DE102015200047A1

DE102015200047A1 - Internal combustion engine with partial shutdown and method for operating such an internal combustion engine

Info

Publication number: DE102015200047A1
Application number: DE102015200047.8A
Authority: DE
Inventors: Guohui Chen; Werner Willems; Jürgen Karl Stief
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2014-04-03
Filing date: 2015-01-06
Publication date: 2015-10-08

Abstract

Brennkraftmaschine (10) 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) anschließt, – jeder Zylinder (1, 2, 3, 4) mindestens eine Einlassöffnung aufweist, an die sich eine Ansaugleitung (5a, 5b) anschließt, – 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 (10) 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, und – in der mindestens einen Ansaugleitung (5b) des mindestens einen lastabhängig schaltbaren Zylinders (2, 3) ein einlassseitiges Drosselelement (9) vorgesehen ist, mit dem die Größe des Strömungsquerschnitts der Ansaugleitung (5b) veränderbar ist, wodurch die dem mindestens einen abgeschalteten Zylinder (2, 3) bei Teilabschaltung der Brennkraftmaschine (10) zugeführte Ladeluftmenge einstellbar ist, wobei in der mindestens einen Abgasleitung (7b) des mindestens einen lastabhängig schaltbaren Zylinders (2, 3) ein auslassseitiges Drosselelement (11) vorgesehen ist, mit dem die Größe des Strömungsquerschnitts der Abgasleitung (7b) veränderbar ist und mit dem das Abführen des Abgases aus dem bei Teilabschaltung der Brennkraftmaschine (10) mindestens einen abgeschalteten Zylinder (2, 3) der zweiten Gruppe steuerbar ist.Internal combustion engine (10) 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) adjoins, - each cylinder (1, 2, 3, 4) has at least one inlet opening, to which an intake pipe (5a, 5b) adjoins, - at least two cylinders (1, 2, 3, 4) are configured in such a way that they are at least form two groups each having at least one cylinder (1, 2, 3, 4), wherein the at least one cylinder (1, 4) of a first group is a cylinder (1, 4) also in partial shutdown of the internal combustion engine (10) in operation and the at least one cylinder (2, 3) of a second group is designed as a load-dependent switchable cylinder (2, 3), and - in the at least one intake line (5b) of the at least one load-dependent switchable cylinder (2, 3) an inlet-side throttle element ( 9) is provided, with which the size of the flow cross-section of the Suction line (5b) is variable, whereby the at least one deactivated cylinder (2, 3) at Teilabschaltung the internal combustion engine (10) supplied charge air quantity is adjustable, wherein in the at least one exhaust pipe (7b) of the at least one load-dependent switchable cylinder (2, 3 ) an outlet-side throttle element (11) is provided, with which the size of the flow cross-section of the exhaust pipe (7b) is variable and with the discharge of the exhaust gas from the partial shutdown of the internal combustion engine (10) at least one deactivated cylinder (2, 3) of the second Group is controllable.

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,
– 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
– in der mindestens einen Ansaugleitung des mindestens einen lastabhängig schaltbaren Zylinders ein einlassseitiges Drosselelement vorgesehen ist, mit dem die Größe des Strömungsquerschnitts der Ansaugleitung veränderbar ist, wodurch die dem mindestens einen abgeschalteten Zylinder bei Teilabschaltung der Brennkraftmaschine zugeführte Ladeluftmenge einstellbar 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 adjoined by an intake line for supplying charge air via the intake system,
- 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
- In the at least one intake passage of the at least one load-dependent switchable cylinder, an inlet-side throttle element is provided, with which the size of the flow cross section of the intake passage is variable, whereby the at least one deactivated cylinder at Teilabschaltung the internal combustion engine supplied charge air quantity is adjustable.

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, aber auch Ottomotoren und Hybrid-Brennkraftmaschinen, d. h. Brennkraftmaschinen, die mit einem Hybrid-Brennverfahren betrieben werden.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, but also gasoline engines and hybrid internal combustion engines, d. H. Internal combustion engines operated by a hybrid combustion process.

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 einer fremdgezündeten Brennkraftmachine. 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 a spark-ignited internal combustion engine. 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 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 flowing into the combustion chamber during the intake process is then controlled not by means of a throttle valve but via the intake valve lift 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 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 a partial shutdown, ie increased, because the shutdown of a cylinder of a multi-cylinder internal combustion engine increases the load of the remaining still in operation at a constant engine power located cylinder, so that the throttle valve for introducing a larger air mass in these cylinders can be opened or must, whereby a total 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.The further operated during the partial shutdown cylinder also have due to the larger air mass supplied or mixture mass improved mixture formation.

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 or 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.

Hinsichtlich der Wandwärmeverluste ergeben sich dieselben Vorteile wie beim Ottomotor, weshalb auf die entsprechenden Ausführungen Bezug genommen wird.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 generierten Ladungswechselverluste mindern die durch die Teilabschaltung erzielten Verbesserungen hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs 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 charge cycle losses generated thereby reduce the improvements in fuel consumption and efficiency achieved by the partial shutdown and counteract these so that the benefit of the partial shutdown is at least partially lost; 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 können 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 häufig auch das Turbinendruckverhältnis. Dies hätte 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. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist auch dann von Ladeluft die Rede, wenn die Brennkraftmaschine nicht aufgeladen ist, sondern es sich um einen Saugmotor handelt.In addition, switchable valve trains in internal turbocharged by exhaust gas turbocharger internal combustion engines lead 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 also often the turbine pressure ratio. This would mean 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. In the context of the present invention, charge air is also mentioned when the internal combustion engine is not charged, but is a naturally aspirated engine.

