DE102014013611B4 - Method for implementation with a piston engine - Google Patents
Method for implementation with a piston engine Download PDFInfo
- Publication number
- DE102014013611B4 DE102014013611B4 DE102014013611.6A DE102014013611A DE102014013611B4 DE 102014013611 B4 DE102014013611 B4 DE 102014013611B4 DE 102014013611 A DE102014013611 A DE 102014013611A DE 102014013611 B4 DE102014013611 B4 DE 102014013611B4
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- stroke
- cylinder
- exhaust
- charge
- internal combustion
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D13/00—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing
- F02D13/02—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing during engine operation
- F02D13/0261—Controlling the valve overlap
- F02D13/0265—Negative valve overlap for temporarily storing residual gas in the cylinder
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/0002—Controlling intake air
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
- F02D41/04—Introducing corrections for particular operating conditions
- F02D41/06—Introducing corrections for particular operating conditions for engine starting or warming up
- F02D41/062—Introducing corrections for particular operating conditions for engine starting or warming up for starting
- F02D41/064—Introducing corrections for particular operating conditions for engine starting or warming up for starting at cold start
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02N19/00—Starting aids for combustion engines, not otherwise provided for
- F02N19/004—Aiding engine start by using decompression means or variable valve actuation
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D13/00—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing
- F02D13/02—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing during engine operation
- F02D2013/0292—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing during engine operation in the start-up phase, e.g. for warming-up cold engine or catalyst
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/0002—Controlling intake air
- F02D2041/001—Controlling intake air for engines with variable valve actuation
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/40—Engine management systems
Abstract
Verfahren zur Ausführung mit einer Kolbenbrennkraftmaschine im Rahmen eines Viertaktzyklus mit der Taktfolge Arbeitstakt, Ausstoßtakt, Ansaugtakt und Verdichtungstakt, wobei die Kolbenbrennkraftmaschine wenigstens einen Zylinder (1) mit einem Einlasstrakt (5) und einem Auslasstrakt (7) sowie einem Zylinderkolben (3) umfasst; wobei innerhalb des Viertaktzyklus:- in einem ersten Schritt eine Zylinderladung erstmalig vor dem Verdichtungstakt verdichtet und erwärmt wird;- in einem zweiten Schritt im ersten Schritt verdichtete, erwärmte Zylinderladung unter Entspannung aus dem Zylinder (1) ausgebracht wird;- in einem dritten Schritt im zweiten Schritt erwärmte und entspannte Zylinderladung mit Frischladung vermischt dem Zylinder (1) nachfolgend wieder zugeführt und im Verdichtungstakt nochmals verdichtet wird ; wobei- das Verfahren über eine erste Anzahl von Iterationen wiederholt wird, wobei ein jeweiliger Arbeitstakt des Viertaktzyklus ohne Verbrennung absolviert wird; und- die im dritten Schritt verdichtete und mit Frischladung vermischte Zylinderladung Ladeluft ist.Method for execution with a piston internal combustion engine as part of a four-stroke cycle with the stroke sequence working stroke, exhaust stroke, intake stroke and compression stroke, the piston internal combustion engine comprising at least one cylinder (1) with an intake tract (5) and an exhaust tract (7) and a cylinder piston (3); wherein within the four-stroke cycle:- in a first step, a cylinder charge is compressed and heated for the first time before the compression stroke;- in a second step, compressed, heated cylinder charge in the first step is discharged from the cylinder (1) with expansion;- in a third step in second step, heated and expanded cylinder charge mixed with fresh charge is subsequently returned to the cylinder (1) and compressed again in the compression stroke; wherein- the method is repeated over a first number of iterations, wherein a respective power stroke of the four-stroke cycle is completed without combustion; and- the cylinder charge compressed and mixed with fresh charge in the third step is charge air.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ausführung mit einer Kolbenbrennkraftmaschine, insbesondere mit einer kompressionsgezündeten Kolbenbrennkraftmaschine gemäß dem Patentanspruch 1, sowie eine zur Ausführung des Verfahrens eingerichtete Kolbenbrennkraftmaschine gemäß Patentanspruch 10.The present invention relates to a method for execution with a piston internal combustion engine, in particular with a compression-ignited piston internal combustion engine according to
Allgemeiner Stand der Technik wird durch die Druckschriften
Weiterhin ist aus der
Die
Aus der
In der
Bei kompressionsgezündeten Motoren, beispielsweise Dieselmotoren, hängt die Kaltstartfähigkeit maßgeblich von der Temperatur der Zylinderladung zum Einspritzzeitpunkt ab. Hohe Verdichtungsverhältnisse gewährleisten eine hohe Ladungstemperatur zum Einspritzzeitpunkt, stehen aber in Diskrepanz zur gewünschten Leistungsdichte (Spitzendruck). Bei AGR-Motoren verstärkt sich die Problematik durch den inerten Ladungsanteil zusätzlich. Insofern ergibt sich bezüglich Leistungsdichte und Kraftstoffverbrauch von Hochlastpunkten ein Zielkonflikt mit der Kaltstartfähigkeit der Brennkraftmaschine. Weiterhin tritt bei niedrigem Verdichtungsverhältnis und kaltem Motor die Problematik von Weißrauch aufgrund unvollständiger Verbrennung auf. Diese „Weißrauchproblematik“ kann je nach Motor mehrere Minuten andauern, bis eine ausreichende Motorbetriebstemperatur erreicht ist.In the case of compression-ignited engines, such as diesel engines, the ability to start cold depends largely on the temperature of the cylinder charge at the time of injection. High compression ratios ensure a high charge temperature at the time of injection, but there is a discrepancy with the desired power density (peak pressure). In the case of EGR engines, the problem is further aggravated by the inert charge component. In this respect, there is a conflict of objectives with regard to power density and fuel consumption at high load points with the cold start capability of the internal combustion engine. Furthermore, with a low compression ratio and a cold engine, there is the problem of white smoke due to incomplete combustion. Depending on the engine, this "white smoke problem" can last for several minutes until a sufficient engine operating temperature is reached.
