DE102010055516A1 - Vorrichtung mit einer Brennkraftmaschine und einem Druckwellenverdichter, Verfahren zum Betrieb der Brennkraftmaschine während des Schubbetriebs und Verfahren zum Betrieb der Brennkraftmaschine während des Leerlaufs - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine (2) mit einem Druckwellenverdichter (1) während des Schubbetriebs, bei dem eine Durchströmung des Katalysators (12) unterbunden wird, und ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine (2) mit einem Druckwellenverdichter (1) während des Leerlaufs, bei dem einzelne der Zylinder (18, 19) der Brennkraftmaschine (2) abgeschaltet werden oder die gesamte Brennkraftmaschine (2) abgeschaltet wird und bei dem bei einer erneuten Lastanforderung die Abschaltung der Brennkraftmaschine (2) oder der Zylinder (18, 19) aufgehoben (40) wird. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung mit einer Brennkraftmaschine (2) mit mehreren Zylindern (18, 19, 20, 21), von denen jeder zumindest ein Frischgasventil (14) und ein Abgasventil (15) aufweist, sowie einem Druckwellenverdichter (1), der über einen Hochdruck-Abgaskanal (5) der Brennkraftmaschine (2) mit dieser verbunden ist, und mit einem Starter (24) sowie einem Katalysator (12), der in dem Hochdruck-Abgaskanal (5) zwischen der Brennkraftmaschine (2) und dem Druckwellenverdichter (1) angeordnet ist, wobei in der Brennkraftmaschine (2) eine Start-Stopp-Automatik integriert ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit einer Motorsteuereinrichtung, einem Starter und mehreren Zylindern im Leerlauf und/oder im Schubbetrieb, wobei in dem Abgaspfad der Brennkraftmaschine ein Druckwellenverdichter und zwischen der Brennkraftmaschine und dem Druckwellenverdichter ein Katalysator angeordnet ist und wobei im Abgaspfad vor und/oder hinter dem Katalysator die Temperatur des Abgases und der Betriebszustand der Brennkraftmaschine erfasst werden.
  • Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung mit einer Brennkraftmaschine, einem Starter und mehreren Zylindern, von denen jeder zumindest ein Frischgasventil und ein Abgasventil aufweist, sowie einem Druckwellenverdichter, der über einen Hochdruck-Abgaskanal mit der Brennkraftmaschine verbunden ist, und einem Katalysator, der in dem Hochdruck-Abgaskanal zwischen der Brennkraftmaschine und dem Druckwellenverdichter angeordnet ist.
  • Brennkraftmaschinen haben einen Brennraum, in dem ein Gemisch aus Kraftstoff und Luft verbrannt wird, wobei die Energie des Kraftstoffs in mechanische Arbeit umgewandelt wird. Der Brennraum hat in der Regel wenigstens eine Einlassöffnung, durch die Frischgas in den Brennraum gelangt, und wenigstens eine Auslassöffnung, durch die das bei der Verbrennung entstandene Abgas aus dem Brennraum abgeführt wird. Die Einlassöffnung und die Auslassöffnung sind jeweils mit einem Ventil verschließbar ausgeführt. Diese Ventile werden, entsprechend ihrer funktionellen Zuordnung Einlass- oder Frischgasventil bzw. Auslass- oder Abgasventil genannt. Über Frischgas- und Abgaskanäle ist die Brennkraftmaschine mit der Umgebung verbunden. Diese Kanäle und alle den Kanälen zugeordneten Einrichtungen dienen dazu, das Frischgas und das Abgas zwischen der Brennkraftmaschine und der Umgebung zu transportieren und zu behandeln. Daher werden sie jeweils zusammenfassend nach ihrer Funktion als Abgaspfad oder Frischgaspfad bezeichnet.
  • Brennkraftmaschinen werden im Wesentlichen in drei Lastbereichen betrieben. Diese sind die Volllast, der Leerlauf und der dazwischenliegende Teillastbereich. Volllast ist der Betriebszustand, in dem die Brennkraftmaschine bei gegebener Drehzahl das maximal mögliche Drehmoment bereitstellt. Leerlauf bezeichnet den Betrieb einer Brennkraftmaschine, in dem keine Antriebsarbeit verrichtet wird. Verbrennungsmotoren kommen unter einer minimalen Drehzahl der Kurbelwelle zum Stillstand. Diese Drehzahl liegt bei den meisten Brennkraftmaschinen für Kraftfahrzeuge zwischen 700 und 900 Umdrehungen pro Minute. Damit die Brennkraftmaschine die erforderliche Mindestdrehzahl hält, wird im Leerlauf eine geringe Menge Kraftstoff, das sogenannte Standgas, zugeführt. Der Teillastbereich umfasst die Betriebszustände zwischen Leerlauf und Volllast. Wird die Brennkraftmaschine mit geringer Last nahe dem Leerlauf betrieben, spricht man auch vom Schwachlastbereich.
