AT6341U1

AT6341U1 - Verfahren zum betrieb einer mehrzylinder-brennkraftmaschine

Info

Publication number: AT6341U1
Application number: AT0050402U
Authority: AT
Inventors: Hans Felix Dipl Ing Seitz
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 2002-07-26
Filing date: 2002-07-26
Publication date: 2003-08-25
Also published as: US6925979B1; US20050172923A1; DE10333480A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine, welche pro Zylinder Ein- und Auslassventile sowie zumindest ein Bremsventil aufweist, welche Bremsventile in einen gemeinsamen Druckbehälter (Brems-Rail) münden. Erfindungsgemäß wird in der Startphase der Brennkraftmaschine eine erste Gruppe von Zylindern von der Kraftstoffzufuhr abgeschaltet, so dass die Zylinder der ersten Gruppe als Kompressor betrieben werden und der Druckbehälter über deren Bremsventile mit komprimierter Ladeluft beladen wird, wobei den Zylindern einer zweiten, mit Kraftstoff versorgten Gruppe von Zylindern über deren Bremsventile komprimierte Ladeluft aus dem Druckbehälter zugeführt wird, so dass der Verdichtungsdruck und die Verdichtungstemperatur in den Zylindern der zweiten Gruppe während der Startphase angehoben werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Mehrzylinder-Brennkraft- maschine, welche pro Zylinder Ein- und Auslassventile sowie zumindest ein
Bremsventil aufweist, welche Bremsventil in einen gemeinsamen Druckbehälter (Brems-Rail) münden.

Aus der AT 4 963 Ul ist eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine bekannt, welche zusätzlich zu den Ein- und Auslassventilen pro Zylinder ein Bremsventil aufweist.

Alle Bremsventil der Brennkraftmaschine münden in einen gemeinsamen, rohrförmigen Druckbehälter, so dass bei Betätigung der Bremsventil ein Gasaustausch zwischen den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine möglich ist.

Der rohrförmige Druckbehälter weist ein Druckregelventil auf, welches in Abhängigkeit von der Stellung eines Bremsschalters oder Bremspedals mit Steuersignalen beaufschlagbar ist.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betrieb einer eingangs beschriebenen Mehrzylinder-Brennkraftmaschine vorzuschlagen, welches zu einer Verbesserung der Kaltstarteigenschaften des Motors führt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass in der Startphase der Brennkraftmaschine eine erste Gruppe von Zylindern von der Kraftstoffzufuhr abgeschaltet wird, so dass die Zylinder der ersten Gruppe als Kompressor betrieben werden und der Druckbehälter über deren Bremsventil mit komprimierter Ladeluft beladen wird, dass den Zylindern einer zweiten, mit Kraftstoff versorgten Gruppe von Zylindern über deren Bremsventil komprimierte Ladeluft aus dem Druckbehälter zugeführt wird, so dass der Verdichtungsdruck und die Verdichtungstemperatur in den Zylindern der zweiten Gruppe während der Startphase angehoben werden.

Die Vorteile des erfindungsgemässen Verfahrens liegen vor allem darin, dass bereits vorhandene Elemente, wie Brems-Rail und Bremsventil verwendet werden und lediglich die Motorsteuerung (Steuerzeiten der Bremsventil, Abschaltung der Brennstoffzufuhr zu einzelnen Zylindern) entsprechend angepasst werden muss, um das Kaltstartverhalten der Brennkraftmaschine entscheidend zu verbessern und den Kraftstoffverbrauch zu minimieren. Weiters wird das Weissrauchverhalten in der Startphase verbessert, da weniger unverbrannte Kraftstoffe in das Abgas gelangen. Die Brennkraftmaschine kann in vorteilhafter Weise mit einem geringeren Verdichtungsverhältnis betrieben werden (bisher war zur

Verbesserung des Kaltstarts das Verdichtungsverhältnis hoch), wodurch der Spit- zendruck bei Vollast abgesenkt werden kann.

Es ist an sich bereits bekannt, bei aufladbaren Brennkraftmaschinen einzelne
Gruppen von Zylindern abzuschalten, nicht allerdings, die Zylinder einer Gruppe als Kompressor zur Aufladung der Zylinder einer anderen Gruppe zu verwenden.
So weist beispielsweise die Brennkraftmaschine gemäss DE 198 31 251 Al eine erste Zylindergruppe auf, welche im gesamten Betriebsbereich der Brennkraft- maschine arbeitet und eine zweite Zylindergruppe die bedarfsabhängig abge- schaltet oder zugeschaltet werden kann. Ziel dieser Patentanmeldung ist es, das Ansprechverhalten der Brennkraftmaschine beim Zuschalten der zweiten Zylin- dergruppe zu verbessern. Dazu ist ein Abgasturbolader vorgesehen, der aus- schliesslich zur Aufladung der ersten Zylindergruppe dient und weiters ein mechanischer Lader, der ausschliesslich zur Aufladung der zweiten Zylindergruppe dient.