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. Eine verminderte Ladeluftmenge, die den während der Teilabschaltung in Betrieb befindlichen Zylindern zugeführt wird, mindert die Effektivität bzw. die 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. A diminished Charge air quantity, which is supplied to the cylinders in operation during the partial shutdown, reduces the effectiveness or the quality of the combustion and has an adverse effect on 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.

Um der vorstehend beschriebenen Problematik hinsichtlich der geringen Ladeluftmenge, welche den bei Teilabschaltung noch in Betrieb befindlichen Zylindern zugeführt wird, zu begegnen, wird gemäß dem Stand der Technik in der mindestens einen Ansaugleitung jedes lastabhängig schaltbaren Zylinders ein Drosselelement vorgesehen, mit dem die Größe des Strömungsquerschnitts der Ansaugleitung veränderbar ist, wodurch die dem abgeschalteten Zylinder bei Teilabschaltung der Brennkraftmaschine zugeführte Ladeluftmenge einstellbar ist. Auf diese Weise lässt sich die Ladeluftzufuhr zu den abgeschalteten Zylindern, d. h. die zugeführte Ladeluftmenge bei Teilabschaltung vermindern und steuern, gegebenenfalls sogar unterbinden, ohne dass die schaltbaren Zylinder mit schaltbaren Ventiltrieben, die hohe Kosten verursachen, ausgestattet werden müssten.In order to counteract the problem described above with regard to the small amount of charge air which is supplied to the cylinders which are still in operation during partial shutdown, a throttling element is provided according to the prior art in the at least one intake line of each load-dependent switchable cylinder, with which the size of the flow cross section the suction line is changeable, whereby the switched-off cylinder is supplied with partial shutdown of the internal combustion engine supplied charge air quantity. In this way, the charge air supply to the deactivated cylinders, d. H. Reduce and control the supplied charge air volume at partial shutdown, possibly even prevent, without the switchable cylinder with switchable valve drives, which cause high costs, would have to be equipped.

Durch Betätigen des in der Ansaugleitung eines abgeschalteten Zylinders vorgesehenen Drosselelements wird der Strömungsquerschnitt der Ansaugleitung verändert, insbesondere verkleinert, wodurch die Ladeluftmenge, die dem abgeschalteten Zylinder während der Teilabschaltung zugeführt wird, eingestellt, dosiert und gesteuert werden kann.By actuating the throttle element provided in the intake line of a deactivated cylinder, the flow cross section of the intake line is changed, in particular reduced, whereby the amount of charge air supplied to the deactivated cylinder during the partial shutdown can be adjusted, metered and controlled.

Wie bereits im Zusammenhang mit dem Stand der Technik beschrieben, nehmen die abgeschalteten Zylinder weiter am Ladungswechsel teil, da der dazugehörige – nicht schaltbare – Ventiltrieb dieser Zylinder weiter betätigt wird, d. h. arbeitet, und nicht zusammen mit den Zylindern abgeschaltet wird. Die Ladeluftzufuhr kann aber, wie vorstehend beschrieben, mittels Drosselelement vermindert werden. Es wird weniger bzw. keine Ladeluft zugeführt, um die Ladungswechselverluste der abgeschalteten Zylinder zu reduzieren.As already described in connection with the prior art, the deactivated cylinders continue to participate in the charge exchange, since the associated - non-switchable - valve train of these cylinders is further actuated, d. H. works, and not shut off together with the cylinders. However, the charge air supply can, as described above, be reduced by means of throttle element. Less or no charge air is supplied in order to reduce the charge cycle losses of the deactivated cylinders.

Der verminderte Ladeluftstrom durch den mindestens einen abgeschalteten Zylinder führt – im Vergleich zu einem unveränderten Ladeluftstrom bei vollständig geöffneter Ansaugleitung – zu einem verminderten Wärmeübergang infolge Konvektion, so dass die abgeschalteten Zylinder während der Teilabschaltung nicht bzw. weniger stark 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.The reduced charge air flow through the at least one deactivated cylinder leads - compared to an unchanged charge air flow with fully open intake - to a reduced heat transfer due to convection, so that the deactivated cylinders do not or less cool during the partial shutdown. 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.

Die Verminderung des Ladeluftstroms mittels Drosselelement hat gegenüber Brennkraftmaschinen, bei denen die Ladeluftzufuhr mittels schaltbarer Ventiltriebe vollständig unterbunden wird, weitere Vorteile, die im Wesentlichen daraus resultieren, dass der Massenstrom durch die Brennkraftmaschine bei Verminderung der Ladeluftzufuhr höher ist, als wenn die Zufuhr von Ladeluft vollständig unterbunden wird.The reduction of the charge air flow by means of throttle element has over internal combustion engines, in which the charge air is completely prevented by means of switchable valve trains, further advantages that essentially result from the fact that the mass flow through the engine is higher in reducing the charge air supply, as if the supply of charge air completely is prevented.

Es ergeben sich Vorteile bei mittels Abgasturbolaufladung aufgeladenen Brennkraftmaschinen. Der höhere Massenstrom führt zu einem höheren Turbinendruckverhältnis und damit zu einem höheren Ladedruck, so dass den bei Teilabschaltung in Betrieb befindlichen Zylindern eine größere Ladeluftmenge zur Verfügung gestellt werden kann. Dies erweitert auch die Anwendbarkeit der Teilabschaltung, nämlich den Lastbereich, in dem die Teilabschaltung einsetzbar ist, und verbessert die Güte der Verbrennung und damit das Verbrauchs- und Emissionsverhalten der Brennkraftmaschine.There are advantages in supercharged by exhaust gas turbocharged internal combustion engines. The higher mass flow leads to a higher turbine pressure ratio and thus to a higher charge pressure, so that a larger charge air quantity can be made available to the cylinders which are in operation during partial shutdown. This also extends the applicability of the partial shutdown, namely the load range in which the partial shutdown can be used, and improves the quality of combustion and thus the consumption and emission behavior of the internal combustion engine.

