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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit zumindest zwei ersten und zwei zweiten Zylindern mit jeweils zumindest einem Einlassventil und einem Auslassventil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem eine Brennkraftmaschine.
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Generell ist die Zylinderabschaltung eine bereits langjährig bekannte Technologie, um mittels einer Lastpunktverschiebung eine Verringerung des Kraftstoffverbrauchs und damit auch der Schadstoffemissionen erzielen zu können. Dabei werden bspw. bei einem Vierzylindermotor die Zylinder 2 und 3 durch Abstellen der Einspritzung und Schließen der Ein- und Auslassventile deaktiviert. Diese Art der Abschaltung führt jedoch zu einem Auskühlen der deaktivierten, das heißt abgeschalteten, Zylinder, woraus als Folge erhöhte Schadstoffemissionen bei einem erneuten Starten der deaktivierten Zylinder entstehen.
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Aus der
DE 10 2013 107 643 A1 ist ein Verfahren zur Einstellung von Zylinderventiltimings zur Ermöglichung eines besonderen Betriebszustandes bekannt, bei dem eine Zylindergruppe in einer ersten Zylinderbank betrieben wird und Kraftstoff verbrennt, während eine andere Zylindergruppe in einer zweiten Bank gezielt abgeschaltet wird. Das eingesetzte Ventiltiming kann dazu genutzt werden, einen Luftstrom durch die inaktiven Zylinder zu reduzieren, wodurch Erfordernisse in Bezug auf eine Katalysatorregenerierung bei der Zuschaltung verringert werden. Das Ventiltiming kann auch dazu eingesetzt werden, eine Abgasrückführung durch den aktiven Zylinder über die inaktiven Zylinder zu ermöglichen, wodurch Vorteile hinsichtlich einer gekühlten Abgasrückführung geboten werden. Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für ein Verfahren der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, ein Auskühlen von abgeschalteten Zylindern durch ein Durchleiten von Abgas zumindest zu verzögern, wobei das Einleiten des Abgases durch eine Hubumschaltung des Auslassventils der deaktivierten Zylinder und damit zu einem Umfunktionieren des Auslassventils zu einem Einlassventil erfolgt. In gleicher Weise wird durch die Hubumschaltung das Einlassventil entsprechend zu einem Auslassventil geschaltet, wodurch ein Ausstoßen der in den abgeschalteten Zylindern abgekühlten Verbrennungsabgase in einen Ansaugstrang und ein erneutes Zuführen dieser zu aktiven Zylindern erreicht werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren betrifft dabei eine Brennkraftmaschine mit zumindest zwei ersten und zwei zweiten Zylindern mit jeweils zumindest einem Einlassventil und einem Auslassventil, wobei die Einlassventile mit dem Ansaugstrang und die Auslassventile mit einem Abgasstrang verbunden sind. Lastabhängig kann dabei zwischen einem ersten Betriebszustand und einem zweiten Betriebszustand gewechselt werden, wobei im ersten Betriebszustand alle Zylinder befeuert werden, das heißt alle Zylinder Arbeit leisten, während im zweiten Betriebszustand die zweiten Zylinder abgeschaltet, gleichzeitig aber durch ein Durchleiten von Verbrennungsabgasen aus den ersten Zylindern auf Temperatur gehalten werden und wobei die in den zweiten Zylindern abgekühlten Verbrennungsabgase anschließend zur Verbrennung in die ersten Zylinder rückgeführt werden. Im zweiten Betriebszustand werden dabei erfindungsgemäß folgende Verfahrensschritte durchgeführt: Ein Einspritzen von Kraftstoff in die ersten Zylinder sowie ein Abstellen der Einspritzung von Kraftstoff in die zweiten Zylinder und Schließen der Einlassventile der zweiten Zylinder, wodurch diese abgeschaltet werden. Bei einem anschließenden Öffnen der Auslassventile der ersten Zylinder erfolgt gleichzeitig ein Öffnen der