Zur Verbesserung des Kaltstartverhaltens ist es aus der Druckschrift
Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Ausführung mit einer Kolbenbrennkraftmaschine vorzuschlagen, mit welchem die Kaltstartfähigkeit der Brennkraftmaschine auf einfache Weise vorteilhaft weiter verbessert werden kann.Proceeding from the known state of the art, the present invention is based on the object of proposing a method for implementation with a piston internal combustion engine, with which the cold start capability of the internal combustion engine can advantageously be further improved in a simple manner.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a method having the features of
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen angegeben.Advantageous developments and embodiments of the invention are specified in the further claims.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Ausführung mit einer Kolbenbrennkraftmaschine im Rahmen eines Viertaktzyklus (Arbeitsspiels) derselben vorgeschlagen, d.h. im Rahmen eines Viertaktzyklus mit der Taktfolge Arbeitstakt, Ausstoßtakt, Ansaugtakt und Verdichtungstakt.According to the invention, a method is proposed for implementation with a piston internal combustion engine as part of a four-stroke cycle (working cycle) thereof, i.e. as part of a four-stroke cycle with the stroke sequence power stroke, exhaust stroke, intake stroke and compression stroke.
Die zur Ausführung des Verfahrens vorgesehene Kolbenbrennkraftmaschine, bevorzugt in Form einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, weist wenigstens einen (Arbeits-)Zylinder mit einem Einlasstrakt (und wenigstens einem Einlassventil) und einem Auslasstrakt (mit wenigstens einem Auslassventil) sowie einem Zylinderkolben auf. Über den Einlasstrakt (mit Einlassventil(en)) kann Ladeluft an einen Brennraum des Zylinders selektiv zugeführt, über den Auslasstrakt (mit Auslassventil(en)) kann Abgas aus dem Brennraum des Zylinders selektiv abgeführt werden. Eine mit dem Verfahren verwendbare Kolbenbrennkraftmaschine kann bevorzugt eine Mehrzahl wie vorstehend konfigurierter Zylinder aufweisen - zum Beispiel 4, 6, 8, 12, 20 oder auch mehr Zylinder, d.h. insbesondere je gemäß dem Viertakzyklus betreibbar.The piston internal combustion engine provided for carrying out the method, preferably in the form of a reciprocating piston internal combustion engine, has at least one (working) cylinder with an inlet tract (and at least one inlet valve) and an outlet tract (with at least one outlet valve) and a cylinder piston. Charge air can be selectively supplied to a combustion chamber of the cylinder via the intake tract (with intake valve(s)), and exhaust gas can be selectively discharged from the combustion chamber of the cylinder via the exhaust tract (with exhaust valve(s)). A piston internal combustion engine that can be used with the method can preferably have a plurality of cylinders configured as above - for example 4, 6, 8, 12, 20 or even more cylinders, i.e. in particular each operable according to the four-stroke cycle.
