AT501183A1

AT501183A1 - Verfahren zum betrieb einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: AT501183A1
Application number: AT14062004A
Authority: AT
Inventors: Dirk Dipl Ing Denger
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 2004-08-19
Filing date: 2004-08-19
Publication date: 2006-07-15
Also published as: AT501183B1

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit zumindest vier Zylindern mit vollvariablem Ventiltrieb für zumindest ein Ein- und ein Auslassventil pro Zylinder, wobei die Brennkraftmaschine in zumindest einem Teillastbereich mit teilweise abgeschalteten Zylindern betrieben wird.
Die WO 00/47882 AI beschreibt verschiedene Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit variablen Gaswechselsteuerzeiten, wobei unter anderem alle sechs Takte oder acht Takte ein Arbeitstakt vorgesehen ist. Dadurch sollen Verbrauch und Emissionen gesenkt werden.

Insbesondere bei 4-Zylinder-Brennkraftmaschinen hat ein 6- oder 8-Takt- Betrieb allerdings nachteilige Auswirkungen auf die Laufruhe.
Die DE 101 54 947 AI beschreibt einen Verbrennungsmotor mit variablem Hubraum, wobei vorbestimmte oder ausgewählte Zylinder in einem nicht gezündeten Modus betrieben werden können. Die Einlassventile werden über elektromagnetische Aktuatoren gesteuert.

Die vorbestimmten oder ausgewählten Zylinder können in einem Verdichtermodus betrieben werden, wobei die Einlassluftventile von Zylindern, die im Verdichtermodus arbeiten, derart gesteuert werden, dass dieses im Ladekrümmer selektiv Druckluft zuführen, wenn ein zusätzliches Drehmoment gewünscht ist.
Es ist bekannt, zur Verbesserung der Verbrennung bei einer Brennkraftmaschine Gemischbildung und Zündung durch den Einsatz elektronischer Systeme sowohl zylinder- als auch zyklenselektiv vollkommen flexibel zu steuern oder zu regeln.

Elektrohydraulische Ventilsteuerungseinrichtung zur Realisierung einer derartigen vollvariablen Ventilbetätigung sind aus der DE 101 27 205 AI und der DE 101 34 644 AI bekannt.
Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer 4-Takt-Brennkraftmaschine im Teillastbetrieb den thermodynamischen Wirkungsgrad unter Einhaltung grösstmöglicher Laufruhe zu erhöhen.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass die Zylinder in zumindest einem Teillastbereich wechselweise abgeschaltet und wieder aktiviert werden, wobei vorzugsweise sich die Abschaltphase eines deaktivierten Zylinders jeweils über zumindest zwei und maximale drei Arbeitszyklen erstreckt. Die Abschaltphase jedes deaktivierten Zylinders erstreckt sich dabei über einen Kurbelwinkelbereich von mindestens 1080[deg.] und höchstens 2160[deg.].

Vorzugsweise wird höchstens drei Viertel aller verfügbaren Zylinder gleichzeitig abgeschaltet.
Während der Abschaltphase wird die Zündung ausgesetzt und/oder die Kraftstoffeinspritzung deaktiviert. Während der Abschaltphase eines Zylinders werden dessen Ein- und Auslassventile zumindest grossteils geschlossen gehalten.

Die Abschaltphase eines Zylinders wird dabei durch einen Rücksaugvorgang von Restgas durch zumindest ein geöffnetes Auslassventil des jeweiligen deaktivierten Zylinders eingeleitet und mit einem Ausschiebevorgang des Restgases durch zumindest ein geöffnetes Auslassventil abgeschlossen.
Im ersten oder zweiten Teillastbereich wird jeder Zylinder innerhalb eines bestimmten Kurbelwinkelbereiches, vorzugsweise von höchsten 3600[deg.], besonders vorzugsweise von 2880[deg.], zumindest einmal abgeschaltet und aktiviert.
Die Abschaltung und Aktivierung jedes Zylinders erfolgt zyklisch, wobei der Beginn der Abschaltung und der Aktivierung der Zylinder zeitlich gestaffelt erfolgt, wobei vorzugsweise nur bei einem Zylinder gleichzeitig die Abschaltung beginnt oder endet.

Dadurch kann ein Höchstmass an Laufruhe erreicht werden.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, dass die Brennkraftmaschine in einem ersten Teillastbereich in einem ersten Zylinderabschaltmodus betrieben wird, welcher im Wesentlichen einem regelmässigen 12Takt-Betrieb entspricht, wobei in jedem Zylinder ein Arbeitstakt nur alle 2160[deg.] Kurbelwinkel durchgeführt wird, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass im ersten Teillastbereich nur etwa alle 540[deg.] Kurbelwinkel ein Arbeitstakt in zumindest einem der Zylinder durchgeführt wird. Der 12-Takt- Betrieb zeichnet sich durch besonders hohe Laufruhe aus. Die Abschaltphase jedes deaktivierten Zylinders erstreckt sich dabei über einen Kurbelwinkelbereich von etwa 1440[deg.].

