AT500663B1 - Verfahren zum betreiben einer mehrzylinder- brennkraftmaschine - Google Patents

Description

2 AT 500 663 B1

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine, welche pro Zylinder Ein- und Auslassventile, sowie ein Zusatzventil aufweist, wobei jedes Zusatzventil einen in einen - für mehrere Zylinder gemeinsamen - Druckbehälter mündenden Strömungsweg steuert, wobei vorzugsweise Zusatzventile und Druckbehälter Teil einer Motor-5 bremseinrichtung sind.

Aus den Veröffentlichungen AT 004.963 U1 und AT 006.341 U1 sind Mehrzylinder-Brenn-kraftmaschinen bekannt, welche zusätzlich zu den Ein- und Auslassventilen pro Zylinder jeweils ein Bremsventil aufweisen. Alle Bremsventile der Brennkraftmaschinen steuern in einen ge-io meinsamen rohrförmigen Druckbehälter mündende Strömungswege, so dass bei Betätigung der Bremsventile ein Gasaustausch zwischen den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine möglich ist. Bei der AT 004.963 U1 werden die Bremsventile zweimalig, und zwar das erste Mal nahe dem oberen Totpunkt des Hochdrucktaktes, und das zweite Mal kurz nach dem Schließen des Einlassventils geöffnet. Durch den ersten Bremsventilhub wird das Brems-Rail mit Druckluft 15 gefüllt und die Expansionsarbeit des Zylinders verringert, wodurch die Bremsleistung entsteht. Durch das zweite Öffnen des Bremsventils strömt die verdichtete Luft aus dem Brems-Rail zurück in den Brennraum. Bei der AT 006.341 U1 werden die Bremsventile und das Brems-Rail zur Verbesserung der Kaltstarteigenschaften der Brennkraftmaschinen benutzt. Dabei wird eine erste Gruppe von Bremsventilen während des Kompressionstaktes geöffnet, um den Druckbe-20 hälter mit Ladeluft zu beladen. Eine zweite Gruppe von Bremsventilen wird in einem Zeitfenster im Bereich des Endes des Einlasstaktes und dem Beginn des Kompressionstaktes geöffnet, um komprimierte Ladeluft aus dem Druckbehälter in die Zylinder der zweiten Gruppe zuzuführen. Die Zylinder der ersten Gruppe werden dabei als Kompressor durch die Zylinder der zweiten Gruppe angetrieben. 25

Es ist bekannt, einen Teil der durch den Verdichter verdichteten Luft um die Brennkraftmaschine herum direkt in den Abgasstrom vor der Turbine zu leiten, um den Wirkungsgrad des Abgasturboladers in bestimmten Betriebsbereichen zu erhöhen. Die Umblasemenge kann dabei über ein Umblaseventil entsprechend den Erfordernissen im Motorkennfeld variabel eingestellt wer-30 den. Die DE 32 25 867 A1 zeigt beispielsweise eine Brennkraftmaschine, bei der Auslassleitung und Einlassleitung über eine solche Umblaseleitung miteinander verbunden sind.

