DE102005006702B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Verbrennungskraftmaschine - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine mit wenigstens einem mittels Hubkolben beaufschlagbaren Zylinder, bei dem eine Auslasssteuerzeit nach Spät verstellt wird, wobei zusätzliche Wärmeenergie durch Kompression von Abgas und/oder Luft im Zylinder bereitgestellt wird, indem eine Auslass-Öffnet-Steuerzeit (AÖ) nach Spät deutlich nach einem unteren Totpunkt (UT) verstellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auslass-Schließt-Steuerzeit unverändert beibehalten wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und des Patentanspruchs 10.
  • Bei nicht betriebswarmen Hub-Verbrennungskraftmaschinen sind wegen der höheren Reibung die Kraftstoffverbräuche deutlich höher als im betriebswarmen Zustand. Eine Verkürzung der so genannten Warmlaufphase, vor allem aber eine schnellere Erwärmung der Zylinderlaufbahn würde den Verbrauch deutlich senken. Die Kolbenreibung macht ca. 50% der gesamten Reibung aus.
  • Für bestimmte Abgasnachbehandlungsmethoden, z. B. zur HO- und CO-Minderung in der Warmlaufphase, während der Partikelfilter-Regeneration etc., werden die Abgastemperaturen durch eine massive Verstimmung des Brennverfahrens angehoben. Diese Verstimmung führt zu einer unverhältnismäßig großen Verbrauchserhöhung.
  • In der Schubphase kühlt der Brennraum aus, was zur Verlängerung der Warmlaufphase und zu erhöhtem HO- und CO-Ausstoß führt. In der Warmlaufphase ist wegen der niedrigen Kühlmitteltemperatur die Heizleistung für die Fahrgastzelle deutlich eingeschränkt.
  • In der EP 874150 B1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer fremdgezündeten Verbrennungskraftmaschine zur Reduktion der Schadstoffemission beschrieben, bei dem in einem Teillastbereich ein Zündzeitpunkt in Richtung Spät verstellt wird und gleichzeitig auch eine Auslassnockenwelle nach Spät verstellt wird.
  • Die EP 1333158 beschreibt ein Verfahren zur Steuerung eines Auslassventils, wobei ein Verlauf des Ventilhubs im Gesamten nach Spät verschoben wird.
  • In der EP 1191211 A2 ist ein Verfahren zum Betreiben einer fremdgezündeten Verbrennungskraftmaschine beschrieben, mit dem ein drosselarmer Teillastbetrieb auf einfache Weise erzielt werden kann, indem sowohl die Einlasssteuerzeit als auch die Auslasssteuerzeit um einen Kurbelwinkel von etwa 30° bis 100° nach Spät verschoben wird.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demgegenüber, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine bereitzustellen, das einen verbesserten Betrieb insbesondere in einer Warmlaufphase der Verbrennungskraftmaschine ermöglicht.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und des Patentanspruchs 10 gelöst.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine ist neben den gattungsbildenden Merkmalen vorgesehen, dass eine Auslass-Schließt-Steuerzeit unverändert beibehalten wird. Vorzugsweise wird die Auslass-Öffnet-Steuerzeit in den Bereich von 30° bis 110°, bevorzugt in den Bereich von 40° bis 100°, nach dem unteren Totpunkt nach Spät verstellt. Durch die zusätzliche Wärmeenergie kann die Warmlaufphase verkürzt werden. Obwohl diese Steuerung zu einer Minderung der abgegebenen Kurbelwellenarbeit führt, ergibt sich insgesamt trotzdem eine vorteilhafte Wirkung. Neben der Verkürzung der Warmlaufphase kann eine Zylinderlaufbahn schneller erwärmt werden und die Reibung im Zylinder herabgesetzt und ein reibungsbedingter erhöhter Verbrauch vermindert werden. Weiterhin kann im Falle einer Abgasnachbehandlung auf eine massive Verstimmung des Brennverfahrens verzichtet werden. Daher kann unter Einbeziehung der Abgasnachbehandlung der Gesamtwirkungsgrad erhöht werden. In einer Schubphase wird die Bremsenergie nicht an den Bremsen, sondern im Zylinder in Wärme umgewandelt. Im Falle einer Heizleistungsanforderung in der Fahrgastzelle im Warmlauf ist das erfindungsgemäße Verfahren energetisch günstiger als andere übliche Heizmaßnahmen. Vorzugsweise wird nur die Auslass-Öffnet-Steuerzeit nach Spät verstellt, während z. B. die Einlasssteuerzeiten unverändert bleiben. Das erfindungsgemäße Verfahren ist für alle Arten von Verbrennungskraftmaschinen, besonders jedoch für selbstzündende Verbrennungskraftmaschinen geeignet.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.
