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Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 4.
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Aus der
DE 10 2009 019 390 A1 ist bereits eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, mit einem Ansaugtrakt, der dazu vorgesehen ist, Zylinder mit Luft zu versorgen, einem Auslassnockenwellensteller, der dazu vorgesehen ist, eine Phasenlage einer Auslassnockenwelle zur Steuerung zumindest eines Auslassventils zu verstellen, und einer Steuer- und/oder Regeleinheit, die dazu vorgesehen ist, durch Ansteuerung des Auslassnockenwellenstellers eine Phasenlage der Auslassnockenwelle zur direkten Rückführung von Gasen aus dem Zylinder in den Ansaugtrakt einzustellen, bekannt.
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Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine bereitzustellen, die einen besonders hohen Schutz gegen Motorschäden und/oder Funktionsstörungen aufweist. Diese Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine entsprechend dem Anspruch 1 und ein Verfahren entsprechend dem Anspruch 4 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Die Erfindung geht aus von einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, mit einem Ansaugtrakt, der dazu vorgesehen ist, zumindest einen Zylinder mit Luft zu versorgen, zumindest einem Auslassnockenwellensteller, der dazu vorgesehen ist, eine Phasenlage einer Auslassnockenwelle zur Steuerung zumindest eines Auslassventils zu verstellen, und einer Steuer- und/oder Regeleinheit, die dazu vorgesehen ist, durch Ansteuerung des Auslassnockenwellenstellers eine Phasenlage der Auslassnockenwelle zur direkten Rückführung von Gasen aus dem Zylinder in den Ansaugtrakt einzustellen.
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Es wird vorgeschlagen, dass die Steuer- und/oder Regeleinheit eine Zylinderschutzfunktion aufweist, die dazu vorgesehen ist, nach einer Kaltstartphase in Abhängigkeit von zumindest einer Auslösebedingung die Phasenlage der Auslassnockenwelle zur direkten Rückführung von Gasen aus dem Zylinder in den Ansaugtrakt einzustellen. Dadurch kann ein direkt aus dem Zylinder, und damit ohne hohe Temperaturverluste, geführtes, warmes Gas, insbesondere ein warmes Abgas, zur Reduzierung und/oder Vermeidung von einem Kondensat in den Ansaugtrakt benutzt werden, wodurch aufgrund des Kondensats verursachte mechanische Schäden und/oder Funktionsstörungen, wie beispielsweise ein Wasserschlag, nach der Kaltstartphase und damit in einem großen Betriebsbereich vermieden werden können. Weiter können dadurch Bauteile der Brennkraftmaschine, wie insbesondere ein AGR-Ventil, nach der Kaltstartphase vor Vereisung geschützt werden, wodurch ein betriebssicherer Dauerbetrieb der Brennkraftmaschine bei niedrigen Temperaturen und niedrigen Motordrehzahlen und/oder Lastpunkten realisiert werden kann. Dadurch kann eine Brennkraftmaschine bereitgestellt werden, die einen besonders hohen Schutz gegen Motorschäden und/oder Funktionsstörungen aufweist. Unter einer „direkten Rückführung von Gasen aus dem Zylinder in den Ansaugtrakt” soll insbesondere verstanden werden, dass das Gas ohne vorheriges Verlassen des Zylinders, insbesondere ohne vorheriges Strömen in einen Abgastrakt, in den Ansaugtrakt strömt. Unter einer „Steuer- und/oder Regeleinheit” soll insbesondere eine Einheit mit zumindest einem Steuergerät verstanden werden. Unter einem „Steuergerät” soll insbesondere eine Einheit mit einer Prozessoreinheit und mit einer Speichereinheit sowie mit einem in der Speichereinheit gespeicherten Betriebsprogramm verstanden werden. Grundsätzlich kann die Steuer- und/oder Regeleinheit mehrere untereinander verbundene Steuergeräte aufweisen, die vorzugsweise dazu vorgesehen sind, über ein Bus-System, wie insbesondere ein CAN-Bus-System, miteinander zu kommunizieren. Unter „vorgesehen” soll insbesondere speziell programmiert, ausgelegt, ausgestattet und/oder angeordnet verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt.
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Um die Zylinderschutzfunktion besonders sinnvoll einzusetzen, wird weiter vorgeschlagen, dass zumindest eine Auslösebedingung der Zylinderschutzfunktion als eine Überschreitung einer niedriglastigen Motorbetriebsdauer nach der Kaltstartphase ausgebildet ist, wodurch die Zylinderschutzfunktion bezüglich einer Kondensatbildung in besonders gefährdeten Betriebszuständen, wie beispielsweise bei einem langen Leerlaufbetrieb, aktiviert werden kann. Dadurch kann die Kondensatbildung, die sich bei ungünstigen Umgebungsbedingungen, insbesondere bei niedrigen Temperaturen in Kombination mit einer hohen Luftfeuchtigkeit und einer geringen Motorlast, vermieden und/oder reduziert werden.
