Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Erhöhung einer Zylinderladung unter
Nutzung einer Impulsklappe zu erzielen.
Diese
Aufgabe wird mit einer Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen
des Anspruches 1 sowie mit einem Verfahren zur Steuerung einer Impulsklappe
mit den Merkmalen des Anspruches 4 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen
und Weiterbil dungen sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben.
Eine
erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine
mit zumindest jeweils einem Einlaß- und einem Auslaßventil,
die einem Zylinder zugeordnet sind, sowie zumindest einer Impulsklappe,
die in einem Saugrohr zwischen einem Sammler und dem Einlaßventil
angeordnet ist und eine Steuerung hat, weist die Steuerung derart
auf, daß diese
eine Mehrfachöffnung
der Impulsklappe in einem Saughub des Zylinders implementiert hat.
Dadurch gelingt, daß mehrere
kurze Einlaßmassenstromimpulse
erzeugt werden können.
Dadurch wird die Zylinderladung erhöht. Die Impulsklappe wird hierfür während eines Ansaughubes
des Zylinders mehrfach kurz geöffnet und
wiederum geschlossen. Die Impulsklappe erzeugt somit nicht einen
einzigen Einlaßmassenstromimpuls.
Vielmehr erzeugt sie mehrere Massenstromimpulse, die voneinander
getrennt während
des einen Saughubes des Zylinders erzeugt werden.
Die
Erzeugung vom mehreren hintereinander angeordneten Einlaßmassenstromimpulsen
erlaubt eine Reduzierung einer Höhe
des Massenstromimpulses gegenüber
herkömmlichen Öffnungsverfahren.
Auf diese Weise lassen sich die durch einen ausgelösten Massenstromimpuls
erzeugten Strömungsverluste
reduzieren. Dadurch kann das Einlaßmassenintegral gesteigert
werden. Insbesondere erlaubt eine mehrfache Einlaßmassenstromimpulserzeugung
eine Minimierung von Strömungsverlusten gegenüber einem
vergleichbaren einzigen Einlassmassenstromimpulses.
Des
weiteren erlaubt die Erzeugung von mehreren kurzen, hintereinander
eingeordneten Einlaßmassenstromimpulsen
eine Steigerung einer an der Impulsklappe anliegenden Differenzdruckänderung.
Bei einem einzigen Massenstromimpuls während einer Ansaugphase des
Zylinders ist der Differenzdruck zu begrenzen, um nicht ein kritisches Druckverhältnisses über der
Impulsklappe und insbesondere ein überkritisches Druckverhältnis über die Impulsklappe
zu überschreiten.
Durch das mehrfache Öffnen
der Impulsklappe kann jedoch der Differenzdruck so gesteuert werden,
daß vor
dem Aufbau eines derartigen kritischen bzw. überkritischen Druckverhältnisses
ein kurzer Massenstromimpuls ausgelöst wird. Ein sich nachfolgend
aufbauender Druck, auch in Form beispielsweise von starken Druckschwingungen,
kann wieder genutzt werden, die Druckverhältnisse über die dann wieder geschlossene
Impulsklappe nutzen zu können.
Insbesondere erlaubt die Steuerung, daß die Impulsklappe so geöffnet wird,
daß ein
unterkritisches Durchströmen
ermöglicht
wird. Dieses begrenzt die ansonsten auftretenden Verluste über die
Impulsklappe.
Weiterhin
erlaubt die mehrfache Öffnung
der Impulsklappe während
der Saugphase insbesondere die Anwendung bei Verbrennungskraftmaschinen,
in denen starke Druckfluktuationen im Saugrohr herrschen, die einen
Einsatz derartiger Mittel bisher nicht ermöglichten.
Eine
Weiterbildung sieht vor, dass nach einem ersten Öffnen der Impulsklappe diese
wieder geschlossen wird. Das Schließen kann dabei vollständig erfolgen.