Auslassventile der zweiten Zylinder, so dass von den ersten Zylinder in den Abgasstrang ausgestoßene Verbrennungsabgase über die geöffneten Auslassventile der zweiten Zylinder in diese eingebracht werden können und diese dadurch auf Temperatur halten, das heißt beheizen. Die Auslassventile der zweiten Zylinder werden in diesem Fall somit zu Einlassventilen umfunktioniert. Öffnen sich in einem nachfolgenden Arbeitstakt die Einlassventile der ersten Zylinder wieder, so erfolgt erfindungsgemäß gleichzeitig ein Öffnen der Einlassventile der zweiten Zylinder, so dass die von den zweiten Zylindern in den Ansaugstrang ausgestoßenen und zugleich zumindest leicht abgekühlten Verbrennungsabgase zumindest teilweise in die ersten Zylinder eingebracht werden können und dadurch eine Abgasrückführung ermöglichen. Das erfindungsgemäße Betriebsverfahren ermöglicht dabei sowohl ein verringertes Auskühlen der deaktivierten zweiten Zylinder sowie ein interne Abgasrückführung von gekühltem Abgas für die ersten Zylinder, wodurch insbesondere bei einem lastabhängigen Wechsel in den ersten Betriebszustand die dann von den zweiten Zylindern ausgestoßenen Schadstoffemissionen deutlich reduziert werden können, da diese Zylinder nicht wie bislang stark ausgekühlt sind und erst wieder auf Betriebstemperatur gebracht werden müssen. Durch die Umfunktionierung der Auslassventile zu Einlassventilen und der Einlassventile zu Auslassventilen an den zweiten Zylindern kann das erfindungsgemäße Verfahren vergleichsweise einfach und ohne größere konstruktive Aufwendungen erfolgen. Eine Regelung der rückgeführten Abgasmenge kann dabei über einen Ventilhub bzw. über entsprechende Steuerzeiten erreicht werden, insbesondere durch einen vollvariablen Ventilhub.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung werden die Einlassventile der ersten Zylinder im zweiten Betriebszustand und die Einlassventile der zweiten Zylinder im zweiten Betriebszustand zwischen einem Kurbelwellenwinkel von –90° < α < 300°, vorzugsweise –30° < α < 200°, geöffnet. In diesem Fall dienen somit die Einlassventile der zweiten Zylinder als Auslassventile und ermöglichen einen Ausstoß der im zweiten Zylinder abgekühlten Verbrennungsabgase der ersten Zylinder in den Ansaugstrang der Brennkraftmaschine, über welche ein erneutes Ansaugen der Abgase und damit eine Abgasrückführung in die ersten Zylinder erfolgen kann. Durch die Wärmeabgabe der Verbrennungsabgase in den zweiten Zylinder kann auf eine zusätzliche Kühlung der rückgeführten Abgase sogar verzichtet werden, was einen weiteren wesentlichen Vorteil darstellt.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung werden die Auslassventile der zweiten Zylinder im zweiten Betriebszustand und die Auslassventile der ersten Zylinder im zweiten Betriebszustand zwischen einem Kurbelwellenwinkel von –300° < α < 90°, vorzugsweise –200° < α < 30°, geöffnet. In diesem Fall erfolgt somit ein Ausstoßen der Verbrennungsabgase über die Auslassventile der ersten Zylinder in den Abgasstrang und ein Wiedereinbringen dieser Verbrennungsabgase in die zweiten Zylinder über deren Auslassventile. Auch in diesem Fall ist somit die Funktion dieser Auslassventile umgekehrt, so dass diese als Einlassventile fungieren.
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Zweckmäßig werden die Einlassventile sämtlicher Zylinder im ersten Betriebszustand zwischen einem Kurbelwellenwinkel von –90° < α < 300°, vorzugsweise –30° < α < 200°, geöffnet, während die Auslassventile ebenfalls sämtlicher Zylinder im ersten Betriebszustand zwischen einem Kurbelwellenwinkel von –300° < α < 90°, vorzugsweise –200° < α < 30°, geöffnet sind. Der erste Betriebszustand ist dabei durch eine erhöhte Lastanforderung seitens der Brennkraftmaschine, bspw. bei einer Bergauffahrt, gekennzeichnet.