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Um einen besonders sinnvollen Zeitpunkt einer Aktivierung der Zylinderschutzfunktion zu finden, ist es insbesondere vorteilhaft, wenn zumindest eine Auslösebedingung der Zylinderschutzfunktion von einer nach der Kaltstartphase vorliegenden Ventilposition eines AGR-Ventils, das dazu vorgesehen ist, ein Abgas außerhalb des Zylinders in den Ansaugtrakt abzuzweigen, abhängt, wodurch ein Feuchteeintrag in den Ansaugtrakt zumindest abgeschätzt werden kann.
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Weiter wird ein Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, insbesondere einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine, vorgeschlagen, bei dem durch Ansteuerung eines Auslassnockenwellenstellers eine Phasenlage einer Auslassnockenwelle zur direkten Rückführung von Gasen aus einem Zylinder in einen Ansaugtrakt eingestellt wird, wobei die Phasenlage der Auslassnockenwelle zur Rückführung von Abgasen aus dem Zylinder in den Ansaugtrakt nach einer Kaltstartphase in Abhängigkeit von zumindest einer Auslösebedingung eingestellt wird. Dadurch kann ein besonders einfaches und effektives Verfahren bereitgestellt werden, durch das ein Schutz einer Brennkraftmaschine gegen mechanische Motorschäden und/oder Funktionsstörungen erhöht werden kann.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Figurenbeschreibung. In der einzigen Figur ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Figur, die Figurenbeschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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1 zeigt schematisiert eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs. Die Brennkraftmaschine weist mehrere Zylinder, mehrere jeweils einem Zylinder zugeordnete Einlassventile und mehrere jeweils einem Zylinder zugeordnete Auslassventile auf, wobei in der 1 der Übersicht halber lediglich ein Zylinder 11, ein dem Zylinder 11 zugeordnetes Einlassventil 17 und ein dem Zylinder 11 zugeordnetes Auslassventil 14 dargestellt ist. Der Zylinder 11 weist zur Verbrennung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches einen Brennraum 18 und einen in dem Brennraum 18 geführten Hubkolben 19 auf.
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Um den Zylinder 11 mit einer Luft zu versorgen, weist die Brennkraftmaschine einen Ansaugtrakt 10 auf, mittels dem die Luft zur Verbrennung in den Brennraum 18 angesaugt wird. Das Einlassventil 17 ist dem Ansaugtrakt 10 zugeordnet. Das Einlassventil 17 verbindet im geöffneten Zustand den Ansaugtrakt 10 und den Brennraum 18 strömungstechnisch miteinander und trennt im geschlossenen Zustand den Ansaugtrakt 10 und den Brennraum 18 strömungstechnisch voneinander.
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Um nach der Verbrennung ein Abgas aus dem Zylinder 11 zu führen, weist die Brennkraftmaschine einen Abgastrakt 20 auf. Das Auslassventil 14 ist dem Abgastrakt 20 zugeordnet. Das Auslassventil 14 verbindet im geöffneten Zustand den Abgastrakt 20 und den Brennraum 18 strömungstechnisch miteinander und trennt im geschlossenen Zustand den Abgastrakt 20 und den Brennraum 18 strömungstechnisch voneinander.
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Um einen Schadstoffausstoß, insbesondere eine Emission von Stickoxiden, zu reduzieren, weist die Brennkraftmaschine eine Abgasrückführung auf, die dazu vorgesehen ist, einen Teil des Abgases aus dem Abgastrakt 20 dem Ansaugtrakt 10 zuzuführen. Die Abgasrückführung entnimmt das aus der Brennraum 18 geführte Abgas außerhalb des Zylinders 11 und führt dieses außerhalb des Zylinders 11 in den Ansaugtrakt 10 zu. Die Abgasrückführung weist dazu ein AGR-Ventil 16 auf, das das Abgas außerhalb des Zylinders 11 in den Ansaugtrakt 10 abzweigt.
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Zur Betätigung des Einlassventils 17 weist die Brennkraftmaschine eine Einlassnockenwelle 21 auf, die mit dem Einlassventil 17 zusammenwirkt. Um die Betätigung des Einlassventils 17 zu steuern, weist die Brennkraftmaschine einen Einlassnockenwellensteller 22 auf, der zur Verstellung einer Phasenlage der Einlassnockenwelle 21 mit dieser zusammenwirkt.