Vor dem Hintergrund des zuvor Gesagten ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, die hinsichtlich ihrer Teilabschaltung weiter optimiert 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 further optimized in terms of its 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,
– 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
– in der mindestens einen Ansaugleitung des mindestens einen lastabhängig schaltbaren Zylinders ein einlassseitiges Drosselelement vorgesehen ist, mit dem die Größe des Strömungsquerschnitts der Ansaugleitung veränderbar ist, wodurch die dem mindestens einen abgeschalteten Zylinder bei Teilabschaltung der Brennkraftmaschine zugeführte Ladeluftmenge einstellbar ist, und die dadurch gekennzeichnet ist, dass
– in der mindestens einen Abgasleitung des mindestens einen lastabhängig schaltbaren Zylinders ein auslassseitiges Drosselelement vorgesehen ist, mit dem die Größe des Strömungsquerschnitts der Abgasleitung veränderbar ist und mit dem das Abführen des Abgases aus dem bei Teilabschaltung der Brennkraftmaschine mindestens einen abgeschalteten Zylinder der zweiten Gruppe steuerbar 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 adjoined by an intake line for supplying charge air via the intake system,
- 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
- In the at least one intake passage of the at least one load-dependent switchable cylinder an inlet-side throttle element is provided, with which the size of the flow cross-section of the intake passage is variable, whereby the at least one deactivated cylinder at partial shutdown of the engine supplied charge air quantity is adjustable, and which is characterized that
- In the at least one exhaust pipe of the at least one load-dependent switchable cylinder, an exhaust-side throttle element is provided, with which the size of the flow cross-section of the exhaust pipe is variable and with the discharge of the exhaust gas from the partial shutdown of the engine at least one deactivated cylinder of the second group is controllable ,

Bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine ist zusätzlich zu dem mindestens einen einlassseitigen Drosselelement, welches im Ansaugsystem des mindestens einen lastabhängig schaltbaren Zylinders vorgesehen ist, mindestens ein auslassseitiges Drosselelement im Abgasabführsystem des mindestens einen lastabhängig schaltbaren Zylinders angeordnet.In the internal combustion engine according to the invention, in addition to the at least one inlet-side throttle element which is provided in the intake system of the at least one load-dependent switchable cylinder, at least one exhaust-side throttle element in the Abgasabführsystem the at least one load-dependent switchable cylinder.

Während ein einlassseitiges Drosselelement die Ladeluftzufuhr zu einem abgeschalteten Zylinder steuert, d. h. die bei Teilabschaltung zugeführte Ladeluftmenge vermindert, gegebenenfalls sogar unterbindet, dient ein auslassseitiges Drosselelement dazu, ein ungewolltes Rückströmen von Abgas in einen abgeschalteten Zylinder der zweiten Gruppe zu verhindern bzw. zu verringern. Darüber hinaus können die Ladungswechselverluste eines abgeschalteten Zylinders durch geeignetes Ansteuern des auslassseitigen Drosselelements reduziert werden. Das Öffnen eines auslassseitigen Drosselelements ist vorzugsweise dann zu vermeiden, wenn im zugehörigen abgeschalteten Zylinder Unterdruck herrscht bzw. ein niedrigerer Druck vorliegt als im Abgasabführsystem zwischen dem Zylinder und dem auslassseitigem Drosselelement.While an intake-side throttle element controls the charge air supply to a deactivated cylinder, d. H. reduces the charge air quantity supplied at partial shutdown, possibly even prevented, an exhaust-side throttle element is used to prevent or reduce an unwanted backflow of exhaust gas into a deactivated cylinder of the second group. In addition, the charge cycle losses of a deactivated cylinder can be reduced by appropriately driving the exhaust side throttle element. The opening of an outlet-side throttle element is preferably to be avoided if negative pressure prevails in the associated deactivated cylinder or a lower pressure is present than in the exhaust-gas removal system between the cylinder and the exhaust-side throttle element.

Gemäß dem Wortlaut soll ein auslassseitiges Drosselelement das Abführen des Abgases aus dem bei Teilabschaltung der Brennkraftmaschine mindestens einen abgeschalteten Zylinder der zweiten Gruppe steuern. Streng genommen wird aber während der Teilabschaltung kein heißes Abgas abgeführt, sondern Ladeluft bzw. Frischluft. Aber zumindest während des ersten Arbeitsspiels der Teilabschaltung wird das Abgas des vorhergehenden und damit das heiße Abgas des letzten befeuerten Arbeitsspiels via Abgasabführsystem abgeführt. Während der folgenden Arbeitsspiele der Teilabschaltung wird dann Ladeluft bzw. Frischluft abgeführt. Nichtsdestotrotz ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung vom Abführen heißen Abgases die Rede.According to the wording, an outlet-side throttle element is intended to control the exhausting of the exhaust gas from the at least one deactivated cylinder of the second group when the internal combustion engine is partially shut down. Strictly speaking, however, no hot exhaust gas is discharged during partial shutdown, but charge air or fresh air. 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 is discharged via Abgasabführsystem. During the following working cycles of the partial shut-off charge air or fresh air is then discharged. Nevertheless, in the context of the present invention, the removal of hot exhaust gas is mentioned.

Das erfindungsgemäße Vorsehen mindestens eines auslassseitigen Drosselelements hat gegenüber variablen bzw. schaltbaren Ventiltrieben deutliche Kostenvorteile.The inventive provision of at least one outlet-side throttle element has significant cost advantages over variable or switchable valve trains.

