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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruch 1. Die Erfindung betrifft auch eine Einrichtung gemäß dem Anspruch 11 und eine Brennkraftmaschine gemäß dem Anspruch 12.
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Brennkraftmaschinen, die im Viertakt-Betrieb und im Zweitakt-Betrieb umschaltbar zu betreiben sind, sind allgemein bekannt. Für eine in diesem Sinne „takt-umschaltbare Brennkraftmaschine“ beschreibt
US 7,421,981 einen Schaltmechanismus, der zwischen einem Zweitakt-Betrieb und einem Viertakt-Betrieb eines Motors wählbar umschalten kann, wobei der Schaltmechanismus umschaltbar ist zwischen dem Eingriff mit einer ersten Nockenerhebung für einen Viertakt-Betrieb und dem Eingriff mit einer zweiten Nockenerhebung für einen Zweitakt-Betrieb.
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Dieser grundsätzlich vorteilhafte Ansatz zum Betreiben von „takt-umschaltbaren Brennkraftmaschinen“ zeichnet sich durch eine selektive Umschaltbarkeit zwischen Zweitakt-Betrieb und Viertakt-Betrieb je nach Randbedingungen und Anforderungen im Betrieb aus. Allerdings erfordert dieser Ansatz weitgehende mechanische Anpassungen an der Brennkraftmaschine, insbesondere zur umschaltbaren Ansteuerung der Ventile.
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Wünschenswert ist es, ein Verfahren zum Betreiben einer aufgeladenen takt-umschaltbaren Brennkraftmaschine, und eine takt-umschaltbaren Brennkraftmaschine, insbesondere hinsichtlich technischer und wirtschaftlicher Aspekte, noch weiter zu verbessern.
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An dieser Stelle setzt die Erfindung an, deren Aufgabe es ist, ein Verfahren anzugeben, das mindestens eines der oben genannten Probleme, insbesondere betreffend eine Möglichkeit des Umschaltens zwischen Zweitakt-Betrieb und Viertakt-Betrieb einer aufgeladenen Brennkraftmaschine, adressiert. Insbesondere soll ein Verfahren zum Betreiben einer takt-umschaltbaren, aufgeladenen Brennkraftmaschine und eine takt-umschaltbare und aufgeladene Brennkraftmaschine noch weiter verbessert sein hinsichtlich eines Umschaltaufwands, insbesondere einen Aufwand zur umschaltbaren Ansteuerung der Ventile. Insbesondere soll ein Verfahren zum Betreiben einer takt-umschaltbaren, aufgeladenen Brennkraftmaschine und eine takt-umschaltbare und aufgeladene Brennkraftmaschine noch weiter verbessert sein hinsichtlich eines Kraftstoffverbrauchs.
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Die Aufgabe, betreffend das Verfahren, wird durch die Erfindung mit einem Verfahren des Anspruchs 1 gelöst.
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Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem Motor mit Zylindern zur Einspritzung und Verbrennung von Kraftstoff unter Zuführung von Ladeluft beim Betrieb der Brennkraftmaschine und einer Laderanordnung, wobei ein dem Motor zugeführter Ladeluftstrom mittels mindestens eines Verdichters der Laderanordnung verdichtet und mindestens eine Turbine der Laderanordnung mit einem aus dem Motor ausgeleiteten Abgasstrom beaufschlagt wird.
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Das Verfahren weist weiter erfindungsgemäß die Schritte auf: in einem Viertakt-Betriebsmodus Betreiben aller Zylinder im Viertakt-Betrieb, in einem Hybrid-Betriebsmodus Betreiben wenigstens einer ersten Anzahl von Zylindern im Viertakt-Betrieb und wenigstens einer zweiten Anzahl von Zylindern im Zweitakt-Betrieb, wobei für die im Zweitakt-Betrieb betriebene zweite Anzahl von Zylindern ein Spülgefälle größer ist als für die im Viertakt-Betrieb betriebene erste Anzahl von Zylindern, wobei in den Zylindern bei der ersten Anzahl von Zylindern jeweils eine erste Einspritzung erfolgt und in den Zylindern bei der zweiten Anzahl von Zylindern jeweils eine zweite Einspritzung erfolgt.
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Erfindungsgemäß ist bei dem Verfahren vorgesehen, dass eine Viertakt-Ventilsteuerzeit der zweiten Anzahl von Zylindern für einen Viertakt-Betrieb oder einen Viertakt-artigen Betrieb im Viertakt-Betriebsmodus praktisch gleich einer Zweitakt-Ventilsteuerzeit für einen Zweitakt-Betrieb der zweiten Anzahl von Zylindern im Hybrid-Betriebsmodus ist, und für ein Umschalten der Brennkraftmaschine vom Viertakt-Betriebsmodus in den Hybrid-Betriebsmodus, die zweite Anzahl von Zylindern vom Viertakt-Betrieb oder vom Viertakt-artigen Betrieb in den Zweitakt-Betrieb umgeschaltet wird, danach die zweite Anzahl von Zylindern im Zweitakt-Betrieb betrieben wird und nach dem Umschalten für die zweite Anzahl von Zylindern im Hybrid-Betriebsmodus eine zweite Einspritzmenge der zweiten Einspritzung geringer ist als eine erste Einspritzmenge der ersten Einspritzung für die erste Anzahl von Zylindern und/oder geringer ist als eine Viertakt-Einspritzmenge einer zweiten Einspritzung für die zweite Anzahl von Zylindern im Viertakt-Betrieb im Viertakt-Betriebsmodus.