  • Als Schubbetrieb wird bei einem Fahrzeug mit Brennkraftmaschine der Betriebszustand bezeichnet, in dem bei nicht getrenntem Kraftschluss, beispielsweise bei nicht getretener Kupplung, die Brennkraftmaschine durch die anhaltende Fortbewegung des Fahrzeugs geschleppt, also in Drehbewegung gehalten wird. Durch eine Schubabschaltung wird bei modernen Fahrzeugen dabei die Kraftstoffzufuhr zur Brennkraftmaschine unterbrochen. Bei einigen Elektrofahrzeugen und insbesondere bei Hybridfahrzeugen wird die im Schubbetrieb freigesetzte Energie zur Aufladung der Batterie genutzt. Solange die Brennkraftmaschine mit dem Fahrwerk verkoppelt ist, werden die Kolben in den Zylindern weiterbewegt, wodurch in der Brennkraftmaschine lediglich Frischgas umgewälzt wird.
  • Aus der Druckschrift DE 18 06 720 A ist eine Brennkraftmaschine bekannt, bei der zur Minderung des Schadstoffausstoßes, insbesondere zur Vermeidung der Emission unverbrannten Kraftstoffs, im Schubbetrieb der Ventiltrieb unterbrochen wird beziehungsweise die Frischgasventile und/oder Abgasventile geschlossen gehalten werden.
  • Um den Kraftstoffverbrauch von insbesondere Ottomotoren weiter senken zu können, werden von der Automobilindustrie in zunehmendem Maße sogenannte Downsizing-Konzepte entwickelt. Durch die damit einhergehende Verkleinerung des Hubraums und die Reduktion der Zylinderzahl der Brennkraftmaschine vermindern sich zum einen mechanische Verluste der Brennkraftmaschine, zum anderen wird der Motor im zeitlichen Mittel öfter an seinem Auslegungspunkt, das heißt näher an seinem Wirkungsoptimum, betrieben. Eine Verkleinerung des Hubraums bei sonst gleichen Randbedingungen ist mit einem entsprechenden Leistungs- und Drehmomentabfall verbunden. Um der damit einhergehenden Einschränkung der Fahrleistung und des Fahrkomforts entgegenzuwirken, wird im Allgemeinen die Hubraumreduktion durch eine Aufladung des Frischgases mittels eines Abgasturboladers kompensiert. Einen weiteren, vielversprechenden Ansatz zur ottomotorischen Hochaufladung bietet der Einsatz eines Druckwellenverdichters. Mit einem Druckwellenverdichter kann in einem einstufigen Aufladesystem die Abgasenergie direkt über einen Druckwellenprozess in Ladedruck umgesetzt werden. Dies ist möglich, weil bei einem Druckwellenverdichter keine Energieumwandlung nötig ist. Entsprechend hoch ist die Effizienz einer Druckwellenaufladung.
  • Das Abgas aus der Brennkraftmaschine gelangt über den Hochdruck-Abgaskanal in den Druckwellenverdichter. In den rotierenden Rotorzellen erzeugt das Abgas eine Druckwelle. Die Druckwelle komprimiert das Frischgas in der Zelle, bevor das Frischgas in den Hochdruck-Frischgaskanal ausgeschoben wird. Über eine geeignete Verstelleinrichtung kann ein Teil des Abgases in eine sogenannte Abgastasche umgeleitet werden. Der hierin befindliche Teil des Abgases wird zeitlich versetzt dem Rotor zugeführt. Zum einen senkt sich aufgrund der Vergrößerung des Kanalquerschnitts der Abgasgegendruck im Hochdruck-Abgaskanal und folglich auch der Druck im Hochdruck-Frischgaskanal. Zum anderen erhöht sich gleichzeitig der Innendruck in den Zellen nach dem Ausschieben des Frischgases, was sich wiederum positiv auf das Spülen der Zellen auswirkt. Beim Spülen der Zellen wird das in den Zellen befindliche Abgas aus den Zellen ausgespült und durch Frischgas ersetzt. Das unter Druck stehende Abgas in den Zellen expandiert hierzu in den Niederdruck-Abgaskanal. Die dadurch initiierte Expansionswelle saugt Frischgas aus dem Niederdruck-Frischgaskanal an.
