Brennkraftmaschine
mit Direkteinspritzung bekannt, bei der eine Ventilabschaltung in bestimmten Kennfeldbereichen
der Brennkraftmaschine erfolgt, um die Luftbewegung im Brennraum zu
intensivieren.
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Die
vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem,
für eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art
bzw. für ein zugehöriges Betriebsverfahren eine
verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere
dadurch auszeichnet, dass durch eine hochgradige oder erhöhte Variabilität
Möglichkeiten geschaffen werden, Kraftstoffverbräuche,
Emissionswerte und Leistungswerte zu optimieren, wobei ferner eine
Möglichkeit aufgezeigt werden soll, die geschaffenen Variabilitäten
abhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine anzuwenden,
um die genannten optimierten Werte zu verwirklichen.
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Dieses
Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände
der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte
Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Die
Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine fremdgezündete
Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung an der Einlassseite und
an der Auslassseite mit einem variablen Ventiltrieb zum Verstellen
von Ventilhüben und zum Verstellen von Ventilsteuerzeiten
auszustatten, ein erstes Einlassventil je Zylinder mit einer Brennraummaskierung auszustatten
und einem zweiten Einlassventil je Zylinder eine Drallklappe zuzuordnen.
Die vorgeschlagenen Maßnahmen ermöglichen eine
hochgradige Variabilität zur Beeinflussung der Gaswechselvorgänge,
was zum Einstellen optimierter Werte für Schadstoffemission,
Kraftstoffverbrauch und Antriebsleistung genutzt werden kann. Beispielsweise ergibt
sich so für einen Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine
die Möglichkeit, die Drallklappe permanent zu schließen,
für die Einlassventile und für die Auslassventile
jeweils die kleinen Ventilhübe einzustellen und für
die Einlassventile sowie für die Auslassventile die Öffnungszeitfenster
eines Ausgangszustands einzustellen. Durch die geschlossene Drallklappe
erhalten die Zylinder nur über das jeweilige erste Einlassventil
Frischluft. Die Frischluftzufuhr durch das jeweilige erste Einlassventil
wird dadurch beschleunigt und eine Drall-/Tumbleströmung
im Brennraum erzeugt. Insgesamt muss die Frischluftanlage für
den Leerlaufbetrieb weniger gedrosselt werden, was die Ladungswechselverluste
insgesamt reduziert.
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Bei
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann der
Einlassventiltrieb so ausgestaltet sein, dass für die Einlassventile
jeweils große Ventilhübe und kleine Ventilhübe
einstellbar sind, und zwar so, dass der große Ventilhub
des jeweiligen ersten Einlassventils gleich groß ist wie
der große Ventilhub des jeweiligen zweiten Einlassventils,
während der kleine Ventilhub des ersten Einlassventils
kleiner ist als der kleine Ventilhub des zweiten Einlassventils. Durch
Variieren der Ventilhübe kann ein Öffnungszeitfenster
des jeweiligen Ventils vergrößert und verkleinert
werden. Dies kann zum Anpassen der Frischluftbeladung an den aktuellen
Betriebszustand der Brennkraftmaschine genutzt werden. Durch die
Zuordnung des kleineren kleinen Ventilhubs zum jeweiligen ersten
Einlassventil lassen sich für den Leerlaufbetrieb besonders
kleine Frischluftmengen einstellen, auch wenn die Frischluftleitung
stromauf der Einlassventile nur relativ wenig gedrosselt oder sogar entdrosselt
ist. Erst bei geöffneter Drallklappe wird der größere
kleine Ventilhub des jeweiligen zweiten Ventils aktiviert. Durch
die Bereitstellung von zwei unterschiedlichen kleinen Ventilhüben
für die beiden Einlassventile lassen sich die Variationsmöglichkeiten
für die Gaswechselvorgänge erhöhen.