Er kann jedoch auch nur zu einem Teil erfolgen, insbesondere so,
dass sich über
die Impulsklappe wieder ein Druckunterschied aufbauen kann. Auch
können Öffnungen
und Schließungen
der Impulsklappe unterschiedlich gesteuert werden, insbesondere
in Abhängigkeit
von einer Druckdifferenz, die über
der Impulsklappe anliegt. Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung wird diese Druckdifferenz direkt oder indirekt
ermittelt, wobei aus der Druckdifferenz eine Schaltung der Impulsklappe
abgeleitet wird. Beispielsweise wird die Impulsklappe dann geöffnet, wenn
ein anliegender Staudruck eine Größe erreicht, bei ein ausgelöster Impulsmassenstrom
eine Ladungserhöhung
erzielt, ohne dass die dafür
aufzuwendende Energie beispielsweise zum Öffnen der Impulsklappe und
eventueller Strömungsverluste
einen Grenzwert überschreitet.
Der Grenzwert kann einstellbar vorgegeben werden. Er kann jedoch
auch rechnerisch ermittelt werden. Insbesondere wird gemäß einer
Ausgestaltung ein kritisches Druck verhältnis definiert, bis zu dem
ein Öffnen
der Impulsklappe ausgeführt.
Liegt das Druckverhältnis
darüber,
wird die Impulsklappe nicht geöffnet.
Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass eine Bandbreite eines
Druckverhältnisses
vorgegeben wird, innerhalb dessen eine Schaltung der Impulsklappe
erfolgt.
Im übrigen ist
der Begriff „Impulsklappe" nicht beschränkend bezüglich einer
Geometrie oder einer Gestalt dieses Bauteils zu verstehen. Vielmehr kann
die Klappe ein oder mehrere Bestandteile aufweisen, insbesondere
unterteilt sein, zumindest abschnittsweise rund, eckig und/oder
gebogen sein, sich über
den gesamten Querschnitt oder auch nur teilweise über diesen
erstrecken, ein oder mehrere Werkstoffe aufweisen, in Verbindung
mit ein oder mehreren Stellmitteln stehen, die beispielsweise Federn
und/oder federartige Mittel, Magnete, insbesondere Elektromagnete,
mechanische Vorrichtungen und ähnliches
aufweisen können.
Die Impulsklappe kann sich beispielsweise zentral oder randseitig öffnen, auf-
und zuklappen oder sich blendenartig öffnen und schließen.
Eine
Möglichkeit
einer Anordnung wie auch einer Bauform einer Impulsklappe geht beispielsweise
aus
DE 199 08 435
A1 hervor. Weitere Beispiele von Anordnungen, Bauformen
und Auch Ansteuerungen gehen beispielsweise aus der
EP 0 141 165 A2 , aus der
DE 40 30 760 A1 ,
aus der
DE 1 500 159 C und
aus der
DE 37 41 880
A1 . Auf diese Dokumente wird im Rahmen dieser Offenbarung
bezüglich
der Anordnung, der Ausgestaltung wie auch der Stellmittel verwiesen,
wobei jeweils unterschiedliche Merkmale aus verschiedenen Dokumenten
miteinander kombiniert werden können.
Auch
kann das Saugrohr, in dem die Impulsklappe angeordnet ist, entsprechend
an die Verbrennungskraftmaschine, deren Betriebsbereiche und an die
Steuerung der Impulsklappe angepasst sein. Beispielweise wird im
Rahmen dieser Offenbarung diesbezüglich auf die
DE 40 31 886 A1 wie auch
auf die
DE 37 37 828
A1 verwiesen.
Gemäß einer
Ausgestaltung ist vorgesehen, daß ein Kennfeld für ein Steuergerät hinterlegt
ist, daß ein
in Abhängigkeit
von einem Betriebsbereich der Verbrennungskraftmaschine sich verschiebende Öffnung und
Schließung
der Impulsklappe aufweist. Hierbei können ein oder mehrere Kennfelder
genutzt werden, wobei auch mehrere Abhängigkeiten hierin erfaßt sein
können.
