DE102007046658A1 - Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer mindestens einen Zylinder aufweisenden Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs, insbesondere Kraftfahrzeug, mit mindestens einem, mindestens zwei Auslassventile für den Zylinder aufweisenden Zylinderkopf, wobei die Auslassventile an zugeordnete Abgasturbolader angeschlossen sind. Es ist vorgesehen, dass die Auslassventile zum Steuern, insbesondere Ausgleichen, von unterschiedlichen Abgasgegendruckniveaus zueinander phasenverschoben betätigt werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer mindestens einen Zylinder aufweisenden Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs, insbesondere Kraftfahrzeug, mit mindestens einem, mindestens zwei Auslassventile für den Zylinder aufweisenden Zylinderkopf, wobei die Auslassventile an zugeordnete Abgasturbolader angeschlossen sind.
  • Verfahren der eingangs genannten Art sind bekannt. Die DE 102 29 116 A1 offenbart zum Beispiel ein Verfahren zum Betreiben einer mehrere Zylinder aufweisenden Brennkraftmaschine, die ein erstes und ein zweites Auslassventil für jeden der Zylinder aufweist, wobei den ersten Auslassventilen und den zweiten Auslassventilen jeweils ein Abgasturbolader zugeordnet ist, sodass das von den ersten Auslassventilen kommende Abgas zu dem ersten Abgasturbolader und das von den zweiten Auslassventilen kommende Abgas zu dem zweiten Abgasturbolader, beispielsweise mittels Abgaskrümmern geführt wird. Aufgrund einer derartigen Zuordnung der Auslassventile zu zugehörigen Abgasturboladern kann es dazu kommen, dass beispielsweise aufgrund unterschiedlich gestalteter, das Abgas führender Auslasskanäle, und/oder aufgrund unterschiedlich dimensionierter Abgasturbolader letztere nicht wunschgemäß arbeiten, was sich direkt auf den Wirkungsgrad und/oder den Mitteldruck der Brennkraftmaschine auswirkt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, das auf einfache Art und Weise ein optimales Betreiben der Brennkraftmaschine gewährleistet.
  • Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Auslassventile zum Steuern, insbesondere zum Ausgleichen von unterschiedlichen Abgasgegendruckniveaus zueinander phasenverschoben betätigt werden. Es ist also vorgesehen, dass die Ventilhubkurve des einen Auslassventils zu der Ventilhubkurve des anderen Ventils verschoben wird, sodass das eine Auslassventil zeitlich vor dem anderen Auslassventil öffnet. Die Abgasturbolader und/oder die Auslasskanäle erzeugen ein dem aus dem Zylinder strömenden Abgas entgegenwirkendes Abgasgegendruckniveau. Sind die Abgasturbolader und/oder die Auslasskanäle unterschiedlich gestaltet, so unterscheiden sich auch die Abgasgegendruckniveaus. Durch das phasenverschobene Betätigen der Auslassventile können die Abgasgegendruckniveaus gesteuert und insbesondere ausgeglichen werden, sodass ein besonders effektives Betreiben der Abgasturbolader und der Brennkraftmaschine möglich ist. Zweckmäßigerweise werden die Auslass ventile derart zueinander phasenverschoben betätigt, dass das Auslassventil, an dem ein niedrigeres Abgasgegendruckniveau, beziehungsweise ein größerer Turbinendurchsatz vorliegt, zuerst geöffnet wird. Hierdurch wird erreicht, dass wenn das zweite Auslassventil öffnet, bereits ein verringerter Druck in dem Zylinder der Brennkraftmaschine vorliegt und somit das Abgas mit einem geringeren Druck aus dem Zylinder in den Auslasskanal mit dem höheren Abgasgegendruckniveau, beziehungsweise dem geringeren Tubrinendurchsatz strömt. Mittels des vorteilhaften Verfahrens können die aufgrund unterschiedlicher Geometrie und/oder Führung von Auslasskanälen und/oder aufgrund unterschiedlich dimensionierten Abgasturboladern erzeugten Abgasgegendruckniveaus der Brennkraftmaschine auf einfache Art und Weise gesteuert und insbesondere ausgeglichen werden.