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Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass eine Umschaltbarkeit zwischen Zweitakt-und Viertakt-Betrieb grundsätzlich vorteilhaft ist, insbesondere um den Betrieb einer Brennkraftmaschine hinsichtlich Verbrauch, Emissionen und Leistung an wechselnde Randbedingungen anzupassen. Insbesondere kann durch eine separate Führung von Abgasen, die aus einzelnen, im Zweitakt-Verfahren zu betreibenden Zylindern stammen, der Abgasgegendruck für diese im Zweitakt-Verfahren zu betreibenden Zylinder gesenkt und somit das Spülgefälle für einen Zweitakt Betrieb vorteilhaft erhöht werden. Dies kann insbesondere ermöglicht werden, indem die aus diesen Zylindern stammenden Abgase nicht auf die Turbine eines Abgasturboladers, sondern über eine Bypassleitung an einer solchen Turbine vorbei geleitet werden. Durch das Vorsehen geeigneter Trennmittel in der Abgasführung kann somit, je nachdem, ob einzelne Zylinder im Zweitakt- oder Viertakt-Verfahren betrieben werden, der aus diesen Zylindern stammende Abgasstrom selektiv entweder auf eine Laderanordnung oder in eine Bypassleitung oder teilweise in beide geleitet werden.
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Die Erfindung weiter von der Überlegung aus, dass es gleichwohl für eine Umschaltbarkeit zwischen Zweitakt- und Viertakt-Betrieb insbesondere vorteilhaft ist, wenn die dazu notwendigen mechanischen Anpassungen an der Brennkraftmaschine möglichst gering gehalten werden, insbesondere um Kosten und Gewicht zu sparen und die Fehleranfälligkeit durch zusätzliche mechanische Systeme zu verringern. Insbesondere betrifft dieser Aspekt die Ventilsteuerung, welche bei im Stand der Technik bekannten Systemen, wie zum Beispiel dem eingangs beschriebenen, über mechanische Vorrichtungen umschaltbar gestaltet werden müssen, beispielsweise über eine verstellbare Nockenwelle, um die Ventilsteuerung, insbesondere die Ventilsteuerzeiten, zwischen einem Zweitakt-Betrieb und einem Viertakt-Betrieb umschalten zu können.
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Die Erfindung hat weiter erkannt, dass vorteilhaft unter Anpassung anderer Betriebsparameter -insbesondere der Häufigkeit der Einspritzung und gegebenenfalls der Einspritzzeit und/oder der Einspritzmenge-- eine Umschaltbarkeit der Brennkraftmaschine, und insbesondere einzelner Zylinder der Brennkraftmaschine, zwischen Zweitakt-Betrieb und Viertakt-Betrieb, in verbesserter Weise ermöglicht werden kann.
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Betreffend die Häufigkeit der Einspritzung hat die Erfindung erkannt, dass mit den Ventilsteuerzeiten eines Zweitakt-Verfahrens auch ein Viertakt-Verfahren realisiert werden kann, insbesondere indem nur bei jeder zweiten Umdrehung, d.h. bei jedem zweiten Zyklus, Kraftstoff eingespritzt wird. Auf diese Weise kann eine Anzahl von Zylindern sowohl in einem Zweitakt-Betrieb als auch in einem Viertakt-Betrieb oder einem Viertakt-artigen Betrieb betrieben werden, insbesondere unter einer möglichst geringen mechanischen Anpassung der Ventilsteuerung.
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Betreffend andere Betriebsparameter hat die Erfindung erkannt, dass - trotz einer nicht oder nicht wesentlich angepassten mechanischen Ventilsteuerung - der Verbrennungsvorgang in den takt-umschaltbaren Zylindern, insbesondere im Rahmen vergleichsweise einfach zu realisierender Maßnahmen, optimiert werden kann. Hierzu zählt insbesondere die Anpassung der Einspritzmenge von Kraftstoff in den Zylinder: Wird ein takt-umschaltbarer Zylinder im Zweitakt-Betrieb betrieben, so ist es gemäß dem Konzept der Erfindung vorteilhaft, die Einspritzmenge gegenüber der im Viertakt-Betrieb verwendeten Einspritzmenge zu reduzieren. Auf diese Weise kann eine erhöhte Schwärzung der im Zweitakt-Betrieb betriebenen takt-umschaltbaren Zylinder ganz oder teilweise kompensiert werden.
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Das Konzept bietet vorzugsweise die Basis für eine in verbesserter Weise funktionierende, takt-umschaltbare aufgeladene Brennkraftmaschine. Dies wird vor allem erreichbar, weil die Umschaltbarkeit gemäß dem Konzept der Erfindung mit mechanische Anpassungen an der Brennkraftmaschine, insbesondere betreffend die Ventilsteuerung, vergleichsweise gering hält.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen und geben im Einzelnen vorteilhafte Möglichkeiten an, das oben erläuterte Konzept im Rahmen der Aufgabenstellung sowie hinsichtlich weiterer Vorteile zu realisieren.
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Vorteilhaft ist vorgesehen, dass im Hybrid-Betriebsmodus die zweite Einspritzung intermittierend, insbesondere bei nur jedem zweiten Arbeitstakt, erfolgt. Konkret bedeutet dies insbesondere, dass eine Einspritzung und eine Zündung bei nur jeder zweiten Umdrehung erfolgt, sodass trotz einer grundsätzlichen Zweitakt-Ventilsteuerung ein Viertakt-artiger Betrieb ermöglicht wird. Auf diese Weise kann vorteilhaft ein takt-umschaltbarer Zylinder im Sinne eines Viertakt-Verbrennungsprozesses betrieben werden, ohne die - insbesondere auf einen Zweitakt-Betrieb ausgelegte - Ventilsteuerung wesentlich anpassen zu müssen. Die Spülung der Zylinder erfolgt in diesem Falle insbesondere in Form einer Kopfumkehrspülung, bei der während eines Spültaktes gleichzeitig ein Ladeluftstrom über ein Einlassventil am Zylinderkopf dem Zylinder zugeführt und ein Abgasstrom über eine Auslassventil am Zylinderkopf aus dem Zylinder ausgeleitet werden. Insbesondere wird die sich im Zylinder befindliche Luft und/oder das im Zylinder befindliche Abgas durch den in den Zylinder eintretenden Ladeluftstrom aus dem Zylinder verdrängt. Durch die intermittierende Einspritzung bzw. Zündung folgen auf jeden Zündungstakt insgesamt zwei Spültakte, was sich vorteilhaft auf die Gemischbildung auswirkt. Abgase, welche durch die Verbrennung in dem Zylinder entstehen, werden somit insbesondere in einem vollständigerem Maß aus dem Zylinder ausgeleitet.
