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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer
Brennkraftmaschine, insbesondere bei stationären Anwendungen. Des Weiteren
betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine, insbesondere bei
stationären
Anwendungen.
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Eine
Brennkraftmaschine weist üblicherweise
einen Ventiltrieb zum Betätigen
von Ladungswechselventilen auf. Sie kann als Ottomotor oder als Dieselmotor
ausgestaltet sein. Ferner kann sie als aufgeladener Motor oder als
reiner Saugmotor ausgestaltet sein. Ferner ist eine Ausgestaltung
als Vier-Takt-Motor üblich.
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Beim
Ladungswechsel wird Verbrennungsabgas aus dem jeweiligen Zylinder
durch den jeweiligen Kolben ausgeschoben. Hierzu ist das jeweilige Einlassventil
geschlossen, während
das jeweilige Auslassventil geöffnet
ist. Das Ausschieben des Abgases kann am unteren Totpunkt des jeweiligen
Kolbens beginnen und endet zweckmäßig am oberen Totpunkt des
jeweiligen Kolbens. Nach dem Ausschieben des Abgases erfolgt die
Beladung des jeweiligen Zylinders mit Frischgas. Hierzu bewegt sich der
jeweilige Kolben im entsprechenden Zylinder so, dass sich das Volumen
im Zylinder vergrößert. Die Beladung
kann somit am oberen Totpunkt des Kolbens beginnen und am unteren
Totpunkt des Kolbens enden. Beim Beladen ist es zweckmäßig, das
jeweilige Auslassventil zu schließen und das jeweilige Einlassventil
zu öffnen.
Wird dabei das jeweilige Einlassventil im Bereich des unteren Totpunkts
des Kolbens geschlossen, kann die maximale Frischgasmenge in den
Zylinder befördert
werden. Die anschließende Kompression
findet dann mit einem maximalen Verdichtungsverhältnis statt.
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Zur
Reduzierung der Schadstoffemissionen, insbesondere der NOx-Emissionen, wird versucht, die Temperatur
während
des Verbrennungsprozesses, also die Prozesstemperatur zu senken.
Ein möglicher
Ansatz zur Verfolgung dieses Ziels ist die Reduzierung der Frischgasmenge,
die beim Komprimieren zur Verfügung
steht. Außerdem
wird das effektive Kompressionsverhältnis reduziert. Bei reduziertem Kompressionsverhältnis sinkt
die Prozesstemperatur, was mit einer Abnahme der NOx-Emissionen
einhergeht. Dieser Ansatz wird beispielsweise vom sogenannten Miller-Verfahren
sowie vom sogenannten Atkinson-Verfahren auf unterschiedlichen Wegen verfolgt.
Beim Miller-Verfahren wird der Schließzeitpunkt des jeweiligen Einlassventils
nach früh
verschoben, also zeitlich vor den unteren Totpunkt des jeweiligen
Kolbens. Der Beladungsvorgang wird dadurch früher beendet, wodurch weniger
Frischgas in den Zylinder gelangt. Im Unterschied dazu wird beim Atkinson-Verfahren
der Schließzeitpunkt
des jeweiligen Einlassventils nach spät, also zeitlich nach dem unteren
Totpunkt des jeweiligen Kolbens verlegt. Hierdurch kann ein Teil
des bereits in den Zylinder geförderten
Frischgases beim Kompressionshub wieder ausgeschoben werden, wodurch
folglich die zum Komprimieren zur Verfügung stehende Frischgasmenge
und somit das effektive Kompressionsverhältnis reduziert werden.
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Mit
Hilfe variabler Ventiltriebe ist es grundsätzlich möglich, den Schließzeitpunkt
der Einlassventile bedarfsgerecht zu verschieben, wobei für einen
Normalbetrieb der Brennkraftmaschine entsprechend dem Miller-Zyklus
oder entsprechend dem Atkinson-Zyklus die komprimierte Frischgasmenge
reduziert wird. Für
einen Leistungsbetrieb der Brennkraftmaschine, der sich gegenüber dem
Normalbetrieb durch eine höhere
Motorleistung auszeichnet, kann die Frischgasbeladung vergrößert und
das Verdichtungsverhältnis
angehoben werden. Derartige variable Ventiltriebe bauen jedoch,
insbesondere bei größeren Motoren,
sehr aufwendig und sind entsprechend teuer.