  • Vorteilhafterweise wird als erster Abgasturbolader ein im Vergleich zum zweiten Abgasturbolader größer dimensionierter Abgasturbolader verwendet. Es sind somit zwei unterschiedlich groß dimensionierte Abgasturbolader für unterschiedlich hohe Massendurchsätze vorgesehen, die für eine mehrstufige Aufladung der Brennkraftmaschine verwendet werden können. Die unterschiedlich dimensionierten Abgasturbolader wirken sich unterschiedlich auf den in den Auslasskanälen vorliegenden (Abgasgegen-)Druck aus. Der größere Abgasturbolader bewirkt beispielsweise aufgrund seines größeren Abgasmassendurchsatzverhaltens ein geringeres Abgasgegendruckniveau als der kleinere Abgasturbolader, sodass an den dem größeren Abgasturbolader zugeordneten Auslassventilen ein niedriger Gegendruck vorliegt als bei dem den kleineren Abgasturbolader zugeordneten Auslassventilen. Vorteilhafterweise wird das zweite, dem kleineren Abgasturbolader zugeordnete Auslassventil phasenverschoben spät betätigt. Das dem größeren Abgasturbolader zugeordnete Auslassventil, wie oben bereits gesagt, wird somit zuerst geöffnet, sodass der maximale in dem Zylinder vorliegende Duck, und damit verbunden der Massenstrom, zunächst nur auf den größer dimensionierten Abgasturbolader wirkt beziehungsweise dem niedrigeren Abgasgegendruckniveau entgegenwirkt. Wird anschließend das zweite Auslassventil geöffnet, das dem kleiner dimensionierten Abgasturbolader zugeordnet ist, so liegt ein geringerer Druck in dem Zylinder vor, der sich dann auf das höhere Abgasgegendruckniveau auswirkt. Das hohe Abgasgegendruckniveau wird somit mit einem niedrigen Druck und das niedrigere Abgasgegendruckniveau mit einem hohen Druck beaufschlagt, sodass die unterschiedlichen Abgasgegendruckniveaus ausgeglichen werden. Weiterhin ist es denkbar, die Auslassventile derart phasenverschoben zueinander zu betätigen, dass die Abgasgegendruckniveaus derart gesteuert werden, dass die Abgasturbolader unterschiedlich angetrieben werden.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird zumindest ein Teil des Abgases der Brennkraftmaschine an zumindest einem Abgasturbolader, vorzugsweise mittels eines Abgas-Bypasses vorbeigeleitet. Mindestens einem der Abgasturbolader wird also ein Abgas-Bypass zugeordnet. Dieser ist vorteilhafterweise schaltbar, sodass bei Bedarf das dem Abgasturbolader zugeführte Abgas teilweise oder vollständig an dem Abgasturbolader vorbeigeführt wird. Durch diese Maßnahme kann die Leistung des Abgasturboladers und somit die der Brennkraftmaschine weiter beeinflusst werden. Durch die Variation der Phasenlage beider Auslassventilhubverläufe zueinander, kann die variable Einstellung des Bypass-Abgasmassenstroms gewährleistet werden.
  • Schließlich ist vorgesehen, dass die Brennkraftmaschine mehrere Zylinder aufweist und jedes erste Auslassventil der Zylinder mit dem ersten Abgasturbolader und jedes zweite Auslassventil der Zylinder mit dem zweiten Abgasturbolader verbunden wird. Zum Verbinden der entsprechenden Auslassventile mit einem der Abgasturbolader können beispielsweise Abgaskrümmer verwendet werden. Wobei ein Abgaskrümmer das von den ersten Auslassventilen kommende Abgas in einen ersten gemeinsamen Auslasskanal zusammenführt und ein weiterer Abgaskrümmer das von den zweiten Auslassventilen kommende Abgas in einen zweiten gemeinsamen Auslasskanal zusammen führt. Der erste gemeinsame Auslasskanal führt das Abgas zweckmäßigerweise zu einer Turbine des ersten Abgasturboladers und der zweite gemeinsame Auslasskanal führt das Abgas zu einer Turbine des zweiten Abgasturboladers. Mittels einer derartigen Anordnung ist es möglich, eine mehrstufige Aufladung der Brennkraftmaschine zu realisieren, wobei beispielsweise in einem niedrigen Drehzahlbereich lediglich die ersten Auslassventile und in einem höheren Drehzahlbereich die ersten und die zweiten Auslassventile betätigt werden. Wobei in dem höheren Drehzahlbereich die Auslassventile, wie oben beschrieben, zueinander phasenverschoben betätigt werden, um unterschiedliche Abgasgegendruckniveaus zu steuern beziehungsweise auszugleichen.