Alle 540[deg.] Kurbelwinkel beginnt in irgendeinem der Zylinder eine Abschaltphase, wobei die Zylinder zeitlich versetzt entsprechend der Zündfolge abgeschaltet und aktiviert werden. Dabei sind zu jedem Zeitpunkt die Hälfte oder drei Viertel der Zylinder gleichzeitig deaktiviert. Bei einem 4-Zylinder-Motor sind daher stets zwei oder drei Zylinder gleichzeitig deaktiviert.
Der 12-Takt-Betrieb wird im niedrigsten Teillastbereich, vorzugsweise bis zu einem effektiven Mitteldruck von etwa 2 bar gefahren. Im Vergleich zu einem konventionellen 4-Takt- Betrieb kann durch den 12-Takt-Betrieb pro Zylinder ein um den Faktor 3 erhöhter indizierter Mitteldruck erreicht werden. Die Lastanhebung jedes aktivierten Zylinders bewirkt eine deutliche Steigerung des thermodynamischen Wirkungsgrades und wirkt sich äusserst vorteilhaft auf den Kraftstoff verbrauch aus.

Da nur alle 540[deg.] eine Zündung stattfindet, reduziert sich die abgegebene Leistung im Vergleich zum 4-Takt-Betrieb auf ein Drittel.
In weiterer Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Brennkraftmaschine in einem zweiten Teillastbereich in einem zweiten oder dritten Zylinderabschaltungsmodus betrieben wird, wobei pro Zylinder zwischen zwei aufeinanderfolgenden Abschaltphasen zwei oder drei vollständige Verbrennungszyklen mit insgesamt zwei bzw. drei Arbeitstakten durchgeführt werden.
Im zweiten Zylinderabschaltmodus erstreckt sich die Abschaltphase jedes deaktivierten Zylinders über einen Kurbelwinkelbereich von etwa 1440[deg.].

Aufeinanderfolgende Zylinderabschaltungen bei zwei Zylindern mit nicht überlappenden Abschaltphasen beginnen im zweiten Zylinderabschaltmodus um 360[deg.], 900[deg.] oder 1260[deg.] versetzt.
Im dritten Zylinderabschaltmodus erstreckt sich die Abschaltphase jedes deaktivierten Zylinders über einen Kurbelwinkelbereich von etwa 2160[deg.]. Die aufeinanderfolgenden Zylinderabschaltungen in zwei Zylindern mit überlappenden Abschalphasen beginnen dabei um 360[deg.], 1620[deg.] oder 1980[deg.] Kurbelwinkel versetzt.
Im zweiten oder dritten Zylinderabschaltmodus sind in zumindest einem Kurbelwinkelbereich bei einem 4-Zylinder-Motor drei Zylinder deaktiviert.

In einem anderen Kurbelwinkelbereich sind zwei Zylinder deaktiviert und in einem weiteren Kurbelwinkelbereich ist nur ein einziger Zylinder deaktiviert.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der zweite Teillastbereich sich anschliessend an den ersten Teillastbereich bis zu einem effektiven Mitteldruck bis etwa 3,5 bar bis 5,5 bar, vorzugsweise bis etwa 4 bar erstreckt.
In weiterer Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Brennkraftmaschine in einem an den ersten und/oder zweiten Teillastbereich anschliessenden dritten Teillastbereich im normalen Vier-Takt-Betrieb betrieben wird, wobei vorzugsweise der effektive Mitteldruck im dritten Teillastbereich grösser ist als im zweiten und/oder ersten Teillastbereich.
Dadurch, dass während der Deaktivierung des Zylinders, dessen Ein- und Auslassventile überwiegend geschlossen gehalten werden,

wirkt das verbliebene Restgas als Gasfederspeicher, wodurch die Verluste möglichst klein gehalten werden können.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.
Es zeigen schematisch Fig. 1 die Taktfolge einer 4-Zylinder-Brennkraftmaschine im 4-Takt-Betrieb, Fig. 2 die Taktfolge einer 4-Zylinder-Brennkraftmaschine im zweiten Zylinderabschaltmodus, Fig. 3 die Taktfolge einer 4-Zylinder-Brennkraftmaschine im dritten Zylinderabschaltmodus, Fig. 4 die Taktfolge einer 4-Zylinder-Brennkraftmaschine im ersten Zylinderabschaltmodus, Fig. 5 die Taktfolge einer 4-Zylinder-Brennkraftmaschine während eines Umschaltvorganges vom 4Takt-Betrieb in den ersten Zylinderabschaltmodus, Fig. 6 die Taktfolge einer 4Zylinder-Brennkraftmaschine während eines Umschaltvorganges vom 4-TaktBetrieb in den zweiten Zylinderabschaltmodus, Fig.

7 die Taktfolge einer 4-Zylinder-Brennkraftmaschine während eines Umschaltvorganges vom 4-Takt- Betrieb in den dritten Zylinderabschaltmodus, Fig. 8 die Taktfolge einer 4-ZylinderBrennkraftmaschine während eines Umschaltvorganges vom zweiten Zylinderabschaltmodus in den ersten Zylinderabschaltmodus, Fig. 9 die Taktfolge einer 4Zylinder-Brennkraftmaschine während eines Umschaltvorganges vom dritten Zylinderabschaltmodus in den ersten Zylinderabschaltmodus, Fig. 10 ein Motorkennfeld für das erfindungsgemässe Betriebsverfahren und Fig. 11 ein Verbrauchs-Last-Diagramm.
In den Fig. 1 bis 7 sind in der obersten Zeile jeweils die Takte Tl bis T49 angegeben, wobei Takt T49 dem Takt 1 entspricht.