Mit der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine wird eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitgestellt, die hinsichtlich ihrer Teilabschaltung weiter optimiert 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 further optimized 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 optimiert den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine im Teillastbetrieb, d. h. bei niedrigen Lasten, wobei eine niedrige Last T_low vorzugsweise eine Last ist, die weniger als 50%, vorzugsweise weniger als 30% der maximalen Last T_max,n bei der momentan vorliegenden Drehzahl n beträgt.The inventive design of the internal combustion engine optimizes the efficiency of the internal combustion engine in partial load operation, ie at low loads, with 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 mindestens eine einlassseitige Drosselelement und/oder das mindestens eine auslassseitige Drosselelement ein Ventil ist.Advantageous embodiments of the internal combustion engine, in which the at least one inlet-side throttle element and / or the at least one exhaust-side throttle element is a valve.

Vorteilhaft sind auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen das mindestens eine einlassseitige Drosselelement und/oder das mindestens eine auslassseitige Drosselelement eine verschwenkbare Klappe ist.Embodiments of the internal combustion engine in which the at least one inlet-side throttle element and / or the at least one exhaust-side throttle element is a pivotable flap are also advantageous.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen das mindestens eine einlassseitige Drosselelement und/oder das mindestens eine auslassseitige Drosselelement stufenlos verstellbar ist.Advantageous embodiments of the internal combustion engine, in which the at least one inlet-side throttle element and / or the at least one outlet-side throttle element is infinitely adjustable.

Die Ausgestaltung des Drosselelements als stufenlos verstellbares Drosselelement gestattet die genaue Dosierung der in die abgeschalteten Zylinder eingeleiteten Ladeluftmenge. Die Bemessung der Ladeluftmenge kann betriebspunktspezifisch erfolgen, insbesondere im Hinblick auf möglichst geringe Ladungswechselverluste bzw. einen erforderlichen Ladedruck. Die Steuerung des Drosselelements kann die Last T, die Drehzahl n, bei einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine die Kühlmitteltemperatur, die Öltemperatur und/oder dergleichen berücksichtigen.The configuration of the throttle element as a continuously adjustable throttle element allows the exact metering of the charge air quantity introduced into the deactivated cylinders. The calculation of the charge air quantity can be specific to the operating point, in particular with regard to the lowest possible charge exchange losses or a required charge pressure. The control of the throttle element may take into account the load T, the rotational speed n, the coolant temperature, the oil temperature and / or the like in a liquid-cooled internal combustion engine.

Nichtsdestotrotz können auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine vorteilhaft sein, bei denen das Drosselelement zweistufig oder mehrstufig schaltbar ist.Nevertheless, embodiments of the internal combustion engine may also be advantageous in which the throttle element is switchable in two stages or in multiple stages.

Das Drosselelement kann elektrisch, hydraulisch, pneumatisch, mechanisch oder magnetisch steuerbar sein, vorzugsweise mittels Motorsteuerung.The throttle element may be electrically, hydraulically, pneumatically, mechanically or magnetically controllable, preferably by means of motor control.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen eine Aufladung vorgesehen ist.Advantageous embodiments of the internal combustion engine, in which a charge is provided.

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

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 Verbrennungsluft 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 combustion 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 if 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. Wird der Hubraum reduziert, lässt sich bei gleichen Fahrzeugrandbedingungen 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. If the cubic capacity is reduced, the load spectrum can be shifted to higher loads at the same vehicle boundary conditions, where 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 Abgasrückführung vorgesehen ist, die eine Rückführleitung umfasst, welche vom Abgasabführsystem abzweigt und in das Ansaugsystem einmündet.Advantageous embodiments of the internal combustion engine, in which at least one exhaust gas recirculation is provided, which comprises a return 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 x_AGR bestimmt sich dabei zu x_AGR = m_AGR / (m_AGR + m_Frischluft), wobei m_AGR die Masse an zurückgeführtem Abgas und m_Frischluft 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 x_AGR ≈ 60% bis 70% liegen können.Exhaust gas recirculation, ie the recirculation of combustion gases, is a suitable means To reduce nitrogen oxide emissions, 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 Rückführleitung der 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 return line of the exhaust gas recirculation are advantageous.

Bei Brennkraftmaschinen mit mindestens einem Abgasturbolader und Abgasrückführung sind Ausführungsformen vorteilhaft, bei denen die Rückführleitung der 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 return line of the exhaust gas recirculation diverges upstream of the turbine of the at least one exhaust gas turbocharger from Abgasabführsystem and opens downstream of the compressor in the intake system. 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 Turbinen-druckverhältnis, 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 synonymous with 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 vorzugsweise 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 preferably opens upstream of the compressor in the intake system.

Das mittels Niederdruck-AGR auf die Einlassseite zurückgeführte Abgas wird 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. 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 häufig Abgas durch den Verdichter hindurchgeführt wird, muss dieses zuvor einer Abgasnachbehandlung, insbesondere in einem 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 frequently passed through the compressor as part of the low-pressure EGR, it must first be subjected to exhaust gas aftertreatment, in particular in a particle 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.

Aus den vorstehend genannten Gründen sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine vorteilhaft, bei denen die Rückführleitung der Abgasrückführung stromabwärts der Turbine des mindestens einen Abgasturboladers vom Abgasabführsystem abzweigt und stromaufwärts des Verdichters in das Ansaugsystem einmündet.For the above-mentioned reasons, embodiments of the internal combustion engine are advantageous in which the return line of the exhaust gas recirculation branches off downstream of the turbine of the at least one exhaust gas turbocharger from Abgasabführsystem and opens upstream of the compressor in the intake system.

Bei Brennkraftmaschinen, bei denen jeder Zylinder mindestens zwei Einlassöffnungen aufweist, sind Ausführungsformen vorteilhaft, die dadurch gekennzeichnet sind, dass die Ansaugleitungen jedes Zylinders der zweiten Gruppe zu einer Teilansaugleitung zusammenführen und jede Teilansaugleitung mit einem einlassseitigen Drosselelement ausgestattet ist.In internal combustion engines, in which each cylinder has at least two inlet openings, embodiments are advantageous, which are characterized in that the intake lines of each cylinder of the second group merge into a Teilansaugleitung and each Teilansaugleitung is equipped with an inlet-side throttle element.