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Im Rahmen einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass im Hybrid-Betriebsmodus die erste Einspritzung zu einem ersten Einspritzbeginn und die zweite Einspritzung zu einem zweiten Zweitakt-Einspritzbeginn erfolgt, wobei der zweite Zweitakt-Einspritzbeginn zeitlich hinter dem ersten Einspritzbeginn liegt und/oder zeitlich hinter einem zweiten Viertakt-Einspritzbeginn einer Einspritzung für die zweite Anzahl von Zylindern im Viertakt-Betrieb im Viertakt-Betriebsmodus liegt. Konkret beinhaltet dies, dass die Einspritzung bei einer Verbrennung in einem im Zweitakt Betrieb betriebenen, takt-umschaltbaren Zylinder - das heißt ein Zylinder der zweiten Anzahl von Zylindern - später erfolgt in Bezug auf eine Einspritzung in einen im Viertakt-Betriebs betriebenen, takt-umschaltbaren Zylinder der zweiten Anzahl von Zylindern und/oder in Bezug auf eine Einspritzung in einen Zylinder der ersten Anzahl von Zylindern. Auf diese Weise kann vorteilhaft ein veränderter Zündverzug, insbesondere wegen veränderter Restgase, die sich in einem takt-umschaltbaren Zylinder im Zweitakt-Betrieb befinden, teilweise oder vollständig kompensiert werden.
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Vorteilhaft ist vorgesehen, dass die Einstellung der Einspritzmenge und/oder die Einstellung des Einspritzbeginns gesteuert, insbesondere kennfeldgesteuert, erfolgt. Dies beinhaltet konkret, dass die Einstellung der Einspritzmenge und/oder des Einspritzbeginns während des Betriebs veränderlich eingestellt werden kann, insbesondere optimal für einen temporären Betriebszustand der Brennkraftmaschine. Bei einer Kennfeldsteuerung ist es insbesondere vorteilhaft möglich, ohne im Betrieb auf Messwerte zurückgreifen zu müssen, sondern insbesondere lediglich auf Basis aus der Motorsteuerung zu bestimmender Parameter, zum Beispiel Soll-Drehzahl oder Soll-Geschwindigkeit, eine für einen Betriebspunkt optimale Einstellung der Einspritzmenge und/oder des Einspritzbeginns vorzunehmen. Diese Einstellung kann beispielsweise über eine sogenannte Lookup-Tabelle erfolgen, bei der die aus der Motorsteuerung direkt zu ermittelnden Parameter als Eingangsgröße dienen und auf diese Weise die Sollwerte für Einspritzmenge und oder Einspritzbeginn bestimmt werden. Mit einer solchen Kennfeld-Steuerung ist es vorteilhaft möglich, ohne zusätzliche Sensoren eine Einstellung insbesondere der Einspritzmenge und/oder des Einspritzbeginns vorzunehmen, die dennoch den Betriebszustand der Brennkraftmaschine in ausreichend genauem Maße berücksichtigt.
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Im Rahmen einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Einstellung der Einspritzmenge und/oder die Einstellung des Einspritzbeginns geregelt, insbesondere messgrößengeregelt, erfolgt. Dies bedeutet insbesondere, dass die Einstellung der Einspritzmenge und/oder des Einspritzbeginns während des Betriebs im Sinne eines Regelkreises erfolgt. Auf diese Weise kann eine Einstellung der Einspritzmenge und/oder des Einspritzbeginns stets auf Basis eines tatsächlich gemessenen Betriebszustands der Brennkraftmaschine erfolgen. Hierfür können geeignete Sensoren, beispielsweise Temperatur-, Beschleunigungs- oder Drehzahlsensoren, in der Brennkraftmaschine zu diesem Zwecke vorgesehen werden, oder bereits in der Brennkraftmaschine vorhandene Sensoren zur Ermittlung der benötigten Informationen genutzt werden. Mit einer derartigen Regelung kann vorteilhaft eine genaue Einstellung insbesondere der Einspritzmenge und/oder des Einspritzbeginns ermöglicht werden, da der tatsächliche Betriebszustand in die Bestimmung der Sollwerte für Einspritzmenge und/oder Einspritzbeginn einfließt.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass die erste Anzahl von Zylindern eine gleiche Anzahl an Zylindern wie die zweite Anzahl von Zylindern aufweist. Dies bedeutet, dass die Menge der dauerhaft im Viertakt-Betrieb betriebenen Zylinder, das heißt die erste Anzahl von Zylindern, gleich der Menge der takt-umschaltbaren - sowohl im Zweitakt-Betrieb als auch im intermittierenden Viertakt-Betriebs betreibbaren - Zylinder, das heißt der zweiten Anzahl von Zylindern, ist. Gleichwohl ist es auch möglich, im Rahmen anderer Weiterbildungen der Erfindung von einer derartigen gleichmäßigen Aufteilung von erster und zweiter Anzahl von Zylindern abzuweichen. Beispielsweise kann es vorteilhaft sein, insbesondere wenn größere kurzzeitige Leistungsreserven der Brennkraftmaschine gefordert sind, die zweite Anzahl von Zylindern, die sich in einen Zweitakt-Betriebs umschalten lassen, größer zu wählen als die erste Anzahl von ständig im Viertakt-Betriebs betriebenen Zylindern. Auf diese Weise kann der Effekt der kurzzeitigen Leistungssteigerung der Brennkraftmaschine durch das Umschalten in den Zweitakt-Betrieb durch eine höhere Anzahl an takt-umschaltbaren Zylindern