  • Im Folgenden soll die Erfindung anhand einiger Figuren näher erläutert werden. Dazu zeigen
  • 1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine,
  • 2 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens und
  • 3 ein Ausführungsbeispiel einer mehrstufigen Aufladung der Brennkraftmaschine.
  • Die 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Brennkraftmaschine 1, die mehrere Zylinder 2 aufweist, denen jeweils ein erstes Auslassventil 3 und ein zweites Auslassventil 4 zugeordnet sind. Den ersten Auslassventilen 3 ist ein Abgaskrümmer 5 zugeordnet, der das von den Auslassventilen 3 kommende Abgas zusammenführt und einem ersten Abgasturbolader 6 zuführt. Den zweiten Auslassventilen 4 ist ein zweiter Abgaskrümmer 7 zugeordnet, der das von den Auslassventilen 4 kommende Abgas zusammenführt und einem zweiten Abgasturbolader 8 zuführt. Die Abgasturbolader 6 und 8 weisen jeweils eine Turbine 9, 10 auf, denen das jeweilige Abgas zugeführt wird, und einen Verdichter 11, 12, der von der entsprechenden Turbine 9, 10 angetrieben wird. Die Verdichter 11 und 12 fördern dabei die Frischluft, gekennzeichnet durch Pfeile 13, zu den Zylindern 2 der Brennkraftmaschine 1. Das Abgas tritt in Richtung der Pfeile 14 aus den Turbinen 9, 10 der Abgasturbolader 6, 8 aus.
  • Bei einer derartigen Brennkraftmaschine 1 können im Betrieb aufgrund unterschiedlicher Abgaskrümmer-Geometrien beziehungsweise unterschiedlicher Gestaltungen der Abgaskrümmer 5 und 7 und/oder aufgrund unterschiedlich dimensionierter Abgasturbolader 6, 8 unterschiedliche Abgasgegendruckniveaus an den Auslassventilen 3, 4 vorliegen. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Abgasturbolader 6 für einen größeren Massendurchsatz dimensioniert/ausgebildet als der Abgasturbolader 8. Dadurch liegt im Betrieb in dem Abgaskrümmer 5 ein niedrigeres Abgasgegendruckniveau als in dem Abgaskrümmer 7 vor.
  • Vorteilhafterweise werden zum Steuern der Abgasgegendruckniveaus die ersten Auslassventile 3 phasenverschoben zu den zweiten Auslassventilen 4 betätigt. Die 2 zeigt dazu in einem Ausführungsbeispiel eine Ventilhubkurve 15 des Auslassventils 3, eine Ventilhubkurve 16 des zweiten Auslassventils 4 sowie eine Ventilhubkurve 17 eines Einlassventils desselben Zylinders 2 der Brennkraftmaschine 1. Die Ventilhubkurven 15, 16 und 17 sind dabei in Millimeter (mm) über den Kurbelwellenwinkel (°KW) dargestellt.
  • Die Ventilhubkurven 15 und 16 der Auslassventile 3 und 4 des einen Zylinders 2 weisen den gleichen Hubverlauf auf und liegen zueinander phasenverschoben, sodass das Auslassventil 4 phasenverschoben spät zu dem Auslassventil 3 der Brennkraftmaschine 1 öffnet. Dies führt dazu, dass wenn das Auslassventil 3 gemäß der Ventilhubkurve 15 zuerst öffnet, der hohe, im Zylinder 2 vorliegende (Brennraum-)Druck dem niedrigeren Abgasgegendruckniveau des Abgaskrümmers 5 entgegenwirkt, wobei das zweite Auslassventil 4 gemäß der Ventilhubkurve 16 phasenverschoben spät(er) öffnet, sodass bei Öffnen des Auslassventils 4 bereits der Druck in dem Zylinder durch das vorherige Öffnen des Auslassventils 3 verringert wurde und der nun geringere Druck dem höheren Abgasgegendruckniveau des Abgaskrümmers 7 entgegenwirkt. Durch das vorteilhafte phasenverschobene Betätigen der Auslassventile 3 und und 4 gemäß der Ventilhubkurven 15 und 16 werden hierbei die Abgasgegendruckniveaus in den Abgaskammern 5 und 7 ausgeglichen, sodass die Turbinen 9 und 10 der Abgasturbolader 6 und 8 mit dem gleichen Abgasdruck/der gleichen Abgasturboladerdrehzahl betrieben werden. Zweckmäßigerweise werden alle ersten und alle zweiten Auslassventile 3, 4 entsprechend der oben beschriebenen Ventilhubkurven 15, 16 betätigt. Natürlich ist mittels des phasenverschobenen Ansteuerns beziehungsweise Betätigen der Auslassventile 3 und 4 ebenfalls ein Steuern der Abgasgegendruckniveaus denkbar, sodass die Turbinen 9 und 10 unterschiedlich angetrieben werden.