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Entsprechend
einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann der Einlassventiltrieb
so ausgestaltet sein, dass sich durch das Verkleinern des Ventilhubs
der Schließzeitpunkt des jeweiligen Einlassventils nach
früh verschiebt, während der Öffnungszeitpunkt
des jeweiligen Einlassventils im Wesentlichen konstant bleibt. Das
bedeutet, dass die Ventilhübe hinsichtlich des erzielbaren Öffnungszeitfensters
nicht symmetrisch variiert werden, sondern so, dass im Wesentlichen
nur der Schließzeitpunkt verstellt wird. Dies ist besonders
vorteilhaft, um mit möglichst geringen Verlusten die Frischluftmenge
variieren zu können.
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Gemäß einer
anderen vorteilhaften Ausführungsform kann der Einlassventiltrieb
so ausgestaltet sein, dass die Ventilhübe der ersten Einlassventile und
die Ventilhübe der zweiten Einlassventile unabhängig
voneinander verstellbar sind. Die Variabilität der realisierbaren
Gaswechselvorgänge kann durch diese Maßnahme signifikant
gesteigert werden. Hierdurch kann die Anpassung der Gaswechselprozesse an
unterschiedliche Betriebszustände der Brennkraftmaschine
verbessert werden.
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Weitere
wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen
Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils
angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder
in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden
Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen
dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche
oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
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Es
zeigen, jeweils schematisch,
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1 eine
stark vereinfachte Prinzipdarstellung einer Brennkraftmaschine im
Bereich eines Zylinders,
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2 ein
Diagramm zur Veranschaulichung einer Schaltstrategie einer Steuerung
der Brennkraftmaschine,
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3 ein
Diagramm zur Veranschaulichung variierender Ventilhübe
und Ventilsteuerzeiten.
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Entsprechend 1 umfasst
eine nur teilweise dargestellte Brennkraftmaschine 1, die
sich insbesondere in einem Kraftfahrzeug befindet, mehrere Zylinder 2,
von denen in 1 jedoch nur einer exemplarisch
dargestellt ist. Der jeweilige Zylinder 2 weist zumindest
ein Auslassventil auf. Im Beispiel sind zwei Auslassventile 3 und 4 dargestellt.
Grundsätzlich sind jedoch auch Bauformen mit nur einem einzigen
Auslassventil oder mit mehr als zwei Auslassventilen denkbar. Ferner
sind je Zylinder 2 zumindest zwei Einlassventile vorgesehen,
nämlich zumindest ein erstes Einlassventil 5 und
zumindest ein zweites Einlassventil 6. Theoretisch sind
auch mehr als zwei Einlassventile möglich.
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Den
Einlassventilen 5, 6 ist ein variabler Einlassventiltrieb 7 zugeordnet,
der zum Betätigen der Einlassventile 5, 6 sowie
zum Verstellen von Ventilhüben und Ventilsteuerzeiten der
Einlassventile 5, 6 ausgestaltet ist. Beispielsweise
kann der Einlassventiltrieb 7 hierzu eine Verstelleinrichtung 8 aufweisen, die
zum Verstellen der Ventilhübe und/oder zum Verstellen der
Ventilsteuerzeiten ausgestaltet ist. Derartige Stelleinrichtungen 8 sind
allgemein bekannt und müssen daher nicht näher
erläutert werden. Ferner ist den Auslassventilen 3, 4 ein
variabler Auslassventiltrieb 9 zugeordnet, der zum Betätigen
der Auslassventile 3, 4 dient und der Ventilhübe
und Ventilsteuerzeiten der Auslassventile 3, 4 verstellen
kann. Auch der Auslassventiltrieb 9 kann hierzu mit einer
geeigneten Stelleinrichtung 10 ausgestattet sein, die sich in
an sich bekannter Weise zum Variieren der Ventilhübe und
Steuerzeiten eignet.
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Dem
jeweiligen ersten Einlassventil 5 ist eine Brennraummaskierung 11 zugeordnet.