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Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, eine Brennkraftmaschine anzugeben, mit zumindest zwei ersten und zwei zweiten Zylindern mit jeweils zumindest einem Einlassventil und einem Auslassventil, wobei die Einlassventile mit einem Ansaugstrang und die Auslassventile mit einem Abgasstrang verbunden sind und wobei diese Brennkraftmaschine einen Ventiltrieb sowie eine Steuereinrichtung umfasst, der/die zur Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens ausgebildet ist. Mittels einer derartigen Brennkraftmaschine kann eine erhebliche Reduzierung der Schadstoffemissionen erreicht werden, da die abgeschalteten Zylinder nicht auskühlen und dadurch bei einem wieder Anfahren schneller auf Betriebstemperatur sind. Hierdurch lässt sich auch eine Kraftstoffeinsparung realisieren.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch,
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1 eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine,
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2 ein Ventilhubkurbelwellenwinkeldiagramm für einen ersten Betriebszustand eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben der Brennkraftmaschine,
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3 eine Darstellung wie in 1 jedoch in einem zweiten Betriebszustand.
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Entsprechend der 1, weist eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine 1, welche bspw. in einem Kraftfahrzeug 2 eingesetzt sein kann, zumindest zwei erste Zylinder 3 und zwei zweite Zylinder 4 auf. Jedem Zylinder 3, 4 ist dabei ein Einlassventil 5 sowie ein Auslassventil 6 zugeordnet, wobei die Einlassventile 5 mit einem Ansaugstrang 7 und die Auslassventile 6 mit einem Abgasstrang 8 verbunden sind. Gesteuert werden die Einlassventile 5 bzw. die Auslassventile 6 über einen Ventiltrieb 9, bzw. eine Steuereinrichtung 10, die auch zur Durchführung des nachfolgend beschriebenen Verfahrens ausgebildet ist.
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Erfindungsgemäß ist es nun mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens ein lastabhängiges Wechseln zwischen einem ersten Betriebszustand (vgl. 2) und einem zweiten Betriebszustand (vgl. 3) zu bewirken. Im ersten Betriebszustand sind dabei sämtliche Zylinder 3, 4 befeuert, heißt dass diese Arbeit leisten, während im zweiten Betriebszustand die zweiten Zylinder 4 abgeschaltet und durch ein Durchleiten von Verbrennungsabgasen aus den ersten Zylindern 3 auf Temperatur gehalten bzw. an einem übermäßigen Abkühlen gehindert werden, wobei die in den zweiten Zylindern 4 abgekühlten Verbrennungsabgase anschließend zur Verbrennung in die ersten Zylinder 3 rückgeführt werden.
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Im zweiten Betriebszustand werden somit erfindungsgemäß folgende Verfahrensschritte durchgeführt: Es erfolgt ein Einspritzen von Kraftstoff in die ersten Zylinder 3 sowie ein Abstellen einer Einspritzung von Kraftstoff in die zweiten Zylinder 4 und ein Schließen der Einlassventile 5 der zweiten Zylinder 4, wodurch diese abgeschaltet werden. Um die durch die Verbrennung in den ersten Zylindern 3 erzeugten Verbrennungsabgase ausstoßen zu können, öffnen die Auslassventile 6 der ersten Zylinder 3, während im zweiten Betriebszustand zugleich auch die Auslassventile 6 der zweiten Zylinder 4 öffnen, so dass von den ersten Zylindern 3 in den Abgasstrang 8 ausgestoßene Verbrennungsabgase über die ebenfalls geöffneten Auslassventile 6 der zweiten Zylinder 4 in diese eingesaugt werden können und diese beheizen, das heißt insbesondere auf Temperatur halten. Erfindungsgemäß sind somit die Auslassventile 6 der zweiten Zylinder 4 im zweiten Betriebszustand zu Einlassventilen umfunktioniert. Wird erneut ein Kraftstoffluftgemisch über die geöffneten Einlassventile 5 in die ersten Zylinder 3 eingebracht, so erfolgt im zweiten Betriebszustand zugleich auch ein Öffnen der Einlassventile 5 der zweiten Zylinder 4, so dass die von den zweiten Zylindern 4 in den Ansaugstrang 7 ausgestoßenen und abgekühlten Verbrennungsabgase zumindest teilweise in die ersten Zylinder 3 eingesaugt werden können und dadurch eine Abgasrückführung bewirken. Mit dem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren lässt sich somit nicht nur eine Reduzierung eines Kraftstoffverbrauchs erreichen, sondern auch eine Reduzierung der Schadstoffemissionen, da die zweiten Zylinder 4 in abgeschaltetem Zustand zumindest nicht so stark auskühlen, sondern über die Verbrennungsabgase der ersten Zylinder 3 auf Temperatur gehalten werden, wodurch diese beim Wechseln in den ersten Betriebszustand, bei welchem sämtliche Zylinder 3, 4 wieder befeuert werden, schneller ihre Betriebstemperatur erreichen und dadurch weniger Schadstoffe ausstoßen.
