DE102005022888A1

DE102005022888A1 - Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit zwei Zylinderbänken

Info

Publication number: DE102005022888A1
Application number: DE102005022888A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dr. Gutzer
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2005-05-18
Filing date: 2005-05-18
Publication date: 2006-11-23

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit zwei Zylinderbänken, wobei abwechselnd Zylinder der einen und der anderen Bank gezündet werden, und mit einer Vorrichtung zur variablen Verstellung des Hubes der Einlaßventile aller Zylinder beider Bänke. Zur Verringerung des Kraftstoffverbrauchs ist dabei vorgesehen, daß in einem Teillastbereich die Einlaßventile der Zylinder einer Bank nur geringfügig oder zumindest weniger weit als die Einlaßventile der Zylinder der anderen Bank geöffnet werden, wogegen die Einlaßventile der Zylinder der anderen Bank so weit geöffnet werden, daß die erforderliche Gesamtlast im wesentlichen oder zumindest überwiegend von den Zylindern dieser Bank erbracht wird. Nach Überschreiten einer bestimmten Last wird der Öffnungshub der Einlaßventile der Zylinder beider Bänke auf einen gemeinsamen Wert verringert bzw. vergrößert, so daß die Zylinder jeder Bank die Hälfte der erforderlichen Gesamtlast erbringen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit zwei Zylinderbänken, wobei abwechselnd Zylinder der einen und der anderen Bank gezündet werden, und mit einer Vorrichtung zur variablen Verstellung des Hubes der Einlaßventile aller Zylinder beider Bänke.

Zur Reduzierung von Drosselverlusten einer Brennkraftmaschine, insbesondere im Teillastbetrieb sind verschiedene Vorrichtungen zur variablen Verstellung des Hubes und der Öffnungsdauer der Einlaßventile bekannt. Die Reduzierung der Drosselverluste führt zu einem verbesserten Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors, insbesondere eines Viertakt-Ottomotors, und damit zu einem geringeren Kraftstoffverbrauch. Eine solche Vorrichtung zur variablen Verstellung des Hubes der Einlaßventile einer Brennkraftmaschine ist beispielsweise aus der DE 101 23 186 A1 bekannt, auf deren Offenbarung ausdrücklich Bezug genommen wird.

Es ist eine bekannte Tatsache, daß der Wirkungsgrad einer Brennkraftmaschine bei Teillast schlechter ist als bei Vollast. Dies bedeutet, daß der spezifische Kraftstoffverbrauch bei Teillast höher ist als bei Vollast. Bei herkömmlichen Motoren, auch solchen, die mit einer Vorrichtung zur variablen Hubverstellung der Gaswechselventile ausgerüstet sind, wir von allen Zylindern pro Zyklus die gleiche Arbeit geleistet. Die Erfindung geht aus von der Überlegung, daß es im Hinblick auf den Wirkungsgrad einer Brennkraftmaschine vorteilhaft wäre, wenn im Teillastbereich die erforderliche Gesamtarbeit auf die Zylinder ungleichmäßig verteilt wäre, so daß ein Teil der Zylinder praktisch keine Arbeit erzeugt, während die übrigen Zylinder entsprechend mehr Arbeit leisten und damit in einem Bereich mit höherem Wirkungsgrad arbeiten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dem sich eine gattungsgemäße Brennkraftmaschine auf diese Weise betreiben läßt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in einem Teillastbereich die Einlaßventile der Zylinder einer Bank nur geringfügig oder zumindest weniger weit als die Einlaßventile der Zylinder der anderen Bank geöffnet werden, wogegen die Einlaßventile der Zylinder der anderen Bank so weit geöffnet werden, daß die erforderliche Gesamtlast im wesentlichen oder zumindest überwiegend von den Zylindern dieser Bank erbracht wird, und daß nach Überschreiten einer bestimmten Last der Öffnungshub der Einlaßventile der Zylinder beider Bänke auf einen gemeinsamen Wert verringert bzw. vergrößert wird, so daß die Zylinder jeder Bank die Hälfte der erforderlichen Gesamtlast erbringen.