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Anstelle
eines variablen Ventiltriebs ist es grundsätzlich möglich, einen herkömmlichen
invarianten Ventiltrieb in Verbindung mit Zusatzventilen zu verwenden,
die in Frischgaspfaden angeordnet sind, die zu den Zylindern führen. Durch
Sperren des jeweiligen Frischgaspfads vor dem Schließen des
jeweiligen Einlassventils kann die Beladung des zugehörigen Zylinders
mit Frischgas entsprechend dem Miller-Prozess reduziert werden.
Die kurzfristige Leistungssteigerung kann in einfacher Weise durch die
Deaktivierung der Zusatzventile erreicht werden. Derartige Zusatzventile
lassen sich preiswerter realisieren als ein variabler Ventiltrieb.
Problematisch kann hierbei sein, dass diese Zusatzventile hohen Belastungen
und langen Laufzeiten ausgesetzt sind, so dass Verschleiß ihre Lebenszeit
reduziert.
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Die
vorliegende Erfindung beschäftigt
sich mit dem Problem, für
ein Betriebsverfahren sowie für eine
Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art eine verbesserte Ausführungsform
anzugeben, die sich insbesondere dadurch auszeichnet, dass sie eine
erhöhte
Lebenszeit aufweist.
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Erfindungsgemäß wird dieses
Problem durch die Gegenstände
der unabhängigen
Ansprüche
gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen
sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Die
Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, einerseits den Ventiltrieb
so auszugestalten bzw. so zu betreiben, dass die Einlassventile
entsprechend dem Atkinson-Prozess betätigt werden, und andererseits
mit Hilfe von Zusatzventilen im Bedarfsfall die Frischgasmenge zur
Erhöhung
des Kompressionsverhältnisses
zu vergrößern. Erreicht
wird dies dadurch, dass für
einen Leistungsbetrieb der Brennkraftmaschine die Zusatzventile
so betrieben werden, dass sie den jeweiligen Frischgaspfad zu einem
Zeitpunkt sperren, der bezogen auf den Schließzeitpunkt des jeweiligen Einlassventils
nach früh,
in Richtung zum unteren Totpunkt des jeweiligen Kolbens verschoben
ist. Auf diese Weise wird gewissermaßen das Atkinson-Verfahren
aufgehoben bzw. deaktiviert, da durch das Sperren des Frischgaspfads
mit dem Zusatzventil das Frischgas nicht mehr ausge schoben werden
kann. Diese verbesserte Beladung erfolgt beim jeweiligen Zylinder
trotz geöffnetem
Einlassventil, da dieses nach wie vor nach dem Atkinson-Prozess gegenüber dem
unteren Totpunkt des jeweiligen Kolbens verspätet schließt. Im Extremfall schließen die
Zusatzventile den jeweiligen Frischgaspfad im Bereich des unteren
Totpunkts des jeweiligen Kolbens, wodurch die maximale Frischgasmenge
im jeweiligen Zylinder komprimiert werden kann und ein maximales
Kompressionsverhältnis
erreicht wird. Im Leistungsbetrieb wird die Befüllung der Zylinder durch das
Zusammenspiel der Einlassventile (Einlassbeginn) und der Zusatzventile
(Einlassende) gesteuert.
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Die
Erfindung nutzt hierbei die Erkenntnis, dass die Brennkraftmaschine,
insbesondere bei Nutzfahrzeugen, überwiegend im Normalbetrieb, also
im Auslegungspunkt betrieben wird, in dem die mit Hilfe des maximalen
Kompressionsverhältnisses erzielbare
Leistung nicht benötigt
wird. Diese erhöhte Leistung
wird bezogen auf die gesamte Lebenszeit der Brennkraftmaschine nur
vergleichsweise selten und nur kurzzeitig benötigt, beispielsweise zur Lastaufschaltung
bei Generatoren oder bei einem kurzzeitigen Leistungsbedarf bei
der Beschleunigung der Brennkraftmaschine sowie bei anderen transienten
Vorgängen.
