DE102017208788A1 - Method and device for operating a spark-ignited internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors (2) mit mehreren Zylindern (3), wobei die Zylinder (3) des Verbrennungsmotors (2) im Normalbetrieb gemäß einem Ansaugtakt, einem Kompressionstakt, einem Expansionstakt und einem Ausstoßtakt eines Arbeitszyklus betrieben werden, wobei im Betrieb des Verbrennungsmotors (2) mindestens ein Zylinder (3) deaktivierbar ist, wobei ein deaktivierter Zylinder des Verbrennungsmotor (2) durch den Betrieb des Verbrennungsmotors (2) geschleppt wird und entsprechend folgender Schritte betrieben wird:- Öffnen eines Einlassventils (31) des deaktivierten Zylinders (3) zu Beginn des Ansaugtakts;- Schließen des Einlassventils (31) während des Kompressionstakts;- Öffnen des Einlassventils (31) des deaktivierten Zylinders (3) während des Expansionstakts;- Schließen des Einlassventils (31) am Ende des Ausstoßtakts oder nach dem Ausstoßtakt.The invention relates to a method for operating an internal combustion engine (2) with a plurality of cylinders (3), wherein the cylinders (3) of the internal combustion engine (2) are operated in normal operation according to an intake stroke, a compression stroke, an expansion stroke and a discharge stroke of a duty cycle During operation of the internal combustion engine (2) at least one cylinder (3) is deactivated, wherein a deactivated cylinder of the internal combustion engine (2) by the operation of the internal combustion engine (2) is towed and operated according to the following steps: - Opening an inlet valve (31) of the deactivated cylinder (3) at the beginning of the intake stroke, - closing the intake valve (31) during the compression stroke, - opening the intake valve (31) of the deactivated cylinder (3) during the expansion stroke, - closing the intake valve (31) at the end of the exhaust stroke or after the exhaust stroke.
Description
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung betrifft fremdgezündete Verbrennungsmotoren, insbesondere Ottomotoren. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung den Betrieb von Ottomotoren im Teilzylinderbetrieb, bei dem ein oder mehrere der Zylinder inaktiv sind und von den übrigen aktiven Zylindern geschleppt werden.The invention relates to spark ignition internal combustion engines, in particular gasoline engines. In particular, the present invention relates to the operation of gasoline engines in partial cylinder operation in which one or more of the cylinders are inactive and are being towed by the remaining active cylinders.
Technischer HintergrundTechnical background
Ein Teilzylinderbetrieb stellt eine gängige Betriebsart zum Betreiben von fremdgezündeten Verbrennungsmotoren dar, um durch Zylinderabschaltung bei niedriger Drehzahl/Last eine Wirkungsgraderhöhung zu erreichen. Bei der Zylinderabschaltung findet in einem oder mehreren Zylindern keine Verbrennung statt, so dass kein Momentenbeitrag von diesen Zylindern bereitgestellt wird.Partial cylinder operation is a common mode of operation of spark-ignited internal combustion engines to achieve increased efficiency through cylinder deactivation at low speed / load. In the cylinder deactivation takes place in one or more cylinders no combustion, so that no moment contribution is provided by these cylinders.
Bisher wurde die Zylinderabschaltung bei Verbrennungsmotoren mit mindestens vier Zylindern realisiert, wobei in einen oder mehreren der Zylinder Frischluft eingeschlossen wird, indem die Funktion der Einlass- und Auslassventile deaktiviert wird. Dabei erfolgt die Umschaltung des Ventilbetriebs in der Regel über eine umschaltbare Kulisse insbesondere durch Umschaltung auf einen Nullnocken. Weiterhin werden auch die Einspritzung von Kraftstoff und die Generierung eines Zündfunkens in den betreffenden Zylindern deaktiviert.So far, cylinder deactivation has been implemented in internal combustion engines having at least four cylinders, wherein fresh air is included in one or more of the cylinders by deactivating the function of the intake and exhaust valves. The switching of the valve operation is usually done via a switchable backdrop in particular by switching to a zero cam. Furthermore, the injection of fuel and the generation of a spark in the respective cylinders are deactivated.