verstärkt werden. Insbesondere ist vorgesehen, dass mindestens ein Zylinder, insbesondere alle Zylinder, der ersten Anzahl von Zylindern auf einer ersten Zylinderbank des Motors und mindestens ein Zylinder, insbesondere alle Zylinder, der zweiten Anzahl von Zylindern auf einer zweiten Zylinderbank eines Motors angeordnet sind. Hierbei kann der Motor insbesondere als V-Motor ausgebildet sein. Konkret können insbesondere alle Zylinder der ersten Anzahl von Zylindern auf der ersten Zylinderbank, und alle Zylinder der zweiten Anzahl von Zylindern auf der zweiten Zylinderbank angeordnet sein. Dies führt insbesondere zu einer vorteilhaften Zündfolge, insbesondere wenn sich im Viertakt-Betrieb betriebene Zylinder der ersten Anzahl von Zylindern und im Zweitakt-Betrieb betriebene Zylinder der zweiten Anzahl von Zylindern in der Zündfolge abwechseln. Eine derartige abwechselnde Zündfolge führt vorteilhaft zu einer erhöhten Laufruhe des Motors. Generell ist es vorteilhaft, wenn sich aus einer Anordnung der Zylinder und der Zündfolge eine abwechselnde Zündung von im Zweitakt-Betrieb betriebenen Zylindern und im Viertakt-Betrieb betriebenen Zylindern ergibt. Diese abwechselnde Reihenfolge von im Zweitakt-Betrieb betriebenen Zylindern und im Viertakt-Betrieb betriebenen Zylindern kann sich insbesondere auf einzelne Zylinder beziehen, oder auf eine geringe Anzahl von Zylindern, beispielsweise zwei Zylinder. Letzteres würde somit beinhalten, dass in einer Zündfolge stets jeweils zwei im Viertakt-Betrieb betriebene Zylindern und anschließend zwei im Zweitakt-Betrieb betriebene Zylindern gezündet werden.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass ein erster Zylinder auf einer ersten Zylinderbank einem zweiten Zylinder auf einer zweiten Zylinderbank gegenüberliegt, wobei der erste Zylinder einer anderen Anzahl von Zylindern angehört als der zweite Zylinder. Insbesondere durch eine Anordnung, in der sich jeweils ein im Viertakt-Betrieb betriebener Zylinder und ein im Zweitakt-Betrieb betriebener Zylinder gegenüberliegen - das heißt auf unterschiedlichen Zylinderbänken gegenüberliegen - kann eine vorteilhafte, insbesondere symmetrische Verteilung von im Viertakt-Betrieb betriebenen Zylindern und im Zweitakt-Betrieb betriebenen Zylindern erreicht werden. Dies ist insbesondere der Fall, wenn in einer derartigen Weiterbildung die Zylinder auf einer Zylinderbank abwechselnd angeordnet sind, dass heißt wenn sich einzelne oder mehrere Zylinder einer ersten Anzahl entlang der Zylinderbank mit einzelnen oder mehreren Zylindern einer zweiten Anzahl abwechseln.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass sämtliche Zylinder einer Anzahl von Zylindern, die auf einer Zylinderbank liegen, jeweils nebeneinander, das heißt zusammenhängend, angeordnet sind. Dies bedeutet insbesondere konkret, dass auf einer Zylinderbank alle Zylinder einer ersten Anzahl von Zylindern nebeneinander und alle Zylinder einer zweiten Anzahl von Zylindern nebeneinander angeordnet sind. In einer bevorzugten Ausführungsform dieser Weiterbildung sind zwei gegenüberliegende Zylinderbänke derart ausgebildet, dass eine Gruppe aus zusammenhängenden Zylindern einer ersten Anzahl von Zylindern auf einer ersten Zylinderbank einer Gruppe aus zusammenhängenden Zylindern einer zweiten Anzahl von Zylindern auf einer zweiten Zylinderbank gegenüberliegt. Entsprechend liegt eine Gruppe aus zusammenhängenden Zylindern der zweiten Anzahl von Zylindern auf der ersten Zylinderbank einer Gruppe aus zusammenhängenden Zylindern der ersten Anzahl von Zylindern auf der zweiten Zylinderbank gegenüber. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die erste Anzahl von Zylindern und die zweite Anzahl von Zylindern gleich viele Zylinder auf.
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In einer derartigen Weiterbildung kann - insbesondere zusammen mit einer vorteilhaften Zündfolge - eine verbesserte Laufruhe des Motors und eine vorteilhafte, insbesondere gleichmäßigere, örtliche Verteilung von Zylindern im Zweitakt-Betrieb und Zylindern im Viertakt-Betrieb erreicht werden.
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Vorteilhaft ist vorgesehen, dass mindestens ein Zylinder der ersten Anzahl von Zylindern und mindestens ein Zylinder der zweiten Anzahl von Zylindern jeweils abwechselnd nebeneinander auf mindestens einer Zylinderbank des Motors angeordnet sind. Durch eine derartige abwechselnde Anordnung ergibt sich eine vorteilhafte Vergleichmäßigung von thermischen und mechanischen Belastungen über einen größeren Bereich des Motors. Auch ergibt sich, insbesondere bei Weiterbildungen mit zwei gegenüber angeordneten Zylinderbänken, eine vorteilhafte Verteilung dynamischer Kräfte, insbesondere von Pleuel- und die Kolbenkräften, so dass eine derartige, abwechselnde Anordnung auch einen positiven Einfluss auf die Laufruhe und allgemein das dynamische Verhalten des Motors hat.