  • In dem Ausführungsbeispiel der 1 weist die Turbine 9 beziehungsweise der Abgasturbolader 6 einen schaltbaren Abgas-Bypass 18 auf, der das von dem Abgaskrümmer 5 kommende Abgas an der Turbine 9 teilweise oder vollständig vorbeileitet, wodurch der Betriebszustand des Abgasturboladers 6 beziehungsweise die Aufladung der Brennkraftmaschine 1 weiter beeinflusst werden kann. Durch eine Verstellung der Phasenlage der beiden Auslassventilhubverläufe kann somit der Bypass-Abgasmassenstrom variabel gesteuert werden.
  • Die 3 zeigt in einem Diagramm eine beispielhafte Strategie für eine mehrstufige Aufladung der Brennkraftmaschine 1, wobei in dem Diagramm der mittlere Ladedruck pme über die Drehzahl n der Brennkraftmaschine 1 beispielhaft aufgezeichnet ist. Vorteilhafterweise werden bei niedrigen Drehzahlen in einem ersten Bereich 19 nur die ersten Auslassventile 3 betätigt, wodurch nur der Abgasturbolader 6 den mittleren Ladedruck pme beeinflusst. Mit zunehmender Drehzahl n der Brennkraftmaschine 1 werden in Abhängigkeit vom mittleren Ladedruck pme zusätzlich die zweiten Auslassventile 4 betätigt, wie durch einen zweiten Bereich 20 angedeutet. Befindet sich die Brennkraftmaschine in dem Betriebszustand des Bereichs 20, so werden die Auslassventile 3 und 4, wie oben beschrieben, phasenverschoben zueinander betätigt, um die unterschiedlichen Abgasgegendruckniveaus der Abgaskrümmer 5 und 7 auszugleichen.
  • Insgesamt ermöglicht das oben beschriebene Verfahren auf einfache Art und Weise ein Steuern beziehungsweise Ausgleichen unterschiedlicher Abgasgegendruckniveaus beziehungsweise Differenzen der Abgasturboladerdrehzahlen, die aufgrund unterschiedlicher Abgaskrümmer-Geometrien und/oder unterschiedlich dimensionierter Abgasturbo lader 6, 8 vorliegen können, und gewährleistet somit eine optimalen Betrieb der Brennkraftmaschine.
    • 1
    Brennkraftmaschine
    2
    Zylinder
    3
    Auslassventil
    4
    Auslassventil
    5
    Abgaskrümmer
    6
    Abgasturbolader
    7
    Abgaskrümmer
    8
    Abgasturbolader
    9
    Turbine
    10
    Turbine
    11
    Verdichter
    12
    Verdichter
    13
    Pfeil
    14
    Pfeil
    15
    Ventilhubkurve
    16
    Ventilhubkurve
    17
    Ventilhubkurve
    18
    Abgas-Bypass
    19
    Bereich
    20
    Bereich
    n
    Drehzahl
    °Kw
    Kurbelwellenwinkel
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 10229116 A1 [0002]

Claims (5)

  1. Verfahren zum Betreiben einer mindestens einen Zylinder aufweisenden Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs, insbesondere Kraftfahrzeug, mit mindestens einem, mindestens zwei Auslassventile für den Zylinder aufweisenden Zylinderkopf, wobei die Auslassventile an zugeordnete Abgasturbolader angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassventile zum Steuern, insbesondere Ausgleichen, von unterschiedlichen Abgasgegendruckniveaus zueinander phasenverschoben betätigt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als erster Abgasturbolader ein im Vergleich zum zweiten Abgasturbolader größer dimensionierter Abgasturbolader verwendet wird.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Auslassventil phasenverschoben spät betätigt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des Abgases der Brennkraftmaschine an zumindest einem Abgasturbolader vorbei geleitet wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine mehrere Zylinder aufweist und jedes erste Auslassventil der Zylinder mit dem ersten Abgasturbolader und jedes zweite Auslassventil der Zylinder mit dem zweiten Abgasturbolader verbunden wird.
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