Mit OT 2/3 oder OT 1/4 ist in der zweiten Zeile der Tabellen angegeben, welcher der Zylinder CYL 1, 2, 3, 4 sich gerade im oberen Totpunkt OT befindet.
Bei herkömmlichen 4-Takt-Brennkraftmaschine erfolgt alle 720[deg.] Kurbelwinkel in jedem Zylinder ein Arbeitstakt, wie in Fig. 1 dargestellt ist. Bei einer Brennkraftmaschine mit 4 Zylindern CYL 1, 2, 3, 4 wird die Zündfolge so gewählt, dass alle 180[deg.] in irgendeinem der Zylinder ein Arbeitstakt erfolgt. Dies gewährleistet grösstmögliche Laufruhe. Ein Arbeitszyklus besteht dabei aus den Takten Ansaugen A, Verdichten B, Arbeitstakt C und Ausschieben D. Die Zündfolge der in Fig. 1 dargestellten Brennkraftmaschine ist somit 1-3-4-2.

Da alle 180[deg.] Kurbelwinkel ein Arbeitstakt C erfolgt, ist der indizierte Mitteldruck pro Zylinder insbesondere im Teillastbereich relativ gering, was sich nachteilig auf den thermodynamischen Wirkungsgrad auswirkt.
Um den indizierten Mitteldruck und damit den thermodynamischen Wirkungsgrad zu erhöhen, wird gemäss dem beschriebenen Verfahren die Brennkraftmaschine bei niedriger Last und/oder Drehzahl in einem ersten Teillastbereich TL1 in einem ersten Zylinderabschaltmodus 12T, im zweiten Teillastbereich TL2 in einem zweiten Zylinderabschaltmodus ZAS2 oder einem dritten Zylinderabschaltmodus ZAS3 und in einem dritten Teillastbereich TL3, sowie bei Volllast VL im 4Takt-Betrieb 4T betrieben, wie aus dem Mitteldruck pme- Drehzahl n - Diagramm aus Fig. 10 zu entnehmen ist.

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Um insbesondere im unteren Teillastbereich den Wirkungsgrad zu steigern, werden im ersten und im zweiten Teillastbereich TL1, TL2 die Zylinder CYL wechselweise abgeschaltet und wieder aktiviert, wobei sich die Abschaltung eines deaktivierten Zylinders jeweils über zumindest zwei und höchstens drei Arbeitszyklen erstreckt. Die Abschaltungsphase Rl, ZAS, RO eines deaktivierten Zylinders CYL erstreckt sich somit über einen Kurbelwinkelbereich CA von mindestens 1080[deg.] und höchstens 2160[deg.], wobei die Abschaltphase jedes Zylinders 1, 2, 3, 4 mit einer Rücksaugphase Rl durch zumindest ein geöffnetes Auslassventil des jeweiligen deaktivierten Zylinders eingeleitet und mit einer Ausschiebphase RO des Restgases durch zumindest ein geöffnetes Auslassventil des jeweiligen deaktivierten Zylinders abgeschlossen wird.

Während der zentralen Abschaltphase ZAS eines Zylinders 1, 2, 3, 4 werden dessen Ein- und Auslassventile überwiegend geschlossen gehalten.
Zum Erreichen eines hohen Gleichförmigkeitsgrades werden Abschaltung und Aktivierung jedes Zylinders CYL zyklisch durchgefühlt. Durch zeitliche Staffelung des Beginnes der Abschaltung und der Aktivierung der Zylinder CYL wird eine hohe Laufruhe erreicht, wobei es vorteilhaft ist, wenn gleichzeitig nur bei jeweils einem Zylinder die Abschaltung beginnt oder endet.
Sowohl im ersten, als auch im zweiten Teillastbereich TL1, TL2 wird jeder Zylinder innerhalb eines bestimmten Kurbelwinkelbereiches CA, beispielsweise von höchstens 3600[deg.], zumindest einmal abgeschaltet und aktiviert.

Im ersten Teillastbereich TL1, welcher bis zu einem effektiven Mitteldruck pmevon etwa 2 bar reicht, wird die Brennkraftmaschine in einem ersten Zylinderabschaltmodus 12T betrieben, welcher im Wesentlichen einem 12-Takt-Betrieb entspricht. Dabei wird in jedem der Zylinder 1, 2, 3, 4 ein Arbeitstakt C nur alle 2160[deg.] Kurbelwinkel CA durchgefühlt. Bei einem 4-Zylinder-Motor wird dabei nur etwa alle 540[deg.] Kurbelwinkel ein Arbeitstakt C in zumindest einem der Zylinder 1, 2, 3, 4 durchgefühlt. Die mit einer Rücksaugphase Rl des Restgases beginnende und mit einer Ausschiebephase RO endende Abschaltphase Rl, ZAS, RO erstreckt sich über einen Kurbelwinkelbereich von etwa 1260[deg.], wie der Fig. 4 zu entnehmen ist.