Die Kolbenbrennkraftmaschine ist weiterhin bevorzugt eine kompressionsgezündete Kolbenbrennkraftmaschine, bevorzugt z.B. ein Dieselmotor (auch Schweröl, Bioöl, etc.), z.B. auch für einen Betrieb nach Otto- und Dieselprinzip vorgesehen, allgemein zum Beispiel bereitgestellt für eine mobile Anwendung, z.B. im Kraftfahrzeug, oder für eine stationäre Anwendung, z.B. in einer Industrieumgebung, in einem Blockheizkraftwerk oder einem Stromerzeugungsaggregat.The piston internal combustion engine is also preferably a compression-ignited piston internal combustion engine, preferably e.g. a diesel engine (also heavy fuel oil, bio-oil, etc.), e.g a stationary application, e.g. in an industrial environment, in a combined heat and power plant or a power generator.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht eine Schrittfolge innerhalb des Viertaktzyklus bzw. eines Arbeitsspiels vor, bei welcher in einem ersten Schritt eine Zylinderladung erstmalig bereits vor dem Verdichtungstakt verdichtet und somit erwärmt wird (i.e. insbesondere zylinderintern, bevorzugt im Rahmen eines Zylinderkolbenhubs). In einem nachfolgenden zweiten Schritt des Verfahrens wird nunmehr im ersten Schritt verdichtete, erwärmte Zylinderladung unter Entspannung aus dem Zylinder ausgebracht (i.e. insbesondere über wenigstens ein Gaswechselventil, insbesondere in den Einlasstrakt). In einem dritten Verfahrenschritt wird im zweiten Schritt erwärmte und entspannte Zylinderladung mit Frischladung vermischt dem Zylinder nachfolgend wieder zugeführt und im Verdichtungstakt nochmals verdichtet. Das Verfahren wird über eine erste Anzahl von Iterationen wiederholt, wobei ein jeweiliger Arbeitstakt des Viertaktzyklus ohne Verbrennung absolviert wird und die im dritten Schritt verdichtete und mit Frischladung vermischte Zylinderladung Ladeluft ist.The method according to the invention provides a sequence of steps within the four-stroke cycle or a working cycle, in which, in a first step, a cylinder charge is compressed for the first time before the compression stroke and is thus heated (i.e. in particular inside the cylinder, preferably during a cylinder piston stroke). In a subsequent second step of the method, compressed, heated cylinder charge is discharged from the cylinder with expansion in the first step (i.e. in particular via at least one gas exchange valve, in particular in the intake tract). In a third process step, heated and expanded cylinder charge is mixed with fresh charge in the second step and subsequently returned to the cylinder and compressed again in the compression stroke. The method is repeated over a first number of iterations, with a respective power stroke of the four-stroke cycle being completed without combustion and the cylinder charge compressed and mixed with fresh charge in the third step being charge air.
Das wie vorstehend gekennzeichnete Verfahren sieht insoweit eine zweimalige bzw. zweistufige Verdichtung im Rahmen eines Arbeitsspiels bzw. des Viertaktzyklus vor, welche mehrstufige Verdichtung ermöglicht, die Temperatur der Zylinderladung bzw. der Ladeluft vor dem Arbeitstakt des nachfolgenden Arbeitsspiels gegenüber der vorbekannten einmaligen Verdichtung (im Verdichtungstakt) deutlich zu erhöhen. Hierdurch kann eine vorgesehene Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine vorteilhaft schneller erreicht werden, mithin die eingangs geschilderten Probleme reduziert werden. Das vorgeschlagene Verfahren kann - zur internen Ladeluftvorwärmung - insbesondere außerhalb eines Heißbetriebs- oder Brennkraft-Betriebs der Kolbenbrennkraftmaschine ausgeführt werden (d.h. ohne Verbrennung), daneben insbesondere im Rahmen eines Kaltstarts oder eines Anschleppens der Kolbenbrennkraftmaschine.The method characterized as above provides for two-time or two-stage compression as part of a working cycle or the four-stroke cycle, which enables multi-stage compression, the temperature of the cylinder charge or the charge air before the working stroke of the subsequent working cycle compared to the previously known single compression (in the compression stroke ) to increase significantly. As a result, an intended operating temperature of the internal combustion engine can advantageously be reached more quickly, which means that the problems described at the outset can be reduced. The proposed method can—for internal charge air preheating—in particular be carried out outside of a hot operation or internal combustion operation of the piston internal combustion engine (i.e. without combustion), in addition in particular during a cold start or when the piston internal combustion engine is tow-started.