  • Ein Druckwellenverdichter zur Verdichtung von Ladeluft einer Brennkraftmaschine der genannten Art ist aus der Druckschrift WO 2010/045917 A1 bekannt. Diese zeigt einen Druckwellenverdichter, auch gasdynamische Druckwellenmaschine genannt, mit einem Rotorgehäuse, in welchem ein Zellen aufweisender Rotor angeordnet ist, wobei der Rotor zwischen einem auf einem Ende des Rotorgehäuses angeordneten Heißgasgehäuse und einem auf dem anderen Ende des Rotorgehäuses angeordneten Kaltgasgehäuse angeordnet ist. Durch das Heißgasgehäuse wird das Abgas der Verbrennungskraftmaschine abgeführt und durch das Kaltgasgehäuse strömt das Frischgas zu der Brennkraftmaschine. Um ein Abkühlen des Druckwellenverdichters zu vermeiden, ist dieser mit einer Wärmeisolierung versehen.
  • Im Druckwellenverdichter ist der aufgestaute Abgasdruck vor allem abhängig von den Zustandsgrößen des Abgases, wie der Temperatur und dem Massenstrom, der effektiven Öffnungsquerschnittsfläche des Hochdruck-Abgaskanals sowie den Betriebsparametern des Druckwellenverdichters, wie beispielsweise der Rotordrehzahl. Bei einigen Brennkraftmaschinen ist in dem Hochdruck-Abgaskanal zwischen der Brennkraftmaschine und dem Druckwellenverdichter ein Katalysator vorgesehen. In niedrigen Lastbereichen, insbesondere im Teillast- und Schwachlastbereich der Brennkraftmaschine kühlen die Abgase den heißen, in Strömungsrichtung des Abgases vor dem Druckwellenverdichter angeordneten Katalysator sehr stark aus. Aufgrund der hohen Wärmekapazität des Katalysators erwärmt sich dieser relativ langsam. Wird dann wieder eine hohe Leistung der Brennkraftmaschine angefordert, kann erst einige Sekunden später ein ausreichender Ladedruck aufgebaut werden, da das heiße Abgas aus der Brennkraftmaschine aufgrund der großen Oberfläche des kühleren Katalysators deutlich abgekühlt wird. Bei niedrigen Abgastemperaturen, insbesondere bei Abgastemperaturen unter 550°C, und zugleich niedrigen Drehzahlen der Brennkraftmaschine kann nur ein geringer Abgasdruck aufgebaut werden. So kann dies bei einer Brennkraftmaschine mit einem Druckwellenverdichter und einem im Hochdruck-Abgaskanal angeordneten Katalysator zu Einschränkungen im Fahrkomfort, insbesondere zu unerwünschtem Beschleunigungsverhalten, führen.
  • Aus der Druckschrift DE 102 52 303 A1 ist eine Start-Stopp-Automatik als ein automatisch arbeitendes System zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs von Fahrzeugen mit einer Brennkraftmaschine bekannt. Dabei wird die Brennkraftmaschine beim Lösen der Kupplung im Leerlauf abgeschaltet und bei erneuter Betätigung der Kupplung wieder automatisch gestartet, ohne dass ein aktiver Startvorgang, beispielsweise durch einen Schlüssel, durchgeführt werden muss. Die Ausstattung einer Brennkraftmaschine mit einer Start-Stopp-Automatik erfolgt, um den Kraftstoffverbrauch und die Emissionen zu reduzieren und die Emissionsreinigungsrate eines Katalysators zu verbessern. Dazu sieht die Druckschrift eine Brennkraftmaschine vor, bei der eine Sauerstoffspeichermenge eines Katalysators unmittelbar vor einem automatischen Stopp der Brennkraftmaschine geschätzt wird. Beim Neustart der Brennkraftmaschine wird Kraftstoff durch eine Kraftstoffeinspritzsteuereinrichtung eingespritzt, um so ein Kraftstoff-Luft-Verhältnis entsprechend der geschätzten Sauerstoffspeichermenge des Katalysators zu erzeugen. Dadurch wird die Sauerstoffspeichermenge des Katalysators schnell auf einen neutralen Zustand beim Neustart der Brennkraftmaschine gebracht. Infolgedessen kann die Emission ausgezeichnet gesteuert werden, wenn die Brennkraftmaschine erneut gestartet wird.
  • Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine, insbesondere im Schubbetrieb und im Leerlauf, und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart auszuführen, dass die Brennkraftmaschine zu jedem Zeitpunkt, insbesondere nach einer Zeitspanne im Leerlauf, im Schubbetrieb oder nach einem Wiederstart, ein adäquates Beschleunigungsverhalten zur Verfügung stellen kann.
  • Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine im Leerlauf gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
  • Erfindungsgemäß ist also ein Verfahren vorgesehen, bei dem bei einer Erkennung des Betriebszustands Leerlauf der Brennkraftmaschine einzelne Zylinder der Brennkraftmaschine abgeschaltet werden oder die gesamte Brennkraftmaschine abgeschaltet wird und bei dem bei einer erneuten Lastanforderung die Abschaltung der Brennkraftmaschine oder der Zylinder aufgehoben wird. Durch das Abschalten der Brennkraftmaschine im Leerlauf werden keine kalten Abgase durch den Katalysator geleitet, sodass der Katalysator nicht auskühlen kann. Zwar kühlt der Katalysator auch durch Konvektion und Abstrahlung ein wenig ab, doch ist dieser natürliche Wärmeentzug wesentlich geringer als der Wärmeentzug, der entsteht, wenn kaltes Abgas durch den Katalysator strömt. Kaltes Abgas in diesem Sinne ist Abgas mit einer Temperatur unter 550 Grad Celsius. Durch die Abschaltung zumindest eines Zylinders, während zumindest ein anderer Zylinder der Brennkraftmaschine aktiv bleibt, wird im Leerlauf der Brennkraftmaschine die angeforderte Leistung von dem oder den verbleibenden aktiven Zylindern erbracht. Diese arbeiten dann in einem höheren Lastbereich. Dabei wird der Massenstrom des Abgases zwar geringer, doch die Temperatur des Abgases bleibt auf einem hohen Niveau, vorzugsweise über 550 Grad Celsius. Hierdurch wird eine Abkühlung des Katalysators vermieden. Kühlt der Katalysator während des Leerlaufs nicht oder nur unbedeutend ab, kann nach dem Leerlauf beziehungsweise Wiederstart, insbesondere im Teillast- und Schwachlastbereich, ein deutlich höheres Temperaturniveau im Katalysator und somit auch vor dem Druckwellenverdichter erreicht werden, wodurch gerade im Teillastbereich stets ein ausreichender Abgasdruck am Druckwellenverdichter herrscht. Daher steht bei einer Anforderung einer hohen Drehzahl und/oder einer hohen Last der Brennkraftmaschine auch unmittelbar, nahezu verzögerungsfrei der erforderliche Ladedruck im Frischgaspfad zur Verfügung. Dies trägt deutlich zur Verbesserung des Beschleunigungsverhaltens bei.
  • Günstig ist es, dass der Starter der Brennkraftmaschine beim Stoppen der Brennkraftmaschine generatorisch betrieben wird. Da die Brennkraftmaschine beim Einstellen der Kraftstoffzufuhr beziehungsweise der Zündung ihre Kurbeltätigkeit nicht unmittelbar einstellt, wird noch Gas, insbesondere Frischgas, durch die Brennkraftmaschine in den Abgaspfad gepumpt. Bei einem generatorischen Betrieb des Starters wird diese Kurbelenergie in elektrische Energie umgewandelt und zugleich das Beenden der Kurbeltätigkeit beschleunigt. So gelangt weniger kaltes Frischgas in den Abgaspfad und in den Katalysator. Die reduzierte oder ganz unterbundene Durchströmung des Katalysators mit Frischgas führt zu einem geringeren Wärmeverlust im Katalysator.
  • Die Aufgabe wird weiterhin gelöst mit einem Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine im Schubbetrieb gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 3. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
  • Erfindungsgemäß ist also ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine im Schubbetrieb vorgesehen, bei dem während des Schubbetriebs der Brennkraftmaschine eine Durchströmung des Katalysators mit Gas, insbesondere Frischgas, unterbunden wird. Das Frischgas hat in der Regel eine Temperatur von unter 100 Grad Celsius. Durch das Unterbinden der Durchströmung kann das kalte Frischgas im Schubbetrieb den Katalysator nicht abkühlen. Durch das Vermeiden einer deutlichen Abkühlung des Katalysators wird bei einer anschließenden Anforderung einer hohen Drehzahl und/oder einer hohen Last das heiße Abgas der Brennkraftmaschine nicht oder nur unwesentlich abgekühlt. So steht bei einer Anforderung einer hohen Drehzahl und/oder einer hohen Last unmittelbar der erforderliche Ladedruck im Frischgaspfad zur Verfügung.