Eine derartige Brennraummaskierung 11 beeinflusst die Zuströmung
von Frischgas in einen Brennraum 12 des Zylinders 2,
bspw. um die Ausbildung einer Tumbleströmung zu unterstützen.
Im Beispiel ist die Brennraummaskierung 11 einseitig ausgeführt,
dass heißt, sie ist so gestaltet, dass sie nur einem begrenzten
Umfangsabschnitt des ersten Einlassventils 5 zugeordnet
ist. Ferner ist die Brennraummaskierung 11 im gezeigten
Beispiel so angeordnet, dass sie an einem einer Zylinderwand 13,
und insbesondere einem Einlasskanal 14, zugewandten Umfangssegment
des ersten Einlassventils 5 angeordnet ist.
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Desweiteren
ist die hier gezeigte Brennkraftmaschine 1 je Zylinder 2 mit
einer Drallklappe 15 ausgestattet, die dem jeweiligen zweiten
Einlassventil 6 zugeordnet ist. Dabei ist diese Drallklappe 15 nur bzw.
ausschließlich dem jeweiligen zweiten Einlassventil 6 zugeordnet.
Dies wird bspw. dadurch erreicht, dass der dem jeweiligen Zylinder 2 zugeordnete
Einlasskanal 14, der dem Zylinder 2 Frischgas
bzw. Frischluft zuführt, mittels einer Trennwand 16 in
einem an den Zylinder 2 angrenzenden Endabschnitt 17 in
einen ersten Einlassteilkanal 18 und einen zweiten Einlassteilkanal 19 unterteilt
ist. Während der erste Einlassteilkanal 18 nur
zum jeweiligen ersten Einlassventil 5 führt, führt
der jeweilige zweite Einlassteilkanal 19 nur zum jeweiligen
zweiten Einlassventil 6. Mit Hilfe der im zweiten Einlassteilkanal 19 angeordneten
Drallklappe 15 kann somit ausschließlich der zum
zweiten Einlassventil 6 führende Luftstrom gesteuert
werden.
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Während
der mit dem ersten Einlassventil 5 gesteuerte mit Hilfe
der Brennraummaskierung 11 maskierte erste Frischgaseinlass
zum Generieren einer Tumbleströmung dient, kann der unmaskierte und
mit dem zweiten Einlassventil 6 gesteuerte zweite Frischgaseinlass
zum Generieren einer Drallströmung ausgestaltet sein, die
jedoch zusätzlich mit Hilfe der Drallklappe 15 unabhängig
vom zweiten Einlassventil 6 gesteuert werden kann.
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Der
Einlassventiltrieb 7 kann zweckmäßig
so ausgestaltet sein, dass für die Einlassventile 5, 6 unterschiedlich
große Ventilhübe einstellbar sind. Dabei ist für
jedes Einlassventil 5, 6 ein großer Ventilhub und
ein kleiner Ventilhub einstellbar. Dabei ist der Einlassventiltrieb 7 bzw.
die zugehörige Stelleinrichtung 8 so ausgestaltet,
dass die großen Ventilhübe der beiden Einlassventile 5, 6 gleich
groß sind, während die kleinen Ventilhübe
unterschiedlich sind. Dabei ist vorgesehen, den kleinen Ventilhub
des ersten Einlassventils 5 kleiner zu dimensionieren als
den kleinen Ventilhub des zweiten Einlassventils 6.