Die Zylinder 1, 2, 3, 4 werden zeitlich versetzt entsprechend der Zündfolge 1-2-4-3 abgeschaltet und aktiviert, wobei alle 540[deg.] Kurbelwinkel CA in irgendeinem der Zylinder 1, 2, 3, 4 eine Abschaltphase Rl, ZAS, RO beginnt. Dadurch sind stets zumindest zwei Zylinder CYL gleichzeitig deaktiviert.
Da im ersten Teillastbereich TL1 nur alle 540[deg.] Kurbelwinkel ein Arbeitstakt C stattfindet, erfolgt eine Lastanhebung des jeweils aktivierten Zylinders auf den dreifachen indizierten Mitteldruck im Vergleich zum 4-Takt-Betrieb, während die abgegebene gesamte Leistung auf ein Drittel reduziert wird. Die Anhebung des ? __
indizierten Mitteldruckes bewirkt unmittelbar eine Erhöhung des thermodynamischen Wirkungsgrades.
Im zweiten Teillastbereich TL2 wird die Brennkraftmaschine in einem zweiten Zylinderabschaltmodus ZAS2 oder einem dritten Zylinderabschaltmodus ZAS3 betrieben.

Der an den ersten Teillastbereich TL1 anschliessende zweite Teillastbereich TL2 erstreckt sich bis auf etwa 4 bar effektiven Mitteldruck pme. Im zweiten oder dritten Zylinderabschaltmodus ZAS2, ZAS3 gibt es Kurbelwinkelbereiche, in welchen drei Zylinder 1, 2, 4 deaktiviert sind, siehe Takt 46 in Fig. 2 oder 3. Bei einem 4-Zylinder-Motor wiederholt sich der Ausgangszustand des Taktes Tl erst wieder bei Takt T49, also nach 8640[deg.] Kurbelwinkel CA. Beim ersten Zylinderabschaltmodus 12T dagegen tritt eine Wiederholung des Ausgangszustandes schon beim Takt T13, als nach 2160[deg.] Kurbelwinkel CA auf.
Im zweiten Zylinderabschaltmodus ZAS2 werden pro Zylinder 1, 2, 3, 4 zwischen zwei aufeinanderfolgenden Abschaltphasen Rl, ZAS, RO zwei aufeinanderfolgende vollständige Verbrennungszyklen A, B, C, D mit insgesamt zwei Arbeitstakten C durchgeführt.

Die mit einer Rücksaugphase Rl von Restgas beginnende und mit einer Ausschiebephase RO des Restgases endende Abschalphase Rl, ZAS, RO jedes deaktivierten Zylinders 1, 2, 3, 4 erstreckt sich über einen Kurbelwinkelbereich CA von etwa 1440[deg.]. Die Zylinderabschaltung beginnt bei zwei Zylindern mit überlappenden Abschaltphasen Rl, ZAS, RO um 360[deg.], 900[deg.] oder 1280[deg.] Kurbelwinkel CA versetzt. So beginnt die Rücksaugphase Rl bzw. die Ausschiebephase RO des Zylinders 4 um 360[deg.] später als die Ausschiebephase RO des Zylinders 1 - vergleiche Takte T7 und T9. Gleiches gilt für die Zylinder 2, 3 in den Takten T14 und T16. Die Rücksaugphase Rl des Zylinders 2 hingegen beginnt erst 900[deg.] nach der Rücksaugphase Rl des Zylinders 4 - vergleiche Takte T9 und T14 in Fig. 2.

Die Rücksaugphase Rl des Zylinders 1 beginnt überhaupt erst 1260[deg.] Kurbelwinkel CA nach der Rücksaugphase Rl des Zylinders 3 - vergleiche Takte T16 und T23 in Fig. 2.
Im in Fig. 3 dargestellten dritten Zylinderabschaltmodus ZAS3 werden pro Zylinder zwischen zwei aufeinanderfolgenden Abschaltphasen Rl, ZAS, RO drei aufeinanderfolgende vollständige Verbrennungszyklen A, B, C,D mit insgesamt drei Arbeitstakten C durchgeführt. Die Abschaltphase Rl, ZAS, RO jedes deaktivierten Zylinders erstreckt sich über einen Kurbelwinkelbereich CA von etwa 2160[deg.]. Aufeinanderfolgende Zylinderabschaltungen in zwei Zylindern mit überlappenden Abschaltphasen ZAS werden um 360[deg.], 1620[deg.] oder um 1980[deg.] versetzt begonnen.