Diese Zeiten mit stark erhöhtem
Leistungsbedarf werden beispielsweise auf 5% der Gesamtbetriebszeit
der Brennkraftmaschine geschätzt. Durch
den erfindungsgemäßen Vorschlag
werden die Zusatzventile somit bezogen auf die Gesamtlebenszeit
der Brennkraftmaschine nur vergleichsweise selten benötigt, wodurch
Anforderungen an die Dauerhaltbarkeit für die Zusatzventile erheblich
reduziert werden können.
Durch den erfindungsgemäßen Vorschlag
sind die Zusatzventile nur selten in Betrieb. Ihr Verschleiß reduziert
sich und die Lebensdauer im Einsatz mit der Brennkraftmaschine nimmt
zu. Bemerkenswert ist dabei, dass durch den erfindungsgemäßen Vorschlag
keine zusätzlichen
Bauteile benötigt
werden.
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Da
die Zusatzventile nur für
den vergleichsweise seltenen Leistungsbetrieb der Brennkraftmaschine
benötigt
werden, können
sie für
den vorherrschenden Normalbetrieb deaktiviert werden bzw. in einem
verschleißarmen
oder verschleißfreien
Zustand gehalten werden. Im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine
sind die Frischgaspfade geöffnet.
Die Zusatzventile sind im Normalbetrieb ohne Einfluss auf die Frischgaspfade.
Die Befüllung
der Zylinder wird im Normalbetrieb ausschließlich durch die Einlassventile
gesteuert.
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Besonders
vorteilhaft ist eine Ausführungsform,
bei welcher während
des Leistungsbetriebs der Zeitpunkt, zu dem die Zusatzventile den
jeweiligen Frischluftpfad schließen, in Abhängigkeit von Last und/oder
Drehzahl bzw. der aktuellen Leistungsanforderung der Brennkraftmaschine
und/oder Emissionsanforderungen variiert wird. Die Beladung der
Zylinder mit Frischgas und somit das Kompressionsverhältnis können dadurch
quasi beliebig zwischen einem maximalen Kompressionsverhältnis, das
bei einem mit dem unteren Totpunkt des jeweiligen Kolbens zusammenfallenden
Schließzeitpunkt
des jeweiligen Zusatzventils erzielbar ist, und einem minimalen
Kompressionsverhältnis
variiert werden, das durch den Schließzeitpunkt des jeweiligen Einlassventils
bestimmt ist, also bei permanent offenem Frischgaspfad erreicht
wird.
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Weitere
wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen, aus
den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand
der Zeichnungen.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale
nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in
anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne
den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in
der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert,
wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche
oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
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Es
zeigen, jeweils schematisch
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1 eine
stark vereinfachte, schaltplanartige Prinzipdarstellung einer Brennkraftmaschine,
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2 ein
Diagramm zur Veranschaulichung der Öffnungs- und Schließzeiten
von Ventilen bei einem Zylinder während eines Beladungsvorgangs,
bei einem Leistungsbetrieb,
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3 ein
Diagramm wie in 2, jedoch bei einem Normalbetrieb.
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Entsprechend 1 umfasst
eine Brennkraftmaschine 1 einen Motorblock 2 mit
Zylindern 3. Die Brennkraftmaschine 1 ist bevorzugt
als stationäre
Brennkraftmaschine 1 ausgestaltet, z. B. zur Stromproduktion.
Ebenso kann die Brennkraftmaschine 1 in einem Kraftfahrzeug,
vorzugsweise in einem Nutzfahrzeug angeordnet sein. Die Brennkraftmaschine
ist bevorzugt als Dieselmotor ausgestaltet. Grundsätzlich kann
sie auch als Ottomotor ausgestaltet sein. Im Beispiel ist eine aufgeladene
Brennkraftmaschine 1 gezeigt. Grundsätzlich ist die Erfindung auch
bei einem nicht aufgeladenen, reinen Saugmotor realisierbar. Zur
Aufladung ist die Brennkraftmaschine 1 mit einer Ladeeinrichtung 4 ausgestattet,
bei der es sich bevorzugt um einen Abgasturbolader handelt, der
einen Verdichter 5 und eine Turbine 6 aufweist,
die durch eine Welle 7 miteinander antriebsverbunden sind.
Zur Versorgung der Brennkraftmaschine 1 mit Frischgas,
bei dem es sich üblicherweise
um Luft handelt, ist eine Frischgasanlage 8 vorgesehen.
