DE102008029197A1 - Device for selective cylinder cutoff in rechargeable combustion engine, has two cylinders which are shiftable and detachable and high pressure stage is provided which consists of compressor and turbine - Google Patents
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Abstract
Description
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur selektiven Zylinderabschaltung eines aufladbaren Verbrennungsmotors. Der Verbrennungsmotor umfasst mindestens eine Hochdruckstufe und mindestens eine Niederdruckstufe.The The invention relates to an apparatus and a method for selective Cylinder shutdown of a rechargeable internal combustion engine. The internal combustion engine includes at least one high pressure stage and at least one low pressure stage.
Stand der TechnikState of the art
Aus
der
Ein Schwerpunkt von Entwicklungsarbeiten bei Verbrennungsmotoren zielt auf die Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und der Schadstoffemissionen ab. Dabei soll die erzielbare Leistung und das Ansprechverhalten möglichst beibehalten werden.One Focus of development work on internal combustion engines aims on the reduction of fuel consumption and pollutant emissions from. Here, the achievable performance and the response be maintained as possible.
Eine mögliche Maßnahme ist hierbei die Abgasturboaufladung. Insbesondere seit Einführung der variablen Turbinengeometrie konnte sich die Abgasturboaufladung als geeignetes Mittel zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs bei Dieselmotoren durchsetzen.A Possible measure here is the turbocharger. Especially since the introduction of the variable turbine geometry The turbocharger could be a suitable means of reduction enforce the fuel consumption of diesel engines.
Auch bei Ottomotoren findet die Abgasturboaufladung zunehmend Anwendung. Aufgrund der relativ hohen Abgastemperaturen im Volllastbetrieb kann die variable Turbinengeometrie jedoch nur mit sehr hohem Kostenaufwand eingesetzt werden. Üblicherweise werden Ottomotoren daher mit Wastegate-Turboladern ausgestattet, wobei dabei immer der Kompromiss zwischen Ansprechverhalten und der erzielbaren Leistung gefunden werden muss.Also In gasoline engines, the turbocharging is increasingly used. Due to the relatively high exhaust gas temperatures in full load operation can However, the variable turbine geometry only with very high cost be used. Usually, gasoline engines therefore equipped with wastegate turbochargers, but always the compromise found between the response and the achievable performance must become.
Ein bereits erprobtes, jedoch auch kostenintensives Verfahren ist die Kombination aus variablem Steuertrieb und dem Schichtbrennverfahren.One already proven, but also costly process is the Combination of variable timing drive and the layer burning process.
Aufgabe der ErfindungObject of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe der Bereitstellung einer Vorrichtung und eines Verfahrens zugrunde, welche die Betriebscharakteristik und das Ansprechverhalten der Abgasturbolader verbessern.Of the Invention is the object of providing a device and a method based on the operating characteristics and improve the response of the turbocharger.
Lösung der AufgabeSolution of the task
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren gemäß Anspruch 7 gelöst.The Task is achieved by a device according to claim 1 and solved by a method according to claim 7.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Ein Aspekt der Erfindung liegt neben der selektiven Zylinderauswahl in einer Anordnung und einem Betrieb der Abgasturbolader dahingehend, dass diese in jedem Betriebsbereich des Verbrennungsmotors (Teillast, Übergang von Teillast in Volllast, Volllast sowie Übergang von Volllast in Teillast) stets in einem optimalen Leistungsbereich arbeiten. Neben der Berücksichtigung der optimalen Betriebsbereiche der Abgasturbolader liegt ein weiterer Aspekt auf der Verringerung von deren Ansprechzeiten.One Aspect of the invention is in addition to the selective cylinder selection in an arrangement and an operation of the exhaust gas turbochargers to the effect, that in each operating range of the internal combustion engine (partial load, transition Part load at full load, full load and transition from full load in part load) always work in an optimal performance range. In addition to the consideration of the optimal operating ranges the exhaust gas turbocharger is another aspect of the reduction of their response times.
Der Grundgedanke dabei ist, dass bei einem geringen Leistungsbedarf nur ein „kleiner” Motor, d. h. mindestens ein Zylinder ist abgeschaltet und mindestens ein Zylinder ist zugeschaltet, betrieben wird. Hingegen soll bei höherer Leistungsanforderung dann ein „großer” Motor, d. h. mindestens zwei Zylinder sind zugeschaltet, eingesetzt werden. Durch diese bedarfsweise Umschaltung zwischen „beiden” Motoren sind Kraftstoffeinsparungen erzielbar.Of the The basic idea is that with a low power requirement only a "small" engine, d. H. at least one Cylinder is switched off and at least one cylinder is switched on, is operated. On the other hand should at higher power requirement then a "big" engine, d. H. at least two cylinders are switched on, can be used. Through this if necessary switching between "two" motors Fuel savings are achievable.