  • Vorteilhaft ist es, dass während des Schubbetriebs der Brennkraftmaschine zumindest alle Abgasventile oder alle Frischgasventile der Brennkraftmaschine geschlossen gehalten werden. Durch das Schließen der Ventile im Schubbetrieb der Brennkraftmaschine wird verhindert, dass kaltes Frischgas durch die Brennkraftmaschine gepumpt wird und in den Abgaspfad gelangt. So kann im Schubbetrieb das starke Auskühlen des Katalysators unterbunden werden. Dadurch kann das Temperaturniveau des Katalysators im Fahrprofil deutlich angehoben und das Absinken der Temperatur vor dem Druckwellenverdichter reduziert werden. Vorzugsweise werden zumindest alle Abgasventile geschlossen gehalten. So wird vermieden, dass im Schubbetrieb das im Abgaspfad vorhandene Abgas durch Pumpeffekte der Brennkraftmaschine bewegt wird.
  • Günstig ist es, dass während des Schubbetriebs der Brennkraftmaschine eine Umgehung des Katalysators geöffnet wird. Hierdurch ist es unabhängig von der Ansteuerung der Ventile der Brennkraftmaschine möglich, die Durchströmung des Katalysators mit Frischgas zu vermeiden. Das in den Abgaspfad gepumpte Frischgas wird über die Umgehung an dem Katalysator vorbeigeführt. Hierzu wird während des Schubbetriebs der Brennkraftmaschine eine Absperrvorrichtung in einem Umluftkanal und/oder einer Umgehung geöffnet.
  • Die Aufgabe wird weiterhin gelöst mit einer Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 6. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
  • Erfindungsgemäß ist also eine Vorrichtung mit einer Brennkraftmaschine, einem Druckwellenverdichter und einer Start-Stopp-Automatik vorgesehen. Durch die Start-Stopp-Automatik wird das Abkühlen des Katalysators im Leerlauf verhindert. Da der Katalysator nicht oder nur unwesentlich auskühlt, kann im darauffolgenden Fahrzyklus das Temperaturniveau im Katalysator angehoben werden. Auch wird es durch das Halten der Temperatur im Katalysator möglich, bei einer anschließenden Anforderung einer hohen Drehzahl und/oder einer hohen Last den erforderlichen Ladedruck im Frischgaspfad zur Verfügung zu stellen.
  • Für den Betrieb der Brennkraftmaschine mit einer Start-Stopp-Automatik ist es günstig, dass der Starter ein für den Betrieb mit einer Start-Stopp-Automatik eingerichteter Schub-Schraubtriebstarter ist und/oder dass der Starter ein Startergenerator ist. Ein für eine Start-Stopp-Automatik eingerichteter Starter ist robuster ausgeführt und für eine höhere Anzahl an Startvorgängen ausgelegt. Eine Ausführungsform der Brennkraftmaschine betrifft einen Starter, insbesondere einen Startergenerator, der zum Stoppen der Brennkraftmaschine ausgeführt ist. Damit ist es möglich, das Beenden der Kurbeltätigkeit der Brennkraftmaschine zu beschleunigen.
  • Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Vorrichtung ist in einem Hochdruck-Abgaskanal, vorzugsweise in Strömungsrichtung vor dem Katalysator, eine Verschlussvorrichtung angeordnet. Mittels dieser Verschlussvorrichtung kann die Durchströmung des Katalysators unabhängig von der Steuerung der Ventile der Brennkraftmaschine unterbunden werden.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung ist es, dass der Katalysator eine Umgehung aufweist. Hierdurch ist es unabhängig von der Ansteuerung der Ventile der Brennkraftmaschine möglich, die Durchströmung des Katalysators mit Frischgas zu vermeiden, da das in den Abgaspfad gepumpte Frischgas über die Umgehung an dem Katalysator vorbeigeführt wird.
  • Günstig ist es, dass die Vorrichtung einen Umluftkanal aufweist, welcher zur Verbindung eines Hochdruck-Abgaskanals mit einem Hochdruck-Frischgaskanal vorgesehen ist. Dieser Umluftkanal ist vorzugsweise zwischen der Brennkraftmaschine und dem Katalysator an dem Hochdruck-Abgaskanal angeschlossen.
  • Der Umluftkanal und/oder die Umgehung sind schaltbar ausgeführt. Dazu ist vorzugsweise in dem Umluftkanal und/oder in der Umgehung eine Absperrvorrichtung angeordnet. Eine Weiterbildung ist es, dass die Verschlussvorrichtung und die Absperrvorrichtung als eine gemeinsame Ventileinrichtung, insbesondere als ein Mehrwegeventil, ausgeführt sind. Hierdurch wird es möglich, die Umleitung des Abgases und das Verschließen des Katalysators mit nur einem Schaltvorgang zu erreichen.
  • Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips sind einige davon in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in
  • 1 eine schematische Darstellung der Funktionsweise einer Vorrichtung mit einer Brennkraftmaschine und einem Druckwellenverdichter;
  • 2 eine schematischen Draufsicht der in 1 gezeigten Vorrichtung;
  • 3 eine Ausführungsform der Vorrichtung mit einem Hochdruck-Abgaskanal, in dem eine Verschlussvorrichtung angeordnet ist;
  • 4 eine Ausführungsform der Vorrichtung mit einem Katalysator, der eine Umgehung hat;
  • 5 eine Ausführungsform der Vorrichtung mit einem Umluftkanal;
  • 6 eine Ausführungsform der Vorrichtung mit einer Ventileinrichtung und einer Umgehung;
  • 7 eine Ausführungsform der Vorrichtung mit einer Ventileinrichtung und einem Umluftkanal;
  • 8 eine vereinfachte Darstellung eines Verfahrensablaufs zum Betrieb einer Brennkraftmaschine während des Schubbetriebs;
  • 9 eine vereinfachte Darstellung eines Verfahrensablaufs zum Betrieb einer Brennkraftmaschine während des Leerlaufs.
  • Die 1 und 2 zeigen jeweils eine schematische Darstellung einer Vorrichtung mit einer Brennkraftmaschine 2 und einem Druckwellenverdichter 1. Mittels des Druckwellenverdichters 1 wird das der Brennkraftmaschine 2 zugeführte Frischgas komprimiert. Der Druckwellenverdichter 1 ist dazu frischgasseitig über einen Niederdruck-Frischgaskanal 3 mit der Umgebung und/oder der Atmosphäre und über einen Hochdruck-Frischgaskanal 4 mit der Brennkraftmaschine 2 verbunden. Abgasseitig ist der Druckwellenverdichter 1 mit der Brennkraftmaschine 2 über einen Hochdruck-Abgaskanal 5 und mit der Umgebung und/oder der Atmosphäre über einen Niederdruck-Abgaskanal 6 verbunden. Der Druckwellenverdichter 1 hat ein Gehäuse 7. In dem Gehäuse 7 ist ein zylinderförmiger Rotor 8 angeordnet, der in 1 in einer Abwicklung dargestellt ist. Auf der Mantelfläche des Rotors 8 sind eine Vielzahl an Zellen 9 zur Aufnahme von Gas vorgesehen. Der Rotor 8 ist mit einem Antrieb 10 verbunden, welcher vorzugsweise ein Elektromotor ist.
  • In dem Hochdruck-Frischgaskanal 4 kann optional eine Frischgasbehandlung, beispielsweise ein Wärmetauscher 11, angeordnet sein. Im Hochdruck-Abgaskanal 5 ist zwischen dem Druckwellenverdichter 1 und der Brennkraftmaschine 2 ein Katalysator 12 angeordnet. Die Brennkraftmaschine 2 hat mehrere Zylinder, von denen in 1 nur einer 18 dargestellt ist. Jeder der Zylinder hat einen Kolben 13, zumindest ein Frischgasventil 14 und wenigstens ein Abgasventil 15. Jedem Ventil 14, 15 ist ein Stellelement 16 zugeordnet. In dem Hochdruck-Abgaskanal 5 sind in Strömungsrichtung des Abgases vor und hinter dem Katalysator 12 Sensoren 17 zur Erfassung der Abgastemperatur angeordnet. In dem Hochdruck-Frischgaskanal 4 ist weiterhin eine Luftmengen- oder -massenreguliereinrichtung vorgesehen. Diese ist in der Regel als Drosselklappe 23 ausgeführt.