Diese weist für
jeden Zylinder 3 einen Frischgaspfad 9 auf, der
z. B. von einem gemeinsamen Frischgasverteiler 10, der
eingangsseitig mit dem Frischgas versorgt wird, bis zum jeweiligen
Zylinder 3 führt.
Die Frischgaszuführung
bis zum Frischgasverteiler 10 ist hier durch eine vereinfacht
dargestellte Frischgasleitung 11 angedeutet. In dieser Frischgasleitung 11 kann
der Verdichter 5 des Turboladers 4 angeordnet
sein.
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Um
Verbrennungsabgase von den Zylindern 3 abzuführen, weist
die Brennkraftmaschine 1 außerdem eine Abgasanlage 12 auf.
Diese kann einzelne Abgaspfade 13 aufweisen, die von den
Zylindern 3 wegführen
und beispielsweise zu einem gemeinsamen Abgassammler 14 führen. Die
Abgaspfade 13 können
zweckmäßig Rohre
umfassen. Es ist klar, dass die Abgaspfade 13 und der Abgassammler 14 beispielsweise
zu einem Abgaskrümmer
zusammengefasst sein können. Über eine
vereinfacht dargestellte Abgasleitung 15 wird das Abgas
beispielsweise Abgasreinigungseinrichtungen, Schalldämpfern und
dergleichen zugeführt.
In diese Abgasleitung 15 kann zweckmäßig die Turbine 6 eingebunden
sein.
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Außerdem weist
die Brennkraftmaschine 1 einen Ventiltrieb 16 auf,
der Ladungswechselventile, nämlich
Einlassventile 17 und Auslassventile 18 aufweist.
Dargestellt sind dabei je Zylinder 3 nur ein Einlassventil 17 und
ein Auslassventil 18. Es ist klar, dass grundsätzlich auch
mehrere Einlassventile 17 und/oder mehrere Auslassventile 18 je
Zylinder 3 vorgesehen sein können. Ferner umfasst der Ventiltrieb 16 in üblicher
Weise eine oder mehrere Nockenwellen, die hier zur Vereinfachung
nicht dargestellt ist bzw. sind.
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Darüber hinaus
ist die Brennkraftmaschine 1 mit mehreren Zusatzventilen 19 ausgestattet.
Für jeden
Zylinder 3 ist im Beispiel ein solches Zusatzventil 19 vorgesehen.
Die Zusatzventile 19 sind dabei jeweils in einem der Frischgaspfade 9 angeordnet.
Sie befinden sich stromauf des jeweiligen Einlassventils 17.
Im Beispiel befinden sie sich außerdem stromab des Frischgassammlers 10.
Sofern die Frischgasanlage 8 mit einer Drossel ausgestattet
ist, befinden sich die Zusatzventile 19 stromab einer solchen Drossel.
Im Beispiel ist je Zylinder 3 ein einziger Frischgaspfad 9 mit
einem einzigen Zusatzventil 19 vorgesehen. Bei anderen
Ausführungsformen
können
je Zylinder 3 auch zwei Frischgaspfade 9 vorgesehen
sein, denen dann ein gemeinsames Zusatzventil 19 zugeordnet
sein kann oder die jeweils mit einem separaten Zusatzventil 19 ausgestattet
sein können.
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Die
Zusatzventile 19 sind so ausgestaltet, dass sie den durchströmbaren Querschnitt
des jeweiligen Frischgaspfads 9 öffnen und sperren bzw. schließen können. Sie
sind mit Hilfe einer Steuerung 20 betätigbar bzw. aktivierbar und
deaktivierbar. Diese Steuerung 20 ist hier mit einer Motorsteuerung 21 gekoppelt,
die zum Betreiben der Brennkraftmaschine 1 dient und in
welche die Steuerung 20 hardwaremäßig integriert und/oder softwaremäßig implementiert
sein kann. Die Motorsteuerung 21 kennt insbesondere die
aktuelle Leistungsanforderung an die Brennkraftmaschine 1,
insbesondere die aktuelle Last und Drehzahl. Auch kennt sie insbesondere
die Lage der Kolben innerhalb der Zylinder während des Arbeitsspiels.