Diese „beiden” Motoren sind vorteilhafterweise jeweils mit einem zu ihrem Schluckverhalten angepassten Abgasturbolader ausgerüstet. Die Anpassung der Abgasturbolader bedeutet hier insbesondere eine an das Motorschluckverhalten angepasste Auswahl der Abgasturbolader. Das Kriterium dafür können die Abgasturboladerkennfelder der Hersteller sein. Die Führung/Leitung des Frischluftmassenstroms wird derart vorgenommen, dass durch den Verdichter der Hochdruckstufe nur ein Teil der Gesamtzylinderanzahl und nicht alle Zylinder mit durch ihn komprimierter Frischluft versorgt werden. Die Turbine der Hochdruckstufe kann hingegen von allen Zylindern mit Abgas beaufschlagt werden. Diese unterschiedliche Zuordnung wird vorgenommen, um insbesondere in der Beschleunigungsphase, die eine Übergangsphase von dem „kleinen” Motor zu dem „großen” Motor darstellt, den dafür erforderlichen Ladedruck möglichst verzögerungsfrei bereitstellen zu können.These "two" engines are advantageously each with a to their swallowing behavior equipped exhaust gas turbocharger equipped. The adaptation The exhaust gas turbocharger means in particular one of the engine slipping behavior adapted selection of exhaust gas turbochargers. The criterion for this can be the exhaust gas turbocharger maps of the manufacturer. The leadership / leadership the fresh air mass flow is made such that through the compressor the high-pressure stage only a part of the total number of cylinders and not all cylinders are supplied with compressed by him fresh air. The turbine of the high pressure stage, however, can of all cylinders be exposed to exhaust gas. This different assignment is made especially in the acceleration phase, the a transitional phase of the "small" engine represents the "big" engine, the required boost pressure as soon as possible to be able to provide.
Der Verdichter der Hochdruckstufe wird für den „kleinen” Motor ausgelegt, ist jedoch auch beim „großen” Motor involviert, da er vorteilhafterweise bei der „Umschaltung” von dem „kleinen” Motor zu dem „großen” Motor und umgekehrt aktiviert ist.Of the Compressor of the high-pressure stage is used for the "small" engine However, it is also the "big" engine involved, as it is advantageous in the "switching" of the "small" engine to the "big" engine and vice versa is activated.
Je nach Lastbedarf ist der Verdichter der Hochdruckstufe teilweise oder vollständig umgehbar. Diese Umgehung erfolgt vorteilhafterweise mittels eines Bypassventils, welches in der Umgehungsleitung angeordnet ist. Das Bypassventil nimmt die beiden Zustände „offen” und „geschlossen” ein.Depending on the load requirement, the compressor of the high-pressure stage can be partially or completely bypassed. This bypass is advantageously carried out by means of a bypass valve, which in the bypass line is arranged. The bypass valve assumes the two states "open" and "closed".
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es nicht erforderlich, dass mit dem Bypassventil weitere Zustände, beispielsweise „teilweise geöffnet” oder „teilweise geschlossen”, darstellbar sind, da in einem Teillast- oder Beschleunigungs-/Verzögerungsbetrieb das Bypassventil geschlossen ist und einem Teil der Zylinder vom Verdichter der Hochdruckstufe verdichtete Frischluft zugeführt wird und gegebenenfalls dem anderen Teil der Zylinder vom Verdichter der Niederdruckstufe verdichtete Frischluft zugeführt wird. Im Volllastbetrieb ist das Bypassventil geöffnet und allen Zylindern wird nur vom Verdichter der Niederdruckstufe verdichtete Frischluft zugeführt.to Implementation of the method according to the invention it is not necessary that with the bypass valve further states, for example, "partially opened" or "partially closed, as can be seen in a part-load or Acceleration / deceleration operation, the bypass valve is closed is and a part of the cylinder from the compressor of the high-pressure stage compressed fresh air is supplied and optionally the other part of the cylinder from the compressor of the low-pressure stage compressed Fresh air is supplied. In full load operation is the bypass valve open and all cylinders are only from the compressor Low pressure stage fed compressed fresh air.
Die Turbine der Hochdruckstufe ist abhängig vom Lastbedarf vollständig umgehbar. Diese Umgehung erfolgt vorteilhafterweise mittels eines Bypassventils, welches in der Umgehungsleitung angeordnet ist. Das Bypassventil nimmt die beiden Zustände „offen” und „geschlossen” ein.The Turbine of the high-pressure stage depends on the load requirement completely bypassable. This bypass is advantageously carried out by means of a bypass valve, which is arranged in the bypass line is. The bypass valve assumes the two states "open" and "closed".
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es nicht erforderlich, dass mit dem Bypassventil weitere Zustände, beispielsweise „teilweise geöffnet” oder „teilweise geschlossen”, darstellbar sind, da in einem Teillastbetrieb oder Beschleunigungs-/Verzögerungsbetrieb das Bypassventil geschlossen ist und der Abgasmassenstrom von den zugeschalteten Zylindern zuerst über die Turbine der Hochdruckstufe und anschließend über die Turbine der Niederdruckstufe entspannt wird. Im Volllastbetrieb ist das Bypassventil geöffnet und der Abgasmassenstrom von allen Zylindern wird nur über die Turbine der Niederdruckstufe entspannt.to Implementation of the method according to the invention it is not necessary that with the bypass valve further states, for example, "partially opened" or "partially closed ", are present, as in a part-load operation or acceleration / deceleration operation the bypass valve is closed and the exhaust gas mass flow of the switched Cylinders first via the turbine of the high pressure stage and then via the turbine of the low-pressure stage is relaxed. In full load operation, the bypass valve is open and the exhaust mass flow of all cylinders is only about the turbine of the low pressure stage relaxes.