Der Betriebsbereich der Verbrennungskraftmaschine wird beispielsweise über eine Umdrehungsgeschwindigkeit
der Verbrennungskraftmaschine erfaßt. Weiterhin kann jedoch auch
eine Last erfaßt
werden. Das Steuergerät
ist vorzugsweise in eine Motorsteuerung integriert. Auch kann das Steuergerät von der
Motorsteuerung getrennt vorliegen und von dieser angesteuert werden.
Dabei kann beispielsweise die Motorsteuerung als übergeordnetes
Steuergerät
das entsprechende Kennfeld aufweisen. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung
ist vorgesehen, daß das
Steuergerät,
welches getrennt vom Motorsteuergerät vorhanden ist, ein oder mehrere Kennfelder
hinterlegt aufweist.
Eine
Weiterbildung sieht vor, daß eine
Zeitdauer der Öffnung
der Impulsklappe vom Betriebsbereich der Verbrennungskraftmaschine
abhängig
ist. Insbesondere bei niedriger werdenden Umdrehungszahlen kann
die Zeitdauer der Öffnung
der Impulsklappe abnehmen. Vorzugsweise wird bei einer niedrigeren
Umdrehungsgeschwindigkeit eine mehrfache Impulsklappenöffnung erzeugt,
die ein oder mehr Öffnungen
aufweist als ein Betriebsbereich der Verbrennungskraftmaschine mit
höheren
Umdrehungszahlen.
Gemäß einer
Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Verbrennungskraftmaschine
als langhubiger Motor ausgeführt
wird. In Verbindung mit der mehrfach öffnenden Impulsklappe erlaubt
die dadurch erzielte Impulsaufladung eine besonders gute Befüllung der
Zylinder.
Vorzugsweise
wird eine Zwangssteuerung der Impulsklappe nicht nur während des Öffnens sondern
auch zum Schließen
ausgeführt.
Gemäß einer Weiterbildung
ist vorgesehen, dass die Impulsklappe mit einer Rückstellkraft
permanent beaufschlagt ist, wenn sie sich in einer Öffnungsposition
befindet. Wird eine Öffnungskraft
unterbrochen, erfolgt eine Rückstellung
in eine Schließposition
durch die Rückstellkraft.
Insbesondere
ermöglicht
gemäß einer
anderen Weiterbildung die Verwendung der Impulsklappe in Verbindung
mit einer Steuerung den Einsatz bei Verbrennungskraftmaschinen,
die starke Druckschwingungen und/oder Druckschwankungen im Saugrohr
aufweisen.
Vorzugsweise
weist die Verbrennungskraftmaschine neben der Impulsklappe und der
zugehörigen
Steuerung eine weitere Auflademöglichkeit
der Verbrennungskraftmaschine auf. Gemäß einer Ausgestaltung ist die
Steuerung der Impulsklappe im Verbund einer kombinierten Aufladung
vorgesehen. Dabei wirkt die durch die Impulsklappe ermöglichte
Impulsaufladung als Aufladeeinrichtung in einem Betriebsbereich
der Verbrennungskraftmaschine, während
in einem anderen Betriebsbereich ein anderes Aufladsystem wirksam
ist. Gemäß einer
anderen Ausgestaltung ist die Steuerung der Impulsklappe in Form
eine Hybridaufladung vorgesehen. Dabei wird die Impulsklappe als
Zusatzaufladesystem verwendet, dass eine Aufladung durch ein anderes
System verstärkt.
Bei der kombinierten Aufladung ist beispielsweise vorgesehen, daß die Steuerung
der Impulsklappe derart erfolgt, daß damit ein Resonanzsystem
in einem Aufladesystem abgelöst
werden kann.