Bevorzugt ist mit dem Verfahren allgemein vorgesehen, dass die erwärmte Zylinderladung in dem zweiten Schritt unter (annähernd) adiabat gedrosselter Entspannung aus dem Zylinder ausgebracht wird, das heißt unter Beibehaltung der Temperatur bei Absenkung des Druckniveaus (Entspannung), i.e. ohne Verrichtung von (zusätzlicher) Arbeit. Hierdurch behält die im ersten Schritt verdichtete und somit erwärmte Ladung nach Ausbringen aus dem Zylinder im zweiten Schritt ein erhöhtes Temperaturniveau vorteilhaft bei, d.h. ein höheres Anfangstemperaturniveau mit Bezug auf die nachfolgende Verdichtung im dritten Schritt.The method generally provides that the heated cylinder charge is discharged from the cylinder in the second step with (approximately) adiabatically throttled expansion, i.e. while maintaining the temperature while lowering the pressure level (expansion), i.e. without doing any (additional) work. As a result, the charge, which was compressed and thus heated in the first step, advantageously retains an increased temperature level in the second step after being discharged from the cylinder, i.e. a higher initial temperature level with regard to the subsequent compression in the third step.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des vorgeschlagenen Verfahrens wird die Verdichtung im ersten Schritt, gleichsam einer Zwischenverdichtung oder Vorverdichtung (vor der eigentlichen Verdichtung im Verdichtungstakt), mittels des Ausstoßtakts bzw. eines Ausstoß-Kolbenhubs bewirkt, weiterhin insbesondere im Zusammenwirken mit einer Frühverstellung einer Auslasssteuerzeit (z.B. mit einer Phasenverstellung im Bereich von - 30° bis - 45 °NW), oder - alternativ oder zusätzlich - einem frühen Auslassschließen. Wird der Auslass frühzeitig geschlossen, zum Beispiel durch Verschieben der Auslassventil-Steuerkurve anteilig in den Arbeitstakt (Frühverstellung) oder durch Reduzierung des Auslassventilöffnungshubs (frühes Auslassschließen), verbleibt ein Teil der Zylinderladung im Ausstoßtakt im Brennraum und wird im Rahmen des Ausstoßtakts - hin zu dessen Ende - verdichtet (erstmalige Verdichtung), mithin auch erwärmt.In a preferred embodiment of the proposed method, the compression is effected in the first step, like an intermediate compression or pre-compression (before the actual compression in the compression stroke), by means of the exhaust stroke or an exhaust piston stroke, furthermore in particular in conjunction with an advance of an exhaust valve timing (e.g. with a phase shift in the range from - 30° to - 45 °NW), or - alternatively or additionally - an early exhaust closing. If the exhaust is closed early, for example by shifting the exhaust valve control curve proportionately into the power stroke (advancement) or by reducing the exhaust valve opening lift (early exhaust closing), part of the cylinder charge remains in the combustion chamber during the exhaust stroke and is - towards it - during the exhaust stroke End - compacted (first compaction), therefore also heated.
Die im ersten Schritt - erstmalig verdichtete - Zylinderladung kann gemäß der bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens nunmehr im Rahmen des nachfolgenden Einlasstakts aus dem Zylinder ausgebracht werden, d.h. mit dem Übergang von dem Ausstoßtakt auf den Einlasstakt. Mit Öffnen des Einlasstrakts (via eines Einlassventils) zu Beginn des Einlasstakts wird der erwärmten und verdichteten Zylinderladung erlaubt, zunächst in den Einlasstrakt zu entweichen, i.e. die Zylinderladung wird gemäß dem zweiten Verfahrensschritt aus dem Zylinder ausgebracht. Hierbei entspannt die Zylinderladung idealerweise unter oben erläuterter adiabatischer Drosselung, i.e. unter Beibehalt ihres aus dem ersten Schritt resultierenden höheren Temperaturniveaus.The in the first step - compressed for the first time - cylinder charge can now according to the preferred embodiment of the method in the context of be exhausted from the cylinder subsequent intake stroke, ie with the transition from the exhaust stroke to the intake stroke. With the opening of the intake tract (via an intake valve) at the beginning of the intake stroke, the heated and compressed cylinder charge is allowed to initially escape into the intake tract, ie the cylinder charge is discharged from the cylinder according to the second method step. In this case, the cylinder charge ideally relaxes under the adiabatic throttling explained above, ie while maintaining its higher temperature level resulting from the first step.
Die im zweiten Schritt in den Einlasstrakt entwichene Zylinderladung kann bei der bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens nunmehr in dem dritten Schritt mit Frischladung vermischt dem Zylinder aus dem Einlasstrakt wieder zugeführt werden, um nachfolgend im Verdichtungstakt verdichtet zu werden. Dies wird vorteilhaft einfach bewirkt durch den fortdauernden Ansaugtakt-Kolbenhub, der einen Unterdruck erzeugt, welcher geeignet ist, die mit Frischladung vermischte Zylinderladung wieder anzusaugen, d.h. während gleichzeitig der Einlass offengesteuert ist bzw. bleibt (Kolbenhub insbesondere in Richtung unterer Totpunkt UT).In the preferred embodiment of the method, the cylinder charge that escaped into the intake tract in the second step can now be fed back to the cylinder from the intake tract in the third step, mixed with fresh charge, in order to be subsequently compressed in the compression stroke. This is advantageously caused simply by the continuous intake stroke piston stroke, which generates a vacuum which is suitable for sucking in the cylinder charge mixed with fresh charge again, i.e. while the intake is or remains open (piston stroke in particular towards bottom dead center UT).
Wie vorstehend schon erwähnt, kann das erfindungsgemäße Verfahren bereits vor einem Start der Kolbenbrennkraftmaschine ausgeführt werden, zum Beispiel im Rahmen eines Anschleppens bzw. Anlassens. Das Verfahren wird erfinsungsgemäß, wie bereits vorstehend beschrieben ist, nämlich über eine erste Anzahl von Iterationen wiederholt, wobei ein jeweiliger Arbeitstakt ohne Verbrennung absolviert wird. Weiterhin ist hierbei die im dritten Schritt verdichtete und mit Frischladung vermischte Zylinderladung im Wesentlichen reine Ladeluft (welche mit dem Verfahren vorgewärmt wird).As already mentioned above, the method according to the invention can already be carried out before the piston internal combustion engine is started, for example as part of tow-starting or starting. According to the invention, as already described above, the method is repeated over a first number of iterations, with a respective working cycle being completed without combustion. Furthermore, the cylinder charge compressed in the third step and mixed with fresh charge is essentially pure charge air (which is preheated with the method).