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Die
Zusatzventile 19 können
als diskontinuierlich arbeitende Ventile ausgestaltet sein, die
zum Öffnen
und Schließen
des jeweiligen Frischgaspfads 9 zwischen entsprechenden
Endstellungen verstellbar sind, wobei sie in der jeweiligen Endstellung
ruhen. Diskontinuierlich arbeitende Ventile benötigen einen entsprechend leistungsstarken
Stellantrieb, mit dessen Hilfe die hier erforderlichen Schaltzeiten,
die im Bereich der Schaltzeiten der Ladungswechselventile 17, 18 liegen,
erreicht werden können.
Bevorzugt werden im vorliegenden Fall jedoch kontinuierlich arbeitende
Ventile, bei denen ein Ventilglied, zum Beispiel ein Drehschieber
oder eine Klappe, im aktivierten Zustand des Zusatzventils 19 per manent
in Bewegung ist und dabei sich periodisch abwechselnde bzw. wiederholende
Schließphasen,
in denen der Frischgaspfad 9 geschlossen ist, und Öffnungsphasen,
in denen der Frischgaspfad 9 durchströmbar ist, durchläuft. Ein
zugehöriger
Stellantrieb kann vergleichsweise einfach aufgebaut sein, da bei
einem kontinuierlich bewegten Ventilglied nur reduzierte Trägheitskräfte wirken.
Des Weiteren ist es insbesondere möglich, kontinuierlich arbeitende
Zusatzventile 19 antriebsmäßig mit der Brennkraftmaschine 1 bzw. mit
deren Motorblock 2 zu koppeln. Beispielsweise können die
Zusatzventile 19 mit einer Kurbelwelle des Motorblocks 2 oder
mit einer Nockenwelle des Ventiltriebs 16 antriebsmäßig gekoppelt
werden, zum Beispiel über
Zahnräder,
Ketten, Zahnriemen und Keilriemen. Hierdurch kann das jeweilige
Zusatzventil 19 automatisch mit einer Schaltfrequenz betrieben werden,
die sich proportional zur Drehzahl der Brennkraftmaschine verhält.
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Die
Zusatzventile 19 sind aktivierbar und deaktivierbar ausgestaltet.
Im deaktivierten Zustand befindet sich ein hier nicht näher bezeichnetes,
symbolisch als Klappe angedeutetes Ventilglied des jeweiligen Zusatzventils 19 in
einer Offenstellung, so dass eine im Wesentlichen ungehinderte Durchströmung des
jeweiligen Frischgaspfads 9 möglich ist. Im aktivierten Zustand 19 wechselt
das Ventilglied periodisch zwischen Offenphasen, in denen der jeweilige Frischgaspfad 9 im
Wesentlichen frei durchströmbar ist,
und Schließphasen,
in denen der jeweilige Frischgaspfad geschlossen ist. Dabei ist
die Frequenz, mit welcher sich die Offenphasen und Schließphasen
abwechseln, mit der Drehzahl der Brennkraftmaschine 1 bzw.
mit den Ladungswechselvorgängen
synchronisiert.
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Die
Brennkraftmaschine 1 ist erfindungsgemäß so ausgestaltet, dass sie
entsprechend dem nachfolgend mit Bezug auf die 2 und 3 näher erläuterten
Verfahren betrieben werden kann.
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In
den Diagrammen der 2 und 3 repräsentiert
die Ordinate jeweils die Öffnungsfläche des
jeweiligen Ventils 17, 18, 19, während die
Abszisse jeweils die Zeitachse bezogen auf den Kurbelwellenwinkel
repräsentiert.
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In
dem in 2 dargestellten Diagramm sind oben ein zeitlicher
Verlauf EV eines Einlassventils 17 sowie ein zeitlicher
Verlauf AV eines Auslassventils 18 bei einem Zylinder 3 dargestellt.
In 2 unten ist ein möglicher zeitlicher Verlauf
ZV eines Zusatzventils 19 dargestellt. Im Beispiel der 2 sind
zwei verschiedene Verläufe
ZVI und ZVII dargestellt,
die extreme Phasenlagen des jeweiligen Zusatzventils 19 repräsentieren,
die während
eines Leistungsbetriebs auftreten können. Im Unterschied dazu zeigt 3 einen
Verlauf ZV0 eines im offenen Zustand deaktivierten
Zusatzventils 19 zur Realisierung eines Normalbetriebs.