Als
zusätzliche
Aufladesysteme können
Abgasturbolader wie auch mechanische Lader eingesetzt werden. Auch
kann mittels dynamischer Aufladung durch Veränderung der Saugrohrlänge die
Befüllung
des Zylinders verbessert werden. Als Abgasturbolader können beispielsweise
Wastegate-Lader, VTG-Lader und/oder VST-Lader eingesetzt werden. Als
mechanische Lader sind beispielsweise mechanische Verdrängerlader
mit innerer Verdichtung wie beispielsweise Hubkolbenlader oder Schraubenlader oder
ohne innere Verdichtung wie beispielsweise beim Roots-Lader eingesetzt
werden. Auch kann ein Druckwellenlader wie beispielsweise ein Comprex-Lader
eingesetzt werden.
Die
zusätzliche
Aufladung kann beispielsweise in Form einer Registeraufladung und/oder
in Form einer zweistufigen geregelten Aufladung erfolgen. Auch kann
in diese die Impulsaufladung mittels der schaltbaren Impulsklappe
integriert sein.
Gemäß einer
Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Aufladesystem über ein
Steuergerät
geschaltet werden, wobei das Steuergerät in die Motorsteuerung integriert
sein kann.
Insbesondere
gestattet der Aufbau der Steuerung die Nutzung der Impulsklappe
für Zwei-, Vier-Zylinder-Motoren
oder andere Zylinderzahlen. Da Resonanzsysteme aufgrund der Zündfolge
nur bei Drei-Zylindern und vielfachen dieser Zylinderfolge eingesetzt
werden konnten, erlaubt die vorliegende Erfindung eine Ausweitung
von kombinierten Aufladesystemen auch auf andere Zylinderzahlverhältnisse.
Die
Impulsklappe kann bei Benzin- wie auch bei Dieselverbrennungskraftmaschinen
eingesetzt werden. Sie kann im Stationärbetrieb wie auch in instationär betriebenen
Verbrennungskraftmaschinen Verwendung finden.
Auch
kann die Impulsklappe und deren Ansteuerung so geschaltet werden,
dass eine Ventilüberschneidung
von Einlaß-
und Auslassventil mitunterstützt
wird. Die Impulsklappe wird beispielsweise so geschaltet, dass ein
Spüldruckgefälle ausgenutzt wird.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass eine Druckspeicherung
zwischen der Impulsklappe und dem Einlassventil erzeugt wird, die
insbesondere für eine
Restgasausspülung
eingesetzt werden kann. Vorzugsweise wird die Impuls klappe in Abstimmung der Öffnungen
der Einlass- und der Auslassventile geschaltet. Die Impulsaufladung
mittels der Impulsklappe kann ebenfalls in Abstimmung mit der Schaltung
eines AGR-Ventils ausgeführt
werden, um eine Abgasrückführung zu
unterstützen.
Gemäß einem
weiteren Gedanken der Erfindung wird ein Verfahren zu Steuerung
einer Impulsklappe zur Verfügung
gestellt, wobei die Impulsklappe vor einem Einlassventil eines Zylinders
einer Verbrennungskraftmaschine in einem Saugrohr angeordnet ist,
zur Erhöhung
einer Zylinderladung, wobei während
eines Saughubes des Zylinders die Impulsklappe zumindest in einem
Betriebsbereich zumindest zweifach geöffnet wird.
Vorzugsweise
sieht das Verfahren vor, dass die Impulsklappe während des Saughubes des Zylinders
zumindest zweifach geöffnet
und geschlossen wird. Insbesondere wird beabsichtigt, dass mehrfach während eines
Saughubes des Zylinders ein impulsartiger Ansaugstau vor der Impulsklappe
erzeugt wird. Eine Weiterbildung sieht vor, dass ein mehrfacher
Einlassmassenstromimpuls erzeugt wird, dessen Integral über den
Einlassmassenstrom größer ist im
Vergleich zu einem einzelnen Einlassmassenstromimpuls gleicher Zeitdauer.
Eine andere Weiterbildung sieht vor, dass eine Druckspeicherung
in einem Vorraum zwischen der Impulsklappe und dem Einlassventil
angewendet wird. Vorzugsweise wird die Impulsklappe geöffnet, wenn
ein dem Einlassventil zugeordnetes Auslassventil geöffnet ist.