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Die Erfindung führt zur Lösung der Aufgabe auch auf eine Einrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine des Anspruchs 11 und eine Brennkraftmaschine des Anspruchs 12.
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Bei der Einrichtung, zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem Motor mit Zylindern zur Einspritzung und Verbrennung von Kraftstoff unter Zuführung von Ladeluft beim Betrieb der Brennkraftmaschine und einer Laderanordnung, ist vorgesehen, dass ein dem Motor zugeführter Ladeluftstrom mittels mindestens eines Verdichters der Laderanordnung verdichtet und mindestens eine Turbine der Laderanordnung mit einem aus dem Motor ausgeleiteten Abgasstrom beaufschlagt werden kann, und dass diese ausgebildet ist zur Durchführung eines Verfahrens gemäß dem Konzept der Erfindung zur Steuerung und Regelung der Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch Regel- und Prozessormittel.
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Die Erfindung führt auch auf eine Brennkraftmaschine, mit einem Motor mit Zylindern zur Einspritzung und Verbrennung von Kraftstoff unter Zuführung von Ladeluft beim Betrieb der Brennkraftmaschine und einer Laderanordnung, wobei ein dem Motor zugeführter Ladeluftstrom mittels mindestens eines Verdichters der Laderanordnung verdichtet und mindestens eine Turbine der Laderanordnung mit einem aus dem Motor ausgeleiteten Abgasstrom beaufschlagt werden kann, und mit einer Einrichtung gemäß dem Konzept der Erfindung, zum Betreiben der Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch Regel- und Prozessormittel: in einem Viertakt-Betriebsmodus zum Betreiben aller Zylinder im Viertakt-Betrieb, in einem Hybrid-Betriebsmodus zum Betreiben wenigstens einer ersten Anzahl von Zylindern im Viertakt-Betrieb und wenigstens einer zweiten Anzahl von Zylindern im Zweitakt-Betrieb, wobei für die im Zweitakt-Betrieb betriebene zweite Anzahl von Zylindern ein Spülgefälle größer ist als für die im Viertakt-Betrieb betriebene erste Anzahl von Zylindern, wobei in den Zylindern bei der ersten Anzahl von Zylindern jeweils eine erste Einspritzung erfolgt und in den Zylindern bei der zweiten Anzahl von Zylindern jeweils eine zweite Einspritzung erfolgt.
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Erfindungsgemäß ist bei der Brennkraftmaschine vorgesehen, dass eine Viertakt-Ventilsteuerzeit der zweiten Anzahl von Zylindern für einen Viertakt-Betrieb oder einen Viertakt-artigen Betrieb im Viertakt-Betriebsmodus praktisch gleich einer Zweitakt-Ventilsteuerzeit für einen Zweitakt-Betrieb der zweiten Anzahl von Zylindern im Hybrid-Betriebsmodus ist, und für ein Umschalten der Brennkraftmaschine vom Viertakt-Betriebsmodus in den Hybrid-Betriebsmodus, die zweite Anzahl von Zylindern vom Viertakt-Betrieb oder vom Viertakt-artigen Betrieb in den Zweitakt-Betrieb umgeschaltet wird, danach die zweite Anzahl von Zylindern im Zweitakt-Betrieb betrieben wird und nach dem Umschalten für die zweite Anzahl von Zylindern im Hybrid-Betriebsmodus eine zweite Einspritzmenge der zweiten Einspritzung geringer ist als eine erste Einspritzmenge der ersten Einspritzung für die erste Anzahl von Zylindern und/oder geringer ist als eine Viertakt-Einspritzmenge einer Einspritzung für die zweite Anzahl von Zylindern im Viertakt-Betrieb im Viertakt-Betriebsmodus.
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Sowohl die Brennkraftmaschine als auch die Einrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine nutzen die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens. Bei der Brennkraftmaschine wirkt sich insbesondere die Tatsache, dass gemäß dem Konzept der Erfindung eine Anzahl von Zylindern sowohl im Zweitakt-Betriebs als auch im Viertakt-Betrieb betrieben werden kann, ohne dass eine wesentliche, insbesondere mechanische, Anpassung der Ventilsteuerung erforderlich ist, positiv auf die Konstruktion der Brennkraftmaschine aus. Als Vorteile sind insbesondere ein geringeres Gewicht und ein einfacherer Aufbau und somit geringere Fehleranfälligkeit der Brennkraftmaschine, insbesondere der Ventilsteuerung, zu nennen.
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Ausführungsformen der Erfindung werden nun nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Diese soll die Ausführungsformen nicht notwendigerweise maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass vielfältige Modifikationen und Änderungen betreffend die Form und das Detail einer Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen. Die in der Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Weiterbildung der Erfindung wesentlich sein. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im folgenden gezeigten und beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen oder beschränkt auf einen Gegenstand, der eingeschränkt wäre im Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruchten Gegenstand. Bei angegebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und beliebig einsetzbar und beanspruchbar sein. Der Einfachheit halber sind nachfolgend für identische oder ähnliche Teile oder Teile mit identischer oder ähnlicher Funktion gleiche Bezugszeichen verwendet.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in:
- 1A-1D eine schematische Darstellung der Abfolge eines Zweitakt-Verbrennungsprozesses, insbesondere in einem Zylinder einer zweiten, zwischen Viertakt-Betrieb und Zweitakt-Betrieb takt-umschaltbaren, Anzahl von Zylindern,
- 2A-2D eine schematische Darstellung der Abfolge eines Viertakt-Verbrennungsprozesses, insbesondere in einem Zylinder einer ersten, ständig im Viertakt-Betrieb betriebenen, Anzahl von Zylindern,
- 3A-3D eine schematische Darstellung der Abfolge eines als „intermittierender Viertakt-Betrieb“ bezeichneten Verbrennungsprozesses, insbesondere in einem Zylinder einer zweiten, zwischen Viertakt-Betrieb und Zweitakt-Betrieb takt-umschaltbaren, Anzahl von Zylindern,
- 4 eine stark vereinfachte Prinzipskizze der Umschaltung zwischen Viertakt-Betriebsmodus und Hybrid-Betriebsmodus,
- 5 eine Brennkraftmaschine gemäß einer bevorzugten Ausführungsform,
- 6A-6D eine Zündfolge von Zylindern und verschiedene Anordnungen von Zylindern auf zwei Zylinderbänken.
