DE102013206158A1 - Internal combustion engine with deactivatable cylinder and method for operating such an internal combustion engine - Google Patents

Internal combustion engine with deactivatable cylinder and method for operating such an internal combustion engine Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine BKM (13) mit mindestens zwei Zylindern (1, 2, 3, 4), bei der – jeder Zylinder (1, 2, 3, 4) mindestens eine Auslassöffnung aufweist, an die sich eine Abgasleitung (7a, 7b) zum Abführen der Abgase via Abgasabführsystem (8) anschließt, – jeder Zylinder (1, 2, 3, 4) mindestens eine Einlassöffnung aufweist, an die sich eine Ansaugleitung (5a, 5b) zum Zuführen von Ladeluft via Ansaugsystem (6) anschließt, und – mindestens zwei Zylinder (1, 2, 3, 4) in der Art konfiguriert sind, dass sie mindestens zwei Gruppen mit jeweils mindestens einem Zylinder (1, 2, 3, 4) bilden, wobei der mindestens eine Zylinder (1, 4) einer ersten Gruppe ein auch bei Teilabschaltung der Brennkraftmaschine (13) in Betrieb befindlicher Zylinder (1, 4) ist und der mindestens eine Zylinder (2, 3) einer zweiten Gruppe als lastabhängig schaltbarer Zylinder (2, 3) ausgebildet ist. Es soll eine für die Teilabschaltung optimierte BKM (13) bereitgestellt werden. Gelöst wird diese Aufgabe durch eine BKM (13), wobei – in der Abgasleitung (7b) des mindestens einen lastabhängig schaltbaren Zylinders (2, 3) ein erstes Absperrelement (9) vorgesehen ist, welches die Abgasleitung (7b) zum Abführen der Abgase via Abgasabführsystem (8) bei zugeschaltetem Zylinder (2, 3) freigibt und bei abgeschaltetem Zylinder (2, 3) versperrt, und – eine Rückführleitung (10a) vorgesehen ist, die von der Abgasleitung (7b) des mindestens einen lastabhängig schaltbaren Zylinders (2, 3) stromaufwärts des ersten Absperrelementes (9) abzweigt und in die Ansaugleitung (5b) des mindestens einen lastabhängig schaltbaren Zylinders (2, 3) einmündet, wobei ein zweites Absperrelement (11) in der Rückführleitung (10a) vorgesehen ist.The invention relates to a BKM (13) with at least two cylinders (1, 2, 3, 4), in which - each cylinder (1, 2, 3, 4) has at least one outlet opening to which an exhaust pipe (7a, 7b ) for removing the exhaust gases via the exhaust gas discharge system (8), - each cylinder (1, 2, 3, 4) has at least one inlet opening, to which an intake duct (5a, 5b) connects for supplying charge air via the intake system (6), and - at least two cylinders (1, 2, 3, 4) are configured in such a way that they form at least two groups, each with at least one cylinder (1, 2, 3, 4), the at least one cylinder (1, 4 ) of a first group is a cylinder (1, 4) that is also in operation when the internal combustion engine (13) is partially switched off and the at least one cylinder (2, 3) of a second group is designed as a load-dependent switchable cylinder (2, 3). A BKM (13) optimized for partial shutdown is to be provided. This object is achieved by a BKM (13), a first shut-off element (9) being provided in the exhaust gas line (7b) of the at least one load-dependent switchable cylinder (2, 3), which connects the exhaust gas line (7b) to discharge the exhaust gases Exhaust gas discharge system (8) releases when the cylinder (2, 3) is switched on and blocks when the cylinder (2, 3) is switched off, and - a return line (10a) is provided which is connected to the exhaust line (7b) of the at least one load-dependent switchable cylinder (2, 3) 3) branches upstream of the first shut-off element (9) and opens into the suction line (5b) of the at least one load-dependent switchable cylinder (2, 3), a second shut-off element (11) being provided in the return line (10a).

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Zylindern, bei der

  • – jeder Zylinder mindestens eine Auslassöffnung aufweist, an die sich eine Abgasleitung zum Abführen der Abgase via Abgasabführsystem anschließt,
  • – jeder Zylinder mindestens eine Einlassöffnung aufweist, an die sich eine Ansaugleitung zum Zuführen von Ladeluft via Ansaugsystem anschließt, und
  • – mindestens zwei Zylinder in der Art konfiguriert sind, dass sie mindestens zwei Gruppen mit jeweils mindestens einem Zylinder bilden, wobei der mindestens eine Zylinder einer ersten Gruppe ein auch bei Teilabschaltung der Brennkraftmaschine in Betrieb befindlicher Zylinder ist und der mindestens eine Zylinder einer zweiten Gruppe als lastabhängig schaltbarer Zylinder ausgebildet ist.
The invention relates to an internal combustion engine having at least two cylinders, in which
  • Each cylinder has at least one outlet opening adjoined by an exhaust pipe for discharging the exhaust gases via the exhaust gas removal system,
  • - Each cylinder has at least one inlet opening, which is followed by a suction line for supplying charge air via the intake system, and
  • - At least two cylinders are configured in such a way that they form at least two groups each having at least one cylinder, wherein the at least one cylinder of a first group is also in partial shutdown of the internal combustion engine in operation cylinder and the at least one cylinder of a second group as load-dependent switchable cylinder is formed.

Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine. Furthermore, the invention relates to a method for operating such an internal combustion engine.

Eine Brennkraftmaschine der genannten Art wird als Kraftfahrzeugantrieb eingesetzt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst der Begriff Brennkraftmaschine Dieselmotoren und Ottomotoren, aber auch Hybrid-Brennkraftmaschinen, die ein Hybrid-Brennverfahren nutzen, und Hybrid-Antriebe, die neben der Brennkraftmaschine eine mit der Brennkraftmaschine antriebsverbindbare Elektromaschine umfassen, welche Leistung von der Brennkraftmaschine aufnimmt oder als zuschaltbarer Hilfsantrieb zusätzlich Leistung abgibt. An internal combustion engine of the type mentioned is used as a motor vehicle drive. In the context of the present invention, the term internal combustion engine includes diesel engines and gasoline engines, but also hybrid internal combustion engines, which use a hybrid combustion process, and hybrid drives, which in addition to the internal combustion engine comprise an electric motor which can be electrically connected to the internal combustion engine, which receives power from the internal combustion engine or as switchable auxiliary drive additionally delivers power.

Bei der Entwicklung von Brennkraftmaschinen ist es ein grundsätzliches Ziel, den Kraftstoffverbrauch zu minimieren, wobei ein verbesserter Gesamtwirkungsgrad im Vordergrund der Bemühungen steht. In the development of internal combustion engines, it is a fundamental goal to minimize fuel consumption, with an improved overall efficiency in the foreground of the efforts.

Problematisch sind der Kraftstoffverbrauch und damit der Wirkungsgrad insbesondere bei Ottomotoren, d. h. bei fremdgezündeten Brennkraftmaschinen. Der Grund hierfür liegt im prinzipiellen Arbeitsverfahren des Ottomotors. Die Laststeuerung erfolgt in der Regel mittels einer im Ansaugsystem vorgesehenen Drosselklappe. Durch Verstellen der Drosselklappe kann der Druck der angesaugten Luft hinter der Drosselklappe mehr oder weniger stark reduziert werden. Je weiter die Drosselklappe geschlossen ist, d. h. je mehr diese das Ansaugsystem versperrt, desto höher ist der Druckverlust der angesaugten Luft über die Drosselklappe hinweg und desto geringer ist der Druck der angesaugten Luft stromabwärts der Drosselklappe und vor dem Einlass in die mindestens zwei Zylinder, d. h. Brennräume. Bei konstantem Brennraumvolumen kann auf diese Weise über den Druck der angesaugten Luft die Luftmasse, d. h. die Quantität eingestellt werden. Dies erklärt auch, weshalb sich die Quantitätsregelung gerade im Teillastbetrieb als nachteilig erweist, denn geringe Lasten erfordern eine hohe Drosselung und Druckabsenkung im Ansaugsystem, wodurch die Ladungswechselverluste mit abnehmender Last und zunehmender Drosselung steigen. The fuel consumption and thus the efficiency, especially in gasoline engines, d. H. in spark-ignition internal combustion engines. The reason for this lies in the basic working method of the gasoline engine. The load control is usually carried out by means of a throttle valve provided in the intake system. By adjusting the throttle, the pressure of the intake air behind the throttle valve can be reduced more or less. The farther the throttle is closed, d. H. the more this obstructs the intake system, the higher the pressure loss of the intake air across the throttle and the lower the pressure of the intake air downstream of the throttle and before the intake into the at least two cylinders, d. H. Combustion chambers. With a constant combustion chamber volume, the air mass, d. H. the quantity will be set. This also explains why the quantity control proves to be disadvantageous especially in part-load operation, because low loads require high throttling and pressure reduction in the intake system, whereby the charge exchange losses increase with decreasing load and increasing throttling.

Um die beschriebenen Verluste zu senken, wurden verschiedene Strategien zur Entdrosselung einer fremdgezündeten Brennkraftmachine entwickelt. In order to reduce the losses described, various strategies have been developed for de-throttling a spark-ignited internal combustion engine.

Ein Lösungsansatz zur Entdrosselung des Ottomotors ist beispielsweise ein ottomotorisches Arbeitsverfahren mit Direkteinspritzung. Die direkte Einspritzung des Kraftstoffes ist ein geeignetes Mittel zur Realisierung einer geschichteten Brennraumladung. Die Direkteinspritzung des Kraftstoffes in den Brennraum ermöglicht damit in gewissen Grenzen eine Qualitätsregelung beim Ottomotor. Die Gemischbildung erfolgt durch die direkte Einspritzung des Kraftstoffes in die Zylinder bzw. in die in den Zylindern befindliche Luft und nicht durch äußere Gemischbildung, bei der der Kraftstoff im Ansaugsystem in die angesaugte Luft eingebracht wird. One approach to dethrottling the gasoline engine is, for example, an Otto engine working method with direct injection. The direct injection of the fuel is a suitable means for realizing a stratified combustion chamber charge. The direct injection of the fuel into the combustion chamber thus allows within certain limits a quality control of the gasoline engine. The mixture formation takes place by the direct injection of the fuel in the cylinders or in the air in the cylinders and not by external mixture formation, in which the fuel is introduced into the intake system in the intake air.