Nach einem Start der Kolbenbrennkraftmaschine, insbesondere im Rahmen eines Warmlaufs, kann darüber hinaus vorgesehen sein, das Verfahren über eine zweite Anzahl von Iterationen zu wiederholen, wobei ein jeweiliger Arbeitstakt im Viertaktzyklus mit Verbrennung absolviert wird, insbesondere im Rahmen eines Einspritzbetriebs. Mit Einsetzen einer Verbrennung im Rahmen der zweiten Anzahl von Iterationen kann eine Frühverstellung der Auslasssteuerzeit und/oder ein frühes Auslasschließen mit zunehmender Zahl der Iterationen (hin zu weniger früh) reduziert werden.After the piston internal combustion engine has started, particularly during warm-up, the method can be repeated over a second number of iterations, with each power stroke being completed in a four-stroke cycle with combustion, particularly during injection operation. As combustion begins within the second number of iterations, exhaust timing advance and/or early exhaust closing may be reduced as the number of iterations increases (towards less early).
Insbesondere im Rahmen eines Starts der Brennkraftmaschine über eine Anlassvorrichtung, z.B. Kaltstart, mit anschließender Warmlaufphase kann das Verfahren vorteilhaft zunächst über die Anzahl erster Iterationen ohne Verbrennung und nachfolgend über die Anzahl zweiter Iterationen mit Verbrennung je im Arbeitstakt wiederholt werden (wobei im Rahmen der zweiten Iterationen wiederum mit zunehmender Anzahl von Iterationen auf normale Steuerzeiten übergegangen werden kann).In particular when starting the internal combustion engine via a starting device, e.g. cold start, with a subsequent warm-up phase, the method can advantageously be repeated first for the number of first iterations without combustion and then for the number of second iterations with combustion each in the power stroke (whereby in the context of the second iterations can in turn be switched to normal control times with an increasing number of iterations).
Eine mögliche Strategie für einen Startvorgang bei insbesondere schlechten Startbedingungen kann zum Beispiel vorsehen, mit der ersten Anzahl von Iterationen (ohne Kraftstoffeinspritzung) - im Rahmen jeweiliger Arbeitszyklen - zunächst die Ladeluft zu erwärmen, wobei der mit einer frühen, insbesondere sehr frühen, Lage des Auslassprofiles starke Temperaturerhöhungseffekt hierbei vorteilhaft genutzt werden kann, die Temperatur deutlich zu erhöhen (wobei wenig Frischladung angesaugt wird). Mit Einsetzen der Verbrennung bzw. Kraftstoffeinspritzung kann über die zweite Anzahl von Iterationen nachfolgend die Auslassventillage bzw. die Auslasssteuerkurve auf weniger früh gestellt werden, so dass dem Zylinder für die Verbrennung genügend Frischluftmasse zugeführt wird (woneben die heißen Abgase und deren Rückführung über die Einlassventile in vorteilhafter Weise eine zusätzliche Brennraumerwärmung bewirken).A possible strategy for a starting process in the case of particularly poor starting conditions can, for example, provide for the first number of iterations (without fuel injection) - within the framework of the respective work cycles - to first heat the charge air, with the with an early, particularly very early, position of the exhaust profile Strong temperature increase effect can be used to advantage here to increase the temperature significantly (with little fresh charge being sucked in). With the onset of combustion or fuel injection, the exhaust valve position or the exhaust control curve can be set less early over the second number of iterations, so that the cylinder is supplied with sufficient fresh air mass for combustion (in addition to the hot exhaust gases and their recirculation via the intake valves in advantageously cause additional heating of the combustion chamber).
Für die vorteilhaft einfache Verstellung der Auslassventil-Steuerzeiten - insbesondere nach früh oder wieder hin zu normal - kann erfindungsgemäß ein Auslassnocken mit Phasensteller vorgesehen sein, welcher dem Auslasstrakt bzw. einem Auslassventil desselben für die Verstellung der Steuerzeit zugeordnet ist. Ein solcher Phasensteller geht mit geringem baulichen Aufwand einher, woneben der Phasensteller z.B. auch zur Steuerung eines HCCI-Motors vorteilhaft genutzt werden kann, z.B. für die Rückhaltung einer internen Restgasmasse. For the advantageously simple adjustment of the exhaust valve timing—in particular advanced or back to normal—an exhaust cam with a phase adjuster can be provided according to the invention, which is assigned to the exhaust tract or an exhaust valve of the same for adjusting the timing. Such a phase adjuster is associated with little structural effort, in addition to which the phase adjuster can also be used advantageously for controlling an HCCI engine, e.g. for retaining an internal residual gas mass.