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Zur Betätigung des Auslassventils 14 weist die Brennkraftmaschine eine Auslassnockenwelle 13 auf, die mit dem Auslassventil 14 zusammenwirkt. Um die Betätigung des Auslassventils 14 zu steuern, weist die Brennkraftmaschine einen Auslassnockenwellensteller 12 auf, der zur Verstellung einer Phasenlage der Auslassnockenwelle 13 mit dieser zusammenwirkt. Die Einlassnockenwelle 21 und die Auslassnockenwelle 13 sind dabei jeweils antriebstechnisch an eine Kurbelwelle 23 der Brennkraftmaschine angebunden.
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Zur Steuerung oder Regelung des Einlassnockenwellenstellers 22 und des Auslassnockenwellenstellers 12 weist die Brennkraftmaschine eine Steuer- und Regeleinheit 15 auf, die durch Ansteuerung des Einlassnockenwellenstellers 22 die Phasenlage der Einlassnockenwelle 21 und durch Ansteuerung des Auslassnockenwellenstellers 12 die Phasenlage der Auslassnockenwelle 13 einstellt.
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Um den Zylinder 11 vor mechanischen Schäden durch Wasseransammlungen in dem Ansaugtrakt 10 nach einer Kaltstartphase der Brennkraftmaschine zu schützen, weist die Steuer- und Regeleinheit 15 eine Zylinderschutzfunktion auf, die dazu vorgesehen ist, die Wasseransammlungen in dem Ansaugtrakt 10 nach der Kaltstartphase zu reduzieren oder zu vermeiden. Dazu stellt die Zylinderschutzfunktion nach der Kaltstartphase in Abhängigkeit von mehreren Auslösebedingungen durch Ansteuerung des Auslassnockenwellenstellers 12 eine Phasenlage der Auslassnockenwelle 13 zur direkten Rückführung von warmen Abgasen aus dem Zylinder 11 in den Ansaugtrakt 10 ein, wobei die direkte Rückführung aus einem Rückpulsen des warmen Abgases aus dem Brennraum 18 in den Ansaugtrakt 10 resultiert. Bei Erfüllung aller Auslösebedingungen stellt die Zylinderschutzfunktion der Steuer- und Regeleinheit 15 durch Veränderung der Betätigung des Auslassventils 14 die direkte Rückführung des warmen Abgases aus dem Brennraum 18 in den Ansaugtrakt 10 ein und erhöht dadurch eine Temperatur in dem Ansaugtrakt 10, wodurch bereits entstandene Wasseransammlungen verdunsten oder Wasseransammlungen verhindert werden. Dabei ist in der Steuer- und Regeleinheit 15 ein Verfahren zur Steuerung oder Regelung der Brennkraftmaschine implementiert, bei dem die Phasenlage der Auslassnockenwelle 13 zur direkten Rückführung von warmen Abgasen aus dem Zylinder 11 in den Ansaugtrakt 10 nach der Kaltstartphase in Abhängigkeit von den Auslösebedingung eingestellt wird.
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Die Zylinderschutzfunktion ist als ein separater Verbrennungsmodus ausgebildet. Grundsätzlich kann die Zylinderschutzfunktion auch als eine direkte Vorgabe eines Tastverhältnisses ausgebildet sein. Weiter ist es grundsätzlich denkbar, dass die Zylinderschutzfunktion zur direkten Rückführung von warmen Abgasen aus dem Zylinder 11 in den Ansaugtrakt 10 zusätzlich den Einlassnockenwellensteller 22 ansteuert.
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In diesem Ausführungsbeispiel müssen sieben Auslösebedingungen erfüllt sein, damit die Steuer- und Regeleinheit 15 die Zylinderschutzfunktion aktiviert. Die erste Auslösebedingung ist abhängig davon wie lang die Brennkraftmaschine nach der Kaltstartphase bei niedriger Last, beispielsweise im Leerlauf, betrieben wird. Die erste Auslösebedingung ist als eine Überschreitung einer niedriglastigen Motorbetriebsdauer nach der Kaltstartphase ausgebildet. Sie ist erfüllt, wenn eine bestimmte Zeitdauer nach der Kaltstartphase, in dem die Brennkraftmaschine bei niedriger Last, beispielsweise im Leerlauf, betrieben wird, überschritten wird.