Eine andere Möglichkeit, den Verbrennungsprozess eines Ottomotors zu optimieren, besteht in der Verwendung eines zumindest teilweise variablen Ventiltriebs. Im Gegensatz zu konventionellen Ventiltrieben, bei denen sowohl der Hub der Ventile als auch die Steuerzeiten nicht veränderlich sind, können diese den Verbrennungsprozess und damit den Kraftstoffverbrauch beeinflussenden Parameter mittels variabler Ventiltriebe mehr oder weniger stark variiert werden. Eine drosselfreie und damit verlustfreie Laststeuerung ist bereits möglich, wenn die Schließzeit des Einlassventils und der Einlassventilhub variiert werden können. Die während des Ansaugvorganges in den Brennraum einströmende Gemischmasse bzw. Ladeluftmasse wird dann nicht mittels Drosselklappe, sondern über den Einlassventilhub und die Öffnungsdauer des Einlassventils gesteuert. Variable Ventiltriebe sind aber sehr kostenintensiv und daher für den Serieneisatz häufig ungeeignet. Another way to optimize the combustion process of a gasoline engine, is the use of an at least partially variable valve train. In contrast to conventional valve trains, in which both the stroke of the valves and the control times are not variable, these parameters influencing the combustion process and thus the fuel consumption can be varied more or less by means of variable valve trains. Throttle-free and thus lossless load control is already possible if the closing time of the intake valve and the intake valve lift can be varied. The mixture mass or charge air mass flowing into the combustion chamber during the intake process is then not controlled by means of a throttle valve, but via the intake valve stroke and the opening duration of the intake valve. However, variable valve trains are very cost-intensive and therefore often unsuitable for serial installation.

Ein weiterer Lösungsansatz zur Entdrosselung eines Ottomotors bietet die Zylinderabschaltung, d. h. die Abschaltung einzelner Zylinder in bestimmten Lastbereichen. Der Wirkungsgrad des Ottomotors im Teillastbetrieb kann durch eine solche Teilabschaltung verbessert, d. h. erhöht werden, denn die Abschaltung eines Zylinders einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine erhöht bei konstanter Motorleistung die Belastung der übrigen noch in Betrieb befindlichen Zylinder, so dass die Drosselklappe zum Einbringen einer größeren Luftmasse in diese Zylinder weiter geöffnet werden kann bzw. muss, wodurch insgesamt eine Entdrosselung der Brennkraftmaschine erreicht wird. Die ständig in Betrieb befindlichen Zylinder arbeiten während der Teilabschaltung im Bereich höherer Lasten, bei denen der spezifische Kraftstoffverbrauch niedriger ist. Das Lastkollektiv wird zu höheren Lasten hin verschoben. Another solution for dethrottling a gasoline engine offers the cylinder deactivation, ie the shutdown of individual cylinders in certain load ranges. The efficiency of the gasoline engine in part-load operation can be improved by such a partial shutdown, because the shutdown of a cylinder of a multi-cylinder internal combustion engine increases the load of the remaining still operating cylinders at constant engine power, so that the throttle for introducing a larger air mass in This cylinder can be opened further or needs to, which Overall, a Entdrosselung the internal combustion engine is achieved. The continuously operating cylinders operate during partial shutdown in the area of higher loads, where the specific fuel consumption is lower. The load collective is shifted to higher loads.

Die während der Teilabschaltung weiter betriebenen Zylinder weisen zudem aufgrund der größeren zugeführten Luftmasse bzw. Gemischmasse eine verbesserte Gemischbildung auf und tolerieren höhere Abgasrückführraten. The further operated during the partial shutdown cylinder also have due to the larger air mass supplied or mixture mass improved mixture formation and tolerate higher exhaust gas recirculation rates.

Weitere Wirkungsgradvorteile ergeben sich dadurch, dass ein abgeschalteter Zylinder infolge der fehlenden Verbrennung keine Wandwärmeverluste infolge eines Wärmeüberganges von den Verbrennungsgasen an die Brennraumwände generiert. Further efficiency advantages result from the fact that a deactivated cylinder as a result of the lack of combustion no wall heat losses generated as a result of heat transfer from the combustion gases to the combustion chamber walls.

Obwohl Dieselmotoren, d. h. selbstzündende Brennkraftmaschinen, aufgrund der angewandten Qualitätsregelung einen höheren Wirkungsgrad, d. h. einen niedrigeren Kraftstoffverbrauch, aufweisen als Ottomotoren, bei denen die Last – wie vorstehend beschrieben – mittels Drosselung bzw. Quantitätsregelung über die Füllung der Zylinder eingestellt wird, besteht auch bei Dieselmotoren Verbesserungspotential und Verbesserungsbedarf hinsichtlich des Kraftstoffverbauchs bzw. Wirkungsgrades. Although diesel engines, d. H. self-igniting internal combustion engines, due to the applied quality control higher efficiency, d. H. have a lower fuel consumption than gasoline engines, in which the load - as described above - is set by throttling or quantity control on the filling of the cylinder, there is also improvement potential in diesel engines and improvement in fuel consumption and efficiency.

Ein Konzept zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs ist auch bei Dieselmotoren die Zylinderabschaltung, d. h. die Abschaltung einzelner Zylinder in bestimmten Lastbereichen. Der Wirkungsgrad des Dieselmotors im Teillastbetreib kann durch eine Teilabschaltung verbessert, d. h. erhöht werden, denn die Abschaltung mindestens eines Zylinders einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine erhöht bei konstanter Motorleistung auch beim Dieselmotor die Belastung der übrigen noch in Betrieb befindlichen Zylinder, so dass diese Zylinder in Bereichen höherer Lasten arbeiten, bei denen der spezifische Kraftstoffverbrauch niedriger ist. Das Lastkollektiv im Teillastbetrieb des Dieselmotors wird zu höheren Lasten hin verschoben. A concept for reducing fuel consumption is also the cylinder deactivation in diesel engines, d. H. the shutdown of individual cylinders in certain load ranges. The efficiency of the diesel engine in part load operation can be improved by a partial shutdown, d. H. be increased, because the shutdown of at least one cylinder of a multi-cylinder internal combustion engine increases at constant engine power even in the diesel engine, the load of the remaining operating cylinders, so that these cylinders operate in areas of higher loads, in which the specific fuel consumption is lower. The load collective in part-load operation of the diesel engine is shifted to higher loads.

Die während der Teilabschaltung weiter betriebenen Zylinder tolerieren zudem aufgrund der größeren zugeführten Kraftstoffmasse, d. h. aufgrund des fetteren Gemisches, höhere Abgasrückführraten. Hinsichtlich der Wandwärmeverluste ergeben sich dieselben Vorteile wie beim Ottomotor, weshalb auf die entsprechenden Ausführungen Bezug genommen wird. The further operated during the partial shutdown cylinders also tolerate due to the larger fuel mass supplied, d. H. due to the richer mixture, higher exhaust gas recirculation rates. With regard to the wall heat losses, the same advantages result as in the gasoline engine, for which reason reference is made to the corresponding explanations.

Die Teilabschaltung bei Dieselmotoren soll auch verhindern, dass das Kraftstoff-Luft-Gemisch im Rahmen der Qualitätsregelung bei abnehmender Last durch Verringerung der eingesetzten Kraftstoffmenge zu stark abmagert. The partial shutdown in diesel engines should also prevent the fuel-air mixture under the quality scheme with decreasing load by reducing the amount of fuel used too much.

Die im Stand der Technik beschriebenen Mehrzylinder-Brennkraftmaschinen mit Teilabschaltung und die dazugehörigen Verfahren zum Betreiben dieser Brennkraftmaschinen weisen dennoch deutliches Verbesserungspotential auf, wie im Folgenden kurz und beispielhaft am Dieselmotor erläutert wird. The multi-cylinder internal combustion engines with partial deactivation described in the prior art and the associated methods for operating these internal combustion engines nevertheless have clear potential for improvement, as will be explained briefly and by way of example on the diesel engine below.

Wird bei einem direkteinspritzenden Dieselmotor zum Zwecke der Teilabschaltung die Kraftstoffzufuhr zu den abschaltbaren Zylindern unterbunden, d. h. eingestellt, nehmen die abgeschalteten Zylinder weiter am Ladungswechsel teil, falls der dazugehörige Ventiltrieb dieser Zylinder nicht deaktiviert wird bzw. nicht deaktiviert werden kann. Die dabei durch die abgeschalteten Zylinder generierten Ladungswechselverluste mindern die durch die Teilabschaltung erzielten Verbesserungen hinsichtlich des Kraftstoffverbauchs und Wirkungsgrades und stehen diesen entgegen, so dass der Nutzen der Teilabschaltung zumindest teilweise verloren geht, d. h. die Teilabschaltung in der Summe tatsächlich eine weniger deutliche Verbesserung mit sich bringt. Is in a direct-injection diesel engine for the purpose of partial shutdown, the fuel supply to the disabled cylinders prevented, d. H. If the associated valve drive of this cylinder is not deactivated or can not be deactivated, the deactivated cylinders continue to participate in the charge exchange. The thereby generated by the disabled cylinder charge exchange losses reduce the improvements achieved by the partial shutdown in terms of fuel consumption and efficiency and oppose these, so that the benefits of partial shutdown is at least partially lost, d. H. the partial shutdown in the sum actually brings a less significant improvement.

In der Praxis ist es nicht zielführend, den vorstehend beschriebenen nachteiligen Effekten dadurch abzuhelfen, dass schaltbare Ventiltriebe vorgesehen werden, da schaltbare Ventiltriebe wie variable Ventiltriebe sehr kostenintensiv sind und sich für den Serieneinsatz nicht eignen. In practice, it is not expedient to remedy the disadvantageous effects described above, characterized in that switchable valve trains are provided because switchable valve trains such as variable valve trains are very costly and are not suitable for mass production.

Darüber hinaus würden schaltbare Ventiltriebe bei mittels Abgasturbolaufladung aufgeladenen Brennkraftmaschinen zu weiteren Problemen führen, da die Turbine eines Abgasturboladers auf eine bestimmte Abgasmenge und damit auch auf eine bestimmte Anzahl an Zylindern auszulegen ist. Wird der Ventiltrieb eines abgeschalteten Zylinders deaktiviert, verringert sich der Gesamtmassenstrom durch die Zylinder der Brennkraftmaschine infolge des fehlenden Massenstroms durch die abgeschalteten Zylinder. Der durch die Turbine geführte Abgasmassenstrom nimmt ab und mit diesem das Turbinendruckverhältnis. Dies hat zur Folge, dass das Ladedruckverhältnis ebenfalls abnimmt, d. h. der Ladedruck sinkt, und den weiter in Betrieb befindlichen Zylindern nur wenig Frischluft bzw. Ladeluft zugeführt wird bzw. zugeführt werden kann. Der geringe Ladeluftstrom kann auch dazu führen, dass der Verdichter jenseits der Pumpgrenze arbeitet. In addition, switchable valve trains would result in turbocharged supercharged by exhaust gas turbochargers to further problems, since the turbine of an exhaust gas turbocharger is to be interpreted to a certain amount of exhaust gas and thus to a certain number of cylinders. When the valve train of a deactivated cylinder is deactivated, the total mass flow through the cylinders of the internal combustion engine decreases due to the lack of mass flow through the deactivated cylinders. The exhaust gas mass flow guided through the turbine decreases and with it the turbine pressure ratio. This has the consequence that the boost pressure ratio also decreases, d. H. the charge pressure drops, and only a little fresh air or charge air is supplied or can be supplied to the cylinders which are still in operation. The low charge air flow can also cause the compressor to operate beyond the surge line.