Eine Brennkraftmaschine, welche in der Startphase als Kompressor arbeitet und einen Abgasturbolader auf seine für den Motorbetrieb erforderliche Mindestdrehzahl bringt, ist aus der EP 0 579 590 Al bekannt. Der Turbolader wird hier in der Startphase ohne Einspritzung auf eine bestimmte Mindestdrehzahl gebracht, wobei nach Rückstellung der Steuerzeiten auf Normalbetrieb und Zuschalten der Einspritzung die Brennkraftmaschine und der Lader optimal aufeinander abgestimmt laufen. Auch hier wird die komprimierte Ladeluft nicht direkt von einem Zylinder einer ersten Gruppe in einen anderen Zylinder einer zweiten Gruppe transferiert. Weiters existieren keine mit dem Bremsventil der gegenständlichen Erfindung vergleichbaren Ventile.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsvariante sieht vor, dass bei den Zylindern der ersten Gruppe die Bremsventil im Bereich von 540 KW bis 720 KW, vorzugsweise im Bereich von 570 KW bis 690 KW, geöffnet werden, um den Druckbehälter mit Ladeluft zu beladen, sowie dass bei den Zylindern der zweiten Gruppe die Bremsventil im Bereich von 4800KW bis 630 KW, vorzugsweise im Bereich von 510 KW bis 610 KW, geöffnet werden, um komprimierte Ladeluft aus dem Druckbehälter zuzuführen.

Bevorzugt weisen beide Gruppen von Zylindern gleich viele Zylinder auf (z. B. bei Sechs-, Acht- oder Zwölfzylindermotoren), es ist jedoch auch möglich, dass sich die Anzahl der Zylinder der ersten Gruppe von der Anzahl der Zylinder der zweiten Gruppe unterscheidet, sodass beispielsweise bei einer Fünfzylinder-Brenn- kraftmaschine ein Teilungsverhältnis von 2 : 3 oder 3 : 2 realisiert wird.

Erfindungsgemäss kann die Mehrzylinder-Brennkraftmaschine während einer kur- zen Warmlaufphase ausschliesslich von den Zylindern der zweiten Gruppe betrie- ben werden.

Gemäss einer Ausfuhrungsvariante der Erfindung ist es auch möglich, dass die
Mehrzylinder-Brennkraftmaschine während einer kurzen Warmlaufphase aus- schliesslich von den Zylindern der zweiten Gruppe betrieben wird.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit einer
Motorbremseinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens, Fig. 2 in einem Diagramm den Ventilhub der Bremsventil in mm, Fig. 3 in einem Diagramm den Zylinderdruck in bar sowie Fig. 4 in einem Diagramm den effektiven Strömungsquerschnitt der Bremsventil in mm2, jeweils in Abhängigkeit vom Kurbelwinkel (für eine Sechszylinder-Brennkraftmaschine im Startbetrieb bei 150 Upm).

In Fig. 1 wird das erfindungsgemässe Verfahren anhand eines Sechszylinder-Tur- boladermotors näher erläutert, wobei darauf hingewiesen wird, dass das Verfahren von der Zylinderzahl unabhängig ist und beispielsweise auch bei Fünf-, Acht- oder Zwölfzylindermotoren zur Anwendung kommen kann. Weiters kann das erfindungsgemässe Verfahren auch bei einem Saugmotor zur Anwendung kommen.

Die sechs Zylinder Cl bis C6 der Brennkraftmaschine 1, welche in eine erste Gruppe G1 (z. B. Zylinder Cl bis C3) und in eine zweite Gruppe G2 (z. B. Zylinder C4 bis C6) zusammengefasst werden können, stehen über nicht weiter dargestellte Einlasskanäle mit einem Einlasssammler 2 in Verbindung, welcher ausgehend vom Luftfilter 3 über den Kompressorteil 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.

Die Motorbremseinrichtung 8 weist einen rohrförmigen Druckbehälter 9 (BremsRail) auf, in welchen von den Bremsventilen 10 ausgehende Bremskanäle 11 führen, so dass ein Gasaustausch zwischen den einzelnen Zylindern Cl bis C6 auf relativ hohem Druckniveau möglich ist. Konstruktiv kann der Druckbehälter 9 direkt in den Zylinderkopf des Nutzfahrzeugmotors integriert werden oder als aussenliegendes Verbindungsrohr ähnlich einem Einlass- oder Auslassbehälter

EMI4.1

Im Bremsbetrieb der Brennkraftmaschine 1 werden die Bremsventil 10 mehr- mals pro Arbeitszyklus des Motors betätigt, beispielsweise zwei Bremshübe pro
Arbeitszyklus, wobei der erste Bremshub nahe dem oberen Totpunkt des Hoch- drucktaktes erfolgt. Bei diesem Bremshub tritt hochverdichtete Luft aus einem der Zylinder Cl, C2, C3, C4, C5 oder C6 in das Brems-Rail 9 aus. Dadurch wird einerseits das Brems-Rail 9 mit Druckluft gefüllt (bis ca. 20 bar Betriebsdruck), andererseits die Expansionsarbeit des Zylinders verringert, wodurch Bremsleistung entsteht. Kurz nach dem Schliessen des Einlassventils öffnet das Bremsventil
10 nochmals, wodurch verdichtete Luft aus dem Brems-Rail 9 in den Brennraum strömt. In Folge des zweiten Bremshubes steigt der Zylinderdruck zu Beginn der Kompressionsphase des Hochdrucktaktes auf das Druckniveau des Brems-Rails 9.