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1A bis 1D zeigen eine schematische Darstellung der Abfolge eines Zweitakt-Verbrennungsprozesses, insbesondere in einem Zylinder einer zweiten, zwischen Viertakt-Betrieb und Zweitakt-Betrieb takt-umschaltbaren, Anzahl Z2 von Zylindern. In 1A ist ein Zylinder 421 dargestellt, in dem ein in Richtung der Zylinderachse des Zylinders 421 translatorisch beweglicher Kolben 424 angeordnet ist. Der Kolben 424 befindet sich in der Darstellung in der Nähe eines unteren Totpunkts UT. Nach dem Prinzip der Kopfumkehrspülung strömt Gas, insbesondere ein Zweitakt-Ladeluftstrom L2T, in den im Wesentlichen aus einer Zylinderwand 422 des Zylinders 421 sowie dem Kolben 424 gebildeten Brennraum 432. Der Zweitakt-Ladeluftstrom L2T wird hierzu durch mindestens ein Einlassventil 426E in den Brennraum 432 befördert.
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Der Zweitakt-Ladeluftstrom L2T wird dazu vorher durch einen Verdichter 172, welcher hier nicht dargestellt ist, auf einen für den Zweitakt-Betrieb ausreichend hohen Druck verdichtet. Gleichzeitig wird mit dem Einströmen des Zweitakt-Ladeluftstroms L2T im Brennraum 432 befindliches Abgas verdrängt. Dieses Abgas verlässt in Form eines Zweitakt-Abgasstromes A2T durch mindestens ein Auslassventil 426A, welches vorliegend an der oberen Seite des Zylinders 421 in der Nähe eines oberen Totpunkts OT angeordnet ist, den Brennraum 432.
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Der in 1A dargestellte Vorgang beinhaltet also ein Laden des Brennraums 432 mit einem Zweitakt-Ladeluftstrom L2T und praktisch gleichzeitig ein Ausstoßen eines Zweitakt-Abgasstromes A2T.
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In 1B befindet sich der Kolben 424 in der Nähe des oberen Totpunkts OT, d.h. dass der Brennraum 432 beinahe sein Minimalvolumen erreicht hat. Dies bedeutet, dass die zuvor in Form des Zweitakt-Ladeluftstroms L2T in den Brennraum 432 geströmte Ladeluft durch die Aufwärtsbewegung des Kolbens 424 und somit die Verkleinerung des Brennraums 432 verdichtet worden ist. Das Einlassventil 426E und das Auslassventil 426A sind dabei geschlossen, um ein Austreten der Ladeluft L2T zu verhindern. Der dargestellte Zustand stellt praktisch das Ende des Verdichtungsvorgangs dar. Es erfolgt eine zweite Einspritzung im Zweitakt-Betriebsmodus EZ2Z gemäß einer Einspritzmenge EMZ2Z zu einem Einspritzbeginn EBZ2Z.
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Durch eine Zündung des verdichteten Gases im Brennraum 432 wird der Kolben 426 anschließend in der auch als Arbeitsphase bezeichneten Phase von dem expandierenden Gas abwärts in Richtung des unteren Totpunkts UT bewegt. Praktisch bei Erreichen des unteren Totpunkts UT durch den Kolben 424 beginnt der Zyklus durch den in 1C dargestellten Lade- bzw. Ausstoßvorgang erneut. Der in 1C dargestellte Zustand entspricht dabei dem in 1A dargestellten Zustand. Der in 1D dargestellte Zustand entspricht weiterhin dem in 1B dargestellten Zustand.
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1C und 1D dienen insbesondere der Veranschaulichung von zwei aufeinanderfolgenden Zweitakt-Zyklen in Bezug zu einem Viertakt-Zyklus.
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2A bis 2D zeigen eine schematische Darstellung der Abfolge eines Viertakt-Verbrennungsprozesses, insbesondere in einem Zylinder einer ersten, ständig im Viertakt-Betrieb betriebenen, Anzahl Z1 von Zylindern. In 2A ist der Vorgang des Ladens in einem Zylinder 420 dargestellt. Durch die Position eines Kolbens 424 nahe des unteren Totpunkts UT weist der Brennraum 432 praktisch sein größtmögliches Volumen auf. Ein Viertakt-Ladeluftstrom L4T strömt, insbesondere durch vorherige Druckbeaufschlagung durch einen hier nicht näher dargestellten Verdichter 172 und/oder durch einen durch die Abwärtsbewegung des Kolbens 424 erzeugten Unterdruck, durch das geöffnete Einlassventil 426E in den Brennraum 432. Im Gegensatz zu dem im 1A dargestellten Zweitakt-Betrieb ist vorliegend das Auslassventil 426A geschlossen.