Gemäß dieser Ausführungsform genügt ein einzelnes Drosselelement, um die Ladeluftzufuhr zu einem abgeschalteten Zylinder zu vermindern bzw. zu unterbinden, und zwar auch dann, wenn der schaltbare Zylinder mehr als eine Einlassöffnung aufweist, d. h. mindestens zwei Einlassöffnungen und damit mindestens zwei Ansaugleitungen hat.According to this embodiment, a single throttle element is sufficient to reduce the charge air supply to a deactivated cylinder, even if the switchable cylinder has more than one inlet port, d. H. has at least two inlet openings and thus at least two suction lines.

Bei Brennkraftmaschinen, bei denen die zweite Zylindergruppe mindestens zwei Einlassöffnungen aufweist, sind auch Ausführungsformen vorteilhaft, die dadurch gekennzeichnet sind, dass die Ansaugleitungen der zweiten Zylindergruppe unter Ausbildung eines Einlasskrümmers zu einer Gesamtansaugleitung zusammenführen und dieser Einlasskrümmer mit mindestens einem einlassseitigen Drosselelement ausgestattet ist. Vorzugsweise ist dabei ein einlassseitiges Drosselelement in der Gesamtansaugleitung des Einlasskrümmers angeordnet.In internal combustion engines in which the second cylinder group has at least two inlet openings, embodiments are also advantageous, which are characterized in that the intake lines of the second cylinder group merge to form a Gesamtansaugleitung forming an intake manifold and this intake manifold is equipped with at least one inlet-side throttle element. Preferably, an inlet-side throttle element is arranged in the Gesamtansaugleitung the intake manifold.

Gemäß dieser Ausführungsform genügt ein einzelnes Drosselelement, um die Ladeluftzufuhr zu den abgeschalteten Zylindern zu vermindern bzw. zu unterbinden.According to this embodiment, a single throttle element is sufficient to reduce or suppress the charge air supply to the deactivated cylinders.

Grundsätzlich kann auch in jeder Ansaugleitung eines abschaltbaren Zylinders ein Drosselelement vorgesehen werden, wodurch die Anzahl der erforderlichen Drosselelemente aber zunimmt, insbesondere wenn die Zylinder mehr als eine Einlassöffnung aufweisen und/oder die zweite Gruppe mehr als einen abschaltbaren Zylinder umfasst.In principle, a throttle element can also be provided in each intake line of a deactivatable cylinder, whereby, however, the number of required throttle elements increases, in particular if the cylinders have more than one inlet opening and / or the second group comprises more than one deactivatable cylinder.

Vorteilhaft sind daher auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen jede Ansaugleitung jedes Zylinders der zweiten Gruppe mit einem einlassseitigen Drosselelement ausgestattet ist. Therefore, embodiments of the internal combustion engine in which each intake line of each cylinder of the second group is equipped with an inlet-side throttle element are also advantageous.

Das vorstehend für das mindestens eine einlassseitige Drosselelement Gesagte gilt in analoger Weise auch für das mindestens eine einlassseitige Drosselelement.What has been said above for the at least one inlet-side throttle element also applies analogously to the at least one throttle-side element on the inlet side.

Bei Brennkraftmaschinen, bei denen jeder Zylinder mindestens zwei Auslassöffnungen aufweist, sind deshalb Ausführungsformen vorteilhaft, die dadurch gekennzeichnet sind, dass die Abgasleitungen jedes Zylinders der zweiten Gruppe zu einer Teilabgasleitung zusammenführen und jede Teilabgasleitung mit einem auslassseitigen Drosselelement ausgestattet ist.In internal combustion engines, in which each cylinder has at least two outlet openings, embodiments are therefore advantageous, which are characterized in that the exhaust pipes of each cylinder of the second group merge into a partial exhaust gas line and each partial exhaust gas line is equipped with an outlet-side throttle element.

Bei Brennkraftmaschinen, bei denen die zweite Zylindergruppe mindestens zwei Auslassöffnungen aufweist, sind auch Ausführungsformen vorteilhaft, die dadurch gekennzeichnet sind, dass die Abgasleitungen der zweiten Zylindergruppe unter Ausbildung eines Auslasskrümmers zu einer Gesamtabgasleitung zusammenführen und dieser Auslasskrümmer mit mindestens einem auslassseitigen Drosselelement ausgestattet ist.In internal combustion engines in which the second cylinder group has at least two outlet openings, embodiments are also advantageous, which are characterized in that the exhaust pipes of the second cylinder group merge to form an exhaust manifold to an overall exhaust line and this exhaust manifold is equipped with at least one outlet-side throttle element.

Vorzugsweise ist dabei ein auslassseitiges Drosselelement in der Gesamtabgasleitung des Auslasskrümmers angeordnet.In this case, an outlet-side throttle element is preferably arranged in the overall exhaust gas line of the exhaust manifold.

Vorteilhaft können aber auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine sein, bei denen jede Abgasleitung jedes Zylinders der zweiten Gruppe mit einem auslassseitigen Drosselelement ausgestattet ist.But can also be advantageous embodiments of the internal combustion engine, in which each exhaust pipe of each cylinder of the second group is equipped with an outlet-side throttle element.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen jedes einlassseitige Drosselelement und/oder jedes auslassseitige Drosselelement möglichst nahe an dem zugehörigen Zylinder angeordnet ist. Je kleiner das Leitungsvolumen zwischen einem Drosselelement und der dazugehörigen Zylinderöffnung ist desto vorteilhafter ist dies für den Betrieb der Brennkraftmaschine, insbesondere für das Zuschalten und Abschalten der Zylinder der zweiten Gruppe.Advantageous embodiments of the internal combustion engine, in which each inlet-side throttle element and / or each outlet-side throttle element is arranged as close as possible to the associated cylinder. The smaller the line volume between a throttle element and the associated cylinder opening is the more advantageous for the operation of the internal combustion engine, in particular for the connection and disconnection of the cylinder of the second group.