So kann eine Ventilüberschneidung
mittels Impulsaufladung unterstützt
werden.
Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen gehen aus der nachfolgenden Zeichnung
hervor. Die dort dargestellten Weiterbildungen sind jedoch nicht
beschränkend
auszulegen, sondern die dort beschriebenen Merkmale können insbesondere
mit den oben schon beschriebenen Merkmalen zu weiteren Ausgestaltungen
kombiniert werden. Es zeigen:
1 eine
schematische Ansicht eines Zylinders mit einer vor einem Einlassventil
angeordneten Impulsklappe,
2 einen
Verlauf einer Impulsklappenöffnung
in einem ersten Betriebsbereich,
3 einen
Verlauf einer Impulsklappenöffnung
in einem zweiten Betriebsbereich,
4 einen
Verlauf einer Impulsklappenbetätigung
in einem dritten Betriebsbereich,
5 einen
ersten Druckverlauf zwischen einer Impulsklappe und einem Einlassventil
und einen zweiten Druckverlauf eines Zylinderdruckes in einem Betriebsbereich
entsprechend dem aus 3,
6 einen
Massenstromverlauf entsprechend zum Druckverlauf aus 5 im
gleichen Betriebsbereich und
7 einen
Verlauf einer Impulsklappenbetätigung
entsprechend zum Druckverlauf aus 5 und zum
Massenstromausgleich aus 6.
1 zeigt
eine schematische Ansicht einer Verbrennungskraftmaschine 1 mit
zumindest einem Zylinder 2, der zumindest jeweils ein Einlassventil 3 und
ein Auslassventil 4 aufweist. Dem Einlassventil 3 ist
in einem Saugrohr 5 eine Impulsklappe 6 vorgeordnet.
Die Impulsklappe 6 kann gesteuert geöffnet wie auch vorzugsweise
gesteuert geschlossen werden. Hierzu weist die Verbrennungskraftmaschine 1 beispielsweise
eine Stellvorrichtung 7 auf. Die Stellvorrichtung 7 wird
gemäß der dargestellten
Ausgestaltung der Verbrennungskraftmaschine 1 über ein Steuergerät 8 angesteuert.
Das Steuergerät 8 kann in
ein Motorsteuergerät 9 integriert
sein. Das Steuergerät 8 kann
jedoch auch von dem Motorsteuergerät 9 getrennt vorliegen.
Beispielsweise kann das Motorsteuergerät 9 ein oder mehrere Kennfelder 10 hinterlegt
aufweisen, über
die die Stellvorrichtung 7 angesteuert wird. Die Kennfelder
decken die Betriebsbereiche der Verbrennungskraftmaschine 1 ab
und sind insbesondere derart ausgelegt, dass zumindest ein mehrfaches Öffnen der
Impulsklappe 6 während
eines Saughubes der Verbrennungskraftmaschine 1 gewährleistet
wird. Hierzu wird über
einen nicht näher
dargestellten Sensor beispielsweise die Umdrehungsgeschwindigkeit
der Verbrennungskraftmaschine 1 ermittelt. Dieser Wert
geht in das Motorsteuerungsgerät 9 ein,
so dass mit diesem und eventuellen weiteren Werten auf einen Zustand
der Impulsklappe 6 geschlossen werden kann. Beispielsweise kann
dieser Zustand „Schließen" oder „Öffnen" sein.
Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung erfolgt eine Kennfeldsteuerung über das
Steuergerät 8, dass
die dafür
benötigten
Kennfelder hinterlegt aufweist. Beispielsweise kann von dem Motorsteuergerät 9 ein
Abgleich mit dem Steuergerät 8 erfolgen,
um eine Zeitablauffolge und Überprüfung sicherzustellen.
Insbesondere kann das Motorsteuergerät 9 auch redundant
zum Steuergerät 8 ausgebildet
sein: bei einem Ausfall des Steuergerätes 8 übernimmt
das Motorsteuergerät 9 den
weiteren Betrieb der Impulsklappe 6. Weiterhin kann das
Steuergerät 8 auch
weitere Funktionen aufweisen, beispielsweise als Ventilsteuergerät bei elektro-magnetischen
Ventilen oder anders betätigten
Ventilen dienen.