So beträgt die Differenz des Zylinderabschaltungsbeginnes zwischen dem Zylinder 1 und dem Zylinder 4 bzw. dem Zylinder 2 und dem Zylinder 3 360[deg.] Kurbelwinkel CA - vergleiche Takte TU und T13 bzw. T22 und T24 in Fig. 3. Die Differenz zwischen dem Zylinderabschaltbeginn des Zylinders 4 und des Zylinders 2 _ 7 -* *
beträgt dagegen 1620[deg.] - vergleiche Takte T13 und T22 in Fig. 3. Die Differenz zwischen dem Zylinder 3 und dem Zylinder 1 beträgt sogar 1980[deg.] Kurbelwinkel CA - vergleich Takte T24 und T35 in Fig. 3.
Im dritten Teillastbereich TL3, welcher an den zweiten Teillastbereich TL2 anschliesst, sowie bei Volllast VL wird die Brennkraftmaschine im konventionellen 4Takt- Betrieb 4T betrieben.
Fig. 5 zeigt einen Umschaltvorgang vom 4-Takt- Betrieb 4T in den 12-Takt-Betrieb des Zylinderabschaltmodus 12T.

Der Umschaltvorgang beginnt in der Tabelle im Takt T7 mit einer Rücksaugphase Rl von Restgas des ersten Zylinders 1. Danach folgen Rücksaugphasen Rl im Zylinder 2 im Takt TIO und im Zylinder 4 im Takt T13, sowie im Zylinder 3 im Takt T16. Die Zurückschaltung in den 4Takt-Betrieb 4T beginnt im dargestellten Beispiel mit dem Zylinder 1 im Takt T31 mit einem Ansaugtakt A. Ab dem Takt T36 ist der konventionelle 4-Takt- Betrieb wiederhergestellt.
Fig. 6 zeigt einen Umschaltvorgang vom 4-Takt- Betrieb 4T in den zweiten Zylinderabschaltmodus ZAS2. Der Umschaltvorgang in den zweiten Zylinderabschaltmodus ZAS2 beginnt mit dem Zylinder 1 im Takt T7. Danach wird sukzessive der Zylinder 4 im Takt T9, der Zylinder 2 in Takt T14 und der Zylinder 3 in Takt T16 in den zweiten Zylinderabschaltmodus ZAS2 geschaltet.

Das Zurückschalten vom zweiten Zylinderabschaltmodus ZAS2 in den 4-Takt- Betrieb 4T beginnt im Ausführungsbeispiel im Takt T39 bei Zylinder 1, in dem anstelle eines Rücksaugtaktes Rl ein normaler Ansaugtakt A durchgeführt wird. Ab dem Takt T40 befindet sich die Brennkraftmaschine wieder im normalen 4-Takt- Betrieb 4T.
In Fig. 7 ist ein Umschaltvorgang aus dem 4-Takt-Betrieb 4T in den dritten Zylinderabschaltmodus ZAS3 dargestellt. Der Umschaltvorgang in den dritten Zylinderabschaltmodus ZAS3 beginnt mit dem ersten Zylinder 1 in Takt TU. Danach folgen Zylinder 4 in Takt T13, Zylinder 2 in Takt T22 und Zylinder 3 in Takt T24. Das Zurückschalten vom 4-Takt- Betrieb 4T in den dritten Zylinderabschaltmodus ZAS3 beginnt mit dem ersten Zylinder in Takt T35, wobei an Stelle einer Rücksaugphase Rl von Restgas ein normaler Ansaugtakt A durchgeführt wird.

Ab dem Takt T36 arbeitet die Brennkraftmaschine wieder im 4-Takt- Betrieb 4T.
Die Vorteile des beschriebenen Verfahrens sind in dem in Fig. 11 dargestellten Diagramm ersichtlich, wobei der spezifische Kraftstoffverbrauch BSFC in g/kWh über dem effektiven Mitteldruck pmeaufgetragen ist. Die Kurve MPFI zeigt den Kraftstoffverbrauch einer konventionellen Brennkraftmaschine mit Mehrfach-Einspritzung.

Die Kurve EHVS zeigt den spezifischen Kraftstoffverbrauch einer Brenn kraftmaschine mit elektrohydraulischem Ventiltrieb, die Kurve DOD zeigt 8den Kraftstoffverbrauch bei einer Brennkraftmaschine mit elektrohydraulischem Ventiltrieb bei Durchführung des zweiten bzw. dritten Zylinderabschaltmodus ZAS2, ZAS3 und die Kurve DOD12 zeigt den Kraftstoffverbrauch bei einer Brennkraftmaschine mit elektrohydraulischem Ventiltrieb bei Durchführung des beschriebenen Verfahrens mit Umschaltung in den ersten Zylinderabschaltmodus 12T im ersten Teillastbereich TL1 und mit Umschaltung in den zweiten bzw. dritten Zylinderabschaltmodus ZAS2, ZAS3 im zweiten Teillastbereichen TL2. Deutlich ist zu ersehen, dass insbesondere unterhalb eines effektiven Mitteldruckes von 2 bar eine deutliche Reduktion des spezifischen Kraftstoffverbrauches BSFC erzielt werden kann.

