DE102007039210A1 - Method for operating an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere Ottomotor oder Dieselmotor, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wobei die Schließzeiten von Einlassventilen von Arbeitszylindern der Brennkraftmaschine gemäß einem Miller-Zyklus gewählt werden und wobei eine variable Turbinengeometrie eines Abgasturboladers zum Verändern einer Verdichtungsleistung des Abgasturboladers betätigt wird. Hierbei werden bei einer Drehzahl n [U/min] der Brennkraftmaschine von 1000 U/min <= n <= 3000 U/min in Abhängigkeit von einer Lastanforderung die Schließzeitpunkte der Einlassventile gemäß dem Miller-Zyklus derart gewählt und wird die variable Turbinengeometrie des Abgasturboladers derart eingestellt, dass eine auf die maximale Motorlast bezogene effektive Motorlast m<SUB>eff</SUB> gemäß $F1 erzielt wird.The invention relates to a method for operating an internal combustion engine, in particular gasoline engine or diesel engine, in particular a motor vehicle, wherein the closing times of intake valves of working cylinders of the internal combustion engine are selected according to a Miller cycle and wherein a variable turbine geometry of an exhaust gas turbocharger for varying a compression capacity of the exhaust gas turbocharger is actuated , Here, at a speed n [rpm] of the internal combustion engine of 1000 rpm <= n <= 3000 rpm as a function of a load request, the closing times of the intake valves are selected according to the Miller cycle and the variable turbine geometry of the exhaust gas turbocharger set such that an effective engine load m <SUB> eff </ SUB> related to the maximum engine load is obtained according to $ F1.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere Ottomotor oder Dieselmotor, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wobei die Schließzeiten von Einlassventilen von Arbeitszylindern der Brennkraftmaschine gemäß einem Miller-Zyklus gewählt werden und wobei eine variable Turbinengeometrie eines Abgasturboladers zum Verändern einer Verdichtungsleistung des Abgasturboladers betätigt wird, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The The invention relates to a method for operating an internal combustion engine, in particular gasoline engine or diesel engine, in particular of a motor vehicle, the closing times of intake valves of working cylinders the internal combustion engine according to a Miller cycle be selected and where a variable turbine geometry an exhaust gas turbocharger for varying a compression capacity the exhaust gas turbocharger is actuated according to the Preamble of claim 1.
Der Einsatz von Abgasturboladern mit variabler Turbinengeometrie (VTG oder VGT) verspricht auch bei Ottomotoren ein großes Potential. Bei Anwendung der VTG-Technologie gibt es zunächst zwei Möglichkeiten für eine Verbesserung: Einerseits kann das Low-End-Torque (LET) des Motors gegenüber einem konventionellen ATL deutlich verbessert werden oder man verwendet andererseits zur deutlichen Leistungssteigerung gegenüber einem konventionellen ATL einen größeren VTG-ATL, wobei der Motor dank der VTG-Technik über ein vergleichbares LET verfügt. Speziell im ersten Fall lassen sich schon bei niedrigen Drehzahlen sehr hohe Aufladegrade realisieren. Für solche Anwendungen sind VTG-Turbolader, die zusätzlich über ein integriertes Wastegate verfügen, besonders geeignet, da sie sehr stark auf den unteren Drehzahlbereich des Motors optimiert werden können.Of the Use of turbochargers with variable turbine geometry (VTG or VGT) also promises great potential for gasoline engines. When using the VTG technology, there are initially two Opportunities for improvement: on the one hand The low-end torque (LET) of the engine over a conventional ATL be significantly improved or used on the other hand, to the significant increase in performance a conventional ATL has a larger VTG ATL, the engine thanks to the VTG technology over a comparable LET has. Especially in the first case can be already realize very high charging levels at low speeds. For such applications are VTG turbochargers, which in addition over have an integrated wastegate, particularly suitable because it optimizes very much to the lower engine speed range can be.
