DE102013019183A1

DE102013019183A1 - Verfahren zum Steuern der Motorbremswirkung einer ventilgesteuerten Brennkraftrnaschine

Info

Publication number: DE102013019183A1
Application number: DE102013019183.1A
Authority: DE
Inventors: Thomas Malischewski
Original assignee: MAN Truck and Bus SE
Current assignee: MAN Truck and Bus SE
Priority date: 2013-11-18
Filing date: 2013-11-18
Publication date: 2015-05-21

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern der Motorbremswirkung einer ventilgesteuerten Brennkraftmaschine, insbesondere einer Viertakt-Brennkraftmaschine, für Kraftfahrzeuge, bei dem neben einem Abgasstau in der Abgasleitung durch Schließen einer Stauklappe eine Dekompressionswirkung durch teilweises, insbesondere irreguläres, Öffnen des wenigstens einen Auslassventils je Zylinder der Brennkraftmaschine erzeugt wird, wobei das wenigstens eine Auslassventil, gegebenenfalls mit Überschneidungen, im Verdichtungstakt und im Ausschubtakt geöffnet ist. Zur Erhöhung der Motorbremswirkung wird vorgeschlagen, dass das wenigstens eine Auslassventil oder wenigstens eines der Auslassventile mit einem definiert vorgegebenen und/oder gegenüber einem regulären Ventilhub geringerem Ventilhub (2a, 2c) jeweils im OT Bereich der Kolben zwischen dem Verdichtungstakt und dem Expansionstakt (0.0) und zwischen dem Ausschubtakt und dem Ansaugtakt (360.0) geöffnet wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern der Motorbremswirkung einer ventilgesteuerten Brennkraftmaschine, insbesondere einer Viertakt-Brennkraftmaschine, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein derartiges Verfahren beschreibt die DE 39 22 884 A1 , bei dem im Motorbremsbetrieb neben dem Schließen einer Stauklappe im Abgastrakt eine die Motorbremswirkung wesentlich steigernde Dekompressionswirkung dadurch erzielt wird, dass die Auslassventile (Einlassventile unverändert) durch Eingriff in die Ventilsteuerung der Brennkraftmaschine jeweils im Verdichtungstakt teilweise geöffnet werden und damit die beim Ansaugtakt in den Zylinder eingesaugte Luft in den Abgastrakt dekomprimiert abblasen. Ferner sind die Auslassventile in regulärer Betätigung jeweils beim Ausschubtakt vollständig geöffnet, hier also nahezu ohne Dekompressionswirkung.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein in der Motorbremswirkung weiter verbessertes Verfahren vorzuschlagen, das zudem besonders vorteilhaft auch für abgasturboaufgeladene Brennkraftmaschinen einsetzbar sein soll.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sowie dessen bevorzugte Anwendung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass das wenigstens eine oder wenigstens eines der Auslassventile mit einem definiert vorgegebenen und/oder gegenüber einem regulären Ventilhub geringerem Ventilhub jeweils im OT Bereich (OT steht für Oberer Totpunkt) der Kolben zwischen dem Verdichtungstakt und dem Expansionstakt und zwischen dem Ausschubtakt und dem Ansaugtakt geöffnet wird. Mit dem erfindungsgemäßen Vorschlag findet bei entsprechendem Eingriff in die Ventilsteuerung der Brennkraftmaschine im Motorbremsbetrieb je Steuerzyklus eine zweimalige Dekompression statt, indem das wenigstens eine Auslassventil oder wenigstens eines der Auslassventile zweimal jeweils im Bereich des OT der Kolben, aber mit nur einem definiert vorgegebenen und/oder gegenüber einem regulären Ventilhub geringerem Ventilhub geöffnet wird. Durch das spätere Öffnen des Auslassventils im Verdichtungstakt (im Gegensatz zur DE 39 22 884 A1 ) findet die Dekompression bei höheren Zylinderdrücken statt und ist entsprechend wirksamer.
Nachfolgend wird aus Übersichtlichkeitsgründen stets von mehreren Auslassventilen gesprochen. Es versteht sich jedoch, dass dies anstelle von mehreren Auslassventilen auch bei nur einem einzigen Auslassventil der Fall sein kann oder dass dies nur bei einem Teil der Auslassventile von mehreren Auslassventilen der Fall sein kann, zum Beispiel bei zwei Auslassventilen eines der Auslassventile oder beide Auslassventile betätigt werden kann bzw. können:
Eine weitere Steigerung in der Motorbremswirkung kann dadurch erzielt werden, dass die Auslassventile im Wesentlichen über den gesamten Expansionstakt (entspricht dem Arbeitstakt im befeuerten Betrieb) anschließend an den definiert vorgegebenen und/oder geringeren, ersten Ventilhub mit einem demgegenüber größeren, zweiten Ventilhub (regulärer Ventilhub) geöffnet sind. Mit dieser Maßnahme kann im Abgastrakt gestaute Luft in die Zylinder zurückströmen und trägt im anschließenden Ausschubtakt durch den erhöhten Massendurchsatz zu einer weiter verstärkten Dekompressionswirkung beim zweiten Öffnen der Auslassventile bei.
Die Auslassventile können bevorzugt im Verdichtungstakt und im Ausschubtakt der Brennkraftmaschine im Bereich jeweils zwischen 100° KW und 60° KW vor OT öffnen und im Expansionstakt im Bereich zwischen UT und 30° KW nach UT (UT steht für Unterer Totpunkt) bzw. im Ausschubtakt zwischen OT und 30° nach OT der Kolben schließen, um jeweils günstige Strömungsverhältnisse mit hohem Luftdurchsatz der Brennkraftmaschine und beherrschbare Zylinderdrücke herzustellen.