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Besonders
zweckmäßig kann dabei der Einlassventiltrieb 7 bzw.
die zugehörige Stelleinrichtung 8 so ausgestaltet
sein, dass beim Verändern des Ventilhubs zwar der Schließzeitpunkt
des jeweiligen Einlassventils 5, 6 verschoben
wird, jedoch der Öffnungszeitpunkt des jeweiligen Einlassventils 5, 6 im Wesentlichen
konstant bleibt. Durch die Hubverstellung kann das Öffnungszeitfenster
des jeweiligen Einlassventils 5, 6 somit bei im
Wesentlichen konstantem Öffnungszeitpunkt vergrößert
und verkleinert werden. Durch Verkleinern des Ventilhubs wird der
Schließzeitpunkt des jeweiligen Einlassventils 5, 6 dabei
nach früh verschoben, während eine Vergrößerung
des Ventilhubs den Schließzeitpunkt des jeweiligen Einlassventils 5, 6 entsprechend
nach spät verschiebt. Die Begriffe „früh” und „spät” beziehen sich
dabei auf einen Kurbelwellenwinkel, kurz KWW. Besonders vorteilhaft
ist dabei eine Ausführungsform, bei welcher der Einlassventiltrieb 7 bzw.
die zugehörige Stelleinrichtung 8 die Möglichkeit
gibt, die Ventilhübe des ersten Einlassventils 5 und
die Ventilhübe des zweiten Einlassventils 6 unabhängig
voneinander einzustellen. Dies kann bspw. über separat angesteuerte
Schaltelemente zur Variation bzw. Einstellung der Ventilhübe
des jeweiligen Einlassventils realisiert werden. Ebenso sind voll
variable Ventiltriebe bekannt, bei denen jedes Ventil über
einen separaten Ventilsteller, insbesondere elektromagnetisch, betätigt
werden kann.
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Darüber
hinaus ist der Einlassventiltrieb 7 bzw. die zugehörige
Stelleinrichtung 8 so konfiguriert, dass es möglich
ist, ein Öffnungszeitfenster des jeweiligen Einlassventils 5, 6 bezogen
auf einen Ausgangszustand nach früh zu verschieben. Während
im Ausgangszustand die Einlassventile 5, 6 bei
einer üblichen Konfiguration dann öffnen, wenn
der im jeweiligen Zylinder 2 bewegte Kolben seinen oberen
Totpunkt durchfährt, kann bei einer Verstellung des Öffnungszeitfensters
nach früh der jeweilige Öffnungszeitpunkt bereits
vor dem oberen Totpunkt zu finden sein. Hierdurch kann komprimiertes
Abgas auf die Frischgasseite gelangen, was bspw. zur Realisierung einer
Vorwärmung und/oder zur Realisierung einer internen Abgasrückführung
nutzbar ist. Diese interne Abgasrückführung durch
entsprechende Ventilüberschneidung dient zur Beeinflussung
des Restgasgehalts im jeweiligen Brennraum 12, also des
Anteils an Abgas im Brennraum 12 nach der erneuten Befüllung des
Brennraums 12 mit Frischgas.
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Hinsichtlich
der Auslassventile 3, 4 kann der zugehörige
Auslassventiltrieb 9 bzw. die zugehörige Stelleinrichtung 10 so
ausgestaltet sein, dass auch für die Auslassventile 3, 4 große
und kleine Ventilhübe einstellbar sind. Darüber
hinaus soll der Auslassventiltrieb 9 bzw. die zugehörige
Stelleinrichtung 10 die Variation des Ventilhubs so realisieren
können, dass sich dadurch nur ein Öffnungszeitpunkt
des jeweiligen Auslassventils 3, 4 verschiebt,
während ein Schließzeitpunkt dabei im Wesentlichen
konstant bleibt. Durch die Ventilhubverstellung wird somit lediglich
der Auslassbeginn verändert, bspw. um die Restgasmenge
zu beeinflussen, und die Expansionsverluste zu verringern. Weiterhin
werden die Reibungsverluste im Ventiltrieb durch die kleinen Ventilhübe
minimiert.
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Entsprechend 1 kann
die Brennkraftmaschine 1 ferner mit einer Steuerung 20 ausgestattet sein,
die zum Steuern der Ventiltriebe 7, 9 sowie der Drallklappe 15 dient.