Neben der VFG-Technologie können durch das bereits bekannte Miller-/Atkinson-Verfahren deutliche Vorteile bzgl. des Volllastverbrauches bei Ottomotoren erzielt werden. Hierbei wird durch einen auf den unteren Totpunkt eines Arbeitskolbens bezogenen späten oder frühen Einlassschluss-Zeitpunkt die innere Verdichtungsarbeit des Motors reduziert. Da bei der inneren Verdichtung der angesaugten Zylinderfüllung eine der im Arbeitszylinder erfolgenden Druckerhöhung entsprechende Wärme entsteht, besitzt das komprimierte Gemisch zum Zündzeitpunkt eine hohe Temperatur. Je höher diese Temperatur ist, desto klopfempfindlicher ist das Gemisch und desto später muss es gezündet werden. Je später allerdings der Zündwinkel gewählt werden muss, desto schlechter wird der motorische Wirkungsgrad, was wieder zu einem höheren Kraftstoffverbrauch führt. Durch die Miller-typischen Steuerzeiten wird die interne Kompressionsarbeit des Motors reduziert, wodurch eine geringere Erwärmung und bessere Zündwinkel realisiert werden können. Damit der Motor dennoch die gleiche Leistung abgibt, muss ein höherer Ladedruck vor den Einlassventilen anliegen. Diese externe Verdichtungsarbeit hat den Vorteil, dass die Ladeluft in einem Ladeluftkühler gekühlt werden kann, bevor sie in die Arbeitszylinder der Motoren gelangt. Je größer nun der positive Effekt durch einen angewandten Miller-Cycle sein soll, desto mehr interne Verdichtungsarbeit muss durch externe Verdichtungsarbeit substituiert werden. Hierzu ist ein geeignetes Aufladeverfahren notwendig.Next VFG technology can be achieved by the well-known Miller / Atkinson process clear advantages with respect to the full load consumption of gasoline engines be achieved. This is by a on the bottom dead center a working piston related late or early Inlet deadline time the internal compression work of the engine reduced. As in the internal compression of the sucked cylinder filling one of the pressure increases in the working cylinder corresponding Heat is generated possesses the compressed mixture at the time of ignition a high temperature. The higher this temperature is, the better more sensitive to knocking is the mixture and the later must it will be detonated. The later, however, the ignition angle must be chosen, the worse is the motor Efficiency, which again leads to higher fuel consumption. Due to the typical Miller timing, the internal compression work reduces the engine, causing less heating and better ignition angle can be realized. In order for the engine to deliver the same power, a higher one must be possible Charge pressure in front of the inlet valves. This external compaction work has the advantage that the charge air in a charge air cooler can be cooled before entering the working cylinder Engines passes. The bigger the positive effect through an applied Miller cycle, the more internal Compaction work must be substituted by external compaction work become. For this purpose, a suitable charging process is necessary.
Beim bekannten Miller/Atkinson-Zyklus wird der Zeitpunkt "Einlassventil schließt" (ES) beispielsweise nach spät verschoben. Auf diese Weise wird bereits im Arbeitszylinder befindliches Frischgas z. T. wieder ausgeschoben. Dies bedeutet einen Füllungsnachteil, der aber über eine AHufladung mit einem geeigneten Ladedruck kompensiert werden kann. Dabei ist der Ladedruck im Volumen zwischen Laderausgang und Motoreinlass so zu regeln, dass der Ladedruck in jedem Miller-Betriebspunkt, d. h. jeder Betriebspunkt in dem der "Miller-Zyklus" zur Anwendung kommt, dem theoretischen Verdichtungsenddruck in den Arbeitszylindern der Brennkraftmaschine zum Zeitpunkt Einlassventil schließt entspricht. Für die Regelung, wahlweise auch Steuerung, kommen Druck- und/oder Temperatur- und/oder Massenstromsensoren oder sinnvolle Kombisensoren der drei angesprochenen Sensortypen zum Einsatz.At the known Miller / Atkinson cycle is the time "intake valve closes "(ES), for example, postponed late. In this way, fresh gas is already in the cylinder z. T. pushed out again. This means a filling disadvantage but with an AH charging with a suitable boost pressure can be compensated. Here is the boost pressure in the volume between Charger output and engine inlet to regulate so that the boost pressure in every Miller operating point, i. H. every operating point in which the "Miller cycle" is used, the theoretical compaction pressure in the working cylinders of the internal combustion engine at the time of intake valve closes corresponds. For the regulation, optionally also control, come pressure and / or temperature and / or mass flow sensors or meaningful combination sensors of the three sensor types mentioned for use.
Der positive Effekt des Miller/Atkinson-Zyklus mittels frühem oder spätem Zeitpunkt für das Schließen des Einlassventils auf die NOx-Emission und Homogenisierbarkeit des Dieselgemischs ist bekannt. Weiterhin kann bei ottomotorischen Anwendungen die Klopfneigung bei Hochaufladung deutlich reduziert werden.The positive effect of the Miller / Atkinson cycle on early or late intake valve closure on NO x emission and homogeneity of the diesel mixture is known. Furthermore, in the case of Otto engine applications, the tendency to knock when being supercharged can be significantly reduced.