Die vorstehend beschriebenen Effekte führen zu einer Einschränkung der Anwendbarkeit der Teilabschaltung, nämlich zu einer Einschränkung des Lastbereiches, in welchem die Teilabschaltung eingesetzt werden kann. Die verminderte Ladeluftmenge, die den während der Teilabschaltung in Betrieb befindlichen Zylindern zugeführt wird, mindert die Effektivität bzw. Güte der Verbrennung und wirkt sich nachteilig auf den Kraftstoffverbrauch und die Schadstoffemissionen aus. The effects described above lead to a limitation of the applicability of the partial shutdown, namely to a limitation of the load range in which the partial shutdown can be used. The reduced amount of charge air, which is supplied to the operating during the partial shutdown cylinders reduces the effectiveness or quality of combustion and affects detrimental to fuel consumption and pollutant emissions.

Der Ladedruck bei Teilabschaltung und damit die den noch in Betrieb befindlichen Zylindern zugeführte Ladeluftmenge könnte beispielsweise durch eine kleine Auslegung des Turbinenquerschnittes und gleichzeitiger Abgasabblasung erhöht werden, wodurch auch der für eine Teilabschaltung relevante Lastbereich wieder erweitert werden würde. Diese Vorgehensweise hat aber den Nachteil, dass das Aufladeverhalten unzureichend ist, wenn sämtliche Zylinder betrieben werden. The charge pressure at partial shutdown and thus the still in operation cylinders supplied charge air quantity could be increased, for example, by a small design of the turbine cross-section and simultaneous Abgasabblasung, whereby the relevant for a partial shutdown load range would be extended again. However, this approach has the disadvantage that the charging behavior is insufficient when all cylinders are operated.

Der Ladedruck bei Teilabschaltung und damit die den noch in Betrieb befindlichen Zylindern zugeführte Ladeluftmenge könnte auch dadurch erhöht werden, dass die Turbine mit einer variablen Turbinengeometrie ausgestattet wird, die eine Anpassung des wirksamen Turbinenquerschnittes an den momentanen Abgasmassenstrom gestattet. Dann würde sich aber gleichzeitig der Abgasgegendruck im Abgasabführsystem stromaufwärts der Turbine erhöhen, was wiederum zu höheren Ladungswechselverlusten bei den noch in Betrieb befindlichen Zylindern führt. The charge pressure at Teilabschaltung and thus the still in operation cylinders supplied charge air quantity could also be increased by the fact that the turbine is equipped with a variable turbine geometry, which allows an adjustment of the effective turbine cross section to the current exhaust gas mass flow. At the same time, however, the exhaust gas back pressure in the exhaust gas removal system upstream of the turbine would increase, which in turn leads to higher charge exchange losses in the cylinders still in operation.

Vor dem Hintergrund des zuvor Gesagten ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, die hinsichtlich der Teilabschaltung verbessert ist. In view of the foregoing, it is an object of the present invention to provide an internal combustion engine according to the preamble of claim 1, which is improved in terms of partial shutdown.

Eine weitere Teilaufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine aufzuzeigen. Another object of the present invention is to provide a method of operating such an internal combustion engine.

Gelöst wird die erste Teilaufgabe durch eine Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Zylindern, bei der

  • – jeder Zylinder mindestens eine Auslassöffnung aufweist, an die sich eine Abgasleitung zum Abführen der Abgase via Abgasabführsystem anschließt,
  • – jeder Zylinder mindestens eine Einlassöffnung aufweist, an die sich eine Ansaugleitung zum Zuführen von Ladeluft via Ansaugsystem anschließt, und
  • – mindestens zwei Zylinder in der Art konfiguriert sind, dass sie mindestens zwei Gruppen mit jeweils mindestens einem Zylinder bilden, wobei der mindestens eine Zylinder einer ersten Gruppe ein auch bei Teilabschaltung der Brennkraftmaschine in Betrieb befindlicher Zylinder ist und der mindestens eine Zylinder einer zweiten Gruppe als lastabhängig schaltbarer Zylinder ausgebildet ist, und
die dadurch gekennzeichnet ist, dass
  • – in der Abgasleitung des mindestens einen lastabhängig schaltbaren Zylinders ein erstes Absperrelement vorgesehen ist, welches die Abgasleitung zum Abführen der Abgase via Abgasabführsystem bei zugeschaltetem Zylinder freigibt und bei abgeschaltetem Zylinder versperrt, und
  • – eine Rückführleitung vorgesehen ist, die von der Abgasleitung des mindestens einen lastabhängig schaltbaren Zylinders stromaufwärts des ersten Absperrelementes abzweigt und in die Ansaugleitung des mindestens einen lastabhängig schaltbaren Zylinders einmündet, wobei ein zweites Absperrelement in der Rückführleitung vorgesehen ist.
The first sub-task is solved by an internal combustion engine with at least two cylinders, in the
  • Each cylinder has at least one outlet opening adjoined by an exhaust pipe for discharging the exhaust gases via the exhaust gas removal system,
  • - Each cylinder has at least one inlet opening, which is followed by a suction line for supplying charge air via the intake system, and
  • - At least two cylinders are configured in such a way that they form at least two groups each having at least one cylinder, wherein the at least one cylinder of a first group is also in partial shutdown of the internal combustion engine in operation cylinder and the at least one cylinder of a second group as load-dependent switchable cylinder is formed, and
which is characterized in that
  • - In the exhaust pipe of the at least one load-dependent switchable cylinder, a first shut-off is provided which releases the exhaust pipe for discharging the exhaust gases via Abgasabführsystem with switched cylinder and locked with the cylinder off, and
  • - A return line is provided which branches off from the exhaust pipe of the at least one load-dependent switchable cylinder upstream of the first shut-off element and opens into the suction line of the at least one load-dependent switchable cylinder, wherein a second shut-off element is provided in the return line.

Bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine kann die Abfuhr des Abgases aus den abgeschalteten Zylindern via Abgasabführsystem bei Teilabschaltung unterbunden werden, ohne dass die schaltbaren Zylinder mit schaltbaren Ventiltrieben, die hohe Kosten verursachen, ausgestattet werden müssen. Hierzu wird in der Abgasleitung jedes lastabhängig schaltbaren Zylinders ein Absperrelement vorgesehen. Dieses erste Absperrelement gibt die Abgasleitung zum Abführen von Abgas frei und versperrt diese bei Teilabschaltung, d. h. bei Abschaltung der schaltbaren Zylinder. In the internal combustion engine according to the invention, the removal of the exhaust gas from the deactivated cylinders via the Abgasabführsystem can be prevented during partial shutdown, without the switchable cylinder with switchable valve drives, which cause high costs must be equipped. For this purpose, a shut-off element is provided in the exhaust pipe of each load-dependent switchable cylinder. This first shut-off element releases the exhaust gas line for the removal of exhaust gas and obstructs it during partial shut-off, ie. H. when switching off the switchable cylinder.

Wie bereits im Zusammenhang mit dem Stand der Technik beschrieben, nehmen die abgeschalteten Zylinder weiter am Ladungswechsel teil, da der dazugehörige Ventiltrieb dieser Zylinder weiter betätigt wird, d. h. arbeitet, und nicht zusammen mit den Zylindern abgeschaltet wird. Die Abgasabführung wird aber wie vorstehend beschrieben unterbunden, d. h. modifiziert, wobei das Abgas nicht abgeführt, sondern auf die Einlassseite zurückgeführt wird. Einem abgeschalteten Zylinder wird keine Ladeluft zugeführt, sondern vielmehr Abgas aus der eigenen Abgasleitung, welches via Rückführleitung in die Ansaugleitung des abgeschalteten Zylinders eingeleitet wird, um die Ladungswechselverluste des abgeschalteten Zylinders zu reduzieren. Die Rückführleitung dient als Kurzschlussleitung und bewirkt einen Druckausgleich zwischen der Einlassseite und der Auslassseite eines abgeschalteten Zylinders. Dies trägt maßgeblich zur Reduzierung der Ladungswechselverluste bei. Die abgeschalteten Zylinder pumpen das rückgeführte Abgas in der Art eines Kompressors von der Einlassseite auf die Auslassseite. As already described in connection with the prior art, the deactivated cylinders continue to participate in the charge exchange, since the associated valve drive of these cylinders is further actuated, d. H. works, and not shut off together with the cylinders. However, the exhaust removal is inhibited as described above, d. H. modified, wherein the exhaust gas is not discharged, but returned to the inlet side. A deactivated cylinder, no charge air is supplied, but rather exhaust gas from its own exhaust pipe, which is introduced via return line in the intake pipe of the deactivated cylinder to reduce the charge cycle losses of the deactivated cylinder. The return line serves as a short-circuit line and causes a pressure equalization between the inlet side and the outlet side of a deactivated cylinder. This contributes significantly to the reduction of charge exchange losses. The shut-off cylinders pump the recirculated exhaust gas in the manner of a compressor from the inlet side to the outlet side.

Dadurch, dass heißes Abgas während der Teilabschaltung durch die abgeschalteten Zylinder geleitet wird, können diese Zylinder nicht auskühlen. Vorteile hat dies insbesondere hinsichtlich der Schadstoffemissionen, insbesondere hinsichtlich der Emissionen an unverbrannten Kohlenwasserstoffen, da die abgeschalteten Zylinder unmittelbar nach Beendigung der Teilabschaltung wieder ihre Betriebstemperatur erreichen bzw. aufweisen. Streng genommen wird während der Teilabschaltung nicht permanent heißes Abgas via Rückführleitung zurückgeführt, aber zumindest während des ersten Arbeitsspiels der Teilabschaltung das Abgas des vorhergehenden und damit das heiße Abgas des letzten befeuerten Arbeitsspiels. Während der folgenden Arbeitsspiele der Teilabschaltung wird dann sich langsam abkühlendes Abgas mit einem mehr oder weniger großen Anteil an kühlerer Ladeluft in den mindestens einen abgeschalteten Zylinder eingeleitet. Nichtsdestotrotz ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung vom Rückführen heißen Abgases die Rede. By passing hot exhaust gas through the deactivated cylinders during partial shutdown, these cylinders can not cool. This has advantages in particular with regard to the pollutant emissions, in particular with regard to the emissions of unburned hydrocarbons, since the deactivated cylinders again reach or have their operating temperature immediately after termination of the partial shutdown. Strict is taken during the partial shutdown is not permanently returned hot gas via the return line, but at least during the first cycle of partial shutdown the exhaust gas of the previous and thus the hot exhaust gas of the last fired work cycle. During the following cycles of partial shutdown then slowly cooling exhaust gas is introduced with a more or less large amount of cooler charge air in the at least one deactivated cylinder. Nevertheless, in the context of the present invention, the recirculation of hot exhaust gas is mentioned.