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In 2B befindet sich der Kolben 424 nahe des oberen Totpunkts OT. Das Einlassventil 426E und das Auslassventil 426A sind geschlossen; die im vorherigen, in 2A dargestellten, Schritt in Form des Viertakt-Ladeluftstroms L4T eingeströmte Luft ist zu dem vorliegend dargestellten Zeitpunkt also bereits verdichtet. Der in 2B dargestellte Zustand stellt praktisch das Ende des Verdichtens dar. Es erfolgt eine Einspritzung EZ1 von Kraftstoff gemäß einer Einspritzmenge EMZ1 zu einem Einspritzbeginn EBZ1 und anschließend eine Zündung.
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In 2C befindet sich der Kolben 424 wieder am unteren Totpunkt UT. Diesem Zustand ist eine Expansion durch die Zündung des verdichteten Gases vorangegangen, welche wiederum im Anschluss an den in 2B dargestellten Endzustand des Verdichtens erfolgt ist. Der in 2C dargestellte Zustand stellt somit praktisch das Ende des Arbeitens bzw. der Arbeitsphase dar, in welcher insbesondere eine Antriebsbewegung eines Motors 1200 erzeugt wird.
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In 2D erfolgt schließlich das Ausstoßen eines Abgases, welches bei der vorangegangenen Expansion bzw. Zündung entstanden ist. Hierzu wird das Auslassventil 426A geöffnet, so dass bei einer Aufwärtsbewegung des Kolbens 424 bzw. bei einer Verkleinerung des Brennraums 432 das Abgas den Brennraum 432 in Form eines Viertakt-Abgasstromes A4T verlässt.
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3A bis 3D zeigen eine schematische Darstellung der Abfolge eines im Weiteren als „intermittierender Viertakt-Betrieb“ bezeichneten, Viertakt-artigen Verbrennungsprozesses, insbesondere in einem Zylinder einer zweiten, zwischen Viertakt-Betrieb und Zweitakt-Betrieb takt-umschaltbaren, Anzahl Z2 von Zylindern.
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Gemäß dem Konzept der Erfindung wird bei diesem takt-umschaltbaren Zylinder 421 ein Viertakt-Betrieb ermöglicht, ohne die insbesondere für einen Zweitakt-Betrieb geeignete Ventilsteuerung wesentlich zu verändern. In 3A ist dargestellt, wie - analog zu 1A - bei einer Abwärtsbewegung des Kolbens 424 ein Zweitakt-Ladeluftstrom durch L2T durch ein Einlassventil 426E in den Zylinder 421 eintritt und gleichzeitig ein Zweitakt-Abgasstrom A2T durch ein Auslassventil 426A aus dem Zylinder 421 austritt.
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Anschließend wird, wie in 3B dargestellt, der Brennraum 432 durch eine Aufwärtsbewegung des Kolbens 424 verkleinert. Gleichzeitig sind das Einlassventil 426E und das Auslassventil 426A geschlossen, so dass eine Verdichtung der Luft in dem Brennraum 432 erfolgt. Es erfolgt eine Einspritzung EZ2V von Kraftstoff gemäß einer Einspritzmenge EMZ2V zu einem Einspritzbeginn EBZ2V und eine Zündung.
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Im anschließenden, in 3C gezeigten Takt erfolgt, analog zu dem in 3A gezeigten Takt, eine Spülung des Brennraums. Hierbei tritt frische Luft in Form eines Zweitakt-Ladeluftstrom L2T über das Einlassventil 426E in den Brennraum 432 ein und gleichzeitig verlässt ein Abgasstrom A2T über das Auslassventil 426A den Brennraum 432.
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In dem in 3D gezeigten Takt erfolgt nun, gemäß dem Konzept eines intermittierenden Viertakt-Betriebs, keine Einspritzung und somit auch keine Zündung. Gleichwohl wird, wie auch in 3B dargestellt, der Brennraum 432 durch die Aufwärtsbewegung des Kolbens 424, bei geschlossenem Einlassventil 426E und geschlossenem Auslassventil 426A, verkleinert. Die Ventilsteuerung im intermittierenden Viertakt-Betrieb ist somit gemäß dem Konzept der Erfindung im Wesentlichen gleich der Ventilsteuerung im Zweitakt-Betrieb, wie dieser in 1A bis 1D gezeigt ist.
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Die in dem Brennraum 432 befindliche Luft wird somit ohne Zündung lediglich verdichtet, und verlässt im anschließend folgenden Takt, wie er wieder in 3A dargestellt ist, den Brennraum 432 vollständig oder teilweise durch das Auslassventil 426A, insbesondere indem neue Luft in Form des Zweitakt-Ladeluftstrom L2T durch das Einlassventil 426E in den Brennraum 432 eintritt. Auf diese Weise erfolgt eine doppelte Spülung des Brennraums 432, nämlich sowohl in dem in 3C gezeigten als auch in dem in 3A gezeigten Takt, ohne dass dazwischen eine Zündung bzw. Verbrennung erfolgt. Somit ist bei der anschließend erfolgenden, hier in 3B dargestellten, Zündung der Frischluftanteil entsprechend höher und der Abgasanteil entsprechend niedriger, verglichen mit einem Zweitakt-Betrieb mit nur einfacher Spülung, wie dieser insbesondere in 1A bis 1D dargestellt ist.