Die Wirkungsgraderhöhung beim Teilzylinderbetrieb wird dadurch erreicht, dass die verbleibenden, im Normalbetrieb betriebenen Zylinder ein erhöhtes indiziertes Moment bereitstellen müssen, um die Leistung bzw. das bereitgestellte Drehmoment konstant zu halten. Der Betrieb dieser Zylinder benötigt eine höhere Luftmasse, die durch ein Öffnen der Drosselklappe und damit einhergehend durch eine Steigerung des Saugrohrdrucks erreicht wird. Dadurch sinken die Ladungswechselverluste, was zu einer Erhöhung des Gesamtwirkungsgrads und damit zu einer Verringerung des Kraftstoffverbrauchs führt.The efficiency increase in the partial cylinder operation is achieved in that the remaining, operated in normal operation cylinders must provide an increased indexed moment to keep the power or the torque provided constant. The operation of these cylinders requires a higher air mass, which is achieved by opening the throttle valve and thus by increasing the intake manifold pressure. As a result, the charge cycle losses decrease, which leads to an increase in the overall efficiency and thus to a reduction in fuel consumption.
Aus der Druckschrift
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Erfindungsgemäß sind ein Verfahren zum Betreiben eines fremdgezündeten Verbrennungsmotors gemäß Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung und ein Motorsystem gemäß den nebengeordneten Ansprüchen vorgesehen.According to the invention, a method for operating a spark-ignited internal combustion engine according to
Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Further embodiments are specified in the dependent claims.
Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors mit mehreren Zylindern vorgesehen, wobei die Zylinder des Verbrennungsmotors im Normalbetrieb gemäß einem Ansaugtakt, einem Kompressionstakt, einem Expansionstakt und einem Ausstoßtakt eines Arbeitszyklus betrieben werden, wobei im Betrieb des Verbrennungsmotors mindestens ein Zylinder deaktivierbar ist, wobei ein deaktivierter Zylinder des Verbrennungsmotor durch den Betrieb des Verbrennungsmotors geschleppt wird und entsprechend folgender Schritte betrieben wird:
- - Öffnen eines Einlassventils des deaktivierten Zylinders während oder zu Beginn des Ansaugtakts;
- - Schließen des Einlassventils während des Kompressionstakts;
- - Öffnen des Einlassventils des deaktivierten Zylinders während des Expansionstakts;
- - Schließen des Einlassventils während oder am Ende des Ausstoßtakts.
- Opening an intake valve of the deactivated cylinder during or at the beginning of the intake stroke;
- Closing the inlet valve during the compression stroke;
- - opening the inlet valve of the deactivated cylinder during the expansion stroke;
- - Close the inlet valve during or at the end of the exhaust stroke.
Bei herkömmlichen Verfahren zur Zylinderabschaltung besteht das Problem, dass während der Zylinderabschaltung bei geschlossenen Einlass- und Auslassventilen im deaktivierten Zylinder ein starker Unterdruck aufgrund der Expansion der Zylinderladung durch die Abwärtsbewegung bzw. die Expansionsbewegung des Kolbens im Zylinder entsteht. Dies kann dazu führen, dass Öl oder Ölnebel aus dem Kurbelgehäuse über die Kolbenringe in den Brennraum gesaugt wird und es so zu erhöhten Schadstoffemissionen kommt.In conventional cylinder deactivation methods, there is the problem that during cylinder deactivation with the intake and exhaust valves closed in the deactivated cylinder, there is a strong vacuum due to the expansion of the cylinder charge due to the downward movement or expansion of the piston in the cylinder. This can lead to oil or oil mist being sucked out of the crankcase via the piston rings into the combustion chamber and thus resulting in increased pollutant emissions.