Im Ninblick auf die Kraftstoffersparnis erschiene es sinnvoll, daß im Teillastbereich die Einlaßventile der Zylinder der einen Bank der Brennkraftmaschine überhaupt nicht geöffnet werden. In diesem Fall käme es jedoch zu einem Ein- und Ausströmen von Verbrennungsgasen durch das geöffnete Auslaßventil dieser Zylinder. Ein derartiger Ladungswechsel ist aber mit Verlusten behaftet, welche die Kraftstoffersparnis überwiegen könnten. Vorzugsweise werden daher im Teillastbereich die Einlaßventile der Zylinder der einen Bank so weit geöffnet, daß der Verbrennungsdruck bei geöffnetem Auslaßventil gleich oder geringfügig größer ist als der Druck hinter dem Auslaßventil. Durch diese Maßnahme kann bei minimalem Kraftstoffverbrauch ein mit Verlusten behafteter Ladungswechsel in den "abgeschalteten" Zylindern verhindert werden.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
Das im folgenden beschriebene Verfahren eignet sich zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit zwei Zylinderbänken, wobei abwechselnd Zylinder der einen und der anderen Bank gezündet werden.
In der einzigen Zeichnung ist ein Diagramm gezeigt, das die von allen Zylindern beider Bänke pro Zyklus umgesetzte Energie in unterschiedlichen Lastbereichen veranschaulicht. Dabei ist auf der Abszisse die pro Zyklus in allen Zylindern beider Bänke umgesetzte Energie aufgetragen, wogegen auf der Ordinate die pro Zyklus in den Zylindern einer Bank umgesetzte Energie aufgetragen ist.
Es ist erkennbar, daß in einem Teillastbereich von unter 0,3 die erforderliche Gesamtenergie von den Zylindern einer Bank erbracht wird, während in den Zylindern der anderen Bank praktisch keine Energie umgesetzt wird. In dem Lastbereich zwischen 0,3 und 0,4 wird die in den "aktiven" Zylindern der einen Bank umgesetzte Energie verringert, wogegen die in den "abgeschalteten" Zylindern der anderen Bank umgesetzte Energie auf einen gemeinsamen Wert vergrößert wird. In dem Lastbereich über 0,4 wird von den Zylindern jeder Bank jeweils die Hälfte der Gesamtlast erbracht.
Durch den Umstand, daß im Teillastbereich die erforderliche Gesamtenergie in den Zylindern einer Bank umgesetzt wird, arbeiten diese in einem Bereich mit höherem Energieumsatz, in dem der spezifische Kraftstoffverbrauch geringer ist.
Dieser unterschiedliche Energieumsatz in den Zylindern der beiden Bänke der Brennkraftmaschine im Teillastbereich wird durch einen unterschiedlichen Öffnungshub der Einlaßventile der Zylinder erreicht.
Wie dies eingangs bereits erwähnt wurde, wäre es im Hinblick auf die angestrebte Kraftstoffersparnis sinnvoll, die Zylinder der einen Bank im Teillastbereich vollständig abzuschalten. Um einen mit Verlusten behafteten Ladungswechsel in diesen Zylindern zu verhindern, ist es jedoch zweckmäßig, daß im Teillastbereich der Einlaßventile der Zylinder dieser Bank soweit geöffnet werden, daß der Verbrennungsdruck bei geöffnetem Auslaßventil gleich oder geringfügig größer ist als der Druck hinter dem Auslaßventil. Aus diesem Grund wird im Teillastbereich auch von den "abgeschalteten " Zylindern der einen Bank eine gewisse Mindest-Energie umgesetzt.
Damit bei der vorstehend beschriebenen Betriebsweise im Teillastbereich ein runder Lauf des Motors gewährleistet ist, muß die in den einzelnen Zylindern pro Zyklus umgesetzte Energie entsprechend der Zündfolge abwechselnd verringert bzw. vergrößert werden. Mit anderen Worten, es muß abwechselnd ein Zylinder gezündet werden, bei dem der Öffnungshub des oder der Einlaßventile verringert bzw. vergrößert ist.