Das Rückführen heißen Abgases in die abgeschalteten Zylinder erhöht zwar nicht den Massenstrom durch die Brennkraftmaschine. Dennoch ergeben sich für aufgeladene Brennkraftmaschinen mit Abgasturbolaufladung Vorteile. Im Gegensatz zu den im Stand der Technik beschriebenen Konzepten, bei denen den abgeschalteten Zylindern lediglich Ladeluft bzw. infolge eines abgeschalteten Ventiltriebs keine Ladeluft während der Teilabschaltung zugeführt wird, wird mit dem erfindungsgemäßen Einleiten von heißem Abgas in die abgeschalteten Zylinder eine höhere Abgastemperatur bzw. ein höherer Abgasdruck in dem im Abgasabführsystem befindlichen Abgas generiert. Beides resultiert in einer höheren Abgasenthalpie, welche maßgeblich vom Abgasdruck und der Abgastemperatur bestimmt wird. Die höhere Abgasenthalpie, d. h. die größere Abgasenergie, die an der Turbine eines Abgasturboladers bereitsteht, führt zu einer Erhöhung des Ladedrucks und damit der Ladeluftmenge. Dies erweitert den Anwendungsbereich der Teilabschaltung, nämlich den Lastbereich, in dem die Teilabschaltung eingesetzt werden kann, und verbessert die Güte der Verbrennung und damit das Verbrauchs- und Emissionsverhalten der Brennkraftmaschine. Zudem erreichen im Abgasabführsystem angeordnete Abgasnachbehandlungssysteme aufgrund der heißeren Abgase schneller ihre Betriebstemperatur bzw. Anspringtemperatur. Although recirculating hot exhaust gas into the deactivated cylinders does not increase the mass flow through the internal combustion engine. Nevertheless, there are advantages for supercharged internal combustion engines with exhaust gas turbocharger. In contrast to the concepts described in the prior art in which the deactivated cylinders only charge air or as a result of a shut-off valve gear no charge air is supplied during the partial shutdown, with the inventive introduction of hot exhaust gas in the deactivated cylinder, a higher exhaust gas temperature or a higher exhaust pressure generated in the Abgasabführsystem located in the exhaust gas. Both result in a higher exhaust gas enthalpy, which is largely determined by the exhaust gas pressure and the exhaust gas temperature. The higher exhaust gas enthalpy, d. H. the larger exhaust gas energy, which is available at the turbine of an exhaust gas turbocharger, leads to an increase in the boost pressure and thus the charge air quantity. This extends the scope of partial shutdown, namely the load range in which the partial shutdown can be used, and improves the quality of the combustion and thus the fuel consumption and emission behavior of the internal combustion engine. In addition, arranged in Abgasabführsystem exhaust aftertreatment achieve faster due to the hotter exhaust gases their operating temperature or light-off.

Mit der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine wird eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitgestellt, die hinsichtlich ihrer Teilabschaltung verbessert ist. Damit wird die erste der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst. With the internal combustion engine according to the invention an internal combustion engine according to the preamble of claim 1 is provided, which is improved in terms of their partial shutdown. Thus, the first object of the invention is solved.

Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine hat mindestens zwei Zylinder bzw. mindestens zwei Gruppen mit jeweils mindestens einem Zylinder. Insofern sind Brennkraftmaschinen mit drei Zylindern, die in drei Gruppen mit jeweils einem Zylinder konfiguriert sind, oder Brennkraftmaschinen mit sechs Zylindern, die in drei Gruppen mit jeweils zwei Zylindern konfiguriert sind, ebenfalls erfindungsgemäße Brennkraftmaschinen. Die drei Zylindergruppen können im Rahmen einer Teilabschaltung sukzessive zugeschaltet bzw. abgeschaltet werden, wodurch auch ein zweimaliges Schalten realisiert werden kann. Die Teilabschaltung wird dadurch weiter optimiert. Die Zylindergruppen können auch eine unterschiedliche Anzahl an Zylindern umfassen. The internal combustion engine according to the invention has at least two cylinders or at least two groups each having at least one cylinder. As such, three-cylinder engines configured in three groups of one cylinder each, or six-cylinder engines configured in three groups of two cylinders, are also internal combustion engines of the present invention. The three cylinder groups can be successively switched on or off as part of a partial shutdown, whereby a two-time switching can be realized. The partial shutdown is thereby further optimized. The cylinder groups may also comprise a different number of cylinders.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Brennkraftmaschine verbessert den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine im Teillastbetrieb, d. h. bei niedrigen Lasten, wobei eine niedrige Last Tlow vorzugsweise eine Last ist, die weniger als 50%, vorzugsweise weniger als 30% der maximalen Last Tmax,n bei der momentan vorliegenden Drehzahl n beträgt. The inventive design of the internal combustion engine improves the efficiency of the internal combustion engine in partial load operation, ie at low loads, a low load T low is preferably a load less than 50%, preferably less than 30% of the maximum load T max, n at the moment present speed n is.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Brennkraftmaschine werden in Zusammenhang mit den Unteransprüchen erörtert. Further advantageous embodiments of the internal combustion engine are discussed in connection with the subclaims.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen das erste Absperrelement und/oder das zweite Absperrelement stufenlos verstellbar sind/ist. Embodiments of the internal combustion engine in which the first shut-off element and / or the second shut-off element are infinitely adjustable are advantageous.

Insbesondere die Ausgestaltung des zweiten Absperrelementes als stufenlos verstellbares Ventil gestattet die genaue Dosierung der in die abgeschalteten Zylinder rückgeführten Abgasmenge; ähnlich der Einstellung der Rückführrate einer Abgasrückführung mittels AGR-Ventil. Die Bemessung der rückgeführten Abgasmenge kann betriebspunktspezifisch erfolgen, insbesondere im Hinblick auf möglichst geringe Ladungswechselverluste. In particular, the configuration of the second shut-off element as a continuously variable valve allows the exact dosage of the recirculated into the deactivated cylinder exhaust gas amount; Similar to the setting of the recirculation rate of an exhaust gas recirculation by means of EGR valve. The dimensioning of the recirculated exhaust gas quantity can be specific to the operating point, in particular with regard to the lowest possible charge exchange losses.

Das erste in der Abgasleitung angeordnete Absperrelement soll hingegen lediglich die Abgasleitung eines abgeschalteten Zylinders versperren und nach Beendigung der Teilabschaltung wieder freigeben, weshalb ein zweistufig schaltbares Absperrelement grundsätzlich ausreicht. On the other hand, the first shut-off element arranged in the exhaust pipe is intended to obstruct only the exhaust pipe of a deactivated cylinder and release it again after completion of the partial shut-off, which is why a shut-off element which can be switched in two stages is basically sufficient.

Vorteilhaft sind daher auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen das erste Absperrelement und/oder das zweite Absperrelement zweistufig schaltbar sind/ist. Therefore, embodiments of the internal combustion engine in which the first shut-off element and / or the second shut-off element can be switched in two stages are also advantageous.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen das erste Absperrelement und/oder das zweite Absperrelement ein Ventil oder eine verschwenkbare Klappe bzw. eine Drosselklappe ist. Embodiments of the internal combustion engine in which the first shut-off element and / or the second shut-off element is a valve or a pivotable flap or a throttle flap are advantageous.

Das erste Absperrelement bzw. das zweite Absperrelement können elektrisch, hydraulisch, pneumatisch, mechanisch oder magnetisch steuerbar sein, vorzugsweise mittels Motorsteuerung. The first shut-off element or the second shut-off element can be electrically, hydraulically, pneumatically, mechanically or magnetically controllable, preferably by means of motor control.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen mindestens ein Abgasturbolader vorgesehen ist, der eine im Abgasabführsystem angeordnete Turbine und einen im Ansaugsystem angeordneten Verdichter umfasst. Advantageous embodiments of the internal combustion engine, in which at least one exhaust gas turbocharger is provided which has a in the Exhaust gas removal system arranged turbine and arranged in the intake compressor.

Der Vorteil des Abgasturboladers beispielsweise im Vergleich zu einem mechanischen Lader besteht darin, dass keine mechanische Verbindung zur Leistungsübertragung zwischen Lader und Brennkraftmaschine erforderlich ist. Während ein mechanischer Lader die für seinen Antrieb benötigte Energie vollständig von der Brennkraftmaschine bezieht und somit die bereitgestellte Leistung mindert und auf diese Weise den Wirkungsgrad nachteilig beeinflusst, nutzt der Abgasturbolader die Abgasenergie der heißen Abgase. The advantage of the exhaust gas turbocharger, for example compared to a mechanical supercharger, is that no mechanical connection is required for the power transmission between the supercharger and the internal combustion engine. While a mechanical supercharger obtains the energy required for its drive completely from the internal combustion engine and thus reduces the power provided and thus adversely affects the efficiency, the exhaust gas turbocharger uses the exhaust gas energy of the hot exhaust gases.

Aufgeladene Brennkraftmaschinen werden vorzugsweise mit einer Ladeluftkühlung ausgestattet, mit der die komprimierte Ladeluft vor Eintritt in die Zylinder gekühlt wird. Dadurch erhöht sich die Dichte der zugeführten Ladeluft weiter. Die Kühlung trägt auf diese Weise ebenfalls zu einer Verdichtung und besseren Füllung der Brennräume, d. h. zu einem verbesserten Füllungsgrad, bei. Es kann vorteilhaft sein, den Ladeluftkühler mit einer Bypassleitung auszustatten, um den Ladeluftkühler im Bedarfsfall, beispielsweise nach einem Kaltstart, umgehen zu können. Supercharged internal combustion engines are preferably equipped with a charge air cooling, with which the compressed charge air is cooled before entering the cylinder. As a result, the density of the charge air supplied continues to increase. The cooling also contributes in this way to a compression and better filling of the combustion chambers, d. H. to an improved degree of filling, at. It may be advantageous to equip the intercooler with a bypass line in order to bypass the intercooler when necessary, for example, after a cold start.