Vorteilhafterweise erfolgt die Dimensionierung des Verdichters und der Turbine der Hochdruckstufe für einen Volllastbetrieb derjenigen Zylinder, denen über den Verdichter der Hochdruckstufe verdichtete Frischluft zuführbar ist. Ist beispielsweise bei einem Vierzylindermotor zwei Zylindern vom Verdichter der Hochdruckstufe verdichtete Frischluft zuführbar, so werden der Verdichter und die Turbine für einen optimalen Zweizylinder-Volllast-Betrieb ausgelegt.advantageously, the dimensioning of the compressor and the turbine takes place High-pressure stage for full-load operation of those cylinders, which compressed over the compressor of the high-pressure stage Fresh air can be supplied. For example, at one Four cylinder engine two cylinders from the compressor of the high pressure stage compressed fresh air supplied, so are the compressor and the turbine for optimal two-cylinder full-load operation designed.
Die Dimensionierung der Niederdruckstufe erfolgt vorteilhafterweise für einen Volllastbetrieb mit sämtlichen Zylindern.The Dimensioning of the low-pressure stage is advantageously carried out for a full load operation with all cylinders.
Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens müssen keine Veränderungen an den Öffnungs- und Schließzeiten der Ventile für die Zylinder vorgenommen werden. Für die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren werden die zylinderspezifischen Kraftstoffmengen und die Führung des Frischluftmassenstroms und des Abgasmassenstroms entsprechend den jeweiligen Anforderungen verändert.through the device according to the invention and the invention Method, no changes need to be made to the opening and closing times of the valves for the cylinders be made. For the inventive Device and the method according to the invention become the cylinder specific fuel quantities and the guidance the fresh air mass flow and the exhaust gas mass flow accordingly changed according to the respective requirements.
Zeichnungendrawings
Es zeigen:It demonstrate:
Die
Der
Verbrennungsmotor
Stromabwärts
des Verdichters
Der
Verdichter
Die
abgeschalteten Zylinder
Stromaufwärts
der Turbine
Die
Umgehungsleitung
Die
abgeschalteten Zylinder
Der
Verbrennungsmotor
Die
Regelung der unteren Teillast erfolgt mittels der Drosselklappe
Abgasseitig
ist das Bypassventil
Der
Frischluftmassenstrom strömt in Richtung des Pfeils A und
wird zuerst von dem Verdichter
Der
Abgasmassenstrom der beiden zugeschalteten Zylinder
Die
Der
Frischluftmassenstrom strömt in Richtung des Pfeils A,
wird zuerst von dem Verdichter
Der
gesamte Abgasmassenstrom der Zylinder
Die
Der
Frischluftmassenstrom strömt in Richtung des Pfeils A,
wird zuerst von dem Verdichter
Der
gesamte Abgasmassenstrom der Zylinder
Die
Diese
dargestellte Vorrichtung
Der
Frischluftmassenstrom wird zuerst von dem Verdichter
Der
gesamte Abgasmassenstrom aller vier Zylinder
Für
die Dimensionierung bzw. für die geeignete Auswahl eines
Aufladesystems wird der Luftbedarf eines Verbrennungsmotors
Die
Der
Frischluftmassenstrom wird zuerst von dem Verdichter
Der
gesamte Abgasmassenstrom aller vier Zylinder
Die
Dimensionierung der Niederdruckstufe
Die
Die
Anordnung der Umgehungsleitung
- 11
- Vorrichtungcontraption
- 22
- Verbrennungsmotorinternal combustion engine
- 3.13.1
- zugeschalteter Zylindersent off cylinder
- 3.1.13.1.1
- zugeschalteter Zylindersent off cylinder
- 3.1.23.1.2
- zugeschalteter Zylindersent off cylinder
- 3.23.2
- abgeschalteter Zylinderswitched off cylinder
- 44
- HochdruckstufeHigh pressure stage
- 4.14.1
- Verdichtercompressor
- 4.24.2
- Turbineturbine
- 55
- NiederdruckstufeLow pressure stage
- 5.15.1
- Verdichtercompressor
- 5.25.2
- Turbineturbine
- 66
- FrischluftleitungFresh air line
- 77
- Abgasleitungexhaust pipe
- 88th
- Drosselklappethrottle
- 99
- Drosselklappethrottle
- 1010
- Bypassventilbypass valve
- 1111
- Umgehungsleitungbypass line
- 1212
- Bypassventilbypass valve
- 1313
- Umgehungsleitungbypass line
- AA
- Pfeilarrow
- A1A1
- Pfeilarrow
- A2A2
- Pfeilarrow
- BB
- Pfeilarrow
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R005 | Application deemed withdrawn due to failure to request examination |