AT501678B1 - Verfahren zum betreiben einer fremdgezündeten brennkraftmaschine - Google Patents

Description

2 AT 501 678 B1

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine mit direkter Kraftstoffeinspritzung, welche zumindest einen Abgasturbolader und zumindest eine Abgasnachbehandlungseinrichtung aufweist, mit zumindest einer Einrichtung zur Veränderung der Einlass- und/oder Auslasssteuerzeit, wobei die Brennkraftmaschine insbesondere bei nied-5 riger Drehzahl mit einer definierten Ventilüberschneidung von Ein- und Auslassventilen zum Spülen des Brennraumes betrieben wird, wobei die Ventilüberschneidung in Abhängigkeit zumindest eines Motorbetriebsparameters verändert wird, und wobei das Spülen nach Erreichen eines Schwellwertes des Motorbetriebsparameters begrenzt oder vermindert wird. io Eine durch Hubraumreduktion erwirkte Verlagerung der Motorbetriebspunkte hin zu verbrauchsgünstigeren Kennfeldpunkten stellt eine wirksame Maßnahme zur Verbrauchsreduktion bei Diesel-Brennkraftmaschinen und bei Otto-Brennkraftmaschinen dar. Zur Beibehaltung der Fahrleistung ist eine Steigerung der Leistungsdichte des Motors durch Aufladung erforderlich. Turboaufladung ist dabei aus verschiedenen bekannten Gründen vorteilhaft. Der Nachteil dieser 15 Aufladeart ist jedoch eine prinzipielle Schwäche im stationären und insbesondere im instationären Verhalten bei niedrigen Motordrehzahlen. Die Optimierung des Ladungswechsels bei sehr niedrigen Drehzahlen ist eine Voraussetzung für die bestmögliche Nutzung des Turboladers, bzw. weiterer Aufladeaggregate und folglich für ein breites nutzbares Drehzahlband. 20 Wichtig für niedrige Volllastdrehzahlen ist ein spülender Ladungswechsel, einerseits wegen einer effizienten Restgasausspülung und eines hohen Liefergrades, andererseits wegen einer Erhöhung des Massenstroms über die Turbine. Dieser bewirkt höhere Turbinenarbeit und steigenden Ladedruck. Die Gefahr des Verdichterpumpens wird insofern begegnet, als sich die Betriebspunkte im Verdichterkennfeld mit spülendem Ladungswechsel deutlich nach rechts, hin 25 zu größeren Durchsätzen verlagern.

Bei niedriger Drehzahl wird mit großer Ventilüberschneidung gefahren, um den Abgasturbolader in einen besseren Wirkungsgradbereich zu schieben. Das Spülen ist begrenzt durch exotherme Reaktionen im Katalysator. Da sich im Stationärfall der Katalysator zu stark aufheizen würde, 30 wenn über längere Zeitdauer auf konstant niedriger Drehzahl gefahren würde, wird zumeist nicht die optimale Überschneidung für den besten Drehmomentaufbau appliziert, um zu starke Katalysatoralterung zu vermeiden.

Bei Turbomotoren werden Phasenschieber eingesetzt, um das Drehmoment der Brennkraftma-35 schine bei niedrigen Drehzahlen zu verbessern. Bei dieser Spülstrategie kommt es zu einer Erhöhung der HC-Emissionen und des Sauerstoffgehaltes im Abgas. Dies führt zu einer exothermen Reaktion im Katalysator und weiter zu Katalysatoralterung, bzw. Überhitzung des Katalysators. Daher muss die Überschneidung, bzw. das Spülen begrenzt werden. 40 Es ist bekannt, die Ventilüberschneidung in Abhängigkeit der Motortemperatur durchzuführen, beispielsweise aus der JP 2004-176680 A2 oder der US 6,109,225 A. Dies gestattet allerdings nur eine quasistationäre, keinesfalls eine dynamische Änderung der Nockenwellenstellung, um den Ladedruckaufbau eines Turboladers zu unterstützen. 45 Die WO 2005/035958 A1 beschreibt ein Verfahren zur Optimierung des Betriebes einer aufgeladenen Kolbenkraftmaschine im unteren Drehzahlbereich, wobei über eine Steuereinrichtung die Einlass-Öffnungs-Zeitpunkte der Einlassventile so gestellt werden, dass eine Ventilüberschneidung mit dem Schließzeitpunkt der dazugehörigen Auslassventile gegeben ist und so der Zylinder vor dem Ladungswechsel im Bereich des oberen Totpunktes mit frischer Ladeluft 50 gespült wird.

Die DE 103 59 087 B3 offenbart eine variable Ventilsteuerungseinrichtung für die Ventile einer Brennkraftmaschine, wobei der Schließvorgang der Ventile verzögert ist und wobei eine Verzögerungseinrichtung zwischen den Ventilen und dem Kipphebel angeordnet ist, welche mittels 55 Ventileinrichtungen entsprechend in der Schließphase der Ventile zuschaltbar ist. Dadurch soll 3 AT 501 678 B1 eine Verringerung von Rußemissionen und eine Verbesserung einer Lastaufnahme eines Gasoder Dieselmotors gewährleistet werden.

Aus der EP 1 650 421 A1 ist eine direkteinspritzende Brennkraftmaschine mit Turbolader be-5 kannt, wobei abhängig vom Saugrohrdruck eine Spülbeschleunigung durch Veränderung der Auslasssteuerzeiten durchgeführt werden kann.