Erfindungsgemäß wird auch eine Kolbenbrennkraftmaschine vorgeschlagen, welche zur Ausführung des vorstehend erläuterten Verfahrens eingerichtet ist. Eine solche Brennkraftmaschine kann zum Beispiel Steuerinformationen zur Durchführung des Verfahrens sowie eine Ventilsteuervorrichtung, insbesondere einen wie vorstehend erläuterten Phasensteller, aufweisen, welche im Zusammenwirken ermöglichen, Auslass-Steuerzeiten - für die Zwischenverdichtung - verfahrensgemäß zu steuern. Die Steuerinformationen können hierbei in einem Steuergerät der Kolbenbrennkraftmaschine hinterlegt sein.According to the invention, a piston internal combustion engine is also proposed, which is set up to carry out the method explained above. Such an internal combustion engine can, for example, have control information for carrying out the method and a valve control device, in particular a phase adjuster as explained above, which interact to allow outlet control times—for the intermediate compression—to be controlled according to the method. The control information can be stored in a control unit of the internal combustion engine.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnungen, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.Further features and advantages of the invention result from the following description of exemplary embodiments of the invention, with reference to the figures of the drawings, which show details essential to the invention, and from the claims. The individual features can each be implemented individually or together in any combination in a variant of the invention.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 exemplarisch und schematisch eine Ansicht, welche das Verfahren anhand von Gaswechsel- und Zylinderkolbenzuständen veranschaulicht. -
2 exemplarisch und schematisch ein Diagramm, welches eine Endtemperatur im Zylinder in Abhängigkeit einer Auslasssteuerzeitverschiebung darstellt.
-
1 exemplary and schematic view that illustrates the method based on gas exchange and cylinder piston states. -
2 as an example and schematically a diagram which shows a final temperature in the cylinder as a function of an outlet control time shift.
Im unteren Teil von
Die mit dem Verfahren verwendete Hubkolbenbrennkraftmaschine ist eingerichtet, zumindest Auslasssteuerzeiten variabel einstellen zu können, insbesondere Auslasssteuerzeiten von « normal » nach « früh » (und umgekehrt) verstellen zu können, insbesondere zur Verschiebung einer Auslassventil-Steuerkurve B anteilig in den Arbeitstakt. Hierzu kann - mit vorteilhaft geringem Aufwand einhergehend - ein Phasensteller für den Auslassnocken eines Auslassventils 11 vorgesehen sein, daneben sind selbstredend weitere Vorrichtungen zur Phasenverstellung denkbar, z.B. ein vollvariabler Ventiltrieb.The reciprocating internal combustion engine used with the method is set up to be able to adjust at least the exhaust valve timing variably, in particular to be able to adjust the exhaust valve timing from "normal" to "advanced" (and vice versa), in particular to shift an exhaust valve control curve B proportionately into the power stroke. For this purpose, a phase adjuster can be provided for the exhaust cam of an exhaust valve 11 - with advantageously little effort - in addition, other devices for phase adjustment are of course conceivable, e.g. a fully variable valve train.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, welches insbesondere zur zylinderinternen Ladelufterwärmung vorgesehen ist, kann innerhalb eines wie in
Die erstmalige, dem Verdichtungtakt vorausgehende Verdichtung und Erwärmung der Zylinderladung - gemäß einem ersten Verfahrensschritt - wird bei der mit
Mit der nach früh verstellten Auslasssteuerzeit, einhergehend mit einer Verschiebung der Auslasssteuerkurve B in den Arbeitstakt (veranschaulicht durch die Kurve C in
Bei dem sich verfahrensgemäß anschließenden zweiten Schritt wird nunmehr im ersten Schritt verdichtete, erwärmte Zylinderladung unter Entspannung aus dem Zylinder 1 ausgebracht. Idealerweise erfolgt die Entspannung hierbei unter adiabater Drosselung, so dass die Zylinderladung das erhöhte Temperaturniveau aus dem ersten Schritt beibehalten kann. Für das Ausbringen und Entspannen der verdichteten erwärmten Zylinderladung wird die Einlassseite 5 mit Beginn des Ansaugtaktes des Viertaktzyklus - insbesondere im Rahmen normaler Steuerzeiten - offen gesteuert (im Rahmen des Übergangs vom Ausstoßtakt in den Ansaugtakt), so dass verdichtete, erwärmte Ladung (über ein Einlassventil 9) zunächst in den Ansaug- bzw. Einlasstrakt 5 entweicht (adiabatisch gedrosselt), Fig. Ic.In the second step that follows according to the method, compressed, heated cylinder charge is discharged from the
Für den sich verfahrensgemäß anschließenden dritten Schritt, in welchem erwärmte und entspannte Zylinderladung mit Frischladung vermischt dem Zylinder 1 nachfolgend wieder zugeführt -
Ersichtlich können hierbei für den zweiten und dritten Schitt normale Einlassventilsteuerzeiten vorgesehen werden, so dass eine variable Ventilsteuerung für die Einlassseite 5 kostengünstig nicht erforderlich ist. Weiterhin besonders vorteilhaft steht für eine maximierte Ladungstemperaturerhöhung der Verdichtungtakt über dessen gesamte Intervalldauer für die Verdichtung im dritten Schritt zur Verfügung.As can be seen, normal intake valve control times can be provided for the second and third step, so that variable valve control for the
Wie in
Angemerkt sei somit, dass mit dem vorgeschlagenen Verfahren eine deutlich verbesserte Kaltstartfähigkeit erzielt werden kann, einhergehend mit der Vermeidung von Weißrauch. Daneben werden auch Motoren mit geringerem Verdichtungsverhältnis vorteilhaft möglich.It should therefore be noted that with the proposed method a significantly improved cold start capability can be achieved, together with the avoidance of white smoke. In addition, engines with a lower compression ratio are also advantageously possible.