Die Steuerung 20 steht dementsprechend über geeignete
Steuerleitungen 21 mit den Stelleinrichtungen 8, 10 der
Ventiltriebe 7, 9 sowie mit einer Stelleinrichtung 22 zum
Betätigen der Drallklappe 15 in Verbindung. Diese
Steuerung 20 kommuniziert außerdem mit einem hier
nicht dargestellten Motorsteuergerät. Insbesondere kann
die Steuerung 20 in dieses Motorsteuergerät hardwaremäßig
integriert und/oder softwaremäßig implementiert
sein. Jedenfalls ist die Steuerung 20 so ausgestaltet bzw.
so programmiert, dass sie die Brennkraftmaschine 1 nach
dem nachfolgend mit Bezug auf die 2 und 3 näher
beschriebenen Verfahren betreiben kann.
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Im
Diagramm der 2 ist auf der Ordinate ein effektiver
Mitteldruck Pmeff aufgetragen, während auf
der Abszisse eine Drehzahl n der Brennkraftmaschine 1 aufgetragen
ist. In diesem Diagramm trennt eine erste Trennlinie 23 oder
Schaltlinie 23 einen Leerlaufbetrieb I, der sich unterhalb
der ersten Schaltlinie 23 befindet, von einem Teillastbetrieb
II mit unterer Teillast, der sich oberhalb der ersten Schaltlinie 23 befindet.
Eine zweite Trennlinie 24 oder Schaltlinie 24 trennt
den Teillastbetrieb II mit unterer Teillast, der sich unterhalb
der zweiten Schaltlinie 24 befindet, von einem Teillastbetrieb
III mit mittlerer Teillast, der sich oberhalb der zweiten Schaltlinie 24 befindet.
Eine dritte Schaltlinie 25 oder Trennlinie 25 trennt
den Teillastbetrieb III mit mittlerer Teillast, der sich unterhalb
dieser dritten Schaltlinie 25 befindet, von einem Teillastbetrieb
IV mit oberer Teillast, der sich oberhalb der dritten Schaltlinie 25 befindet.
Weiter trennt eine vierte Schaltlinie 26 oder Trennlinie 26 den
Teillastbetrieb IV mit oberer Teillast, der sich unterhalb der vierten
Schaltlinie 26 befindet, von einem Volllastbetrieb V mit
unterer Drehzahl, der sich oberhalb der vierten Schaltlinie 26 befindet.
Dieser Volllastbetrieb V mit unterer Drehzahl ist über eine
fünfte Trennlinie 27 oder Schaltlinie 27 von
einem Volllastbetrieb VI mit mittlerer und oberer Drehzahl getrennt.
Dabei befindet sich der Volllastbetrieb V mit unterer Drehzahl unterhalb
bzw. im Diagramm der 2 links von der fünften
Schaltlinie 27, während sich der Volllastbetrieb
VI mit mittlerer und oberer Drehzahl oberhalb bzw. rechts von der
fünften Schaltlinie 27 befindet. Die zuvor genannte
Steuerung 20 kann nun die Brennkraftmaschine 1 in
diesen unterschiedlichen Betriebszuständen I bis VI betreiben.
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In 3 sind
links verschiedene Ventilerhebungskurven der Auslassventile 3, 4 wiedergegeben, während
rechts unterschiedliche Ventilerhebungskurven der Einlassventile 5, 6 wiedergegeben
sind. Die Abszisse des Diagramms der 3 gibt die
Kurbelwellenwinkel wieder, wobei 0° KWW beim oberen Totpunkt
des Ladungswechselvorgangs positioniert ist. Links davon finden
sich negative Kurbelwellenwinkel, in denen die Hubverlaufskurven
der Auslassventile 3, 4 liegen, während
die Hubverlaufskurven der Einlassventile 5, 6 im
Wesentlichen bei positiven Kurbelwellenwinkeln liegen. Auf der Ordinate
ist im Diagramm der 3 der Ventilhub hv aufgetragen. Dabei
sind die realisierten Absolutwerte rein exemplarisch und ohne Beschränkung
der Allgemeinheit zu verstehen.