Die Aufladung ist ein geeignetes Mittel, bei unverändertem Hubraum die Leistung einer Brennkraftmaschine zu steigern, oder bei gleicher Leistung den Hubraum zu reduzieren. In jedem Fall führt die Aufladung zu einer Erhöhung der Bauraumleistung und einer günstigeren Leistungsmasse. Bei gleichen Fahrzeugrandbedingungen lässt sich so das Lastkollektiv zu höheren Lasten hin verschieben, bei denen der spezifische Kraftstoffverbrauch niedriger ist. The charge is a suitable means to increase the capacity of an internal combustion engine with unchanged displacement, or to reduce the displacement at the same power. In any case, the charging leads to an increase in space performance and a lower power mass. At the same vehicle boundary conditions, the load collective can thus be shifted to higher loads in which the specific fuel consumption is lower.

Schwierigkeiten bereitet die Auslegung der Abgasturboaufladung, wobei grundsätzlich eine spürbare Leistungssteigerung in allen Drehzahlbereichen angestrebt wird. Nach dem Stand der Technik wird häufig ein starker Drehmomentabfall bei Unterschreiten einer bestimmten Drehzahl beobachtet. Die Drehmomentcharakteristik einer aufgeladenen Brennkraftmaschine kann durch unterschiedliche Maßnahmen verbessert werden, beispielsweise dadurch, dass mehrere Lader – Abgasturbolader und/oder mechanische Lader – parallel und/oder in Reihe angeordnet im Abgasabführsystem vorgesehen werden. The interpretation of the turbocharger turbocharger is difficult, with basically a noticeable increase in performance in all speed ranges is sought. In the prior art, a strong torque drop is often observed when falling below a certain speed. The torque characteristic of a supercharged internal combustion engine can be improved by different measures, for example, the fact that a plurality of superchargers - exhaust gas turbocharger and / or mechanical supercharger - are arranged in parallel and / or arranged in series in the Abgasabführsystem.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen mindestens ein Abgasnachbehandlungssystem im Abgasabführsystem vorgesehen ist; beispielsweise ein Oxidationskatalysator, ein Dreiwegekatalysator, ein Speicherkatalysator, ein selektiver Katalysator und/oder ein Partikelfilter. Embodiments of the internal combustion engine in which at least one exhaust aftertreatment system is provided in the exhaust gas removal system are advantageous; For example, an oxidation catalyst, a three-way catalyst, a storage catalyst, a selective catalyst and / or a particulate filter.

Bei Brennkraftmaschinen mit vier in Reihe angeordneten Zylindern sind Ausführungsformen vorteilhaft, die dadurch gekennzeichnet sind, dass die zwei außenliegenden Zylinder und die zwei innenliegenden Zylinder jeweils eine Gruppe bilden. In internal combustion engines with four cylinders in series, embodiments are advantageous, which are characterized in that the two outer cylinders and the two inner cylinders each form a group.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen mindestens eine zusätzliche Abgasrückführung vorgesehen ist, die eine Leitung umfasst, welche vom Abgasabführsystem abzweigt und in das Ansaugsystem einmündet. Advantageous embodiments of the internal combustion engine, in which at least one additional exhaust gas recirculation is provided, which comprises a line which branches off from the Abgasabführsystem and opens into the intake system.

Die Abgasrückführung, d. h. die Rückführung von Verbrennungsgasen, ist ein geeignetes Mittel die Stickoxidemissionen zu reduzieren, wobei mit zunehmender Abgasrückführrate die Stickoxidemissionen deutlich gesenkt werden können. Die Abgasrückführrate xAGR bestimmt sich dabei zu xAGR = mAGR/(mAGR + mFrischluft), wobei mAGR die Masse an zurückgeführtem Abgas und mFrischluft die zugeführte und gegebenenfalls durch einen Verdichter geführte und komprimierte Frischluft bezeichnet. Um eine deutliche Senkung der Stickoxidemissionen zu erreichen, sind hohe Abgasrückführraten erforderlich, die in der Größenordnung von xAGR ≈ 60% bis 70% liegen können. The exhaust gas recirculation, ie the recirculation of combustion gases, is a suitable means to reduce the nitrogen oxide emissions, and with increasing exhaust gas recirculation rate, the nitrogen oxide emissions can be significantly reduced. In this case, the exhaust gas recirculation rate x AGR is determined to be x AGR = m AGR / (m AGR + m fresh air ), where m AGR is the mass of recirculated exhaust gas and m fresh air is the supplied and possibly fresh air guided and compressed by a compressor. In order to achieve a significant reduction in nitrogen oxide emissions, high exhaust gas recirculation rates are required, which can be on the order of x EGR ≈ 60% to 70%.

Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen in der Leitung der zusätzlichen Abgasrückführung ein Ventil zur Einstellung der rückgeführten Abgasmenge angeordnet ist. Embodiments of the internal combustion engine in which a valve for adjusting the recirculated exhaust gas quantity is arranged in the line of the additional exhaust gas recirculation are advantageous.

Bei Brennkraftmaschinen mit mindestens einem Abgasturbolader und Abgasrückführung sind Ausführungsformen vorteilhaft, bei denen die Leitung der zusätzlichen Abgasrückführung stromaufwärts der Turbine des mindestens einen Abgasturboladers vom Abgasabführsystem abzweigt und stromabwärts des Verdichters in das Ansaugsystem einmündet. Bei dieser sogenannten Hochdruck-AGR wird das Abgas stromaufwärts der Turbine aus dem Abgasabführsystem entnommen und stromabwärts des Verdichters in das Ansaugsystem eingespeist, weshalb das Abgas vor Rückführung keiner Abgasnachbehandlung unterzogen, insbesondere keinem Partikelfilter zugeführt werden muss, da eine Verschmutzung des Verdichters nicht zu befürchten ist. In internal combustion engines having at least one exhaust gas turbocharger and exhaust gas recirculation, embodiments are advantageous in which the line of the additional exhaust gas recirculation branches off from the exhaust gas removal system upstream of the turbine of the at least one exhaust gas turbocharger and opens into the intake system downstream of the compressor. In this so-called high-pressure EGR, the exhaust gas is taken from the Abgasabführsystem upstream of the turbine and fed downstream of the compressor in the intake system, which is why the exhaust before recirculation subjected no exhaust aftertreatment, in particular no particle filter must be supplied, since contamination of the compressor is not to be feared ,

Beim Betrieb einer Brennkraftmaschine mit Abgasturboaufladung und gleichzeitiger Verwendung einer Hochdruck-AGR kann sich aber ein Konflikt ergeben, denn das rückgeführte Abgas steht nicht mehr zum Antrieb der Turbine zur Verfügung. Bei einer Steigerung der Abgasrückführrate nimmt der in die Turbine eingeleitete Abgasstrom ab. Der verminderte Abgasmassenstrom durch die Turbine bedingt ein kleineres Turbinendruckverhältnis, wodurch das Ladedruckverhältnis ebenfalls abnimmt, was gleichbedeutend ist mit einem kleineren Ladeluftstrom. When operating an internal combustion engine with exhaust gas turbocharging and simultaneous use of a high-pressure EGR, however, a conflict may arise because the recirculated exhaust gas is no longer available for driving the turbine. With an increase in the exhaust gas recirculation rate, the exhaust gas flow introduced into the turbine decreases. The reduced exhaust gas mass flow through the turbine causes a smaller turbine pressure ratio, whereby the charge pressure ratio also decreases, which is equivalent to a smaller charge air flow.

Eine Lösung hierfür bietet die sogenannte Niederdruck-AGR. Im Gegensatz zur Hochdruck-AGR wird bei der Niederdruck-AGR Abgas in das Ansaugsystem eingeleitet, welches die Turbine bereits durchströmt hat. Hierzu verfügt die Niederdruck-AGR über eine Rückführleitung, die stromabwärts der Turbine aus dem Abgasabführsystem abzweigt und stromaufwärts des Verdichters in das Ansaugsystem mündet. One solution to this problem is the so-called low-pressure EGR. In contrast to the high-pressure EGR, exhaust gas is introduced into the intake system in the low-pressure EGR, which has already passed through the turbine. For this purpose, the low-pressure EGR has a return line, which branches off downstream of the turbine from the Abgasabführsystem and opens upstream of the compressor in the intake system.

Das mittels Niederdruck-AGR auf die Einlassseite zurückgeführte Abgas wird stromaufwärts des Verdichters mit Frischluft gemischt. Die auf diese Weise erzeugte Mischung aus Frischluft und rückgeführtem Abgas bildet die Ladeluft, die dem Verdichter zugeführt und verdichtet wird. The exhaust gas recirculated to the inlet side by means of low-pressure EGR is mixed with fresh air upstream of the compressor. The mixture of fresh air and recirculated exhaust gas produced in this way forms the charge air, which is supplied to the compressor and compressed.

Da im Rahmen der Niederdruck-AGR Abgas durch den Verdichter hindurchgeführt wird, muss dieses zuvor einer Abgasnachbehandlung, insbesondere im Partikelfilter, unterzogen werden. Ablagerungen im Verdichter, welche die Geometrie des Verdichters, insbesondere die Strömungsquerschnitte, verändern und auf diese Weise den Wirkungsgrad des Verdichters verschlechtern, sind zu vermeiden. Since exhaust gas is passed through the compressor as part of the low-pressure EGR, it must first be subjected to exhaust gas aftertreatment, in particular in the particulate filter. Deposits in the compressor, which change the geometry of the compressor, in particular the flow cross-sections, and in this way deteriorate the efficiency of the compressor are to be avoided.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen jeder Zylinder zum Einbringen von Kraftstoff mit einer Direkteinspritzung ausgestattet ist. Advantageous embodiments of the internal combustion engine, in which each cylinder is equipped for introducing fuel with a direct injection.

Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen, bei denen jeder Zylinder zum Zwecke der Direkteinspritzung mit einer Einspritzdüse ausgestattet ist. Embodiments in which each cylinder is equipped with an injection nozzle for the purpose of direct injection are advantageous.

Die Kraftstoffzufuhr lässt sich zum Zwecke der Teilabschaltung bei direkteinspritzenden Brennkraftmaschinen schneller und zuverlässiger deaktivieren als bei Brennkraftmaschinen mit Saugrohreinspritzung, bei denen Kraftstoffreste im Saugrohr zu ungewollten Verbrennungen im abgeschalteten Zylinder führen können. The fuel supply can be deactivated faster and more reliable for the purpose of partial shutdown in direct-injection internal combustion engines as in internal combustion engines with intake manifold injection, in which fuel residues in the intake manifold can lead to unwanted burns in the deactivated cylinder.