Abschließend sei angemerkt, dass im Zuge der Erfindung auch eine Variante aufgetan wurde, welche ein zweimaliges Öffnen des Einlassventils pro Arbeitsspiel vorsieht. Bei dieser Variante kann erwärmte Ladung durch zusätzliches Öffnen im Verdichtungstakt wieder vor das Einlassventil strömen, so dass sich das Grundtemperaturniveau vor dem Zylinder erhöht. Da bei dieser Lösung jedoch die Kompressionstemperatur verringert wird, ist eine Anwendung nur sinnvoll, wenn maximal in jedem zweiten Arbeitsspiel Brennstoff eingespritzt wird, z.B. im Rahmen eines Zylinderabschaltbetriebs. Ersichtlich ist eine solche Lösung jedoch kostspielig und auch aufwändig, während der erfindungsgemäßen Lösung der große Vorteil innewohnt, die Verdichtungsphase insbesondere in jedem Arbeitsspiel vollumfänglich für die Verdichtung nutzen zu können.Finally, it should be noted that in the course of the invention, a variant was also developed which provides for the inlet valve to be opened twice per working cycle. In this variant, the heated charge can flow back in front of the intake valve through additional opening in the compression stroke, so that the basic temperature level in front of the cylinder increases. However, since the compression temperature is reduced with this solution, it only makes sense to use it if fuel is injected at most in every second working cycle, e.g. as part of cylinder deactivation mode. However, such a solution is obviously expensive and also complex, while the solution according to the invention has the great advantage of being able to use the compression phase in full for compression, in particular in each working cycle.
Bezugszeichenlistereference list
- 11
- Zylindercylinder
- 33
- Zylinderkolbencylinder piston
- 55
- Einlasstraktadmission tract
- 77
- Auslasstraktexhaust tract
- 99
- Einlassventilintake valve
- 1111
- Auslassventiloutlet valve
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102014013611.6A DE102014013611B4 (en) | 2014-09-13 | 2014-09-13 | Method for implementation with a piston engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102014013611.6A DE102014013611B4 (en) | 2014-09-13 | 2014-09-13 | Method for implementation with a piston engine |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102014013611A1 DE102014013611A1 (en) | 2016-03-31 |
DE102014013611B4 true DE102014013611B4 (en) | 2022-10-27 |
Family
ID=55485430
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102014013611.6A Active DE102014013611B4 (en) | 2014-09-13 | 2014-09-13 | Method for implementation with a piston engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102014013611B4 (en) |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE943439C (en) | 1953-04-10 | 1956-05-17 | Maschf Augsburg Nuernberg Ag | Method and apparatus for facilitating the starting of internal combustion engines |
WO2001079675A1 (en) | 2000-04-13 | 2001-10-25 | Robert Bosch Gmbh | Cylinder-charge control method in an internal combustion engine |
US20030005898A1 (en) | 2001-07-06 | 2003-01-09 | C.R.F. Societa Consortile Per Azioni | Multi-cylinder diesel engine with variably actuated valves |
WO2003008785A1 (en) | 2001-07-20 | 2003-01-30 | Scuderi Group Llc | Split four stroke cycle internal combustion engine |
US20050268609A1 (en) | 2003-06-20 | 2005-12-08 | Scuderi Group, Llc | Split-cycle four-stroke engine |
DE60021901T2 (en) | 1999-08-31 | 2006-07-20 | Patton, Richard, Starkville | INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH REGENERATOR AND HOT AIR IGNITION |
US20060207257A1 (en) | 2003-05-28 | 2006-09-21 | Turner James W G | Engine with a plurality of operating modes including operation by compressed air |
DE102005015852A1 (en) | 2005-04-07 | 2006-10-26 | Daimlerchrysler Ag | Reciprocating internal combustion engine for use in vehicle, has cams one of which is switched in cold start and cold running phase, where elevations are operated during respective phases |
US20080060609A1 (en) | 2006-09-07 | 2008-03-13 | Gopichandra Surnilla | Approach for Facilitating Fuel Evaporation in Cylinder of an Internal Combustion Engine |
-
2014
- 2014-09-13 DE DE102014013611.6A patent/DE102014013611B4/en active Active
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE943439C (en) | 1953-04-10 | 1956-05-17 | Maschf Augsburg Nuernberg Ag | Method and apparatus for facilitating the starting of internal combustion engines |
DE60021901T2 (en) | 1999-08-31 | 2006-07-20 | Patton, Richard, Starkville | INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH REGENERATOR AND HOT AIR IGNITION |
WO2001079675A1 (en) | 2000-04-13 | 2001-10-25 | Robert Bosch Gmbh | Cylinder-charge control method in an internal combustion engine |