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Für
die Auslassventile 3, 4 deutet ein vertikaler
Pfeil 28 eine Hubverstellung zwischen großen Ventilhüben
und kleinen Ventilhüben an. Die Verlaufskurven für
die großen Ventilhübe der Auslassventile 3, 4 sind
dabei mit 29 und 30 bezeichnet, während
die Verlaufskurven der kleinen Ventilhübe der Auslassventile 3, 4 mit 31 bezeichnet
sind. Erkennbar sind zwei unterschiedlich große Ventilhübe,
nämlich ein größerer großer
Ventilhub 29 und ein kleinerer großer Ventilhub 30 für
die Auslassventile 3, 4 realisierbar. Beispielsweise
können verschiedenen Zylindern 2 unterschiedlich
große Auslassventilhübe 29, 30 zugeordnet
werden. Insbesondere ist denkbar, bei einem Acht-Zylinder-Motor
den Zylindern 3, 4, 5, 7 den größeren großen
Ventilhub 29 zuzuordnen und den Zylindern 1, 2, 6, 8 den
kleineren großen Ventilhub 30 zuzuordnen.
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Des
Weiteren ist für die Auslassventile 3, 4 mit
horizontalen Pfeilen 32 eine Phasenverschiebung angedeutet,
die es ermöglicht, die Ventilerhebungskurven 29, 30, 31 entlang
der Abszisse zu verschieben. Dabei werden die Steuerzeiten, insbesondere ein
nicht näher bezeichnetes Öffnungszeitfenster der Auslassventile 3, 4 bezogen
auf den links dargestellten Ausgangszustand nach rechts verschoben,
also nach spät. Die Verschiebung beträgt dabei
ca. 40° KWW. Die nach spät verschobenen Ventilerhebungskurven
werden für die großen Ventilhübe mit 29' bzw. 30' und
für die kleinen Ventilhübe mit 31' bezeichnet. Bemerkenswert
ist dabei, dass die Hubverstellung vorteilhafterweise so durchgeführt
wird, dass sich das durch den zeitlichen Abstand zwischen einem Öffnungszeitpunkt
und einem Schließzeitpunkt definierte Öffnungszeitfenster
des jeweiligen Auslassventils 3, 4 im Wesentlichen
hinsichtlich seines Öffnungszeitpunkts verändert.
Zumindest ist die Verschiebung des Öffnungszeitpunkts stärker
ausgeprägt als die Verschiebung des Schließzeitpunkts. Die
weiter links dargestellten Ventilerhebungskurven 29, 30, 31 der
Auslassventile 3, 4, also die nach früh verstellten
Ventilerhebungskurven 29, 30, 31 der Auslassventile 3, 4 definieren
dabei einen Ausgangszustand.
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Entsprechendes
gilt nun für die Einlassventile 5, 6.
Eine Ventilerhebungskurve 33 beschreibt den Hubverlauf
der großen Ventilhübe der Einlassventile 5, 6.
Die kleinen Ventilhübe sind durch Verlaufskurven 34, 35 beschrieben.
Erkennbar sind dabei zwei unterschiedlich große kleine
Ventilhübe realisierbar. Der kleinere Ventilhub 34 ist
dabei dem ersten Einlassventil 5 zugeordnet, während
der größere Ventilhub 35 dem zweiten Einlassventil 6 zugeordnet
ist. Im Unterschied dazu sind die großen Ventilhübe 33 der
beiden Einlassventile 5, 6 gleich groß.
Ein vertikaler Pfeil 36 deutet dabei die Verstellbarkeit
zwischen den einzelnen Ventilhüben 33, 34, 35 an.