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Die zweite Auslösebedingung ist von einer nach der Kaltstartphase vorliegenden Ventilposition des AGR-Ventils 16 abhängig. Die zweite Auslösebedingung ist als ein Vorliegen einer bestimmten Ventilposition des AGR-Ventils 16 nach der Kaltstartphase ausgebildet. Die bestimmte Ventilposition ist dabei als eine Ventilposition ausgebildet, in der das AGR-Ventil 16 geöffnet ist, wodurch das AGR-Ventil 16 ein Abgas aus dem Abgastrakt 20 in den Ansaugtrakt 10 abzweigt. Die zweite Auslösebedingung ist erfüllt, wenn die bestimmte Ventilposition nach der Kaltstartphase vorliegt. Sie ist erfüllt, wenn ein Abgas nach der Kaltstartphase aus dem Abgastrakt 20 in den Ansaugtrakt 10 abgezweigt wird.
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Die dritte Auslösebedingung ist von einer nach der Kaltstartphase vorliegenden Gaseinlasstemperatur abhängig. Die dritte Auslösebedingung ist als eine Unterschreitung einer Grenzeinlasstemperatur nach der Kaltstartphase ausgebildet. Sie ist erfüllt, wenn nach der Kaltstartphase die Gaseinlasstemperatur unterhalb der Grenzeinlasstemperatur liegt.
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Die vierte Auslösebedingung ist von einem nach der Kaltstartphase aktuell vorliegenden Verbrennungsstatus abhängig. Die vierte Auslösebedingung ist als ein Vorliegen eines bestimmten Verbrennungsstatus ausgebildet. Sie ist erfüllt, wenn der bestimmte Verbrennungsstatus, wie beispielsweise eine Normalverbrennung, ein Aufheizen, eine Partikelfilterregeneration, nach der Kaltstartphase vorliegt.
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Die fünfte Auslösebedingung ist abhängig davon wie lang die letzte Aktivierung der Zylinderschutzfunktion her ist. Die fünfte Auslösebedingung ist als eine Überschreitung einer bestimmten Zeitdauer der letzten Aktivierung der Zylinderschutzfunktion ausgebildet. Sie ist erfüllt, wenn die letzte Aktivierung die bestimmte Zeitdauer lang her ist, also wenn die bestimmte Zeitdauer überschritten wird.
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Die sechste Auslösebedingung ist von einer nach der Kaltstartphase vorliegenden Ladelufttemperatur, die strömungstechnisch nach einem nicht dargestellten Ladeluftkühler der Brennkraftmaschine herrscht, abhängig. Die sechste Auslösebedingung ist als eine Unterschreitung einer Ladeluftgrenztemperatur nach der Kaltstartphase ausgebildet. Sie ist erfüllt, wenn nach der Kaltstartphase die Ladelufttemperatur unterhalb der Ladeluftgrenztemperatur liegt.
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Die siebte Auslösebedingung ist von einer nach der Kaltstartphase vorliegenden Motortemperatur abhängig. Die siebte Auslösebedingung ist als eine Unterschreitung einer Motorgrenztemperatur nach der Kaltstartphase ausgebildet. Sie ist erfüllt, wenn nach der Kaltstartphase die Motortemperatur unterhalb der Motorgrenztemperatur liegt.
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Wenn alle sieben Auslösebedingungen entsprechend ihrer eingestellten Schwellen erfüllt sind, aktiviert die Steuer- und Regeleinheit 15 die Zylinderschutzfunktion für eine bestimmte Zeitdauer. Die bestimmte Zeitdauer, in der die Zylinderschutzfunktion aktiv ist, ist abhängig von einer Umgebungstemperatur, und damit einem Wasseraufnahmevermögen der Luft, und der Motortemperatur. Nach Ablauf dieser Zeitdauer deaktiviert die Steuer- und Regeleinheit 15 die Zylinderschutzfunktion und stellt die Phasenlage der Auslassnockenwelle 13, die vor der Aktivierung der Zylinderschutzfunktion eingestellt war, durch Ansteuerung des Auslassnockenwellenstellers 12 wieder ein. Werden die Auslösebedingungen entsprechend ihrer Schwellen verletzt, deaktiviert die Steuer- und Regeleinheit 15 die Zylinderschutzfunktion.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Ansaugtrakt
- 11
- Zylinder
- 12
- Auslassnockenwellensteller
- 13
- Auslassnockenwelle
- 14
- Auslassventil
- 15
- Steuer- und Regeleinheit
- 16
- AGR-Ventil
- 17
- Einlassventil
- 18
- Brennraum
- 19
- Hubkolben
- 20
- Abgastrakt
- 21
- Einlassnockenwelle
- 22
- Einlassnockenwellensteller
- 23
- Kurbelwelle
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009019390 A1 [0002]