Bei herkömmlichen Turbomotoren mit Standard-ATL können die Vorteile eines Miller-Zyklus allerdings erst bei höheren Motordrehzahlen erzielt werden, wenn in einem ausreichenden Maß Abgasenergie für die externe Verdichtungsarbeit zur Verfügung steht. Bei niedrigen Motordrehzahlen wird der gesamte, zur Verfügung stehende Ladedruck in das effektive Motormoment umgesetzt. Hier ergibt sich die Möglichkeit durch entsprechende Variabilitäten auf der Einlassseite das Potential des Miller-Zyklus im oberen Teil des Drehzahlbandes zu erschließen.at conventional turbocharged engines with standard ATL can the benefits of a Miller cycle, however, only at higher Engine speeds are achieved when sufficient exhaust gas energy available for external compaction work stands. At low engine speeds, the entire, available Boost pressure converted into the effective engine torque. Here arises the possibility of corresponding variability on the inlet side the potential of the Miller cycle in the upper part to tap the speed band.
Aus
der
Mit einem mechanisch angetriebenem Lader können zwar auch bei niedrigen Motordrehzahlen hohe Ladedrücke realisiert werden, allerdings wird die Antriebsleistung für den Lader direkt von der Kurbelwelle abgezweigt. Mit zunehmend notwendiger Verdichtungsarbeit am mechanisch angetriebenem Lader, wird daher eine zunehmend hohe Antriebsleistung von der Kurbelwelle abgeführt. Diese Leistung reduziert die effektiv vom Motor abgegebene Leistung, was zwar dazu führt das der Motor thermodynamisch effektiver betrieben wird, nach außen aber kein positiver Effekt abgeführt werden kann.With Although a mechanically driven loader can also at low engine speeds high boost pressures are realized however, the drive power for the loader is direct branched off from the crankshaft. With increasingly necessary consolidation work on the mechanically driven loader, therefore becomes an increasingly high Drive power dissipated from the crankshaft. This performance Reduces the power effectively delivered by the engine, which, though causes the engine to operate thermodynamically more effectively, externally but no positive effect dissipated can be.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der o. g. Art hinsichtlich der Ausnutzung der Vorteile des Miller-Zyklus zu verbessern Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der o. g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.Of the Invention is based on the object, a method of o. G. kind in terms of exploiting the benefits of the Miller cycle This object is achieved by a method the o. g. Art solved with the features characterized in claim 1. Advantageous embodiments of the invention are in the other Claims described.
Dazu ist es bei einem Verfahren der o. g. Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass bei einer Drehzahl n [U/min] der Brennkraftmaschine von 1.000 U/min ≤ n ≤ 3.000 U/min in Abhängigkeit von einer Lastanforderung die Schließzeitpunkte der Einlassventile gemäß dem Miller-Zyklus derart gewählt werden und die variable Turbinengeometrie des Abgasturboladers derart eingestellt wird, dass eine auf die maximale Motorlast bezogene effektive Motorlast meff gemäß erzielt wird.For this purpose, it is provided according to the invention in a method of the aforementioned type that at a rotational speed n [rpm] of the internal combustion engine of 1,000 rpm ≦ n ≦ 3,000 rpm as a function of a load request the closing times of the intake valves according to the Miller cycle be selected and the variable turbine geometry of the exhaust gas turbocharger is set such that an effective engine load m eff based on the maximum engine load m eff is achieved.
Dies hat den Vorteil, dass bereits bei niedrigen Drehzahlen mit hohen Motorleistungen trotz niedrigem Abgasmassenstrom die Vorteile des Miller-Zyklus durch die Verlagerung der Verdichtungsarbeit aus dem Arbeitszylinder heraus, wie niedrige Temperatur im Brennraum und reduzierter Kraftstoffverbrauch, genutzt werden können. Hierbei kann zusätzlich schon bei niedrigen Drehzahlen der Brennkraftmaschine von kleiner oder gleich 1.500 U/min eine effektive Motorlast von 70% bis 100% der maximalen Motorlast erzielt werden. Mit dem Ladedruckpotential des Abgasturboladers mit variabler Turbinengeometrie wird der Miller-Zyklus deutlich effektiver als dies bei herkömmlichen Aufladeverfahren der Fall ist.This has the advantage that even at low speeds with high Motor performances despite low exhaust gas mass flow the advantages of Miller cycle by shifting the compression work from the Working cylinder out, such as low temperature in the combustion chamber and reduced fuel consumption, can be used. This can additionally at low speeds the internal combustion engine of less than or equal to 1,500 rpm one effective engine load of 70% to 100% of the maximum engine load achieved become. With the boost pressure potential of the turbocharger with variable Turbine geometry, the Miller cycle is much more effective than this is the case with conventional charging methods.
Zweckmäßigerweise wird bei einer Drehzahl n [U/min] von 1.000 U/min ≤ n ≤ 1.500 U/min gleichzeitig die Motorlast meff gemäß erzielt.Conveniently, at a speed n [rpm] of 1,000 rpm ≦ n ≦ 1,500 rpm, the engine load m eff simultaneously achieved.