Bemerkenswert ist auch hier, dass die Hubverstellung sich im Wesentlichen
nur auf ein Ende des Öffnungszeitfensters auswirkt, nämlich
auf den Schließzeitpunkt, während der Öffnungszeitpunkt
der Einlassventile 5, 6 während der Hubverstellung
im Wesentlichen konstant bleibt. Das bedeutet, dass durch die Variation
des Ventilhubs bei den Einlassventilen 5, 6 der Öffnungszeitpunkt
im Wesentlichen konstant bleibt, während der Schließzeitpunkt
stark variiert. Ferner sind für die Einlassventile 5, 6 durch
horizontale Pfeile 37 Phasenverschiebungen angedeutet, mit
denen die Ventilerhebungskurven 33, 34, 35 entlang
der Abszisse verschiebbar sind. Dabei ist eine Verschiebung in Richtung
früh, also zu kleineren Kurbelwellenwinkeln realisierbar.
Beispielsweise ist eine Verschiebung um ca. 50 bis 60° KWW
denkbar. Die nach früh verschobenen Ventilerhebungskurven
der Einlassventile 56 sind mit 33', 34', 35' bezeichnet. Die
weiter rechts dargestellten, also späten Erhebungskurven 33, 34, 35 definieren
dabei einen Ausgangszustand für die Einlassventile 5, 6.
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Im
Leerlaufbetrieb I wird die Drallklappe 15 permanent geschlossen
gehalten, so dass keine Frischluftzufuhr durch das zweite Einlassventil 6 möglich
ist. Ferner werden im Leerlaufbetrieb I für die Einlassventile 5, 6 und
für die Auslassventile 3, 4 jeweils die
kleinen Ventilhübe eingestellt.
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Mit
Bezug auf 3 bedeutet dies, dass im Leerlaufbetrieb
I die Einlassventile 5, 6 und die Auslassventile 3, 4 mit
ihren kleinen Ventilhüben 31, 34, 35 betrieben
werden. Desweiteren werden für die Einlassventile 5, 6 und
für die Auslassventile 3, 4 die Öffnungszeitfenster
des Ausgangszustands eingestellt. In diesem Ausgangszustand schließen
die Auslassventile 3, 4 im Bereich des oberen
Totpunkts, vorzugsweise am oberen Totpunkt oder kurz danach, also
in etwa bei 0° KWW, während die Einlassventile 5, 6 im
Bereich des oberen Totpunkts, also etwa bei 0° KWW öffnen.
Dabei kann eine geringe Ventilüberschneidung erwünscht
sein.
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Um
zum Teillastbetrieb II mit unterer Teillast zu gelangen, werden
die Öffnungszeitfenster für die Einlassventile 5, 6 bezogen
auf den Ausgangszustand nach früh verschoben, während
gleichzeitig die Öffnungszeitfenster für die Auslassventile 3, 4 bezogen
auf den Ausgangszustand nach spät verschoben werden. Die übrigen
Einstellungen bleiben erhalten. Insbesondere bleibt somit die Drallklappe 15 verschlossen
und die Einlassventile 5, 6 sowie die Auslassventile 3, 4 werden
mit ihren kleinen Ventilhüben 31', 34', 35' betrieben.
Durch die Verschiebung der Steuerzeiten der Auslassventile 3, 4 nach
spät und der Einlassventile 5, 6 nach
früh ergibt sich eine signifikant vergrößerte Überschneidung
der Öffnungszeiten im Bereich des oberen Totpunkts. Diese Überschneidung
kann bspw. von –40° KWW bis +20° KWW
reichen. Diese Überschneidung ermöglicht einen
vergleichsweise großen Restgasanteil im Brennraum 12.
Darüber hinaus wird durch das frühe Schließen
des Einlassventils bei einem kleinen Hub eine vorteilhafte Entdrosselung
ermöglicht bzw. verstärkt.
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Um
nun vom Teillastbetrieb II mit unterer Teillast in den Teillastbetrieb
III mit mittlerer Teillast zu wechseln, wird lediglich die Drallklappe 15 in
einen Offenzustand verstellt und darin offen gehalten. In der Folge
kann nun auch über den zweiten Einlassteilkanal 19 durch
das zweite Einlassventil 6 Frischluft in den Brennraum 12 gelangen.