US20030005898A1 (en) | 2001-07-06 | 2003-01-09 | C.R.F. Societa Consortile Per Azioni | Multi-cylinder diesel engine with variably actuated valves |
WO2003008785A1 (en) | 2001-07-20 | 2003-01-30 | Scuderi Group Llc | Split four stroke cycle internal combustion engine |
US20060207257A1 (en) | 2003-05-28 | 2006-09-21 | Turner James W G | Engine with a plurality of operating modes including operation by compressed air |
US20050268609A1 (en) | 2003-06-20 | 2005-12-08 | Scuderi Group, Llc | Split-cycle four-stroke engine |
DE102005015852A1 (en) | 2005-04-07 | 2006-10-26 | Daimlerchrysler Ag | Reciprocating internal combustion engine for use in vehicle, has cams one of which is switched in cold start and cold running phase, where elevations are operated during respective phases |
US20080060609A1 (en) | 2006-09-07 | 2008-03-13 | Gopichandra Surnilla | Approach for Facilitating Fuel Evaporation in Cylinder of an Internal Combustion Engine |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102014013611A1 (en) | 2016-03-31 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE112005001605B4 (en) | Method for operating a four-stroke engine | |
DE102014002894B4 (en) | Spark ignition engine, regulating or control device therefor, method for regulating or controlling an engine and computer program product | |
EP1159521B1 (en) | Method for operating an internal combustion engine with variable charge changing control times | |
DE69912019T2 (en) | Monitored auto-ignition combustion process and associated 4-stroke internal combustion engine with transfer line between cylinder and valve for it | |
EP2598739B1 (en) | Internal combustion engine and associated operating method | |
DE102016008911A1 (en) | Engine operating with premix charge and compression ignition, controller therefor, method of controlling an engine, and computer program product | |
DE102016113173B4 (en) | Method for starting an engine | |
DE102011086622A1 (en) | Method for switching off and activating a cylinder of an internal combustion engine | |
DE2503806A1 (en) | METHOD OF OPERATING A CHARGED FOUR-STROKE DIESEL ENGINE AND ENGINE OPERATING WITH THE METHOD | |
WO2001079675A1 (en) | Cylinder-charge control method in an internal combustion engine | |
DE112009004268T5 (en) | ENGINE CONTROL SYSTEM EXECUTING A LEAN COMBUSTION 6-STROKE CYCLE | |
DE102005022561A1 (en) | Control device for a self-igniting internal combustion engine with charge compression | |
DE10355481A1 (en) | Fuel injection IC engine has timed duration during which both inlet and outlet valves are closed for mixing of injected fuel with residual gases | |
DE102017119510A1 (en) | Engine with homogeneous compression ignition | |
DE102016008916A1 (en) | Engine operating with premix charge and compression ignition, controller therefor, method of controlling an engine, and computer program product | |
WO2012045460A2 (en) | Operational method for an internal combustion engine having low nox combustion (nav) | |
DE102005044738A1 (en) | Internal-combustion engine for use in automotive engineering, has air intake system taking out air in position upstream to compressor to combust fuel in exhaust system, and supplying air into exhaust system in position upstream to turbine | |
DE102017208857A1 (en) | Method for operating an internal combustion engine, internal combustion engine and motor vehicle | |
DE102008036635B4 (en) | Method and device for controlling an internal combustion engine with variable valve train and a controllable intercooler | |
DE102004031502B4 (en) | Method for operating an internal combustion engine | |
DE10301191B4 (en) | Method and device for operating an internal combustion engine | |
DE102014013611B4 (en) | Method for implementation with a piston engine | |
DE102008053243A1 (en) | Method for operating internal combustion engine, particularly with fuel direct injection, particularly for motor vehicle, involves connecting inlet valve and outlet valve for controlling gas-exchange cycle | |
DE102013217724A1 (en) | Method for operating internal combustion engine in vehicle, involves actuating intake and exhaust valves of cylinder in compression stroke such that valves are opened during time period from beginning of compression stroke | |
DE102020006622A1 (en) | Method for operating an internal combustion engine, in particular a motor vehicle |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R082 | Change of representative |
Representative=s name: MEDERLE-HOFFMEISTER, STEFAN, DIPL.-PHYS. UNIV., DE |
|
R016 | Response to examination communication | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: ROLLS-ROYCE SOLUTIONS GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: MTU FRIEDRICHSHAFEN GMBH, 88045 FRIEDRICHSHAFEN, DE |
|
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final |