Des Weiteren kann zur Erzielung einer hohen Dekompressionswirkung der definiert vorgegebene Ventilhub der Auslassventile zwischen 0,5 mm und 3 mm, betragen. Bevorzugt beträgt dieser Ventilhub 1,5 mm, höchst bevorzugt 2 mm.
Ferner kann der gegenüber einem regulären Ventilhub geringere Ventilhub der Auslassventile zwischen 0,5 mm und 2 mm, betragen. Bevorzugt beträgt dieser Ventilhub 1,5 mm, höchst bevorzugt 2 mm.
Der reguläre Ventilhub der Auslassventile kann demgegenüber auf dementsprechend mehr, zum Beispiel ca. 3 mm, ausgelegt werden; letzteres begünstigt auch die physikalische Auslegung des die irreguläre Auslassventilbetätigung bewirkenden Ventiltriebs.
In besonders vorteilhafter Weiterbildung des Verfahrens kann die Brennkraftmaschine mit Abgasturboaufladung und einer Ladedruckregeleinrichtung mit einem Bypass-Ventil betrieben werden, wobei die Ladedruckregelung im Motorbremsbetrieb so gesteuert wird, dass eine definiert vorgegebene hohe Motorbremsleistung erzielt wird. Das Bypassventil dient somit zur Bremsleistungssteuerung, wobei eine maximale Bremsleistung insbesondere bei geschlossenem Bypassventil vorliegt. Dies führt im Motorbremsbetrieb zu dem Effekt eines erhöhten Ladedrucks, der wiederum den Luftmassendurchsatz im Motorbremsbetrieb fördert und den Laderwirkungsgrad verbessert.
Schließlich wird ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Nutzkraftfahrzeug, mit einer ventilgesteuerten Viertakt-Brennkraftmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche vorgeschlagen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im Folgenden anhand eines Steuerdiagramms der Ventilsteuerung einer Viertakt-Diesel-Brennkraftmaschine im Motorbremsbetrieb näher erläutert.
In dem Steuerdiagramm ist die Betätigung der Einlassventile und der Auslassventile einer turboaufgeladenen Viertakt-Diesel-Brennkraftmaschine für Kraftfahrzeuge, insbesondere für Nutzkraftfahrzeuge, im Motorbremsbetrieb dargestellt.
Dabei sind die Öffnungskurven bzw. Ventilhübe der Einlassventile in gestrichelten Linien und die Öffnungskurven bzw. Ventilhübe der Auslassventile gepunktet eingezeichnet. Die voll ausgezogene Linie zeigt die Druckverläufe in den Zylindern während des Steuerzyklus.
Die besagten Kurven sind über die im Viertaktbetrieb üblichen 720° Kurbelwinkel (KW) aufgetragen, wobei die linke Achse des Diagramms die Zylinderdrücke in bar und die rechte Achse die Ventilhübe in mm angibt.
Die Einlassventile (Kurve 1) öffnen im Ansaugtakt in regulärer Weise, also auch im Motorbremsbetrieb. Über den weiteren Steuerzyklus sind die Einlassventile geschlossen.
Die Auslassventile (Kurve 2) öffnen im Verdichtungstakt der Brennkraftmaschine ca. 60° KW vor OT (TDCF 0.0) irregulär, das heißt mit einem gegenüber einem regulären Ventilhub geringerem Ventilhub 2a (ca. 1,5 mm) und anschließend im Expansionstakt mit einem demgegenüber größerem bzw. regulären Ventilhub 2b (ca. 3 mm) und schließen ungefähr mit Beendigung des Expansionstakts (BDC 180.0).
Die Kurve 3 der Zylinderdrücke zeigt den hohen Zylinderdruck 3a im Bereich des Öffnens der Auslassventile bei 2a mit einer entsprechend hohen Dekompressionswirkung der in den Abgastrakt mit geschlossener Stauklappe abströmenden Luft.
Im Bereich der Kurve 2b sind die Zylinderdrücke (Kurve 3b) niedrig und es kann durch den Abgasstau im Abgastrakt Luft aus dem Abgastrakt in die Zylinder zurückströmen.
Im anschließenden Ausschubtakt wird die zurückgeströmte Luft wieder verdichtet (Kurve 3c der Zylinderdrücke), wobei dann ca. 60° KW vor OT (TDC 360.0) die Auslassventile wieder mit einem geringeren Ventilhub von ca. 2 mm (Kurve 2c) geöffnet werden und damit eine zweite Dekompressionswirkung erzeugen.
Die Auslassventile schließen wieder bei OT (TDC 360.0) mit der üblichen Überschneidung zum wieder öffnenden Einlassventil (Kurve 1). Der Steuerzyklus wiederholt sich dann wie vorbeschrieben.
Der für die Aufladung der Brennkraftmaschine dienende, zumindest eine Abgasturbolader kann mit seiner Bypasssteuerung bzw. Ladedruckregeleinrichtung in bekannter Weise ausgeführt sein und ist deshalb nicht dargestellt.
Das Bypassventil ist jedoch so gesteuert, dass es in den Motorbremsbetriebsphasen schließt bzw. einen hohen Ladedruck einsteuert, der den Luftmassendurchsatz in der Brennkraftmaschine wesentlich erhöht, wodurch bei einem Verdichterbetrieb mit optimalen Wirkungs- bzw. Fördergrad eine hohe Motorbremswirkung erzielbar ist.
Dabei kann die Bremsleistung der Brennkraftmaschine im Motorbremsbetrieb gegebenenfalls über die Ladedruckregeleinrichtung unmittelbar beeinflusst bzw. auf eine gewünschte Bremsleistung eingeregelt werden.
Die zweimalige Ansteuerung und Betätigung der Auslassventile der Brennkraftmaschine im Motorbremsbetrieb kann mittels eines entsprechend ausgelegten Ventiltriebs mechanisch, hydraulisch und/oder elektrisch erfolgen und ist hier nicht dargestellt.
Bezugszeichenliste