Dies erhöht die aufzubringende Kompressionsarbeit und somit wiederum die Bremsleistung des Motors.

Zur Verbesserung der Kaltstarteigenschaften gibt die Steuerelektronik 16 geänderte Steuerzeiten für die Bremsventil 10 vor (anders als im Bremsbetrieb), siehe Fig. 2. Dabei werden zwei verschiedene Ventilsteuerzeiten vorgegeben : Einige Zylinder (im dargestellten Beispiel die Zylinder Cl bis C3 der Zylinderbank Gl) werden dazu verwendet, das Brems-Rail 9 mit komprimierter Luft zu laden.

In der Start- und Kaltlaufphase wird in diese Zylinder Cl bis C3 kein Kraftstoff eingespritzt, der Verdichtungsdruck und daher auch die Verdichtungstemperatur in diesen Zylindern ist gering (siehe Fig. 3).

Die restlichen Zylinder (im dargestellten Beispiel die Zylinder C4 bis C6 der Zylinderbank G2) entnehmen komprimierte Luft aus dem Brems-Rail 9 kurz nach Schluss der herkömmlichen Einlassventile (z. B. 5400 Kurbelwelle), der Zylinder Cl fördert somit komprimierte Luft über das Brems-Rail 9 zum Zylinder C5 etc.

(siehe Fig. 4). Dadurch steigt der Verdichtungsenddruck und die Verdichtungsendtemperatur dieser Zylinder deutlich an (siehe Fig. 3), und der eingespritzte Kraftstoff kann zuverlässig gezündet werden. Somit beschleunigt der Motor von der Startdrehzahl zur Leerlaufdrehzahl nur mit Hilfe der gefeuerten Zylinder C4 bis C6 und kann auch in einer kurzen Warmiaufphase ausschliesslich mit den Zylindern C4 bis C6 betrieben werden. Danach wird die Starthilfe durch Änderung der Ventilsteuerzeiten in der Steuerelektronik 16 deaktiviert und alle Zylinder Cl bis C6 schalten auf gefeuerten Betrieb um.

Ein elektronisch gesteuertes Druckregelventil 12 (siehe Fig. 1) begrenzt den maximalen Druck im Brems-Rail 9, um Beschädigungen am Motor zu vermeiden.

Weiters erlaubt dieses Regelventil 12 dem Fahrer, beispielsweise mittels eines Bremsschalters 14 in der Fahrzeugkabine, den Druck im Brems-Rail 9 zu vermindern, indem Druckluft aus dem Brems-Rail 9 über eine Verbindungsleitung 13 in das Abgassystem 6 abgelassen wird und somit die Bremsleistung an die entsprechende Fahrsituation angepasst werden kann.

Weiters kann die Bremseinrichtung 8 mit einer strichliert angedeuteten Abgasstauklappe 15 kombiniert werden.

Claims

ANSPRÜCHE 1. Verfahren zum Betrieb einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine, welche pro Zylinder Ein- und Auslassventile sowie zumindest ein Bremsventil aufweist, welche Bremsventil in einen gemeinsamen Druckbehälter (Brems-Rail) mündenden, dadurch gekennzeichnet, dass in der Startphase der Brenn- kraftmaschine eine erste Gruppe von Zylindern von der Kraftstoffzufuhr ab- geschaltet wird, so dass die Zylinder der ersten Gruppe als Kompressor be- trieben werden und der Druckbehälter über deren Bremsventil mit komp- rimierter Ladeluft beladen wird, dass den Zylindern einer zweiten, mit Kraft- stoff versorgten Gruppe von Zylindern über deren Bremsventil kompri- mierte Ladeluft aus dem Druckbehälter zugeführt wird, so dass der Ver- dichtungsdruck und die Verdichtungstemperatur in den Zylindern der zwei- ten Gruppe während der Startphase angehoben werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei den Zylin- dern der ersten Gruppe die Bremsventil im Bereich von 540 KW bis 720 KW, vorzugsweise im Bereich von 570 KW bis 690oKW, geöffnet wer- den, um den Druckbehälter mit Ladeluft zu beladen, sowie dass bei den Zy- lindern der zweiten Gruppe die Bremsventil im Bereich von 4800KW bis 630 KW, vorzugsweise im Bereich von 5100KW bis 610 KW, geöffnet wer- den, um komprimierte Ladeluft aus dem Druckbehälter zuzuführen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzylinder-Brennkraftmaschine vom Start bis zum Erreichen der Leer- laufdrehzahl ausschliesslich von den Zylindern der zweiten Gruppe betrieben wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzylinder-Brennkraftmaschine während einer kurzen Warmiauf- phase ausschliesslich von den Zylindern der zweiten Gruppe betrieben wird.