Der Frischluftanteil wird dadurch erhöht. Die übrigen
Einstellungen können beibehalten werden. Insbesondere sind
die Öffnungszeitfenster der Einlassventile 5, 6 nach
früh verstellt, während die Öffnungszeitfenster
der Auslassventile 3, 4 nach spät verstellt
sind, und die Ventile 3, 4, 5, 6 werden
mit ihren kleinen Ventilhüben 31', 34' und 35' betätigt.
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Um
nun vom Teillastbetrieb III mit mittlerer Teillast in den Teillastbetrieb
IV mit oberer Teillast zu gelangen, werden zum einen die Öffnungszeitfenster für
die Auslassventile 3, 4 wieder nach früh
in den Ausgangszustand überführt, während
zum anderen die Öffnungszeitfenster für die Einlassventile 5, 6 wieder
nach spät in den Ausgangszustand überführt werden.
Desweiteren können entsprechend einer ersten Variante für
die Auslassventile 3, 4 und für die Einlassventile 5, 6 wieder
die großen Ventilhübe 29, 30, 33 eingestellt
werden. Entsprechend einer optional realisierbaren zweiten Variante
ist es ebenso möglich, nur für die Auslassventile 3, 4 und
für das erste Einlassventil 5 die großen
Ventilhübe 29, 30, 33 einzustellen,
während für das zweite Einlassventil 6 weiterhin
der kleine Ventilhub 35 eingestellt bleibt. Bei beiden
Ausführungsformen wird im Teillastbetrieb IV mit oberer
Teillast die Drallklappe 15 lastabhängig betätigt,
und zwar so, dass sie zwischen ihrer Schließstellung und
ihrer Offenstellung sowie wenigstens einer Zwischenstellung verstellt
werden kann, die sich zwischen der Offenstellung und der Schließstellung
befindet. Auf diese Weise kann die über das zweite Einlassventil 6 zugeführte
Frischluftmenge über die Drallklappe 15 intensiv
beeinflusst werden.
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Um
nun vom Teillastbetrieb IV mit oberer Teillast in den Volllastbetrieb
V mit unterer Drehzahl zu wechseln, werden wieder die Öffnungszeitfenster bezogen
auf den Ausgangszustand verschoben, und zwar für die Einlassventile 5, 6 nach
früh und für die Auslassventile 3, 4 nach
spät. Im Übrigen wird die Drallklappe 15 wie
zuvor lastabhängig oder bevorzugt drehzahlabhängig
betätigt. Für die Auslassventile 3, 4 und
für die Einlassventile 5, 6 sind jeweils
die großen Ventilhübe 29', 30', 33' eingestellt.
Alternativ kann die Drallklappe 15 im Volllastbetrieb V
mit unterer Drehzahl auch permanent vollständig offen gehalten
werden.
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Um
schließlich vom Volllastbetrieb V mit unterer Drehzahl
in den Volllastbetrieb VI mit mittlerer und oberer Drehzahl wechseln
zu können, wird die Drallklappe 15 nun permanent
geöffnet bzw. offen gehalten und die Öffnungszeitfenster
der Auslassventile 3, 4 und der Einlassventile 5, 6 werden
drehzahlabhängig zwischen den in 3 gezeigten
maximal verstellten Zuständen und dem Ausgangszustand sowie
wenigstens einem dazwischen liegenden Zwischenzustand verstellt.
So werden die Auslassventile 3, 4 ausgehend vom
maximal nach spät verstellten Zustand drehzahlabhängig
mehr oder weniger stark in Richtung Ausgangszustand verstellt, während
die Einlassventile 5, 6 ausgehend von maximal
nach früh verstellten Zustand drehzahlabhängig
mehr oder weniger in Richtung Ausgangszustand verstellt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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-
Zitierte Patentliteratur
-
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