Weiterhin
ist gemäß der dargestellten
Ausgestaltung der Verbrennungskraftmaschine 1 eine Aufladevorrichtung 11 im
Saugrohr 5 vorgesehen. Die Aufladevorrichtung 11 kann
vor einem Sammler angeordnet sein, in dem zwei oder Saugrohre eine Mündung aufweisen.
Der Sammler ist hier nicht näher
dargestellt. Die Aufladevorrichtung 11 kann jedoch auch
erst einem Sammler nachgeordnet sein. Vorzugsweise ist die Aufladevorrichtung 11 derart, dass
sie in abgestimmter Weise mit der Impulsaufladung mittels der Impulsklappe 6 betrieben
werden kann.
2 zeigt
einen Verlauf einer Impulsklappenöffnung in einem ersten Betriebsbereich
einer 4-Zylinder-Verbrennungskraftmaschine.
Diese wird bei 2000 Umdrehungen/Minute betrieben. Eingezeichnet
ist, dass nach Durchlaufen des oberen Totpunktes des Ladungswechsels
(LWOT) bei 360° Kurbelwinkel
der Ansaughub beginnt, in dessen Verlauf die Impulsklappe zur Erzeugung
von Massenimpulsen zweimal geöffnet
und dazu entsprechend geschaltet wird. Der Verlauf der Klappenöffnung wie auch
der Klappenschließung
ist dabei vorzugsweise so wie dargestellt geradlinig verlaufend.
Der Verlauf kann jedoch auch einer anderen Form folgen, die beispielsweise
einen gebogenen Verlauf, insbesondere eine hyperbelartigen Verlauf
besitzt. Auch können
die Klappenöffnung
und die Klappenschließung
jeweils einen unterschiedlichen Verlauf aufweisen. Weiterhin besteht
die Möglichkeit,
dass ein Verlauf einer Öffnung
bzw. Schließung
der Impulsklappe ein Plateau aufweist. Die Impulsklappe wird in
einem derartigen Falle beispielsweise nicht vollständig geöffnet bzw. geschlossen.
Die Öffnungsdauer
der Impulsklappe kann unterschiedlich sein. Vorzugsweise erfolgt
die Öffnungsdauer
in Abhängigkeit
von einem Druckgefälle über die
Impulsklappe und deren Abbau nach Öffnung derselben. Da ein Druckgefälleabbau
insbesondere auch von den Strömungsbedingungen
im Zylinder abhängt,
können
die einzelnen Öffnungszeiten der
Impulsklappe auch unterschiedliche Längen aufweisen. Beispielsweise
ist gemäß einer
ersten Ausgestaltung eine erste Öffnungsdauer
kürzer
als eine nachfolgende zweite. Gemäß einer zweiten Ausgestaltung
verhält
es sich umgekehrt. Weiterhin kann sich der Abstand zwischen zwei Öffnungszeiten
der Impulsklappe derart verkürzen,
dass dieser Abstand geringer ist als die Öffnungsdauer der Impulsklappe. Auch
kann die Gradient der Öffnung
und damit die Schnelligkeit der Öffnung
wie auch der Schließung der
Impulsklappe verschieden sein.
Weiterhin
kann die Schließung
der Impulsklappe zu einem Zeitpunkt ausgelöst werden, an dem sich der
Kolben noch in der Saugphase befindet. Der eigentliche Schließungsvorgang
jedoch vollzieht sich auch noch über
einem Zeitpunkt hinfort, bei dem der Kolben eine Bewegungsumkehr
vollzieht und seine Saugphase beendet hat. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung
kann eine Öffnung
der Impulsklappe auch dann noch erfolgen, wenn beispielsweise der
untere Totpunkt durch den Kolben schon durchlaufen wurde. Weitere Öffnungsmöglichkeiten
bzw. Schließungsmöglichkeiten
gehen auch aus den nachfolgenden Figuren hervor.