Nichtsdestotrotz können Ausführungsformen der Brennkraftmaschine vorteilhaft sein, bei denen zum Zwecke einer Kraftstoffversorgung eine Saugrohreinspritzung vorgesehen ist. Nevertheless, embodiments of the internal combustion engine may be advantageous in which for the purpose of a fuel supply, a port injection is provided.

Die zweite der Erfindung zugrunde liegende Teilaufgabe, nämlich ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine einer zuvor beschriebenen Art aufzuzeigen, wird mit einem Verfahren gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der mindestens eine schaltbare Zylinder der zweiten Gruppe in Abhängigkeit von der Last T der Brennkraftmaschine geschaltet wird, in der Art, dass dieser mindestens eine schaltbare Zylinder bei Unterschreiten einer vorgebbaren Last Tdown abgeschaltet wird und bei Überschreiten einer vorgebbaren Last Tup zugeschaltet wird, wobei

  • – zur Abschaltung die Abgasleitung des mindestens einen schaltbaren Zylinders mittels erstem Absperrelement versperrt wird, und
  • – Abgas aus der Abgasleitung des mindestens einen abgeschalteten Zylinders via Rückführleitung in den mindestens einen abgeschalteten Zylinder eingeleitet wird.
The second sub-task on which the invention is based, namely to disclose a method for operating an internal combustion engine of the type described above, is achieved by a method which is characterized in that the at least one switchable cylinder of the second group is switched as a function of the load T of the internal combustion engine is, in the way that this at least one switchable cylinder is switched off when falling below a predetermined load T down and is switched on when a predetermined load T up is exceeded, wherein
  • - To shut off the exhaust pipe of the at least one switchable cylinder is blocked by means of the first shut-off, and
  • - Exhaust gas is introduced from the exhaust pipe of the at least one deactivated cylinder via the return line in the at least one deactivated cylinder.

Das bereits für die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine Gesagte gilt auch für das erfindungsgemäße Verfahren, weshalb an dieser Stelle im Allgemeinen Bezug genommen wird auf die vorstehend hinsichtlich der Brennkraftmaschine gemachten Ausführungen. Die verschiedenen Brennkraftmaschinen erfordern teils unterschiedliche Verfahrensvarianten. What has already been said for the internal combustion engine according to the invention also applies to the method according to the invention, which is why reference is generally made at this point to the statements made above with regard to the internal combustion engine. The various internal combustion engines sometimes require different process variants.

Die für das Unterschreiten bzw. Überschreiten vorgegebenen Grenzlasten Tdown und Tup können gleich groß, aber auch verschieden groß sein. Bei in Betrieb befindlicher Brennkraftmaschine sind die Zylinder der ersten Zylindergruppe ständig in Betrieb befindliche Zylinder. Es erfolgt ein Schalten der zweiten Zylindergruppe, d. h. ein Zuschalten bzw. Abschalten dieser zweiten Gruppe. The prescribed for falling below or exceeding limit loads T down and T up can be the same size, but also different sizes. When the internal combustion engine is in operation, the cylinders of the first cylinder group are constantly in operation. There is a switching of the second cylinder group, ie a connection or disconnection of this second group.

Vorteilhaft sind Verfahrensvarianten, bei denen der mindestens eine Zylinder der zweiten Gruppe abgeschaltet wird, sobald die vorgegebene Last Tdown unterschritten wird und die momentane Last für eine vorgebbare Zeitspanne Δt1 niedriger ist als diese vorgegebene Last Tdown. Advantageous are process variants in which the at least one cylinder of the second group is switched off as soon as the predetermined load T down is undershot and the instantaneous load for a predefinable time interval Δt 1 is lower than this predetermined load T down .

Die Einführung einer zusätzlichen Bedingung für das Abschalten der Zylinder der zweiten Gruppe, d. h. die Teilabschaltung, soll ein zu häufiges Zu- und Abschalten verhindern, insbesondere eine Teilabschaltung, wenn die Last nur kurzzeitig die vorgegebene Last Tdown unterschreitet und dann wieder steigt bzw. um den vorgegebenen Wert für die Last Tdown schwankt, ohne dass das Unterschreiten eine Teilabschaltung rechtfertigen bzw. erfordern würde. The introduction of an additional condition for the shutdown of the cylinders of the second group, ie the partial shutdown, is to prevent too frequent switching on and off, in particular a partial shutdown when the load only temporarily falls below the predetermined load T down and then rises again or to the predetermined value for the load T down fluctuates, without the falling below would justify or require a partial shutdown.

Aus diesen Gründen sind ebenfalls Verfahrensvarianten vorteilhaft, bei denen der mindestens eine Zylinder der zweiten Gruppe zugeschaltet wird, sobald die vorgegebene Last Tup überschritten wird und die momentane Last für eine vorgebbare Zeitspanne Δt2 höher ist als diese vorgegebene Last Tup. For these reasons, method variants are also advantageous in which the at least one cylinder of the second group is switched on as soon as the predetermined load T up is exceeded and the instantaneous load is higher for a predefinable time interval Δt 2 than this predetermined load T up .

Vorteilhaft sind Verfahrensvarianten, bei denen die Kraftstoffversorgung des mindestens einen schaltbaren Zylinders bei Abschaltung deaktiviert wird. Es ergeben sich Vorteile in Bezug auf den Kraftstoffverbrauch und die Schadstoffemissionen, was die Zielsetzung, die mit der Teilabschaltung verfolgt wird, nämlich den Kraftstoffverbrauch zu mindern und den Wirkungsgrad zu verbessern, unterstützt. Bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen kann es sogar erforderlich werden, die Kraftstoffversorgung zu deaktivieren, um sicher eine Zündung des im Zylinder befindlichen Gemisches zu verhindern. Advantageous are process variants in which the fuel supply of the at least one switchable cylinder is deactivated when switched off. There are advantages in terms of fuel consumption and pollutant emissions, which supports the goal of partial shutdown, namely to reduce fuel consumption and improve efficiency. In self-igniting internal combustion engines, it may even be necessary to supply the fuel to prevent ignition of the mixture in the cylinder.

Vorteilhaft sind Verfahrensvarianten, bei denen der mindestens eine in Betrieb befindliche Zylinder mittels Selbstzündung gezündet wird. Advantageous are process variants in which the at least one cylinder in operation is ignited by means of autoignition.

Die vorstehende Verfahrensvariante bezieht sich auf Verfahren, bei denen die Verbrennung mittels Selbstzündung eingeleitet wird, und damit auch auf Arbeitsverfahren, wie sie üblicherweise bei Dieselmotoren eingesetzt werden. The above process variant relates to methods in which the combustion is initiated by means of auto-ignition, and thus also on working methods, such as are commonly used in diesel engines.

Vorteilhaft sind auch Verfahrensvarianten, bei denen jeder Zylinder zur Einleitung einer Fremdzündung mit einer Zündvorrichtung ausgestattet wird, wobei die Zündvorrichtung des mindestens einen schaltbaren Zylinders bei Abschaltung vorzugsweise deaktiviert wird. Also advantageous are process variants in which each cylinder is equipped with an ignition device for initiating spark ignition, wherein the ignition device of the at least one switchable cylinder is preferably deactivated when switched off.

Die vorstehende Verfahrensvariante betrifft die Anwendung des Verfahrens bei einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine, beispielsweise einem direkteinspritzenden Ottomotor, dessen Zylinder zur Einleitung einer Fremdzündung jeweils mit einer Zündvorrichtung ausgestattet sind. The above method variant relates to the application of the method in a spark-ignited internal combustion engine, for example a direct-injection spark-ignition engine, the cylinders of which are each equipped with an ignition device for initiating spark ignition.

Es besteht aber auch die Möglichkeit, ein Hybrid-Brennverfahren mit Selbstzündung zum Betreiben eines Ottomotors einzusetzen, beispielweise das sogenannte HCCI-Verfahren, welches auch als Raumzündverfahren oder als CAI-Verfahren bezeichnet wird. Dieses Verfahren basiert auf einer kontrollierten Selbstzündung des dem Zylinder zugeführten Kraftstoffes. Dabei wird der Kraftstoff – wie bei einem Dieselmotor – unter Luftüberschuss, also überstöchiometrisch, verbrannt. Der mager betriebene Ottomotor weist aufgrund der niedrigen Verbrennungstemperaturen vergleichsweise geringe Stickoxidemissionen auf und ebenfalls infolge des mageren Gemisches keine Rußemissionen. Darüber hinaus führt das HCCI-Verfahren zu einem hohen thermischen Wirkungsgrad. Der Kraftstoff kann dabei sowohl direkt in die Zylinder als auch in das Ansaugrohr eingebracht werden. However, it is also possible to use a hybrid combustion process with auto-ignition for operating a gasoline engine, for example the so-called HCCI process, which is also referred to as a space ignition process or as a CAI process. This method is based on a controlled auto-ignition of the fuel supplied to the cylinder. Here, the fuel - as in a diesel engine - under excess air, so superstoichiometric, burned. The lean-burn gasoline engine has comparatively low nitrogen oxide emissions due to the low combustion temperatures and also no soot emissions due to the lean mixture. In addition, the HCCI process leads to a high thermal efficiency. The fuel can be introduced both directly into the cylinder and into the intake manifold.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen die vorgebbare Last Tdown und/oder Tup von der Drehzahl n der Brennkraftmaschine abhängig ist. Dann gibt es nicht nur eine konkrete Last, bei deren Unterschreiten oder Überschreiten unabhängig von der Drehzahl n geschaltet wird. Vielmehr wird drehzahlabhängig vorgegangen und ein Bereich im Kennfeld definiert, in dem teilabgeschaltet wird. Embodiments of the method in which the predefinable load T down and / or T up is dependent on the rotational speed n of the internal combustion engine are advantageous. Then there is not just a concrete load whose falling below or exceeding is switched independent of the speed n. Rather, speed-dependent procedure and an area defined in the map, is switched off in the part.

Grundsätzlich können weitere Betriebsparameter der Brennkraftmaschine als Kriterium für eine Teilabschaltung herangezogen werden, beispielsweise die Motortemperatur oder die Kühlmitteltemperatur nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine. In principle, further operating parameters of the internal combustion engine can be used as a criterion for a partial shutdown, for example the engine temperature or the coolant temperature after a cold start of the internal combustion engine.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Ausführungsform einer selbstzündenden Brennkraftmaschine gemäß der 1 näher erläutert. Hierbei zeigt: In the following, the invention is based on an embodiment of a self-igniting internal combustion engine according to the 1 explained in more detail. Hereby shows:

1 schematisch eine erste Ausführungsform einer selbstzündenden Brennkraftmaschine. 1 schematically a first embodiment of a self-igniting internal combustion engine.