Durch Einfügen einer Umblaseleitung kann der Volumenstrom durch den Verdichter erhöht werden. Die direkte und gewünschte Folge ist ein Wegbewegen von der Pumpgrenze des 35 Verdichters. Dieses Prinzip wird bei aufgeladenen Otto-Brennkraftmaschinen angewendet. Zur betriebszustandsabhängigen Steuerung müssen dabei aber relativ aufwendige Maßnahmen gesetzt werden, damit das Motorbetriebsverhalten bzw. die Fahrbarkeit nicht in unerwünschter Weise, sowohl in stationären, als auch in transienten Betriebszuständen, beeinflusst wird. 40 Weitere Umblaseeinrichtungen sind aus der AT 002.540 U1 und der AT 005.139 U1 bekannt. Das Umblasen hat bei gefeuertem Motor und niedriger Motordrehzahl den Vorteil, dass der Wirkungsgrad des Turboladers verbessert werden kann, indem ein Teil der Ladeluft an der Brennkraftmaschine vorbei direkt vor die Turbine befördert wird. 45 Es ist weiters bekannt, bei Großmotoren ein Umblasen durch hohe Ventilüberschneidung zu erzeugen. Da zumeist eine nicht variable Ventilbetätigung mit fixer Geometrie verwendet wird, ist die Umblaseeinrichtung nicht abschaltbar. Weiters sind relativ große Kolbentaschen im Kolben erforderlich, welche sich nachteilig auf den Verbrennungsvorgang auswirken können. so Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren zum Betreiben einer eingangs beschriebenen Mehrzylinder-Brennkraftmaschine vorzuschlagen, mit welchem auf möglichst einfache Weise ein Umblasevorgang realisiert werden kann.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass zumindest in einem Motorbetriebsbereich 55 das Zusatzventil zumindest eines ersten Zylinders oder einer Gruppe von ersten Zylindern 3 AT 500 663 B1 während des Einiasstaktes und das Zusatzventil zumindest eines zweiten Zylinders oder einer Gruppe von zweiten Zylindern während des Auslasstaktes zumindest einmal geöffnet wird, so dass Ladeluft über den Druckbehälter zumindest teilweise in den Abgasstrang stromaufwärts einer Turbine eines Abgasturboladers geleitet wird. 5

Die Zusatzventile werden dabei im Bereich der Gaswechsel-Takte geöffnet. Vorzugsweise wird dabei das Zusatzventil des ersten Zylinders bzw. die Zusatzventile der ersten Gruppe von Zylindern in einem Bereich zwischen etwa 320° Kurbelwinkel bis 540° Kurbelwinkel und das Zusatzventil des zweiten Zylinders bzw. die Zusatzventile der zweiten Gruppe von Zylindern in io einem Bereich zwischen etwa 140° Kurbelwinkel und etwa 400° Kurbelwinkel geöffnet. Über die geöffneten Einlassventile des ersten Zylinders bzw. der ersten Gruppe von Zylindern strömt komprimierte Ladeluft in den Zylinder ein und verlässt den Zylinderraum unmittelbar danach über die geöffneten Zusatzventile, wodurch die Ladeluft in den Druckbehälter gelangt. 15 Vom Druckbehälter strömt die Ladeluft über die geöffneten Zusatzventile des zweiten Zylinders bzw. der zweiten Gruppe von Zylindern in die Zylinderräume der zweiten Zylinder und verlässt diese durch die geöffneten Auslassventile. Danach gelangt die Ladeluft in den Auslassstrang und zur Turbine des Abgasturboladers. 20 Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.

Es zeigen Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit einer Motorbremseinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und Fig. 2 in einem Diagramm den Ventilhub der Zusatzventile. 25

In Fig. 1 wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines 6-Zylinder-Turboladermotors näher erläutert, wobei darauf hingewiesen wird, dass das Verfahren von der Zylinderzahl unabhängig ist und beispielsweise auch bei 5-, 8- oder 12-Zylinder-Motoren zur Anwendung kommen kann. 30

Die sechs Zylinder C1, C2, C3, C4, C5, C6 der Brennkraftmaschine 1, welche in einer erste Gruppe G1 (z.B. Zylinder C1, C2, C3) und in einer zweite Gruppe G2 (z.B. Zylinder C4, C5, C6) zusammengefasst werden können, stehen über nicht weiter dargestellte Einlasskanäle mit einem Einlasssammler 2 in Verbindung, welcher ausgehend vom Luftfilter 3 über den Kompres-35 sorteil C des Turboladers 4 und über den Ladeluftkühler 5 mit Ladeluft versorgt wird. Die Abgasventile der Brennkraftmaschine 1 münden in das Abgassystem 6, wobei die Abgase in herkömmlicher Weise über den Turbinenteil T des Turboladers 4 geführt werden und über einen Schalldämpfer 7 austreten. 40 Die Brennkraftmaschine 1 weist eine Motorbremseinrichtung 8 mit einem rohrförmigen Druckbehälter 9 (Brems-Rail) auf, in welchen von den Zusatzventilen 10 (Bremsventilen) ausgehende Strömungswege 11 (Bremskanäle) führen, so das ein Gasaustausch zwischen den einzelnen Zylindern C1, C2, C3, C4, C5, C6 auf relativ hohem Druckniveau möglich ist. Konstruktiv kann der Druckbehälter 9 direkt in den Zylinderkopf des Nutzfahrzeugmotors integriert werden oder 45 als außenliegenden Verbindungsrohr ähnlich einen Einlass- oder Auslassbehälter ausgeführt sein. Die Betätigung der Zusatzventile 10 erfolgt vorzugsweise beispielsweise elektrohydraulisch und ist daher beliebig variierbar.