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Betrachtet man die 2 und 3, so kann man erkennen, dass die Einlassventile 5 der ersten Zylinder 3 im zweiten Betriebszustand und die Einlassventile 5 der zweiten Zylinder 4 im zweiten Betriebszustand zwischen einem Kurbelwellenwinkel von –90° < α < 300°, vorzugsweise –30° < α < 200°, geöffnet werden, bzw. geöffnet sind. In diesem Zustand ist eine Abgasrückführung von in den zweiten Zylindern 4 gekühlten Verbrennungsabgasen über den Ansaugstrang 7 in die ersten Zylinder 3 möglich. Die Einlassventile 5 der zweiten Zylinder 4 fungieren dabei in diesem Fall als Auslassventile. Die Auslassventile 6 der zweiten Zylinder 4 werden im zweiten Betriebszustand ebenso wie die Auslassventile 6 der ersten Zylinder 3 zwischen einem Kurbelwellenwinkel von –300° < α < 90°, vorzugsweise –200° < α < 30°, geöffnet, wodurch ein Eindringen von aus den ersten Zylindern 3 ausgestoßenem Abgas über den Abgasstrang 8 in die zweiten Zylinder 4 erfolgen kann.
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Im ersten Betriebszustand sind die Einlassventile 5 sämtlicher Zylinder 3, 4 zwischen einem Kurbelwellenwinkel von –90° < α < 300°, vorzugsweise –30° < α < 200°, geöffnet, während die Auslassventile 6 aller Zylinder 3, 4 im ersten Betriebszustand zwischen einem Kurbelwellenwinkel von –300° < α < 90°, vorzugsweise –200° < α < 30°, geöffnet sind. Im ersten Betriebszustand erfolgt dabei keine Abgasrückführung.
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Mit der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine 1 und dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben derselben kann durch eine einfache Umkehr der Funktion der Einlassventile 5 und der Auslassventile 6 der zweiten Zylinder 4 im zweiten Betriebszustand eine Abkühlung der zweiten Zylinder 4 zumindest reduziert werden, so dass diese bei einem anschließenden Wechsel in den ersten Betriebszustand schneller ihre Betriebstemperatur wieder erreichen und dadurch weniger Schadstoffe ausstoßen. Zugleich ermöglicht die Abschaltung der zweiten Zylinder 4 im zweiten Betriebszustand eine Kraftstoffreduzierung, sofern dies in Abhängigkeit der angeforderten Last möglich ist. Durch die Wärmeabgabe der aus den ersten Zylindern 3 über den Abgasstrang 8 in die zweiten Zylinder 4 ausgestoßenen Verbrennungsabgase, kann auch eine Kühlung der Abgase erreicht werden, wodurch diese bei einer anschließenden Abgasrückführung in die ersten Zylinder 3 nicht zusätzlich, bspw. durch einen separaten Ladeluftkühler, gekühlt werden müssen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013107643 A1 [0003]