Claims

P A T E N T A N S P R U C H E

1. Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit zumindest vier Zylindern mit vollvariablem Ventiltrieb für zumindest ein Ein- und ein Auslassventil pro Zylinder (CYL), wobei die Brennkraftmaschine in zumindest einem Teillastbereich (TL1, TL2) mit teilweise abgeschalteten Zylindern (CYL) betrieben wird, wobei die Zylinder (CYL) in zumindest einem Teillastbereich (TL1, TL2) wechselweise abgeschaltet und wieder aktiviert werden, wobei vorzugsweise sich die Abschaltphase (Rl, ZAS, RO) eines deaktivierten Zylinders (CYL) jeweils über zumindest zwei und maximale drei Arbeitszyklen (A, B, C, D) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschaltphase (Rl, ZAS, RO) eines Zylinder (CYL) mit der Rücksaugung von Restgas durch zumindest ein geöffnetes Auslassventil des jeweiligen deaktivierten Zylinders (CYL) eingeleitet wird.

1. Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit zumindest vier Zylindern mit vollvariablem Ventiltrieb für zumindest ein Ein- und ein Auslassventil pro Zylinder (CYL), wobei die Brennkraftmaschine in zumindest einem Teillastbereich (TL1, TL2) mit teilweise abgeschalteten Zylindern (CYL) betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinder (CYL) in zumindest einem Teillastbereich (TL1, TL2) wechselweise abgeschaltet und wieder aktiviert werden, wobei vorzugsweise sich die Abschaltphase (Rl, ZAS, RO) eines deaktivierten Zylinders (CYL) jeweils über zumindest zwei und maximale drei Arbeitszyklen (A, B, C, D) erstreckt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Abschaltphase (Rl, ZAS,RO) eines deaktivierten Zylinders (CYL) jeweils über einen Kurbelwinkelbereich (CA) von mindestens 1080[deg.] und höchstens 2160[deg.] erstreckt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass höchstens drei Viertel aller Zylinder (CYL) gleichzeitig abgeschaltet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass während der Abschaltphase (Rl, ZAS, RO) die Zündung ausgesetzt und/oder die Kraftstoffeinspritzung deaktiviert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass während der Abschaltphase (Rl, ZAS, RO) eines Zylinders (CYL), dessen Ein- und Auslassventile überwiegend geschlossen gehalten werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie Abschaltphase (Rl, ZAS, RO) eines Zylinders (CYL) mit dem Ausschieben des Restgases durch zumindest ein geöffnetes Auslassventil des jeweiligen deaktivierten Zylinders (CYL) abgeschlossen wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschaltphase (Rl, ZAS, RO) eines Zylinder (CYL) mit der Rücksaugung von Restgas durch zumindest ein geöffnetes Auslassventil des jeweiligen deaktivierten Zylinders (CYL) eingeleitet wird.

7 Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Zylinderabschaltmodus (ZAS2) die Abschaltphase (Rl, ZAS, RO) jedes deaktivierten Zylinders (CYL) sich über einen Kurbelwinkelbereich (CA) von etwa 1440[deg.] erstreckt. 8 Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderabschaltung bei zwei Zylindern (1, 4; 2, 3) mit überlappender Abschaltphase (Rl, ZAS, RO) um 360[deg.] Kurbelwinkel (CA) versetzt begonnen wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschaltung und Aktivierung jedes Zylinders (CYL) zyklisch erfolgt.

NACHGEREICHT

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie Abschaltphase (Rl, ZAS, RO) eines Zylinders (CYL) mit dem Ausschieben des Restgases durch zumindest ein geöffnetes Auslassventil des jeweiligen deaktivierten Zylinders (CYL) abgeschlossen wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Beginn der Abschaltung (Rl, ZAS, RO) und der Aktivierung der Zylinder zeitlich gestaffelt erfolgt, wobei vorzugsweise nur bei einem Zylinder (CYL) gleichzeitig die Abschaltphase (Rl, ZAS, RO) beginnt oder endet.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschaltung und Aktivierung jedes Zylinders (CYL) zyklisch erfolgt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Zylinder (CYL) innerhalb eines bestimmten Kurbelwinkelbereiches (CA), vorzugsweise von höchstens 3600[deg.], besonders vorzugsweise von 2880[deg.], zumindest einmal abgeschaltet und aktiviert wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Beginn der Abschaltung (Rl, ZAS, RO) und der Aktivierung der Zy*

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine in einem ersten Teillastbereich (TL1) in einem ersten Zylinderabschaltmodus (12T) betrieben wird, welcher im Wesentlichen einem regelmässigen 12-Takt- Betrieb entspricht, wobei in jedem Zylinder (CYL) ein Arbeitstakt (C) nur alle 2160[deg.] Kurbelwinkel (CA) durchgefühlt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Zylinder (CYL) innerhalb eines bestimmten Kurbelwinkelbereiches (CA), vorzugsweise von höchstens 3600[deg.], besonders vorzugsweise von 2880[deg.], zumindest einmal abgeschaltet und aktiviert wird.