Vorteilhaft sind daher auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen jedes einlassseitige Drosselelement und/oder jedes auslassseitige Drosselelement in dem bzw. an dem mindestens einen Zylinderkopf angeordnet ist.Therefore, embodiments of the internal combustion engine in which each inlet-side throttle element and / or each exhaust-side throttle element is arranged in or on the at least one cylinder head are also advantageous.

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, bei dem 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 T_down abgeschaltet wird und bei Überschreiten einer vorgebbaren Last T_up zugeschaltet wird, wobei die dem mindestens einen abgeschalteten Zylinder während der Teilabschaltung zugeführte Ladeluftmenge durch Betätigen des mindestens einen einlassseitigen Drosselelements vermindert 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 in which the at least one switchable cylinder of the second group is switched as a function of the load T of the internal combustion engine Type, that this at least one switchable cylinder is switched off when falling below a predefinable load T _{down and is} switched on exceeding a predetermined load T _up , wherein the at least one deactivated cylinder during the partial shutdown supplied charge air quantity is reduced by operating the at least one inlet-side throttle element.

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 T_down und T_up 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 T_down unterschritten wird und die momentane Last für eine vorgebbare Zeitspanne Δt₁ niedriger ist als diese vorgegebene Last T_down.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 T_down unterschreitet und dann wieder steigt bzw. um den vorgegebenen Wert für die Last T_down 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 T_up überschritten wird und die momentane Last für eine vorgebbare Zeitspanne Δt₂ höher ist als diese vorgegebene Last T_up.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 deactivate the fuel supply in order to reliably prevent ignition of the mixture in the cylinder.

Vorteilhaft sind Verfahrensvarianten, bei denen

– bei Abschaltung des mindestens einen lastabhängig schaltbaren Zylinders zunächst die Kraftstoffversorgung des mindestens einen schaltbaren Zylinders deaktiviert wird bevor das mindestens eine einlassseitige Drosselelement betätigt wird, und
– bei Zuschaltung des mindestens einen abgeschalteten Zylinders zunächst das mindestens eine einlassseitige Drosselelement betätigt wird bevor die Kraftstoffversorgung des mindestens einen abgeschalteten Zylinders aktiviert wird.

Advantageous are process variants in which

- When switching off the at least one load-dependent switchable cylinder, first the fuel supply of the at least one switchable cylinder is deactivated before the at least one inlet-side throttle element is actuated, and
When the at least one deactivated cylinder is switched on, the at least one inlet-side throttle element is first actuated before the fuel supply of the at least one deactivated cylinder is activated.

Diese Vorgehensweise gewährleistet ein stabiles transientes Betriebsverhalten des Turboladers einer aufgeladenen Brennkraftmaschine bzw. der Brennkraftmaschine selbst und trägt dem Umstand Rechnung, dass sich die Kraftstoffversorgung der Brennkraftmaschine unmittelbar, d. h. mit wenig Zeitverzug, deaktivieren und wieder aktivieren lässt, wohingegen der Turbolader im Rahmen der Teilabschaltung, d. h. bei Abschalten der schaltbaren Zylinder und beim erneuten Zuschalten der abgeschalteten Zylinder, nur mit einem gewissen Zeitverzug anspricht, d. h. verzögert auf Änderungen reagiert.This procedure ensures a stable transient operating behavior of the turbocharger of a supercharged internal combustion engine or the internal combustion engine itself and takes into account the fact that the fuel supply of the internal combustion engine directly, d. H. with little time delay, disable and re-enable, whereas the turbocharger in the context of partial shutdown, d. H. when switching off the switchable cylinder and the renewed connection of the deactivated cylinder, only responds with a certain time delay, d. H. delayed responding to changes.

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, beispielsweise 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 method with auto-ignition for operating a gasoline engine, for example the so-called HCCI method, which is also referred to as a space ignition method or as a CAI method. 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 T_down und/oder T_up 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.

Vorteilhaft sind Verfahrensvarianten, bei denen dem mindestens einen abgeschalteten Zylinder eine vorgebbare Mindestmenge an Ladeluft zugeführt wird und nicht weniger. Insofern wird ein in der Ansaugleitung eines schaltbaren Zylinders angeordnetes Ventil während der bzw. bei Teilabschaltung nicht vollständig verschlossen. Wird eine Klappe als Drosselelement verwendet, ist es unschädlich, dass diese Klappe in der Schließstellung einen Leckagestrom aufweist.Process variants are advantageous in which the at least one deactivated cylinder is supplied with a predefinable minimum amount of charge air and not less. In this respect, one in the intake of a switchable cylinder arranged valve during the partial shutdown or not completely closed. If a flap is used as a throttle element, it is harmless that this flap has a leakage current in the closed position.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen die dem mindestens einen abgeschalteten Zylinder zugeführte Ladeluftmenge von der Last T, der Drehzahl n, der Kühlmitteltemperatur, der Öltemperatur, der Motortemperatur und/oder dergleichen mitbestimmt wird.Embodiments of the method in which the charge air quantity supplied to the at least one deactivated cylinder is determined by the load T, the rotational speed n, the coolant temperature, the oil temperature, the engine temperature and / or the like are advantageous.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Ausführungsform einer selbstzündenden Brennkraftmaschine und gemäß 1 näher erläutert. Hierbei zeigt:In the following the invention is based on an embodiment of a self-igniting internal combustion engine and according to 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 10. 1 schematically shows a first embodiment of a self-igniting internal combustion engine 10 ,