Die DE 102 32 942 A1 handelt über ein Verfahren zur Steuerung einer gleichmäßigen Drehmomentabgabe einer Brennkraftmaschine mit Abgasturbolader, wobei vor dem Wechsel zur io Volllast die Ventilüberschneidung der Gaswechselventile vergrößert und so die interne Abgasrückführung erhöht wird. Die in dem Zylinder gespeicherten Abgase werden durch eine nachfolgende Reduzierung der Ventilüberschneidung für eine gleichmäßige Drehmomentabgabe freigesetzt. Nach einer Änderung des Betriebspunktes hin zu höheren Lastwerten wird die Ventilüberschneidung wieder reduziert. 15

Die US 5,293,741 A beschreibt ein Aufwärmsystem für eine Maschine, wobei die Überlappungsphase der Auslass- und Einlassventile temperaturabhängig verändert wird.

Aus der JP 05-340290 A ist eine Steuerungseinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit Abgas-20 turbolader bekannt, bei der die Ventilüberschneidung abhängig von der Drehzahl und der Last verändert wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, im Transientfall einen optimalen Betrieb des Abgasturboladers zu erreichen. 25

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erzielt, dass die Begrenzung oder Reduktion der Ventilüberschneidung unabhängig von einer Lastanforderung erfolgt und dass vor Erreichen des Schwellwertes die Ventilüberschneidung für maximalen Ladedruck eingestellt wird und nach Erreichen des Schwellwertes auf den Wert für maximal zulässige Temperatur im Katalysator 30 nach Erreichen des Schwellwertes reduziert wird, wobei vorzugsweise die Ventilüberschneidung im transienten Betriebsfall verändert wird.

Im Transientfall - der Beschleunigung - wird nur kurz die kritische Drehzahl des Abgasturboladers durchlaufen. Falls die Brennkraftmaschine stationär im kritischen Drehzahlbereich mit 35 großer Überschneidung betrieben wird, kann die Überschneidung auf das katalysatorverträgliche Maß zurückgefahren werden. Diese Verminderung der Überschneidung (bzw. des Spülens, bzw. das Verstellen der Ein- oder Auslassnockenwelle oder beider Nockenwellen) kann in Abhängigkeit verschiedener berechneter oder gemessener Motorparameter, wie dem Ladedruck, dem Motordrehmoment, der Abgastemperatur, der Temperatur in der Abgasnachbehand-40 lungseinrichtung oder einer bestimmten Betriebsdauer in einem bestimmten Motorbetriebszustand durchgeführt werden.

Somit kann das Drehmoment der Brennkraftmaschine verbessert werden, indem die Ventilüberschneidung, bzw. die Verstellung der Nockenwellen an das Verhalten der Brennkraftmaschine, 45 bzw. des Katalysators angepasst wird.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figur näher erläutert.

Die Figur zeigt die Fahrpedalstellung FP, den Stellweg ENS des Einlassnockenwellensteller, so den Stellweg ANS des Auslassnockenwellensteller, den die Nockenwellenverstellung bestimmenden Parameter P (zum Beispiel den Ladedruck) und die Temperatur T im Katalysator über der Zeit t aufgetragen. Bei der durch die Fahrpedalstellung FP angedeuteten Lastanforderung aus niedriger Last wird der Einlassnockenwellensteller und/oder der Auslassnockenwellensteller in Richtung früh bzw. spät verstellt, sodass die Ventilüberschneidung im Sinne eines spülenden 55 Ladungswechsels verändert wird. Bei Erreichen einer durch den Parameter P (Zeit, Ladedruck,

Claims (6)

1. 4 AT 501 678 B1 Abgastemperatur, oder dergleichen) vorgegebenen Schwelle S wird die Überschneidung auf das maximale Maß, welches beispielsweise durch die Abgastemperatur im Katalysator bestimmt wird, zurückgefahren. Wie der untersten Kurve T zu entnehmen ist, steigt die Temperatur T im Katalysator während des Ladedruckaufbaues und sinkt wieder, nachdem die Ventil-5 Überschneidung verringert worden ist. Patentansprüche: io 1. Verfahren zum Betreiben einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine mit direkter Kraftstoffeinspritzung, welche zumindest einen Abgasturbolader und zumindest eine Abgasnachbehandlungseinrichtung aufweist, mit zumindest einer Einrichtung zur Veränderung der Einlass- und/oder Auslasssteuerzeit, wobei die Brennkraftmaschine insbesondere bei niedriger Drehzahl mit einer definierten Ventilüberschneidung von Ein- und Auslassventilen 15 zum Spülen des Brennraumes betrieben wird, wobei die Ventilüberschneidung in Abhän gigkeit zumindest eines Motorbetriebsparameters verändert wird, und wobei das Spülen nach Erreichen eines Schwellwertes des Motorbetriebsparameters begrenzt oder vermindert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzung oder Reduktion der Ventilüberschneidung unabhängig von einer Lastanforderung erfolgt und dass vor Erreichen des 20 Schwellwertes die Ventilüberschneidung für maximalen Ladedruck eingestellt wird und nach Erreichen des Schwellwertes auf den Wert für maximal zulässige Temperatur im Katalysator nach Erreichen des Schwellwertes reduziert wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Motorbetriebsparameter 25 der Ladedruck ist.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Motorbetriebsparameter ein berechnetes oder gemessenes Motordrehmoment ist.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Motorbe triebsparameter eine gemessene oder berechnete Temperatur an der Abgasnachbehandlungseinrichtung ist.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Motorbe- 35 triebsparameter eine vordefinierte Betriebsdauer ist.
6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilüberschneidung im transienten Betriebsfall verändert wird. 40 Hiezu 1 Blatt Zeichnungen 45 50 55