- 10 linder zeitlich gestaffelt erfolgt, wobei vorzugsweise nur bei einem Zylinder (CYL) gleichzeitig die Abschaltphase (Rl, ZAS, RO) beginnt oder endet.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Teillastbereich (TL1) nur etwa alle 540[deg.] Kurbelwinkel (CA) ein Arbeitstakt (CA) in zumindest einem der Zylinder (CYL) durchgeführt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine in einem ersten Teillastbereich (TL1) in einem ersten Zylinderabschaltmodus (12T) betrieben wird, welcher im Wesentlichen einem regelmässigen 12-Takt-Betrieb entspricht, wobei in jedem Zylinder (CYL) ein Arbeitstakt (C) nur alle 2160[deg.] Kurbelwinkel (CA) durchgeführt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Teillastbereich (TL1) alle 540[deg.] Kurbelwinkel in irgendeinem der Zylinder (CYL) eine Abschaltphase (Rl, ZAS, RO) beginnt, wobei die Zylinder (CYL) zeitlich versetzt entsprechend der Zündfolge abgeschaltet und aktiviert werden.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Teillastbereich (TL1) nur etwa alle 540[deg.] Kurbelwinkel (CA) ein Arbeitstakt (CA) in zumindest einem der Zylinder (CYL) durchgeführt.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Teillastbereich (TL1) die Abschaltphase (Rl, ZAS, RO) jedes deaktivierten Zylinders (CYL) sich über einen Kurbelwinkelbereich (CA) von etwa 1440[deg.] erstreckt.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Teillastbereich (TL1) alle 540[deg.] Kurbelwinkel in irgendeinem der Zylinder (CYL) eine Abschaltphase (Rl, ZAS, RO) beginnt, wobei die Zylinder (CYL) zeitlich versetzt entsprechend der Zündfolge abgeschaltet und aktiviert werden.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Teillastbereich (TL1) stets zumindest zwei oder drei Zylinder (CYL) gleichzeitig deaktiviert sind.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Teillastbereich (TL1) die Abschaltphase (Rl, ZAS, RO) jedes deaktivierten Zylinders (CYL) sich über einen Kurbelwinkelbereich (CA) von etwa 1440[deg.] erstreckt.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teillastbereich (TL1) sich bis zu einem effektiven Mitteldruck (pme) von maximal etwa 3 bar, vorzugsweise bis maximal etwa 2 bar erstreckt.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Teillastbereich (TL1) stets zumindest zwei oder drei Zylinder (CYL) gleichzeitig deaktiviert sind.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine in einem zweiten Teillastbereich (TL2) in ei-

NACHGEREICHT<>3 nem zweiten Zylinderabschaltmodus (ZAS2) betrieben wird, wobe<i>pro Zylinder (CYL) zwischen zwei aufeinanderfolgenden Abschaltphasen (Rl, ZAS, RO) zwei aufeinanderfolgende vollständige Verbrennungszyklen (A, B, C, D) mit insgesamt zwei Arbeitstakten (C) durchgefüh<l>t werden.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teillastbereich (TL1) sich bis zu einem effektiven Mitteldruck (pme) von maximal etwa 3 bar, vorzugsweise bis maximal etwa 2 bar erstreckt.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine in einem zweiten Teillastbereich (TL2) in einem zweiten Zylinderabschaltmodus (ZAS2) betrieben wird, wobei pro Zylinder (CYL) zwischen zwei aufeinanderfolgenden Abschalt 11 < phasen (Rl, ZAS, RO) zwei aufeinanderfolgende vollständige Verbrennungszyklen (A, B, C, D) mit insgesamt zwei Arbeitstakten (C) durchgeführt werden.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Zylinderabschaltmodus (ZAS2) die Abschaltphase (Rl, ZAS, RO) jedes deaktivierten Zylinders (CYL) sich über einen Kurbelwinkelbereich (CA) von etwa 1440[deg.] erstreckt.

19.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderabschaltung bei zwei Zylindern (4, 2) mit überlappender Abschaltphase (Rl, ZAS, RO) um 900[deg.] Kurbelwinkel (CA) versetzt begonnen wird.

19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderabschaltung bei zwei Zylindern (1, 4; 2, 3) mit überlappender Abschaltphase (Rl, ZAS, RO) um 360[deg.] Kurbelwinkel (CA) versetzt begonnen wird.

20.

NACHGEREICHT<>4-

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderabschaltung bei zwei Zylindern (3, 1) mit überlappender Abschaltphase (Rl, ZAS, RO) um 1260[deg.] Kurbelwinkel (CA) versetzt begonnen wird.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderabschaltung bei zwei Zylindern (4, 2) mit überlappender Abschaltphase (Rl, ZAS, RO) um 900[deg.] Kurbelwinkel (CA) versetzt begonnen wird.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine in einem zweiten Teillastbereich (TL2) in e<i[not]>nem dritten Zylinderabschaltmodus (ZAS3) betrieben wird, wobei pro Zylinder (CYL) zwischen zwei aufeinanderfolgenden Abschaltphasen (Rl, ZAS, RO) drei aufeinanderfolgende vollständige Verbrennungszyklen (A, B, C, D) mit insgesamt drei Arbeitstakten (C) durchgefüh<l>t werden.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderabschaltung bei zwei Zylindern (3, 1) mit überlappender Abschaltphase (Rl, ZAS, RO) um 1260[deg.] Kurbelwinkel (CA) versetzt begonnen wird.