Es handelt sich um einen Vier-Zylinder-Reihenmotor 10 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 10 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 10 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 ist. Die der Brennkraftmaschine 10 zugeführte Frischluft wird im Verdichter 12b komprimiert, wozu die Enthalpie des Abgasstroms in der Turbine 12a genutzt wird. Zur Nachbehandlung des Abgases ist in der Gesamtabgasleitung 18 stromabwärts der Turbine 12a ein als Abgasnachbehandlungssystem 13 dienender Partikelfilter 14 vorgesehen.The internal combustion engine 10 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 is arranged. That of the internal combustion engine 10 supplied fresh air is in the compressor 12b compressed, including the enthalpy of the exhaust gas flow in the turbine 12a is being used. For the aftertreatment of the exhaust gas is in the total exhaust gas line 18 downstream of the turbine 12a as an exhaust aftertreatment system 13 serving particle filter 14 intended.

Die Brennkraftmaschine 10 ist des Weiteren mit einer Abgasrückführung 15 ausgestattet und zwar mit einer Hochdruck-AGR. Hierzu zweigt eine Rückführleitung 17 stromaufwärts der Turbine 12a aus dem Abgasabführsystem 8 ab und mündet stromabwärts des Verdichters 12b in das Ansaugsystem 6. In der Rückführleitung 17 der Abgasrückführung 15 ist ein Ventil 19 zur Einstellung der rückgeführten Abgasmenge angeordnet.The internal combustion engine 10 is also with an exhaust gas recirculation 15 equipped with a high-pressure EGR. For this purpose, a return line branches 17 upstream of the turbine 12a from the exhaust system 8th and discharges downstream of the compressor 12b into the intake system 6 , In the return line 17 the exhaust gas recirculation 15 is a valve 19 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 10 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 10 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 Ansaugleitungen 5b der beiden innenliegenden Zylinder 2, 3 sind einlassseitige Drosselelemente 9 vorgesehen, mit denen die den abgeschalteten Zylindern 2, 3 zugeführte Ladeluftmenge eingestellt wird, indem die Größe des Strömungsquerschnitts der Ansaugleitung 5b verändert wird.In the intake pipes 5b the two inner cylinders 2 . 3 are inlet-side throttle elements 9 provided with which the deactivated cylinders 2 . 3 supplied charge air quantity is adjusted by the size of the flow cross-section of the intake manifold 5b is changed.

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 Verkleinern des Strömungsquerschnitts ihrer Ansaugleitungen 5b mittels Drosselelement 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 betrieben werden. Eine Verbesserung des Wirkungsgrades ist die Folge.The cylinders 2 . 3 The second group are present as switchable cylinder 2 . 3 formed, which are switched off in partial load operation falls below a predetermined load by reducing the flow cross-section of their intake pipes 5b by means of throttle element 9 and deactivating the fuel injection. This increases the load requirement on the cylinders which are still in operation 1 . 4 the first group, which are then operated at higher loads with lower specific fuel consumption. An improvement in the efficiency is the result.

In den Abgasleitungen 7b der innenliegenden Zylinder 2, 3 sind auslassseitige Drosselelemente 11 vorgesehen, mit denen die Größe der Strömungsquerschnitte der zugehörigen Abgasleitungen 7b verändert werden kann und mit denen das Abführen des Abgases bzw. der Ladeluft aus den abgeschalteten Zylindern 2, 3 steuerbar ist.In the exhaust pipes 7b the inner cylinder 2 . 3 are exhaust-side throttle elements 11 provided with which the size of the flow cross-sections of the associated exhaust pipes 7b can be changed and with which the discharge of the exhaust gas or the charge air from the deactivated cylinders 2 . 3 is controllable.

Die auslassseitigen Drosselelemente 11 sollen das auslassseitige Einströmen von Abgas bzw. von Ladeluft in die abgeschalteten Zylinder 2, 3 der zweiten Gruppe verhindern. Darüber hinaus können die Ladungswechselverluste der abgeschalteten Zylinder 2, 3 durch geeignetes Ansteuern der auslassseitigen Drosselelemente 11 reduziert werden.The outlet-side throttle elements 11 should the exhaust-side inflow of exhaust gas or charge air into the deactivated cylinder 2 . 3 prevent the second group. In addition, the charge cycle losses of the deactivated cylinders 2 . 3 by suitably activating the outlet-side throttle elements 11 be reduced.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: erster Zylinder, außenliegender Zylinder first cylinder, outboard cylinder
22: zweiter Zylinder, innenliegender Zylinder, schaltbarer Zylinder second cylinder, internal cylinder, switchable cylinder
33: dritter Zylinder, innenliegender Zylinder, schaltbarer Zylinder third cylinder, internal cylinder, switchable cylinder
44: vierter Zylinder, außenliegender Zylinder fourth cylinder, outboard cylinder
5a5a: Ansaugleitung eines Zylinders der ersten Gruppe Intake line of a cylinder of the first group
5b5b: 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
66: Ansaugsystem intake system
7a7a: Abgasleitung eines Zylinders der ersten Gruppe Exhaust pipe of a cylinder of the first group
7b7b: 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
88th: Abgasabführsystem Abgasabführsystem
99: einlassseitiges Drosselelement inlet-side throttle element
1010: Brennkraftmaschine, Vier-Zylinder-Reihenmotor Internal combustion engine, four-cylinder in-line engine
1111: auslassseitiges Drosselelement exhaust side throttle element
1212: Abgasturbolader turbocharger
12a12a: Turbine turbine
12b12b: Verdichter compressor
1313: Abgasnachbehandlungssystem aftertreatment system
1414: Partikelfilter particulate Filter
1515: Abgasrückführung Exhaust gas recirculation
1616: Gesamtansaugleitung Gesamtansaugleitung
1717: Rückführleitung Return line
1818: Gesamtabgasleitung Total exhaust pipe
1919: AGR-Ventil AGR valve
nn: Drehzahl der Brennkraftmaschine Speed of the internal combustion engine
TT: Last load
T_down T _down: vorgebbare Last für das Unterschreiten einer Last predefinable load for falling below a load
T_low T _low: Last im unteren Teillastbereich Load in the lower part load range
T_max,n T _{max, n}: maximale Last bei einer vorliegenden Drehzahl n maximum load at a given speed n
T_up 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