3 zeigt
einen Verlauf einer Impulsklappenöffnung in einem zweiten Betriebsbereich
der aus 2 bekannten Verbrennungskraftmaschine.
Hierbei wird die Verbrennungskraftmaschine bei 1500 Umdrehungen/Minute
betrieben. Gegenüber
dem Betriebspunkt aus 2 wird ein ausreichendes Druckgefälle schon
früher
erreicht. Auch ist der Abstand zwischen zwei Öffnungen größer im Vergleich zum Abstand
in 2. In 2 wie auch in 3, 4 und 7 ist
auf der Y-Achse eine normierte Klappenöffnung angegeben. Diese ist
auf eine 100% geöffnete
Impulsklappe bezogen. Dadurch gelingt es, unterschiedliche Klappengeometrien
miteinander vergleichen zu können.
4 zeigt
einen andere Verlauf einer Impulsklappenbetätigung in einem dritten Betriebsbereich
der Verbrennungskraftmaschine aus 2. Hierbei
erfährt
die Impulsklappe drei Öffnungs-
und Schließungsansteuerungen.
Die erste Öffnung
erfolgt dabei zur einem Zeitpunkt, in dem sich der Kolben noch nicht
ganz im oberen Totpunkt des Ladungswechsels befindet. Eine erste Öffnung der
Impulsklappe kann daher schon erzielt werden zu einem Zeitpunkt,
an dem die Saugphase durch Umkehrung der Bewegung des Kolbens noch
nicht begonnen hat. Weiterhin geht aus 4 hervor,
dass der zweite Impulsmassenstrom durch die Impulsklappe kurz nach
dem ersten Impulsmassenstrom in den Zylinder geführt wird. Der nachfolgende
drit te Impulsmassenstrom dagegen erfolgt erst mit weiterem, längerem Kurbelwellenversatz.
Insbesondere kann es vorteilhaft sein, wenn beispielsweise ein erster
kurzer Impulsmassenstrom ausgelöst
wird, gefolgt von einem größeren Impulsmassenstrom
und anschließend
von einem wieder kleinerem Impulsmassenstrom.
Bei
dem in 4 dargestellten Betriebspunkt weist die von 2 bekannte
Verbrennungskraftmaschine eine Umdrehungsgeschwindigkeit von 1000
Umdrehungen/Minute auf.
5 zeigt
einen ersten Druckverlauf P1 zwischen einer Impulsklappe und einem
Einlassventil und einen zweiten Druckverlauf P2 eines Zylinderdruckes
in einem Betriebsbereich einer Verbrennungskraftmaschine entsprechend
dem aus 3. Zur besseren Übersicht
ist dieser nochmals als 7 mitangegeben. Beide Druckverläufe P1,
P2 geben den jeweiligen Einfluß durch Öffnung und
Schließung der
Impulsklappe an. Wenn im Bereich des oberen Totpunktes beim Ladungswechsel,
also etwa bei 360° Kurbelwinkel,
das Einlassventil geöffnet
wird und kurz darauf ebenfalls die Impulsklappe geöffnet wird,
wird ein Druckstau vor der Impulsklappe abgebaut. Daher fällt der
erste Druckverlauf P1 auch ab und gleicht sich mit dem zweiten Druckverlauf
P2 im Zylinder aus. Insbesondere erfolgt der Massenstromimpuls derart,
dass innerhalb von wenigen Kurbelwinkelgraden dieser Ausgleich vollzogen
ist, insbesondere innerhalb von weniger als 40° Kurbelwinkelumdrehung, vorzugsweise
weniger als 30° Kurbelwinkelumdrehung.
Aufgrund des vor einer Öffnung der
Impulsklappe schon geöffneten
Auslassventils weist der Druckverlauf P2 einen schwingungsähnlichen,
langsam abnehmenden Verlauf auf, in den der erste Druckverlauf P1
einläuft.