Eine Idee des obigen Verfahrens besteht nun darin, die Entstehung eines Unterdrucks in den Brennräumen von deaktivierten Zylindern im Teilzylinderbetrieb zu verhindern, indem das Einlassventil eines deaktivierten Zylinders während des Kompressionstakts zu einem geeigneten Zeitpunkt geschlossen und dieses während des Expansionstakts zu einem geeigneten Zeitpunkt geöffnet wird. Dadurch kann ein Teil der Luft bzw. des Luft-Kraftstoff-Gemischs während des Kompressionstaktes aus dem Zylinder in den Saugrohrabschnitt ausgestoßen werden, bevor dieses weiter verdichtet wird, und durch eine entsprechende weitere Öffnung des Einlassventils während des nachfolgenden Expansionstakts die Entstehung eines Unterdrucks vermieden werden. Dazu wird das Einlassventil während des Ansaugtakts und während des Ausstoßtakts zumindest teilweise geöffnet, so dass das Einlassventil während der Deaktivierung der Einspritzung und Zündung innerhalb eines Arbeitstaktes zweimal öffnet.An idea of the above method is to prevent the generation of negative pressure in the combustion chambers of deactivated cylinders in the partial cylinder operation by closing the inlet valve of a deactivated cylinder during the compression stroke at an appropriate time and opening it during the expansion stroke at an appropriate time. Thereby, a part of the air or the air-fuel mixture can be ejected during the compression stroke from the cylinder into the Saugrohrabschnitt before it is further compressed, and avoided by a corresponding further opening of the intake valve during the subsequent expansion stroke, the formation of a negative pressure , For this, the intake valve becomes at least during the intake stroke and during the exhaust stroke partially open, so that the inlet valve opens twice during the deactivation of the injection and ignition within a power stroke.
Durch das Schließen des Einlassventils während des Kompressionstakts kann die im Brennraum verbleibende Gasmenge eingestellt werden, so dass das Entstehen eines Unterdrucks während der nachfolgenden Expansion des Brennraums vermieden werden. Um Ladungswechselverluste zu vermeiden, kann das Einlassventil bereits während des Expansionstakts geöffnet werden, sobald der Druck im Brennraum dem Druck im Saugrohrabschnitt entspricht.By closing the inlet valve during the compression stroke, the amount of gas remaining in the combustion chamber can be adjusted so that the formation of a negative pressure during the subsequent expansion of the combustion chamber is avoided. In order to avoid charge exchange losses, the inlet valve can already be opened during the expansion stroke as soon as the pressure in the combustion chamber corresponds to the pressure in the suction pipe section.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das Auslassventil des deaktivierten Zylinders zumindest während des Ausstoßtakts, insbesondere während der Zylinderabschaltung geschlossen bleibt.Furthermore, it can be provided that the exhaust valve of the deactivated cylinder remains closed at least during the exhaust stroke, in particular during the cylinder deactivation.
Weiterhin kann das Einlassventil des deaktivierten Zylinders während des Kompressionstakts bei einem Kurbelwellenwinkel von zwischen 20° und 60 ° nach dem unteren Totpunkt der Kolbenbewegung geschlossen werden.Furthermore, the intake valve of the deactivated cylinder may be closed during the compression stroke at a crank angle of between 20 ° and 60 ° after the piston bottom dead center.
Alternativ oder zusätzlich kann das Einlassventil des deaktivierten Zylinders während des Expansionstakts zwischen 20° und 180° vor dem unteren Totpunkt der Kolbenbewegung geöffnet werden.Alternatively or additionally, the inlet valve of the deactivated cylinder during the expansion stroke between 20 ° and 180 ° before the bottom dead center of the piston movement can be opened.