Internal combustion engine ( 10 ) 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 ), - at least two cylinders ( 1 . 2 . 3 . 4 ) are configured in such a way that they have 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 ( 10 ) 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, and - in the at least one suction line ( 5b ) of the at least one load-dependent switchable cylinder ( 2 . 3 ) an inlet-side throttle element ( 9 ) is provided, with which the size of the flow cross-section of the intake ( 5b ), whereby the ( 10 ) at least one deactivated cylinder ( 2 . 3 ) is adjustable in partial shutdown of the engine charge air quantity, characterized in that - in the at least one exhaust pipe ( 7b ) of the at least one load-dependent switchable cylinder ( 2 . 3 ) an outlet-side throttle element ( 11 ) is provided, with which the size of the flow cross-section of the exhaust pipe ( 7b ) is variable and with the discharge of the exhaust gas from the partial shutdown of the internal combustion engine ( 10 ) at least one deactivated cylinder ( 2 . 3 ) of the second group is controllable.

Internal combustion engine ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the at least one inlet-side throttle element ( 9 ) and / or the at least one outlet-side throttle element ( 11 ) is a valve.

Internal combustion engine ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the at least one inlet-side throttle element ( 9 ) and / or the at least one outlet-side throttle element ( 11 ) is a pivotable flap.

Internal combustion engine ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one inlet-side throttle element ( 9 ) and / or the at least one outlet-side throttle element ( 11 ) is infinitely adjustable.

Internal combustion engine ( 10 ) 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 ).

Internal combustion engine ( 10 ) 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.

Internal combustion engine ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one exhaust gas recirculation ( 15 ) is provided, which is a return line ( 17 ), which from the Abgasabführsystem ( 8th ) branches off and into the intake system ( 6 ).

Internal combustion engine ( 10 ) according to claim 7 with at least one exhaust gas turbocharger ( 12 ), Characterized characterized in that the return line ( 17 ) of 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 and downstream of the compressor ( 12b ) of the at least one exhaust gas turbocharger ( 12 ) into the intake system ( 6 ).

Internal combustion engine ( 10 ) according to one of the preceding claims, in which each cylinder ( 1 . 2 . 3 . 4 ) has at least two inlet openings, characterized in that the suction lines ( 5b ) of each cylinder ( 2 . 3 ) of the second group to a Teilansaugleitung merge and each Teilansaugleitung with an inlet-side throttle element ( 9 ) Is provided.

Internal combustion engine ( 10 ) according to one of claims 1 to 8, in which the second cylinder group has at least two inlet openings, characterized in that the suction lines ( 5b ) of the second cylinder group to form an intake manifold to form a Gesamtansaugleitung merge and this intake manifold with at least one inlet-side throttle element ( 9 ) Is provided.

Internal combustion engine ( 10 ) according to claim 10, characterized in that an inlet-side throttle element ( 9 ) is arranged in the Gesamtansaugleitung the intake manifold.

Internal combustion engine ( 10 ) according to one of claims 1 to 8, characterized in that each suction line ( 5b ) of each cylinder ( 2 . 3 ) of the second group with an inlet-side throttle element ( 9 ) Is provided.

Internal combustion engine ( 10 ) according to one of the preceding claims, in which each cylinder ( 1 . 2 . 3 . 4 ) has at least two outlet openings, characterized in that the exhaust pipes ( 7b ) of each cylinder ( 2 . 3 ) of the second group merge into a partial exhaust gas line and each partial exhaust gas line with an outlet-side throttle element ( 11 ) Is provided.

Internal combustion engine ( 10 ) according to one of claims 1 to 12, in which the second cylinder group has at least two outlet openings, characterized in that the exhaust pipes ( 7b ) of the second cylinder group to form an exhaust manifold to form an exhaust manifold and this exhaust manifold with at least one outlet-side throttle element ( 11 ) Is provided.

Internal combustion engine ( 10 ) according to claim 14, characterized in that an outlet-side throttle element ( 11 ) is disposed in the exhaust line of the exhaust manifold.

Internal combustion engine ( 10 ) according to one of claims 1 to 12, characterized in that each exhaust pipe ( 7b ) of each cylinder ( 2 . 3 ) of the second group with an outlet-side throttle element ( 11 ) Is provided.

Internal combustion engine ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that each inlet-side throttle element ( 9 ) and / or each outlet-side throttle element ( 11 ) as close as possible to the associated cylinder ( 2 . 3 ) is arranged.

Method for operating an internal combustion engine ( 10 ) 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 ( 10 ) 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 the at least one deactivated cylinder ( 2 . 3 ) during the partial shut-off supplied charge air quantity by actuating the at least one inlet-side throttle element ( 9 ) is reduced.

A method according to claim 18, characterized in that - when switching off the at least one load-dependent switchable cylinder ( 2 . 3 ) first a fuel supply of the at least one switchable cylinder ( 2 . 3 ) is deactivated before the at least one inlet-side throttle element ( 9 ) is actuated, and - when the at least one deactivated cylinder ( 2 . 3 ) first the at least one inlet-side throttle element ( 9 ) is actuated before the fuel supply of the at least one deactivated cylinder ( 2 . 3 ) is activated.

A method according to claim 18 or 19, characterized in that the at least one deactivated cylinder ( 2 . 3 ) a predetermined minimum amount of charge air is supplied.