  • In einer günstigen Betriebsweise wird unterhalb eines ersten Grenzwerts eines Parameters aus der Gruppe Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine, Last, Kühlmitteltemperatur die Auslass-Öffnet-Steuerzeit nach Spät verstellt. Dies verkürzt vorteilhaft die Warmlaufphase.
  • Zweckmäßigerweise wird oberhalb eines zweiten Grenzwerts die Verstellung der Auslass-Öffnet-Steuerzeit nach Spät wieder zurückgenommen. Der erste Grenzwert kann vom zweiten Grenzwert verschieden sein oder auch mit dem zweiten Grenzwert übereinstimmen.
  • In einer weiteren günstigen Betriebsweise wird durch eine mittels fahrerseitigem Bremseingriff angeforderte Fahrzeugverzögerung die Auslass-Öffnet-Steuerzeit nach Spät verstellt. Vorzugsweise erfolgt dies durch einen ersten Teil eines Bremspedalwegs bei Beginn der Bremsung durch den Fahrer. Die Verbrennungskraftmaschine kühlt in einer solchen Schubphase nicht oder weniger aus. Günstig ist, die Spätverstellung vorzunehmen, wenn gleichzeitig Drehzahl und/oder Last und/oder Temperatur, insbesondere die Kühlmitteltemperatur des Verbrennungskraftmaschine, unterhalb vom vorgegebenen Grenzwerten sind.
  • In einer weiteren günstigen Betriebsweise erfolgt zur Regeneration eines Partikelfilters die Verstellung der Auslass-Öffnet-Steuerzeit nach Spät abhängig von einer Regenerationsstrategie. Die Regenerationsstrategie des Partikelfilters, ins besondere eines Rußpartikelfilters, ist zweckmäßigerweise in einem Motorsteuergerät abgelegt. Für eine Emissionsminderung von HO- und CO-Emissionen wird zweckmäßigerweise der Steuermodus, die Auslass-Öffnet-Steuerzeit-Verschiebung nach Spät zu verschieben, unterhalb eines Grenzwerts der Drehzahl und/oder der Last und/oder der Kühlmitteltemperatur eingeschaltet und oberhalb des Grenzwerts wieder auszuschalten.
  • In einer weiteren günstigen Betriebsweise wird bei Anforderung einer Heizleistung in der Fahrgastzelle während einer Warmlaufphase die Auslass-Öffnet-Steuerzeit nach Spät verstellt. In diesem Fall kann dem Komfort Vorrang eingeräumt werden, da diese Methode im Vergleich zu anderen Heizmaßnahmen energetisch günstiger ist. Die Kriterien für den Modus der Spätverstellung sind ein Heizungswunsch und/oder ein Unterschreiten des Grenzwerts für Drehzahl und/oder Last und/oder Temperatur.
  • Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist zusätzliche Wärmeenergie durch Kompression von Abgas und/oder Luft im Zylinder bereitstellbar, indem eine Auslass-Öffnet-Steuerzeit nach Spät verstellbar ist.
  • In einer günstigen Ausgestaltung sind bei einer Nockenwelle ein oder mehrere Nockenkonturen zu einer Nockenkonturumschaltung vorgesehen. In einer weiteren günstigen Ausgestaltung ist auf einer Auslassseite einer Nockenwelle ein vollvariabler Ventiltrieb vorgesehen. Bevorzugt sind bei der Umschaltmöglichkeit auf Auslasskonturen, bevorzugt zwei Auslasskonturen, oder bei dem voll variablen Ventiltrieb auf der Auslassseite Vorgaben für die Grenzwerte von Drehzahl und/oder Last und/oder Temperaturen für jede mögliche Auslass-Öffnet-Steuerzeit anders gewählt, d. h. je nach Drehzahl, Last und/oder Temperatur wird eine andere Auslass-Öffnet-Steuerzeit gewählt.
  • Weitere Ausbildungsformen und Aspekte der Erfindung werden unabhängig von einer Zusammenfassung in den Patentansprüchen ohne Beschränkung der Allgemeinheit im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur einen Verlauf des Ventilhubs mit geänderter Auslass-Öffnet-Steuerzeit.