Wie
aus 5 ersichtlich, ermöglicht der erste Massenstromimpuls
eine Aufladung des Druckes im Zylinder. Diesem folgt auch der Druck
im Saugrohr bis zur Impulsklappe. Bei Beginn des Schließens der
Impulsklappe bei etwa 405° Kurbelwinkelum drehung
hat der Druck wieder eine Druckspitze, obwohl der Kolben aufgrund
seiner Abwärtsbewegung
sich in der Saugphase befindet und das Brennraumvolumen sich stetig
vergrößert. Nachdem die
Impulsklappe bei etwa 420° Kurbelwinkelumdrehung
geschlossen ist, fällt
der Druck jedoch wieder ab. Der Druckabfall erfolgt sehr steil und
reißt
erst dadurch wieder ab, dass die Impulsklappe erneut geöffnet wird.
Dieses geschieht bei etwa 495° Kurbelwinkelumdrehung.
Hierbei ist zu beachten, dass das Druckgefälle über die Impulsklappe sich derart
aufgebaut hat, dass eine erneute Impulsaufladung zu einem Wiederansteigen
der Druckverläufe
P1, P2 trotz weiterer Brennraumzunahme durch den abwärtsfahrenden
Kolben verursacht wird. Insbesondere weist die zweite Impulsaufladung
eine derartige Stärke
auf, dass dadurch ein Druckwert entsprechend der ersten Druckspitze
erreicht wird. Auf diese Weise gelingt es bei der anschließenden Richtungsumkehr
der Bewegung des Kolbens mit einem Druck einen Verdichtungshub beginnen
zu können,
der oberhalb des Umgebungsdruckes, insbesondere oberhalb von 1,3
bar, und vorzugsweise mindesten 1,5 bar beträgt.
Nachdem
das Einlassventil wieder geschlossen wurde, nimmt der Druckverlauf
P1 auch wieder seinen Eingangsdruck an.
6 zeigt
einen Massenstromverlauf entsprechend zum Druckverlauf aus 5 im
gleichen Betriebsbereich. Dabei ist der Massenstrom aufgezeichnet,
der durch das Einlassventil in den Zylinder überströmt. Einerseits ist deutlich
zu erkennen, dass schon kurz vor der ersten Öffnung der Impulsklappe durch
die Öffnung
des Einlaßventiels
eine Massenstromfluß einsetzt.
Dieser Massenstromfluß senkt sich
jedoch wieder ab, da zu diesem Zeitpunkt die zwischen der Impulsklappe
und dem Einlassventil befindliche Masse schon zum Großteil in
den Zylinder eingeströmt
ist. Dadurch entseht an der Impulsklappe ein Unterdruck, wie er
auch in 5 ersichtlich ist. Jedoch wird
durch den ersten Massenimpulsstrom aufgrund des Öffnens der Impulsklappe der Massenstrom
wieder erhöht.
Wird die Impulsklappe wieder geschlossen, entsteht zwischen dieser
und dem Zylinder eine Schwingung. Diese Schwingung mit abnehmender
Amplitude führt
allerdings weiter zu einem Einströmen eines Massenstromes in
den Zylinder.
Durch
das zweite Öffnen
der Impulsklappe ändert
sich der Massenstrom jedoch wieder erheblich. Der Massenstrom erreicht
dabei werte, die mindestens doppelt so groß sind wie diejenigen während des
ersten Massenstromimpulses. Insbesondere können Massenströme von mehr
als 0,15 kg/s erreicht werden. Wird die Ventilklappe wieder geschlossen,
beginnen die Schwingungen zwischen der Ventilklappe und dem Zylinder
erneut. Dabei entstehen jedoch auch Massenströme, die aus dem Zylinder hin
zur Impulsklappe fließen.
Dieses wird insbesondere dadurch ermöglicht, dass zu diesem Zeitpunkt
der Kolben seine Bewegungsrichtung umdreht und das Einlassventil
noch nicht wieder vollständig geschlossen
ist. Ist das Einlassventil geschlossen, endet auch die Massenstromschwingung.