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Während eines
Normalbetriebs der Brennkraftmaschine 1 liegt eine geringe
bis mittlere Leistungsanforderung vor, die durch eine entsprechend niedrige
Last und/oder Drehzahl realisierbar ist. Während dieses Normalbetriebs
sind die Zusatzventile 19 so geschaltet, dass der jeweilige
Frischgaspfad 9 permanent geöffnet ist. Diskontinuierlich
arbeitende Zusatzventile 19 sind hierzu in deren Offenstellung
verstellt. Kontinuierlich arbeitende Zusatzventile 19 sind
hierzu deaktiviert, wobei sich in diesem deaktivierten Zustand das
jeweilige Ventilglied in einer Offenstellung befindet. Gemäß 3 ist
das jeweilige Zusatzventil 19 entsprechend seinem Verlauf
ZV0 im Normalbetrieb permanent bzw. konstant
offen. Der Ventiltrieb 16 ist für diesen Normalbetrieb so ausgelegt,
dass das jeweilige Einlassventil 17 zeitlich nach dem unteren
Totpunkt UT des jeweiligen Kolbens schließt. Entsprechend dem Atkinson-Prozess
wird dadurch der jeweilige Zylinder 3 zunächst vollständig mit
Frischgas befüllt,
nämlich
bis der jeweilige Kolben seinen unteren Totpunkt UT erreicht. Anschließend beginnt
der Kolben seinen Aufwärtshub
und schiebt einen Teil des Frischgases wieder durch das noch offene
Einlassventil 17 aus. Ein Schließzeitpunkt EVS des Einlassventils 17 befindet sich
im Diagramm der 2 somit rechts, also zeitlich
nach dem unteren Totpunkt UT. Beispielsweise kann der Ventiltrieb 16 so
ausgestaltet sein, dass der Schließzeitpunkt EVS des Einlassventils 17 in
einem Bereich von einschließlich
20° bis
einschließlich
120° Kurbelwellenwinkel
nach dem unteren Totpunkt UT des jeweiligen Kolbens angeordnet ist.
Im Beispiel befindet sich dieser Schließzeitpunkt EVS etwa mittig
zwischen dem unteren Totpunkt UT und dem nachfolgenden oberen Totpunkt
OT des zugehörigen
Kolbens, also bei etwa 90° Kurbelwellenwinkel
nach dem unteren Totpunkt UT.
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Bei
der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine 1 kann
der Ventiltrieb 16 zweckmäßig zumindest hinsichtlich
der Einlassventile 17 invariant ausgestaltet sein. Mit
anderen Worten, im Hinblick auf die Einlassventile 17 handelt
es sich beim Ventiltrieb 16 nicht um einen variablen Ventiltrieb.
In der Folge ist der Ventiltrieb 16 so ausgelegt, dass
die Einlassventile 17 beim Beladen immer beim gleichen
Kurbelwellenwinkel, also beim gleichen Schließzeitpunkt EVS schließen. Dabei
kann der Ventiltrieb 16 insgesamt invariant ausgestaltet
sein. Ebenso ist es möglich,
den Ventiltrieb 16 bezüglich
der Auslassventile 18 variabel zu gestalten. Dies kann
beispielsweise zum Einstellen einer internen Abgasrückführung genutzt
werden.
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Während des
Normalbetriebs sind die Zusatzventile 19 somit ohne Einfluss
auf den mit Hilfe des Ventiltriebs 16 realisierten Atkinson-Prozess. Durch
die reduzierte Frischgasmenge und das reduzierte Kompressionsverhältnis kann
die Prozesstemperatur gesenkt werden. Eine reduzierte Prozesstemperatur
senkt die NOx-Emissionen.