1 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform einer selbstzündenden Brennkraftmaschine 13. 1 schematically shows a first embodiment of a self-igniting internal combustion engine 13 ,

Es handelt sich um einen Vier-Zylinder-Reihenmotor 13 mit Direkteinspritzung, bei dem die vier Zylinder 1, 2, 3, 4 entlang der Längsachse des Zylinderkopfes, d. h. in Reihe, angeordnet und jeweils mit einem Injektor zur Einspritzung von Kraftstoff ausgestattet sind, wobei die eingespritzte Kraftstoffmenge der Einstellung des Luftverhältnisses λ dient (nicht dargestellt). It is a four-cylinder in-line engine 13 with direct injection, in which the four cylinders 1 . 2 . 3 . 4 along the longitudinal axis of the cylinder head, ie arranged in series, and each equipped with an injector for injecting fuel, the injected amount of fuel used to adjust the air ratio λ (not shown).

Jeder Zylinder 1, 2, 3, 4 verfügt über eine Ansaugleitung 5a, 5b zum Zuführen von Ladeluft via Ansaugsystem 6 und eine Abgasleitung 7a, 7b zum Abführen der Abgase via Abgasabführsystem 8. Every cylinder 1 . 2 . 3 . 4 has a suction line 5a . 5b for supplying charge air via intake system 6 and an exhaust pipe 7a . 7b for removing the exhaust gases via exhaust gas removal system 8th ,

Die Brennkraftmaschine 13 ist zum Zwecke der Aufladung mit einem Abgasturbolader 12 ausgestattet, wobei in einer Gesamtabgasleitung 18 des Abgasabführsystems 8 die Turbine 12a und in einer Gesamtansaugleitung 16 des Ansaugsystems 6 der Verdichter 12b angeordnet sind. Die der Brennkraftmaschine 13 zugeführte Frischluft wird im Verdichter 12b komprimiert, wozu die Enthalpie des Abgasstroms in der Turbine 12a genutzt wird. The internal combustion engine 13 is for the purpose of charging with an exhaust gas turbocharger 12 equipped, being in an overall exhaust line 18 the exhaust system 8th the turbine 12a and in a total intake line 16 of the intake system 6 the compressor 12b are arranged. That of the internal combustion engine 13 supplied fresh air is in the compressor 12b compressed, including the enthalpy of the exhaust gas flow in the turbine 12a is being used.

Die Brennkraftmaschine 13 ist des Weiteren mit einer Abgasrückführung 15 ausgestattet und zwar mit einer Hochdruck-AGR. Hierzu zweigt eine Leitung 17 zur Rückführung von Abgas stromaufwärts der Turbine 12a aus dem Abgasabführsystem 8 ab und mündet stromabwärts des Verdichters 12b in das Ansaugsystem 6 ein. In der Leitung 17 der zusätzlichen Abgasrückführung 15 ist ein Ventil 14 zur Einstellung der rückgeführten Abgasmenge angeordnet. The internal combustion engine 13 is also with an exhaust gas recirculation 15 equipped with a high-pressure EGR. For this purpose, a line branches 17 to recirculate exhaust gas upstream of the turbine 12a from the exhaust system 8th and discharges downstream of the compressor 12b into the intake system 6 one. In the line 17 the additional exhaust gas recirculation 15 is a valve 14 arranged to adjust the amount of recirculated exhaust gas.

Die vier Zylinder 1, 2, 3, 4 sind konfiguriert und bilden zwei Gruppen mit jeweils zwei Zylindern 1, 2, 3, 4, wobei die beiden außenliegenden Zylinder 1, 4 eine erste Gruppe bilden, deren Zylinder 1, 4 auch bei Teilabschaltung der Brennkraftmaschine 13 in Betrieb sind, und die beiden innenliegenden Zylinder 2, 3 eine zweite Gruppe bilden, deren Zylinder als lastabhängig schaltbare Zylinder 2, 3 ausgebildet sind, die im Rahmen einer Teilabschaltung abgeschaltet werden. The four cylinders 1 . 2 . 3 . 4 are configured and form two groups with two cylinders each 1 . 2 . 3 . 4 , where the two outer cylinders 1 . 4 form a first group whose cylinder 1 . 4 even with partial shutdown of the internal combustion engine 13 are in operation, and the two inner cylinders 2 . 3 form a second group whose cylinder as a load-dependent switchable cylinder 2 . 3 are formed, which are turned off in the context of a partial shutdown.

In den Abgasleitungen 7b der beiden innenliegenden Zylinder 2, 3 sind als erste Absperrelemente 9 dienende Klappen 9 vorgesehen, welche die Abgasleitungen 7b zum Abführen von Abgas via Abgasabführsystem 8 freigeben, wenn die innenliegenden Zylinder 2, 3 zugeschaltet sind, bzw. versperren, falls die beiden innenliegenden Zylinder 2, 3 zum Zwecke der Teilabschaltung der Brennkraftmaschine 13 abgeschaltet werden bzw. sind. In the exhaust pipes 7b the two inner cylinders 2 . 3 are the first shut-off elements 9 serving flaps 9 provided, which the exhaust pipes 7b for discharging exhaust gas via exhaust gas removal system 8th release when the inner cylinder 2 . 3 are switched on, or block if the two inner cylinder 2 . 3 for the purpose of partial shutdown of the internal combustion engine 13 are switched off or are.

Rückführleitungen 10a, die aus den Abgasleitungen 7b der beiden schaltbaren Zylinder 2, 3 stromaufwärts der Absperrelemente 9 abzweigen und in die Ansaugleitungen 5b der beiden Zylinder 2, 3 münden, dienen dazu, während der Teilabschaltung Abgas in die abgeschalteten Zylinder 2, 3 einzuleiten. Ein im Abgasrückführsystem 10 vorgesehenes zweites Absperrelement 11 dient der Dosierung der dabei eingeleiteten Abgasmenge. Return lines 10a coming from the exhaust pipes 7b the two switchable cylinders 2 . 3 upstream of the shut-off elements 9 branch off and into the suction lines 5b the two cylinders 2 . 3 serve, during the partial shutdown exhaust into the deactivated cylinder 2 . 3 initiate. One in the exhaust gas recirculation system 10 provided second shut-off 11 is used for dosing the introduced amount of exhaust gas.

Die Rückführleitungen 10a sorgen während der Teilabschaltung für einen Druckausgleich zwischen der Einlassseite und der Auslassseite der abgeschalteten Zylinder 2, 3, wodurch die Ladungswechselverluste dieser Zylinder 2, 3 bei Teilabschaltung verkleinert werden. The return lines 10a During partial shutdown, pressure equalization is provided between the inlet side and the outlet side of the deactivated cylinders 2 . 3 , whereby the charge cycle losses of these cylinders 2 . 3 be reduced during partial shutdown.

Die Zylinder 2, 3 der zweiten Gruppe sind vorliegend als zuschaltbare Zylinder 2, 3 ausgebildet, die im Teillastbetrieb bei Unterschreiten einer vorgebbaren Last abgeschaltet werden und zwar durch Versperren ihrer Abgasleitungen 7b mittels Klappen 9 und Deaktivieren der Kraftstoffeinspritzung. Dadurch erhöht sich die Lastanforderung an die weiter in Betrieb befindlichen Zylinder 1, 4 der ersten Gruppe, die dann bei höheren Lasten mit geringerem spezifischem Kraftstoffverbrauch arbeiten. Eine Verbesserung des Wirkungsgrades ist die Folge. The cylinders 2 . 3 The second group are present as switchable cylinder 2 . 3 trained, which are switched off in partial load operation falls below a predetermined load and indeed by blocking their exhaust pipes 7b by means of flaps 9 and deactivating the fuel injection. This increases the load requirement on the cylinders which are still in operation 1 . 4 the first group, who then work at higher loads with lower specific fuel consumption. An improvement in the efficiency is the result.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1
erster Zylinder, außenliegender Zylinder first cylinder, outboard cylinder
2 2
zweiter Zylinder, innenliegender Zylinder, schaltbarer Zylinder second cylinder, internal cylinder, switchable cylinder
3 3
dritter Zylinder, innenliegender Zylinder, schaltbarer Zylinder third cylinder, internal cylinder, switchable cylinder
4 4
vierter Zylinder, außenliegender Zylinder fourth cylinder, outboard cylinder
5a 5a
Ansaugleitung eines Zylinders der ersten Gruppe Intake line of a cylinder of the first group
5b 5b
Ansaugleitung eines Zylinders der zweiten Gruppe, d. h. eines schaltbaren Zylinders Intake line of a cylinder of the second group, d. H. a switchable cylinder
6 6
Ansaugsystem intake system
7a 7a
Abgasleitung eines Zylinders der ersten Gruppe Exhaust pipe of a cylinder of the first group
7b 7b
Abgasleitung eines Zylinders der zweiten Gruppe, d. h. eines schaltbaren Zylinders Exhaust pipe of a cylinder of the second group, d. H. a switchable cylinder
8 8th
Abgasabführsystem Abgasabführsystem
9 9
erstes Absperrelement, Klappe first shut-off element, flap
10 10
Abgasrückführsystem Exhaust gas recirculation system
10a 10a
Rückführleitung Return line
11 11
zweites Absperrelement, Ventil second shut-off element, valve
12 12
Abgasturbolader turbocharger
12a 12a
Turbine turbine
12b 12b
Verdichter compressor
13 13
Brennkraftmaschine, Vier-Zylinder-Reihenmotor Internal combustion engine, four-cylinder in-line engine
14 14
AGR-Ventil AGR valve
15 15
Abgasrückführung Exhaust gas recirculation
16 16
Gesamtansaugleitung Gesamtansaugleitung
17 17
Leitung management
18 18
Gesamtabgasleitung Total exhaust pipe
n n
Drehzahl der Brennkraftmaschine Speed of the internal combustion engine
T T
Last load
Tdown T down
vorgebbare Last für das Unterschreiten einer Last predefinable load for falling below a load
Tlow T low
Last im unteren Teillastbereich Load in the lower part load range
Tmax,n T max, n
maximale Last bei einer vorliegenden Drehzahl n maximum load at a given speed n
Tup T up
vorgebbare Last für das Überschreiten einer Last predefinable load for exceeding a load
Δt1 Δt 1
vorgebbare Zeitspanne predefinable time span
Δt2 Δt 2
vorgebbare Zeitspanne predefinable time span