Eine Expansion des Verbrennungsgemisches mit entsprechender Abkühlung erzielt man dadurch, dass der Schließzeitpunkt gemäß dem Millerzyklus derart gewählt wird, dass wenigstens eines der Einlassventile vor dem Erreichen eines unteren Totpunktes im Ladungswechselhub eines diesem Einlassventil zugeordneten Arbeitskolbens geschlossen wird.A Expansion of the combustion mixture with appropriate cooling achieved by the fact that the closing time according to the Millerzyklus is chosen such that at least one the intake valves before reaching a bottom dead center in Charge change stroke of a working piston associated with this intake valve is closed.
Eine Reduktion des effektiven Verdichtungsverhältnisses mit entsprechend erniedrigter Brennraumtemperatur vor der Zündung erzielt man dadurch, dass der Schließzeitpunkt gemäß dem Millerzyklus derart gewählt wird, dass wenigstens eines der Einlassventile nach dem Erreichen eines unteren Totpunktes im Ladungswechselhub eines diesem Einlassventil zugeordneten Arbeitskolbens geschlossen wird.A Reduction of the effective compression ratio with correspondingly reduced combustion chamber temperature before ignition achieved by the fact that the closing time according to the Millerzyklus is chosen such that at least one the intake valves after reaching a bottom dead center in Charge change stroke of a working piston associated with this intake valve is closed.
In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt eine Phasenlänge der Öffnungszeit von wenigstens einem Einlassventil 190°KW bis 220°KW.In a preferred embodiment is a Phase length of the opening time of at least one Inlet valve 190 ° KW to 220 ° KW.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in der einzigen Fig. ein Last-Drehzahl-Kennfeld einer Brennkraftmaschine, welche gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben wird.The The invention will be explained in more detail below with reference to the drawing explained. This shows in the only Fig. A load-speed map an internal combustion engine, which according to the invention Method is operated.
In
der einzigen Fig. ist auf einer horizontalen Achse
Erfindungsgemäß ist
es vorgesehen, dass die Brennkraftmaschine mit derartigen Schließzeiten
für jeweilige Einlassventile von Arbeitszylindern der Brennkraftmaschine
gemäß einem Miller-Zyklus und gleichzeitig mit
derartiger Einstellung für die variable Turbinengeometrie
einer Turbine eines Abgasturboladersbetrieben wird, dass im Drehzahlbereich
von 1000 U/min bis 3.500 U/min auch Betriebspunkte oberhalb des
zweiten Grafen
Erfindungsgemäß werden der Miller-Zyklus und die VTG-Technologie optimal miteinander verbunden. Durch das Potential zu hohen Ladedrücken, die bei einer entsprechenden VTG-Auslegung durch eine effizientere Ausnutzung der Abgasenergie im Vergleich zu einem konventionellen Abgasturbolader, schon ab sehr niedrigen Motordrehzahlen (< 1500 U/min) bereit gestellt werden können, ist es möglich, im gesamten Drehzahlband der Brennkraftmaschine die positiven Effekte des Miller-Zyklus zu nutzen.According to the invention The Miller cycle and VTG technology are optimally connected. By the potential for high boost pressures, which at a corresponding VTG design through more efficient use of exhaust gas energy in comparison to a conventional exhaust gas turbocharger, already off very low engine speeds (<1500 Rpm), it is possible in the entire speed range of the internal combustion engine, the positive effects of the Miller cycle.
Beispielsweise ist einlassseitig ein Nockenwellensteller mit festem Ventilhub vorgesehen, wobei die Nockenform dem entsprechenden Millerverfahren angepasst ist. Vorzugsweise kommt das Millerverfahren mit spätem Einlassschluss (nach UT des Arbeitskolbens im Ladungswechselhub) zur Anwendung, was zu einer Phasenlänge von 190°KW bis 220°KW führt. Mit weiteren Variabilitäten bzgl. des einlassseitigen Gaswechsels (Phasenlänge bis zu 240°KW, Nockenumschalteinrichtung, etc.) können weitere Potentiale des Miller-Zyklus erschlossen werden.For example a camshaft actuator with fixed valve lift is provided on the intake side, the cam shape adapted to the corresponding Millerverfahren is. Preferably, the Miller method comes with late Inlet closing (after UT of the working piston in the charge change stroke) for application, resulting in a phase length of 190 ° KW leads to 220 ° KW. With further variabilities with regard to the inlet-side gas change (phase length to to 240 ° CA, cam switching device, etc.) Further potentials of the Miller cycle can be tapped.
Erfindungsgemäß ist
der Bereich
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OM8 | Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
R005 | Application deemed withdrawn due to failure to request examination | ||
R005 | Application deemed withdrawn due to failure to request examination |
Effective date: 20140821 |