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Bei
einem Leistungsbetrieb der Brennkraftmaschine, der sich durch eine
vergleichsweise hohe Last und/oder Drehzahl der Brennkraftmaschine 1 charakterisiert
und bei einer entsprechend erhöhten Leistungsanforderung,
zum Beispiel zum Beschleunigen oder beim Zuschalten leistungsstarker
Zusatzaggregate, auftritt, werden die Zusatzventile 19 so angesteuert,
dass sie den jeweiligen Frischgaspfad schließen, bevor das jeweilige Einlassventil 17 schließt. In 2 ist
mit ZVI ein Verlauf eines der Zusatzventile 19 dargestellt,
bei dem das jeweilige Zusatzventil 19 den Frischgaspfad 9 dann
schließt, wenn
der Kolben des Zylinders 3, zu dem dieser Frischgaspfad 9 führt, seinen
unteren Totpunkt UT erreicht. In der Folge kann das im Zylinder 3 angeordnete
Frischgas beim anschließenden
Kompressionshub trotz des geöffneten
Einlassventils 17 nicht mehr entweichen, so dass das gesamte
Volumen des Zylinders an der Kompression teilnimmt. Das Verdichtungsverhältnis wird
erhöht,
so dass schließlich
mehr Leistung zur Verfügung
steht. Um das Frischgasvolumen zwischen dem Zusatzventil 19 und
dem Einlassventil 17 möglichst
klein zu halten, kann der Abstand zwischen Zusatzventil 19 und
Einlassventil 17 möglichst
klein gewählt
werden. Insbesondere ist es denkbar, die Zusatzventile 19 nicht
in zum Motorblock 2 führenden
Rohren, sondern im Motorblock 2, unmittelbar stromauf des
Einlassventils 17 anzuordnen.
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Der
Ventiltrieb 16 wird dabei permanent nach dem Atkinson-Prozess
betrieben, also unabhängig vom
Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1, also insbesondere
sowohl beim Normalbetrieb als auch beim Leistungsbetrieb.
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Während des
Leistungsbetriebs kann der Zeitpunkt, zu dem die Zusatzventile 19 den
zugehörigen
Frischgaspfad 9 schließen,
abhängig
von der aktuellen Leistungsanforderung bzw. abhängig von Last und/oder Drehzahl
der Brennkraftmaschine 1 variiert werden. Beispielsweise
kann der Schließzeitpunkt
des Zusatzventils 19 entsprechend 2 zwischen
den beiden Extremwerten, die durch die beiden Verläufe ZVI und ZVII repräsentiert
sind, variiert werden. Im ersten Verlauf ZVI schließt das Zusatzventil
im Bereich des unteren Totpunkts UT des zugehörigen Kolbens. Beim zweiten
Verlauf ZVII schließt das Zusatzventil 19 im
Bereich des Schließzeitpunkts EVS
des Einlassventils 17. Im Grunde ist jede beliebige Zwischenstellung
zwischen den beiden extremen Verläufen ZVI und
ZVII einstellbar. Durch die Variation des
Schließzeitpunkts
des jeweiligen Zusatzventils 19 kann die Leistung der Brennkraftmaschine stets
an die aktuelle Leistungsanforderung adaptiert werden, und zwar
so, dass stets eine möglichst
geringe Prozesstemperatur herrscht.
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In 2 sind
für das
Zusatzventil 19 zwei exemplarische Verläufe ZVI und
ZVII dargestellt, die sich bei einem kontinuierlich
arbeitenden Zusatzventil 19 einstellen lassen. Um beim
kontinuierlich arbeitenden Zusatzventil 19 den Schließzeitpunkt
variieren zu können,
kann die Phasenlage des kontinuierlich arbeitenden Zusatzventils 19 relativ
zur periodischen Bewegung des Einlassventils 17 verschoben
werden. Bei einem entsprechenden Stellantrieb kann dies auch dynamisch
durchgeführt
werden, also insbesondere zwischen aufeinanderfolgenden Ladungswechselvorgängen.
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Es
ist klar, dass grundsätzlich
auch ein diskontinuierlich arbeitendes Zusatzventil 19 verwendet werden
kann, bei dem die Schließzeiten
nahezu beliebig zwischen dem unteren Totpunkt UT und dem Schließzeitpunkt
EVS des Einlassventils 17 wählbar sind.
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Das
Zusatzventil 19 wird nach dem Schließen des Einlassventils 17 und
vor dem nächsten Öffnen des
Einlassventils 17 wieder zum Öffnen des Frischgaspfads 9 angesteuert
bzw. sind die Schließphasen
und Öffnungsphasen
des kontinuierlich arbeitenden Zusatzventils 19 so abgestimmt,
dass das Zusatzventil 19 für den nächsten Beladungsvorgang den
Frischgaspfad 9 wieder frei gibt.