Claims (15)

Brennkraftmaschine (13) mit mindestens zwei Zylindern (1, 2, 3, 4), bei der – jeder Zylinder (1, 2, 3, 4) mindestens eine Auslassöffnung aufweist, an die sich eine Abgasleitung (7a, 7b) zum Abführen der Abgase via Abgasabführsystem (8) anschließt, – jeder Zylinder (1, 2, 3, 4) mindestens eine Einlassöffnung aufweist, an die sich eine Ansaugleitung (5a, 5b) zum Zuführen von Ladeluft via Ansaugsystem (6) anschließt, und – mindestens zwei Zylinder (1, 2, 3, 4) in der Art konfiguriert sind, dass diese mindestens zwei Gruppen mit jeweils mindestens einem Zylinder (1, 2, 3, 4) bilden, wobei der mindestens eine Zylinder (1, 4) einer ersten Gruppe ein auch bei Teilabschaltung der Brennkraftmaschine (13) in Betrieb befindlicher Zylinder (1, 4) ist und der mindestens eine Zylinder (2, 3) einer zweiten Gruppe als lastabhängig schaltbarer Zylinder (2, 3) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass – in der Abgasleitung (7b) des mindestens einen lastabhängig schaltbaren Zylinders (2, 3) ein erstes Absperrelement (9) vorgesehen ist, welches die Abgasleitung (7b) zum Abführen der Abgase via Abgasabführsystem (8) bei zugeschaltetem Zylinder (2, 3) freigibt und bei abgeschaltetem Zylinder (2, 3) versperrt, und – eine Rückführleitung (10a) vorgesehen ist, die von der Abgasleitung (7b) des mindestens einen lastabhängig schaltbaren Zylinders (2, 3) stromaufwärts des ersten Absperrelementes (9) abzweigt und in die Ansaugleitung (5b) des mindestens einen lastabhängig schaltbaren Zylinders (2, 3) einmündet, wobei ein zweites Absperrelement (11) in der Rückführleitung (10a) vorgesehen ist. Internal combustion engine ( 13 ) with at least two cylinders ( 1 . 2 . 3 . 4 ), in which - each cylinder ( 1 . 2 . 3 . 4 ) has at least one outlet opening, to which an exhaust pipe ( 7a . 7b ) for discharging the exhaust gases via Abgasabführsystem ( 8th ), - each cylinder ( 1 . 2 . 3 . 4 ) has at least one inlet opening, to which a suction line ( 5a . 5b ) for supplying charge air via intake system ( 6 ), and - at least two cylinders ( 1 . 2 . 3 . 4 ) are configured in such a way that these at least two groups each having at least one cylinder ( 1 . 2 . 3 . 4 ), wherein the at least one cylinder ( 1 . 4 ) a first group also at partial shutdown of the internal combustion engine ( 13 ) operating cylinder ( 1 . 4 ) and the at least one cylinder ( 2 . 3 ) of a second group as a load-dependent switchable cylinder ( 2 . 3 ) is formed, characterized in that - in the exhaust pipe ( 7b ) of the at least one load-dependent switchable cylinder ( 2 . 3 ) a first shut-off element ( 9 ) is provided, which the exhaust pipe ( 7b ) for discharging the exhaust gases via Abgasabführsystem ( 8th ) with the cylinder switched on ( 2 . 3 ) and with deactivated cylinder ( 2 . 3 ), and - a return line ( 10a ) provided by the exhaust pipe ( 7b ) of the at least one load-dependent switchable cylinder ( 2 . 3 ) upstream of the first shut-off element ( 9 ) branches off and into the Intake pipe ( 5b ) of the at least one load-dependent switchable cylinder ( 2 . 3 ), wherein a second shut-off element ( 11 ) in the return line ( 10a ) is provided. Brennkraftmaschine (13) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Absperrelement (9) und/oder das zweite Absperrelement (11) stufenlos verstellbar ist. Internal combustion engine ( 13 ) according to claim 1, characterized in that the first shut-off element ( 9 ) and / or the second shut-off element ( 11 ) is infinitely adjustable. Brennkraftmaschine (13) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Absperrelement (9) und/oder das zweite Absperrelement (11) zweistufig schaltbar ist. Internal combustion engine ( 13 ) according to claim 1, characterized in that the first shut-off element ( 9 ) and / or the second shut-off element ( 11 ) is switchable in two stages. Brennkraftmaschine (13) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Abgasturbolader (12) vorgesehen ist, der eine im Abgasabführsystem (8) angeordnete Turbine (12a) und einen im Ansaugsystem (6) angeordneten Verdichter (12b) umfasst. Internal combustion engine ( 13 ) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one exhaust gas turbocharger ( 12 ) is provided, the one in Abgasabführsystem ( 8th ) arranged turbine ( 12a ) and one in the intake system ( 6 ) arranged compressors ( 12b ). Brennkraftmaschine (13) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Abgasnachbehandlungssystem im Abgasabführsystem (8) vorgesehen ist. Internal combustion engine ( 13 ) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one exhaust aftertreatment system in Abgasabführsystem ( 8th ) is provided. Brennkraftmaschine (13) nach einem der vorherigen Ansprüche mit vier in Reihe angeordneten Zylindern (1, 2, 3, 4), dadurch gekennzeichnet, dass die zwei außenliegenden Zylinder (1, 4) und die zwei innenliegenden Zylinder (2, 3) jeweils eine Gruppe bilden. Internal combustion engine ( 13 ) according to one of the preceding claims with four cylinders arranged in series ( 1 . 2 . 3 . 4 ), characterized in that the two outer cylinders ( 1 . 4 ) and the two inner cylinders ( 2 . 3 ) each form a group. Brennkraftmaschine (13) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine zusätzliche Abgasrückführung (15) vorgesehen ist, die eine Leitung (17) umfasst, welche vom Abgasabführsystem (8) abzweigt und in das Ansaugsystem (6) einmündet. Internal combustion engine ( 13 ) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one additional exhaust gas recirculation ( 15 ), which is a line ( 17 ), which from the Abgasabführsystem ( 8th ) branches off and into the intake system ( 6 ). Brennkraftmaschine (13) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Leitung (17) der zusätzlichen Abgasrückführung (15) ein Ventil (14) zur Einstellung der rückgeführten Abgasmenge angeordnet ist. Internal combustion engine ( 13 ) according to claim 7, characterized in that in the line ( 17 ) of the additional exhaust gas recirculation ( 15 ) a valve ( 14 ) is arranged to adjust the amount of recirculated exhaust gas. Brennkraftmaschine (13) nach Anspruch 7 oder 8 mit mindestens einem Abgasturbolader (12), dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung (17) der zusätzlichen Abgasrückführung (15) stromaufwärts der Turbine (12a) des mindestens einen Abgasturboladers (12) vom Abgasabführsystem (8) abzweigt. Internal combustion engine ( 13 ) according to claim 7 or 8 with at least one exhaust gas turbocharger ( 12 ), characterized in that the line ( 17 ) of the additional exhaust gas recirculation ( 15 ) upstream of the turbine ( 12a ) of the at least one exhaust gas turbocharger ( 12 ) from the exhaust gas removal system ( 8th ) branches off. Brennkraftmaschine (13) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung (17) der zusätzlichen Abgasrückführung (15) stromabwärts des Verdichters (12b) des mindestens einen Abgasturboladers (12) in das Ansaugsystem (6) einmündet. Internal combustion engine ( 13 ) according to claim 9, characterized in that the line ( 17 ) of the additional exhaust gas recirculation ( 15 ) downstream of the compressor ( 12b ) of the at least one exhaust gas turbocharger ( 12 ) into the intake system ( 6 ). Brennkraftmaschine (13) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Zylinder (1, 2, 3, 4) zum Einbringen von Kraftstoff mit einer Direkteinspritzung ausgestattet ist. Internal combustion engine ( 13 ) according to one of the preceding claims, characterized in that each cylinder ( 1 . 2 . 3 . 4 ) is equipped for introducing fuel with a direct injection. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (13) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine schaltbare Zylinder (2, 3) der zweiten Gruppe in Abhängigkeit von der Last T der Brennkraftmaschine (13) geschaltet wird, in der Art, dass dieser mindestens eine schaltbare Zylinder (2, 3) bei Unterschreiten einer vorgebbaren Last Tdown abgeschaltet wird und bei Überschreiten einer vorgebbaren Last Tup zugeschaltet wird, wobei – zur Abschaltung die Abgasleitung (7b) des mindestens einen schaltbaren Zylinders (2, 3) mittels erstem Absperrelement (9) versperrt wird, und – Abgas aus der Abgasleitung (7b) des mindestens einen abgeschalteten Zylinders (2, 3) via Rückführleitung (10) in den mindestens einen abgeschalteten Zylinder (2, 3) eingeleitet wird. Method for operating an internal combustion engine ( 13 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one switchable cylinder ( 2 . 3 ) of the second group as a function of the load T of the internal combustion engine ( 13 ) is switched in such a way that this at least one switchable cylinder ( 2 . 3 ) is switched off when falling below a predefinable load T down and is switched on when a predetermined load T up is exceeded, wherein - for switching off the exhaust pipe ( 7b ) of the at least one switchable cylinder ( 2 . 3 ) by means of the first shut-off element ( 9 ), and - exhaust gas from the exhaust pipe ( 7b ) of the at least one deactivated cylinder ( 2 . 3 ) via return line ( 10 ) in the at least one deactivated cylinder ( 2 . 3 ) is initiated. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffversorgung des mindestens einen schaltbaren Zylinders (2, 3) bei Abschaltung deaktiviert wird. A method according to claim 12, characterized in that the fuel supply of the at least one switchable cylinder ( 2 . 3 ) is deactivated at shutdown. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine in Betrieb befindliche Zylinder (1, 2, 3, 4) mittels Selbstzündung gezündet wird. A method according to claim 12 or 13, characterized in that the at least one operating cylinder ( 1 . 2 . 3 . 4 ) is ignited by auto-ignition. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Zylinder (1, 2, 3, 4) zur Einleitung einer Fremdzündung mit einer Zündvorrichtung ausgestattet wird, wobei die Zündvorrichtung des mindestens einen schaltbaren Zylinders (2, 3) bei Abschaltung deaktiviert wird. Method according to claim 12 or 13, characterized in that each cylinder ( 1 . 2 . 3 . 4 ) is provided with an ignition device for initiating a spark ignition, wherein the ignition device of the at least one switchable cylinder ( 2 . 3 ) is deactivated at shutdown.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102016219319A1 (en) * 2016-10-05 2018-04-05 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Exhaust system of an engine

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