Bei einem V6, bestimmten V8 Bauformen, V10 oder V12 Ottomotor werden abwechselnd die Zylinder der einen und der anderen Bank gezündet. Demzufolge sind alle im Teillastbereich "abgeschalteten" Zylinder in der einen Bank angeordnet, während die mit entsprechend größerem Energieumsatz arbeitenden Zylinder in der anderen Bank angeordnet sind. Das bedeutet, daß die Einlaßventile der Zylinder jeweils einer Bank mit einem einheitlichen Öffnungshub arbeiten können. Ein derartiger Ottomotor kann daher mit der in der DE 101 23 186 A1 beschriebenen Vorrichtung zur variablen Hubverstellung eines Gaswechselventils in der vorstehend beschriebenen Weise betrieben werden, ohne daß es hier zu irgendeiner besonderen konstruktiven Abwandlung der Verstellvorrichtung bedarf. Die den Einlaßventilen der Zylinder jeder der beiden Bänke zugeordneten Vorrichtungen bräuchten lediglich miteinander gekuppelt zu sein. Beispielsweise könnten die zur variablen Hubverstellung der Einlaßventile dienenden Kurvenscheiben (die in der DE 101 23 186 A1 mit dem Bezugszeichen "18" versehen sind) durch eine Welle miteinander verbunden sein, die mit einem entsprechenden Stellantrieb gekuppelt ist. Dadurch ließe sich der Öffnungshub der Einlaßventile in jeder Zylinderbank einheitlich, aber von der anderen Zylinderbank unabhängig regeln. Die beiden Stellantriebe könnten von einem Rechner gesteuert werden.
Grundsätzlich läßt sich auch eine Brennkraftmaschine mit einer einzigen Zylinderbank, bei der eine unterschiedliche Einstellung des Hubes der Einlaßventile aller Zylinder möglich ist, in der vorstehend beschriebenen Weise betreiben. Damit im Teillastbereich ein runder Lauf der Brennkraftmaschine gewährleistet ist, müßte der Hub der Einlaßventile entsprechend der Zündfolge gegenüber dem Normalhub verkleinert bzw. vergrößert werden. Bei einem Vierzylindermotor mit der Zündfolge 1-3-4-2 würde dies bedeuten, daß im Teillastbetrieb die Einlaßventile z. B. der Zylinder 1 und 4 nur geringfügig geöffnet werden, wogegen die Einlaßventile der Zylinder 3 und 2 soweit geöffnet werden, daß die erforderliche Gesamtlast im wesentlichen von diesen beiden Zylindern erbracht wird. Eine derartige unterschiedliche Steuerung des Hubes der Einlaßventile der Zylinder 1 und 4 bzw. 3 und 2 ist mit der in der DE 101 23 186 A1 beschriebenen Verstellvorrichtung jedoch nicht ohne weiteres realisierbar. Hierzu wäre eine unterschiedliche Profilierung der den Ventilen der Zylinder 1 und 4 bzw. 3 und 2 zugeordneten Kurvenscheiben erforderlich. Die Herstellung von Kurvenscheiben mit unterschiedlich geschliffenen Konturen ist jedoch mit Aufwand verbunden. Außerdem kann man die Phasenwinkel der Nockenweilen nicht unabhängig steuern, was den Verbrauchsvorteil reduziert bzw. sogar zu einem Nachteil werden läßt. Diese Überlegungen gelten sinngemäß für jede Brennkraftmaschine mit einer einzigen Zylinderbank.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit zwei Zylinderbänken, wobei abwechselnd Zylinder der einen und der anderen Bank gezündet werden, und mit einer Vorrichtung zur variablen Verstellung des Hubes der Einlaßventile aller Zylinder beider Bänke, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Teillastbereich die Einlaßventile der Zylinder einer Bank nur geringfügig oder zumindest weniger weit als die Einlaßventile der Zylinder der anderen Bank geöffnet werden, wogegen die Einlaßventile der Zylinder der anderen Bank so weit geöffnet werden, daß die erforderliche Gesamtlast im wesentlichen oder zumindest überwiegend von den Zylindern dieser Bank erbracht wird, und daß nach Überschreiten einer bestimmten Last der Öffnungshub der Einlaßventile der Zylinder beider Bänke auf einen gemeinsamen Wert verringert bzw. vergrößert wird, so daß die Zylinder jeder Bank die Hälfte der erforderlichen Gesamtlast erbringen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Teillastbereich die Einlaßventile der Zylinder der einen Bank nur so weit geöffnet werden, daß der Verbrennungsdruck bei geöffnetem Auslaßventil gleich oder geringfügig größer ist als der Druck hinter dem Auslaßventil.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterschiede im Lastverlauf der beiden Bänke bei unterschiedlichen Betriebszuständen, wie Drehzahl und/oder Temperatur, verschieden sind.