Bei gefeuerter Brennkraftmaschine und niedriger Motordrehzahl wird über die Steuereinheit 16 so der Umblasebetrieb aktiviert. Dazu wird zumindest ein Zusatzventil 10 eines ersten Zylinders C1, C2, C3 während des Einlasstaktes zumindest einmal geöffnet, wodurch die in den ersten Zylinder C1, C2, C3 einströmende Ladeluft diesen über das Zusatzventil 10 wieder verlässt und in den Druckbehälter 9 überströmt. Zugleich oder unmittelbar danach wird das Zusatzventil 10 eines sich im Auslasstakt befindenden zweiten Zylinders C4, C5, C6 geöffnet, wodurch die im 55 Druckbehälter 9 gesammelte Ladeluft in den Raum des zweiten Zylinders C4, C5, C6 einströmt

Claims (3)

1. 4 AT 500 663 B1 und diesen durch das geöffnete Auslassventil des zweiten Zylinders C4, C5, C6 wieder in Richtung der Turbine T des Turboladers 4 verlässt. Fig. 2 zeigt schematisch den Ventilhub h der Zusatzventile 10, wobei mit Vi der Ventilhub der 5 ersten Zylinder C1, C2, C3 und mit V2 der Ventilhub der zweiten Zylinder C4, C5, C6 bezeichnet ist. Das beschriebene Umblaseverfahren verwendet alle Teile eines Motorbremssystems mit Bremsventilen und einem Brems-Rail. Dadurch kann auf sehr einfache Weise und ohne zusätz-io liehen konstruktiven Aufwand ein Umblasen der Brennkraftmaschine erreicht werden, wobei mit den flexibel ansteuerbaren Bremsventilen 10 der Umblasevorgang deaktiviert und aktiviert und an das jeweilige Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine angepasst werden kann. Insbesondere ist es auch möglich, mit den Bremsventilen 10 die Menge der umblasenen Ladeluft zu steuern. Patentansprüche: 1. Verfahren zum Betreiben einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine, welche pro Zylinder Ein-20 und Auslassventile, sowie zumindest ein Zusatzventil aufweist, wobei jedes Zusatzventil einen in einen - für mehrere Zylinder gemeinsamen - Druckbehälter mündenden Strömungsweg steuert, wobei vorzugsweise Zusatzventile und Druckbehälter Teil einer Motorbremseinrichtung sind, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in einem Motorbetriebsbereich das Zusatzventil zumindest eines ersten Zylinders oder einer Gruppe von ersten 25 Zylindern während des Einlasstaktes und das Zusatzventil zumindest eines zweiten Zylin ders oder einer Gruppe von zweiten Zylindern während des Auslasstaktes zumindest einmal geöffnet wird, so dass Ladeluft über den Druckbehälter zumindest teilweise in den Abgasstrang stromaufwärts einer Turbine eines Abgasturboladers geleitet wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzventil des ersten Zylinders oder die Bremsventile der ersten Gruppe von Zylindern im Bereich von 320° Kurbelwinkel bis 540° Kurbelwinkel geöffnet wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzventil des 35 zweiten Zylinders oder die Bremsventile der zweiten Gruppe von Zylindern in einem Be reich von 140° Kurbelwinkel bis 400° Kurbelwinkel geöffnet wird. Hiezu 2 Blatt Zeichnungen 40 45 50 55