1: Öffnungskurve Einlassventile
2: Öffnungskurve Auslassventile
2a: geringerer Ventilhub
2b: größerer Ventilhub
2c: geringerer Ventilhub
3: Zylinderdruckverläufe
3a: hoher Zylinderdruck
3b: niedriger Zylinderdruck
3c: erhöhter Zylinderdruck

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 3922884 A1 [0002, 0005]

Claims

Verfahren zum Steuern der Motorbremswirkung einer ventilgesteuerten Brennkraftmaschine, insbesondere einer Viertakt-Brennkraftmaschine, für Kraftfahrzeuge, bei dem neben einem Abgasstau in der Abgasleitung durch Schließen einer Stauklappe eine Dekompressionswirkung durch teilweises, insbesondere irreguläres, Öffnen des wenigstens einen Auslassventils je Zylinder der Brennkraftmaschine erzeugt wird, wobei das wenigstens eine Auslassventil, bevorzugt mit Überschneidungen, im Verdichtungstakt und/oder im Ausschubtakt geöffnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Auslassventil oder wenigstens eines der Auslassventile mit einem definiert vorgegebenen und/oder gegenüber einem regulären Ventilhub geringeren Ventilhub (2a, 2c) jeweils im OT Bereich der Kolben zwischen dem Verdichtungstakt und dem Expansionstakt (0.0) und zwischen dem Ausschubtakt und dem Ansaugtakt (360.0) geöffnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Auslassventil, im Wesentlichen über den gesamten Expansionstakt, anschließend an den definiert vorgegebenen und/oder geringeren Ventilhub (2a) mit einem größeren Ventilhub (2b) als regulärem Ventilhub geöffnet ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Auslassventil im Verdichtungstakt und im Ausschubtakt im Bereich jeweils zwischen 100° KW und 60° KW vor OT (0.0, 360.0) öffnet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Auslassventil im Expansionstakt im Bereich zwischen UT und 30° KW nach UT (180.0) schließt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Auslassventil im Ausschubtakt im Bereich zwischen OT und 30° nach OT (360.0) schließt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der definiert vorgegebene Ventilhub des wenigstens einen Auslassventils zwischen 0,5 mm und 3 mm beträgt. 7 Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der gegenüber einem regulären Ventilhub geringere Ventilhub des wenigstens einen Auslassventils zwischen 0,5 mm und 2 mm beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der reguläre Ventilhub des wenigstens einen Auslassventils größer 2 mm ist, insbesondere auf 2,5 mm bis 5 mm, höchst bevorzugt auf ca. 3 mm ausgelegt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine mit Abgasturboaufladung und einer Ladedruckregeleinrichtung mit einem Bypass-Ventil betrieben wird und dass die Ladedruckregelung im Motorbremsbetrieb so gesteuert wird, dass eine definiert vorgegebene Motorbremsleistung erzielt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Motorbremsbetrieb über die Ladedruckregeleinrichtung ein dem Volllastbetrieb vergleichbarer definierter Ladedruck durch entsprechende Steuerung des Bypassventils eingesteuert wird.
Kraftfahrzeug, insbesondere Nutzkraftfahrzeug, mit einer ventilgesteuerten Brennkraftmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.