Es kann vorgesehen sein, dass das Einlassventil des deaktivierten Zylinders bei einem Kurbelwellenwinkel nach dem unteren Totpunkt geschlossen wird, der dem Kurbelwellenwinkel vor dem unteren Totpunkt, zu dem das Einlassventil während der Expansionsphase geöffnet wird, entspricht.It may be provided that the intake valve of the deactivated cylinder is closed at a crankshaft angle after the bottom dead center, which corresponds to the crankshaft angle before the bottom dead center to which the intake valve is opened during the expansion phase.
Weiterhin kann die Öffnungsdauer des Einlassventils durch eine Nockenstruktur einer Einlassventilnockenwelle angesteuert werden, wobei durch Auswahl der Nockenstruktur die Ventilöffnungsdauer des Einlassventils für einen aktivierten und deaktivierten Zylinder umschaltbar ist, wobei die Nockenstruktur für die Ansteuerung des deaktivierten Zylinders eine längere Öffnungsphase des Einlassventils vorsieht als die Nockenstruktur für die Ansteuerung des aktivierten Zylinders.Furthermore, the opening duration of the intake valve can be controlled by a cam structure of an intake valve camshaft, wherein by selecting the cam structure, the valve opening duration of the intake valve for an activated and deactivated cylinder is switchable, wherein the cam structure for the control of the deactivated cylinder provides a longer opening phase of the intake valve than the cam structure for controlling the activated cylinder.
Gemäß einer Ausführungsform können die Zylinder rollierend deaktiviert werden, so dass ein Zylinder jeweils nur während eines Arbeitszyklus deaktiviert wird, der mit dem Ansaugtakt beginnt, wobei eine Öffnungsphase des Auslassventils eines zu deaktivierenden Zylinders beim Deaktivieren mit einer Öffnungsphase des Einlassventils überlappt.According to one embodiment, the cylinders may be deactivated in a rolling manner so that a cylinder is deactivated only during a work cycle starting with the intake stroke, wherein an opening phase of the exhaust valve of a cylinder to be deactivated overlaps with an opening phase of the intake valve when deactivated.
Dadurch besteht auch bei einem deaktivierten Zylinder ein Ventilüberschnitt der Öffnungsseiten von Einlass- und Auslassventil, so dass über eine Erhöhung der internen Restgasrate betriebspunktabhängig weiter entdrosselt kann. Insgesamt lassen sich dadurch die Ladungswechselverluste für den bzw. die abgeschalteten Zylinder reduzieren. Insbesondere bei einer rollierenden Zylinderabschaltung, wie sie beispielsweise bei Dreizylinder-Verbrennungsmotoren verwendet wird, ist der Verbrauchsvorteil der Teilzylinderbetriebsart maßgeblich abhängig von der Verringerung der Ladungswechselverluste. Insbesondere muss bei der rollierenden Zylinderabschaltung gewährleistet sein, dass bei jedem Zyklus keine oder möglichst geringe Ladungswechselverluste auftreten. Die Anforderungen an den Ladungswechsel sind somit bei der rollierenden Zylinderabschaltung höher als bei der herkömmlichen Zylinderabschaltung, wie sie beispielsweise bei vier Zylindermotoren oder Verbrennungsmotoren mit mehr als vier Zylindern verwendet wird.As a result, there is also a valve overlap of the opening sides of the inlet and outlet valves, even if the cylinder is deactivated, so that throttling can continue on an operating-point-dependent basis via an increase in the internal residual gas rate. Overall, this can reduce the charge cycle losses for the deactivated cylinder (s). Particularly in the case of a rolling cylinder deactivation, as used, for example, in three-cylinder internal combustion engines, the fuel consumption advantage of the partial cylinder operating mode is significantly dependent on the reduction of the charge exchange losses. In particular, in the case of rolling cylinder deactivation, it must be ensured that no or as little as possible charge exchange losses occur with each cycle. The requirements for the charge cycle are thus higher in the case of rolling cylinder deactivation than in the case of conventional cylinder deactivation, as used, for example, in four cylinder engines or internal combustion engines with more than four cylinders.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Vorrichtung zum Betreiben eines Verbrennungsmotors mit mehreren Zylindern vorgesehen, wobei die Zylinder des Verbrennungsmotors im Normalbetrieb gemäß einem Ansaugtakt, einem Kompressionstakt, einem Expansionstakt und einem Ausstoßtakt eines Arbeitszyklus betreibbar sind, wobei im Betrieb des Verbrennungsmotors mindestens ein Zylinder deaktivierbar ist, wobei ein deaktivierter Zylinder des Verbrennungsmotor durch den Betrieb des Verbrennungsmotors geschleppt wird, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, um:
- - ein Einlassventil des deaktivierten Zylinders während oder zu Beginn des Ansaugtakts zu öffnen;
- - das Einlassventil während des Kompressionstakts zu schließen;
- - das Einlassventil des deaktivierten Zylinders während des Expansionstakts zu öffnen;
- - das Einlassventil am Ende des Ausstoßtakts oder nach dem Ausstoßtakt zu schließen.