  • 2 zeigt die Brennkraftmaschine 2 in einer schematischen Draufsicht. Die Brennkraftmaschine 2 hat vier Zylinder 18, 19, 20, 21. Jeder Zylinder 18, 19, 20, 21 hat zwei Frischgasventile 14 und zwei Abgasventile 15. In einer Ausführungsvariante der Brennkraftmaschine sind die beiden Zylinder 18, 19 unabhängig voneinander abschaltbar ausgeführt. In alternativen Ausführungsformen können alle vier, drei oder nur einer der Zylinder 18, 19, 20, 21 abschaltbar ausgeführt sein. Die Brennkraftmaschine 2 ist mit einem Motorsteuergerät 22 verbunden. Das Motorsteuergerät 22 dient der Steuerung, Regelung und Überwachung der Funktionen der Brennkraftmaschine 2. Das Motorsteuergerät 22 ist mit den Sensoren 17 zur Erfassung der Abgastemperatur und mit einem Starter 24 verbunden. Sämtliche Ventile 14, 15 sind mit den in 1 gezeigten Stellelementen 16 verbunden, die beispielsweise als variabler Ventiltrieb ausgeführt sind. Die Ventile 14, 15 sind mittels des variablen Ventiltriebs elektromotorisch beweglich. Die Ventile 14, 15 können, beispielsweise bei einer Abschaltung der Brennkraftmaschine 2 oder im Schubbetrieb, mittels der Stellelemente 16 geschlossen gehalten werden.
  • Die 3 bis 7 zeigen unterschiedliche Ausführungsformen der in den 1 und 2 gezeigten Vorrichtung.
  • 3 zeigt einen Hochdruck-Abgaskanal 5, in dem eine Verschlussvorrichtung 25 angeordnet ist. Mittels der Verschlussvorrichtung 25 kann die Durchströmung des Katalysators 12 unabhängig von der Steuerung der Ventile 14, 15 der Brennkraftmaschine 2 unterbunden werden.
  • 4 zeigt einen Hochdruck-Abgaskanal 5 mit einem Katalysator 12 und einer Umgehung 26 des Katalysators. In der Umgehung 26 ist eine Absperrvorrichtung 28 angeordnet, sodass die Umgehung 26 schaltbar ist.
  • 5 zeigt einen Umluftkanal 27 zur Verbindung eines Hochdruck-Abgaskanals 5 mit einem Hochdruck-Frischgaskanal 4 der Brennkraftmaschine 2. Der Umluftkanal 27 ist vorzugsweise zwischen der Brennkraftmaschine 2 und dem Katalysator 12 an den Hochdruck-Abgaskanal 5 angeschlossen. In dem Umluftkanal 27 ist eine Absperrvorrichtung 28 angeordnet, sodass der Umluftkanal 27 schaltbar ist.
  • Die 6 und 7 zeigen eine Ventileinrichtung 29 als ein Mehrwegeventil. Mit der Ventileinrichtung 29 sind der Hochdruck-Abgaskanal 5, der Katalysator 12 und der Umluftkanal 27 beziehungsweise die Umgehung 26 verbunden. Die Ventileinrichtung 29 ist alternativ für die in den 4 und 5 gezeigte Absperrvorrichtung 28 und die in 3 gezeigte Verschlussvorrichtung 25 vorgesehen. Durch die Ventileinrichtung 29 wird es möglich, die Umleitung des Abgases und das Verschließen des Katalysators 12 mit nur einem Schaltvorgang zu erreichen.
  • Die 8 und 9 zeigen die Verfahren 30, 35 zum Betrieb der in den 1 bis 7 gezeigten Brennkraftmaschine 2.
  • 8 zeigt den Ablauf des Verfahrens 30 zum Betrieb der Brennkraftmaschine 2 während des Schubbetriebs. Während des Betriebs der Brennkraftmaschine 2 wird regelmäßig die aufgezeigte Schleife zwischen START und RETURN durchlaufen. Zunächst wird der Betriebszustand der Brennkraftmaschine 2 erfasst 31. Im nächsten Operationsschritt wird überprüft 32, ob der erfasste Betriebszustand der Schubbetrieb ist. Liegt Schubbetrieb vor, wird überprüft 33, ob alle Abgasventile 15 geschlossen gehalten sind. Werden alle Abgasventile 15 geschlossen gehalten, beginnt die Schleife erneut. Werden nicht alle Abgasventile 15 geschlossen gehalten, so schließt 34 die Motorsteuerung 22 die offenen Abgasventile 15. Ist der aktuelle Betriebszustand der Brennkraftmaschine 2 nicht der Schubbetrieb, beginnt die Schleife erneut bei START.