22 Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Zylinderabschaltmodus (ZAS2) die Abschaltphase (Rl, ZAS, RO) jedes deaktivierten Zylinders (CYL) sich über einen Kurbelwinkelbereich (CA) von etwa 2160[deg.] erstreckt.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine in einem zweiten Teillastbereich (TL2) in einem dritten Zylinderabschaltmodus (ZAS3) betrieben wird, wobei pro Zylinder (CYL) zwischen zwei aufeinanderfolgenden Abschaltphasen (Rl, ZAS, RO) drei aufeinanderfolgende vollständige Verbrennungszyklen (A, B, C, D) mit insgesamt drei Arbeitstakten (C) durchgefühlt werden.

23 Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderabschaltung bei zwei Zylindern (1, 4;2, 3) mit überlappender Abschaltphase (Rl, ZAS, RO) um 360[deg.] Kurbelwinkel (CA) versetzt begonnen wird.

23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Zylinderabschaltmodus (ZAS2) die Abschaltphase (Rl, ZAS, RO) jedes deaktivierten Zylinders (CYL) sich über einen Kurbelwinkelbereich (CA) von etwa 2160[deg.] erstreckt.

24. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderabschaltung bei zwei Zylindern (4, 2) mit überlappender Abschaltphase (Rl, ZAS, RO) um 1620[deg.] Kurbelwinkel (CA) versetzt begonnen wird.

24. Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderabschaltung bei zwei Zylindern (1, 4;2, 3) mit überlappender Abschaltphase (Rl, ZAS, RO) um 360[deg.] Kurbelwinkel (CA) versetzt begonnen wird.

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderabschaltung bei zwei Zylindern (3, 1) mit überlappender Abschaltphase (Rl, ZAS, RO) um 1980[deg.] Kurbelwinkel (CA) versetzt begonnen wird.

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderabschaltung bei zwei Zylindern (4, 2) mit überlappender Abschaltphase (Rl, ZAS, RO) um 1620[deg.] Kurbelwinkel (CA) versetzt begonnen wird.

26. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Teillastbereich (TL2) in zumindest einem Kurbelwinkelbereich (CA) drei Zylinder (CYL) gleichzeitig deaktiviert sind.

26. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderabschaltung bei zwei Zylindern (3, 1) mit überlappender Abschaltphase (Rl, ZAS, RO) um 1980[deg.] Kurbelwinkel (CA) versetzt begonnen wird.

27. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Teillastbereich (TL2) in zumindest einem Kurbelwinkelbereich (CA) zwei Zylinder (CYL) gleichzeitig deaktiviert sind.

27. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Teillastbereich (TL2) in zumindest einem Kurbelwinkelbereich (CA) drei Zylinder (CYL) gleichzeitig deaktiviert sind.

28. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in einem Kurbelwinkelbereich (CA) nur ein einziger Zylinder (CYL) deaktiviert wird.

28. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Teillastbereich (TL2) in zumindest einem Kurbelwinkelbereich (CA) zwei Zylinder (CYL) gleichzeitig deaktiviert sind.

29. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Teillastbereich (TL2) sich anschliessend an den ersten Teillastbereich (TL1) bis zu einem effektiven Mitteldruck (pme) bis etwa 3,5 bar bis 5,5 bar, vorzugsweise bis etwa 4 bar erstreckt.

29. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in einem Kurbelwinkelbereich (CA) nur ein einziger Zylinder (CYL) deaktiviert wird.

30. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Teillastbereich (TL2) sich anschliessend an den ersten Teillastbereich (TL1) bis zu einem effektiven Mitteldruck (pme) bis etwa 3,5 bar bis 5,5 bar, vorzugsweise bis etwa 4 bar erstreckt.

31. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine in einem an den ersten und/oder zweiten Teillastbereich (TL1, TL2) anschliessenden dritten Teillastbereich (TL3) im normalen 4-Takt-Betrieb (4T) betrieben wird, wobei vorzugsweise der effektive Mitteldruck (pme) im dritten Teillastbereich (TL3) grösser ist als im zweiten und/oder ersten Teillastbereich (TL1, TL2).

2004 08 19 Fu/Sc <EMI ID=12.1> Dipl.-Ing. Mag. Michael Babeluk

A-1150 Wien, arlahilfer Gürtel 39/17

Tel.: (+43 1) 8928933-0 Fax: (+43 1) 89289333 e-mail: patent[beta]babeluk.at <EMI ID=12.1> 55135vlp Aktenz.: 2B A 1406/2004 Klasse: F 02 D

( n e u e ) P A T E N T A N S P R Ü C H E

30. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine in einem an den ersten und/oder zweiten Teillastbereich (TL1, TL2) anschliessenden dritten Teillastbereich (TL3) im normalen 4-Takt-Betrieb (4T) betrieben wird, wobei vorzugsweise der effektive Mitteldruck (pme) im dritten Teillastbereich (TL3) grösser ist als im zweiten und/oder ersten Teillastbereich (TL1, TL2).

2005 07 12 Fu/Sc

Dipl.4tfg.Wag. Michael Babeluk

A-1150 Wien, Marlahllfar Gürtel 39/17

Tel.: (+43 1) 8928933-0 Fax: (+43 1) 89289333 e-mail: paterrt babelole

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