- to open an intake valve of the deactivated cylinder during or at the beginning of the intake stroke;
- to close the inlet valve during the compression stroke;
- - to open the inlet valve of the deactivated cylinder during the expansion stroke;
- - Close the inlet valve at the end of the exhaust stroke or after the exhaust stroke.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Motorsystem mit einem Verbrennungsmotor und der obigen Vorrichtung vorgesehen.In another aspect, an engine system including an internal combustion engine and the above apparatus is provided.
Figurenlistelist of figures
Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines Motorsystems mit einem Verbrennungsmotor; -
2 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Betreiben eines Verbrennungsmotors mit einer Zylinderabschaltung; -
3 ein Zylinderdruckverlauf und Verläufe der Öffnungsphasen der Einlass- und Auslassventile bei drei Arbeitszyklen eines Zylinders des Verbrennungsmotors mit einer Abschaltung des Zylinders im zweiten Arbeitszyklus; und -
4 ein Verlauf der Öffnungsphasen eines Einlassventils bei einer Zylinderabschaltung mit verlängerten Nocken.
-
1 a schematic representation of an engine system with an internal combustion engine; -
2 a schematic representation of a method for operating an internal combustion engine with a cylinder deactivation; -
3 a cylinder pressure profile and curves of the opening phases of the inlet and Exhaust valves at three working cycles of a cylinder of the internal combustion engine with a shutdown of the cylinder in the second cycle; and -
4 a course of the opening phases of an intake valve in a cylinder deactivation with extended cam.
Beschreibung von AusführungsformenDescription of embodiments
Stromabwärts der Drosselklappe
Weiterhin ist ein Abgasabführungstrakt
Die Nockenwellen
Es ist in jedem Zylinder
Der Betrieb des Verbrennungsmotors wird durch eine Steuereinheit
Um den Wirkungsgrad beim Betrieb des Verbrennungsmotors
Für Verbrennungsmotoren
In
Im Schritt S1 wird überprüft, ob ein Zylinder
In Schritt S2 wird zu Beginn des Arbeitszyklusses, d.h. mit dem Ansaugtakt das Einlassventil geöffnet und in Schritt S3 nach Erreichen des unteren Totpunktes (größtes Brennraumvolumen) der Kolbenbewegung im Zylinder
Während des nachfolgenden Expansionstakts, d.h. während eines Kurbelwellenwinkels von ca. 80° bis 180° nach dem oberen Totpunkt (kleinstes Brennraumvolumen) der Kolbenbewegung im Zylinder
In Schritt S5 wird im Bereich des oberen Totpunktes das Einlassventil wieder geschlossen.In step S5, the intake valve is closed again in the region of top dead center.
In
Um die Ladungswechselverluste zu minimieren, wird der Öffnungszeitpunkt zur Öffnung des Einlassventils
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass ein Ventilüberschnitt der Öffnungsphasen von Einlass- und Auslassventil
Wie durch die Öffnungshübe des Einlassventils
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Legal Events
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