  • 9 zeigt den Ablauf des Verfahrens 35 zum Betrieb der Brennkraftmaschine 2 während des Leerlaufs. Während des Betriebs der Brennkraftmaschine 2 wird regelmäßig die aufgezeigte Schleife zwischen START und RETURN durchlaufen. Zunächst wird der Betriebszustand der Brennkraftmaschine 2 erfasst 36. Im nächsten Operationsschritt wird überprüft 37 ob der erfasste Betriebszustand der Leerlauf ist. Ist die Brennkraftmaschine 2 im Betriebszustand Leerlauf, wird die Brennkraftmaschine 2 abgeschaltet 38. In der nächsten Operation findet eine kontinuierliche Überprüfung 39 einer Lastanforderung statt. Sobald eine Lastanforderung vorliegt, wird die Brennkraftmaschine 2 wieder gestartet 40. Anschließend beginnt die Schleife erneut bei START. Ist der aktuelle Betriebszustand nicht der Leerlauf, beginnt die Schleife erneut bei START.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 1806720 A [0006]
    • WO 2010/045917 A1 [0009]
    • DE 10252303 A1 [0011]

Claims (11)

  1. Verfahren (35) zum Betrieb einer Brennkraftmaschine (2) umfassend einen Starter (24), einen Hochdruck-Abgaskanal (5) und mehrere Zylinder (18, 19, 20, 21), wobei der Hochdruck-Abgaskanal (5) die Brennkraftmaschine (2) mit einem Druckwellenverdichter (1) verbindet und im Hochdruck-Abgaskanal (5) zwischen der Brennkraftmaschine (2) und dem Druckwellenverdichter (1) ein Katalysator (12) angeordnet ist, bei dem der Betriebszustand der Brennkraftmaschine (2) erfasst (36) wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Erkennung des Betriebszustands Leerlauf der Brennkraftmaschine (2) einzelne der Zylinder (18, 19) der Brennkraftmaschine (2) abgeschaltet (38) werden oder die gesamte Brennkraftmaschine (2) abgeschaltet wird (38) und dass bei einer erneuten Lastanforderung die Abschaltung (38) der Brennkraftmaschine (2) oder der Zylinder (18, 19) aufgehoben (40) wird.
  2. Verfahren (35) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Starter (24) beim Stoppen der Brennkraftmaschine (2) generatorisch betrieben wird.
  3. Verfahren (30) zum Betrieb einer Brennkraftmaschine (2) umfassend einen Starter (24), einen Hochdruck-Abgaskanal (5) und mehrere Zylinder (18, 19, 20, 21), wobei der Hochdruck-Abgaskanal (5) die Brennkraftmaschine (2) mit einem Druckwellenverdichter (1) verbindet und im Hochdruck-Abgaskanal (5) zwischen der Brennkraftmaschine (2) und dem Druckwellenverdichter (1) ein Katalysator (12) angeordnet ist, bei dem der Betriebszustand der Brennkraftmaschine (2) erfasst (31) wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Erkennung des Betriebszustands Schubbetrieb der Brennkraftmaschine (2) eine Durchströmung des Katalysator (12) unterbunden wird.
  4. Verfahren (30) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass während des Schubbetriebs der Brennkraftmaschine (2) zumindest alle Abgasventile (15) oder alle Frischgasventile (14) der Brennkraftmaschine (2) geschlossen gehalten werden.
  5. Verfahren (30) nach zumindest einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass während des Schubbetriebs der Brennkraftmaschine (2) eine Umgehung (26) des Katalysators (12) geöffnet wird.
  6. Vorrichtung mit einer Brennkraftmaschine (2) mit mehreren Zylindern (18, 19, 20, 21), von denen jeder zumindest ein Frischgasventil (14) und ein Abgasventil (15) aufweist, sowie einem Druckwellenverdichter (1), der über einen Hochdruck-Abgaskanal (5) der Brennkraftmaschine (2) mit dieser verbunden ist, und mit einem Starter (24) sowie einem Katalysator (12), der in dem Hochdruck-Abgaskanal (5) zwischen der Brennkraftmaschine (2) und dem Druckwellenverdichter (1) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Brennkraftmaschine (2) eine Start-Stopp-Automatik integriert ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Starter (24), insbesondere ein Startergenerator, zum Stoppen der Brennkraftmaschine (2) ausgeführt ist.
  8. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Hochdruck-Abgaskanal (5) der Brennkraftmaschine (2) vor dem Katalysator (12) eine Verschlussvorrichtung (25) angeordnet ist.
  9. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator (12) eine Umgehung (26) und/oder die Brennkraftmaschine (2) einen Umluftkanal (27) aufweist, welcher zur Verbindung eines Hochdruck-Abgaskanals (5) mit einem Hochdruck-Frischgaskanal (4) der Brennkraftmaschine (2) vorgesehen ist.
  10. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Umluftkanal (27) und/oder in der Umgehung (26) eine Absperrvorrichtung (28) angeordnet ist.
  11. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlussvorrichtung (25) und die Absperrvorrichtung (28) als eine gemeinsame Ventileinrichtung (29), insbesondere als ein Mehrwegeventil, ausgeführt sind.
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