  • 1 zeigt zur Veranschaulichung der Erfindung einen Ventilhub der Auslassventile A und der Einlassventile E über einem Kurbelwinkel der Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine. In der betriebswarmen Phase liegt die Auslass-Öffnet-Steuerzeit vor dem unteren Totpunkt UT (Kurve A) und die Auslass-Schließt-Steuerzeit nach dem oberen Totpunkt OT. Erfindungsgemäß ist die Auslass-Öffnet-Steuerzeit AÖ (gestrichelte Kurven) nach Spät verstellt, und zwar deutlich nach dem unteren Totpunkt UT, wenn eine zusätzliche Wärmeerzeugung gewünscht ist, z. B. wenn eine Warmlaufphase verkürzt werden soll, die Reibung der Zylinderlaufbahn in der Warmlaufphase herabgesetzt, eine Kühlmitteltemperatur eines die Verbrennungskraftmaschine kühlenden Kühlmittels zu gering ist, eine Abgasnachbehandlungsmethode bei erhöhter Abgastemperatur und/oder eine höhere Kühlmitteltemperatur zur Erwärmung der Fahrgastzelle gefordert wird.
  • Die Auslass-Öffnet-Steuerzeit AÖ liegt deutlich nach dem unteren Totpunkt UT und der Ventilhub V ist geringer. Je nach Drehzahl und/oder Last und/oder Temperatur wird eine andere Auslass-Öffnet-Steuerzeit-Spät-Stellung gewählt, wie aus der den unterschiedlichen Kurbelwinkeln der drei gestrichelten Kennlinien erkennbar ist.
    • AÖ
    Auslass-Öffnet-Steuerzeit
    A
    Auslassventil-Steuerzeit
    E
    Einlassventil-Steuerzeit
    UT
    unterer Totpunkt
    OT
    oberer Totpunkt
    V
    Ventilhub
    °KW
    Kurbelwinkel

Claims (12)

  1. Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine mit wenigstens einem mittels Hubkolben beaufschlagbaren Zylinder, bei dem eine Auslasssteuerzeit nach Spät verstellt wird, wobei zusätzliche Wärmeenergie durch Kompression von Abgas und/oder Luft im Zylinder bereitgestellt wird, indem eine Auslass-Öffnet-Steuerzeit (AÖ) nach Spät deutlich nach einem unteren Totpunkt (UT) verstellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auslass-Schließt-Steuerzeit unverändert beibehalten wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb eines ersten Grenzwerts eines Parameters aus der Gruppe Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine, Last, Kühlmitteltemperatur die Auslassöffnet-Steuerzeit (AÖ) nach Spät verstellt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb eines zweiten Grenzwerts die Verstellung der Auslass-Öffnet-Steuerzeit (AÖ) nach Spät wieder zurückgenommen wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Grenzwert vom zweiten Grenzwert verschieden ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Grenzwert mit dem zweiten Grenzwert übereinstimmt.
  6. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei Umschaltmöglichkeiten auf zwei Auslass-Nockenkonturen einer Nockenwelle oder bei voll variablem Ventiltrieb jeweils abhängig von Drehzahl und/oder Last und/oder Temperatur eine andere Auslass-Öffnet-Spät-Stellung eingestellt wird.
  7. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine mittels fahrerseitigem Bremseingriff angeforderte Fahrzeugverzögerung die Auslass-Öffnet-Steuerzeit (AÖ) nach Spät verstellt wird.
  8. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Regeneration eines Partikelfilters die Verstellung der Auslass-Öffnet-Steuerzeit nach Spät abhängig von einer Regenerationsstrategie erfolgt.
  9. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Anforderung einer Heizleistung in der Fahrgastzelle während einer Warmlaufphase die Auslass-Öffnet-Steuerzeit (AÖ) nach Spät verstellt wird.
  10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zusätzliche Wärmeenergie durch Kompression von Abgas und/oder Luft im Zylinder bereitstellbar ist, indem eine Auslass-Öffnet-Steuerzeit (AÖ) nach Spät verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auslass-Schließt-Steuerzeit unverändert beibehalten ist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Nockenwelle ein oder mehrere Nockenkonturen zu einer Nockenkonturumschaltung vorgesehen ist.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Auslassseite einer Nockenwelle ein vollvariabler Ventiltrieb vorgesehen ist.
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