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4 zeigt eine stark vereinfachte Prinzipskizze der Umschaltung zwischen Viertakt-Betriebsmodus und Hybrid-Betriebsmodus. Hierzu ist im oberen Bereich in stark vereinfachter Weise eine Brennkraftmaschine 1000 mit einer ersten Anzahl an Zylindern Z1 und einer zweiten Anzahl an Zylindern Z2 im Viertakt-Betriebsmodus VB dargestellt. Hierbei erfolgt bei der ersten Anzahl an Zylindern Z1, die gemäß dem Konzept der Erfindung insbesondere ständig im Viertakt-Betrieb betrieben wird, eine erste Einspritzung EZ1 mit einer ersten Einspritzmenge EMZ1 zu einem ersten Einspritzbeginn EBZ1. Bei den Zylindern der zweiten Anzahl an Zylindern Z2, die während des Viertakt-Betriebsmodus VB der Brennkraftmaschine 1000 gemäß dem Konzept der Erfindung im sogenannten intermittierenden Viertakt-Betrieb betrieben werden, erfolgt eine zweite Viertakt-Einspritzung EZ2V mit einer zweiten Viertakt-Einspritzmenge EMZ2V zu einem zweiten Viertakt-Einspritzbeginn EBZ2V. Nach einer Umschaltung U wird, wie hier unten im Bild dargestellt, die Brennkraftmaschine 1000 in einem Hybrid-Betriebsmodus HB betrieben. Hierbei werden die Zylinder der ersten Anzahl von Zylindern Z1 weiterhin mit einer ersten Einspritzung EZ1 mit einer ersten Einspritzmenge EMZ1 zu einem ersten Einspritzbeginn EBZ1 betrieben. Die Zylinder der zweiten Anzahl von Zylindern Z2 hingegen werden nunmehr im Zweitakt Betrieb betrieben. Hierzu erfolgt eine zweite Zweitakt-Einspritzung EZ2Z mit einer zweiten Zweitakt-Einspritzmenge EMZ2Z zu einem zweiten Zweitakt-Einspritzbeginn EBZ2Z.
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Gemäß dem Konzept der Erfindung ist zwischen einem Umschalten der zweiten Anzahl an Zylindern Z2 von einem Viertakt-Betrieb bzw. intermittierenden Viertakt-Betrieb in einen Zweitakt-Betrieb keine wesentliche, insbesondere keine mechanische Anpassung der Ventilsteuerung notwendig. Im Wesentlichen wird die Umschaltung durch ein Unterbrechen der Einspritzung, insbesondere durch ein Durchführen der Einspritzung zu nur jeder zweiten Umdrehung, ermöglicht. Gegebenenfalls kann die Verbrennung in einem derartigen, intermittierenden Viertakt-Betrieb noch durch Anpassungen in der Regelung, insbesondere der Anpassung von Einspritzmenge und/oder Einspritzbeginn, optimiert werden.
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5 zeigt eine Brennkraftmaschine 1000 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform. Der Motor 1200 ist als 12-Zylinder Motor ausgeführt. Der hier dargestellte Motor 1200 ist einstufig aufgeladen, und zwar über eine Verdichterstufe 170. Hierbei sind die Zylinder A1 bis A6 auf eine ersten Zylinderbank ZB1 angeordnet und die Zylinder B1 bis B6 auf einer zweiten Zylinderbank ZB2. Vorliegend bilden die Zylinder A1, A3, A5, B1, B3, B5 eine erste Anzahl Z1 von Zylindern. Weiterhin bilden die Zylinder A2, A4, A6, B2, B4, B6 eine zweite Anzahl Z2 von Zylindern.
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Gemäß der Aufteilung in eine erste Anzahl Z1 an Zylindern und eine zweite Anzahl Z2 an Zylindern ist sowohl die erste Gasausführung 3 der ersten Zylinderbank ZB1 als auch die zweite Gasausführung 4 der zweiten Zylinderbank ZB2 jeweils aufgeteilt.
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Hierbei sind die Zylinder der ersten Anzahl Z1, die auf der ersten Zylinderbank ZB1 angeordnet sind, nämlich die Zylinder A1, A3 und A5, über einen ersten Ausführungszweig 3.1 der ersten Gasausführung 3 und weiter über eine Turbinenzuführung 5 gasführend mit jeweils einer Turbine 174, 174' der Verdichterstufe 170 verbunden.
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Weiterhin sind die Zylinder der ersten Anzahl Z1, die auf der zweiten Zylinderbank ZB2 angeordnet sind, nämlich die Zylinder B1, B3 und B5, über einen ersten Ausführungszweig 4.1 und weiter über die Turbinenzuführung 5 gasführend mit jeweils einer Turbine 174, 174' der Verdichterstufe 170 verbunden.
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Der aus den Zylindern A1, A3, A5, B1, B3 und B5 der ersten Anzahl Z1 von Zylindern stammende Abgasstrom AG1 wird somit über die Turbinenzuführung 5 auf eine der beiden Turbinen 174, 174' geleitet. Die Turbinen 174, 174' werden dadurch in Bewegung versetzt und können, jeweils über eine Turbinenwelle 176, 176', einen Verdichter 172, 172' zwecks Verdichtung eines Ladeluftstroms L, antreiben. Der Ladeluftstrom L wird wiederum über einen Ladeluftkühler 480 den Zylindern A1 bis A6 sowie B1 bis B6 zugeführt.
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Die Zylinder der zweiten Anzahl Z2 von Zylindern, die auf der ersten Zylinderbank ZB1 angeordnet sind, nämlich die Zylinder A2, A4 und A6, sind über einen zweiten Ausführungszweig 3.2 der ersten Gasausführung 3 gasführend mit einem Turbinen-Trennmittel 490 verbunden. Weiterhin ist der zweite Ausführungszweig 3.2 der ersten Gasausführung 3 über ein Bypass-Trennmittel 492 gasführend direkt mit der Abgasstrecke 413 verbindbar.
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Analog zur ersten Zylinderbank B1 sind die Zylinder der zweiten Anzahl Z2, die auf der zweiten Zylinderbank ZB2 angeordnet sind, nämlich die Zylinder B2, B4 und B6, über einen zweiten Ausführungszweig 4.2 der zweiten Gasausführung 4 gasführend mit dem Turbinen-Trennmittel 490 verbunden.
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Weiterhin ist der zweite Ausführungszweig 4.2 der zweiten Gasausführung 4 ebenfalls über das Bypass-Trennmittel 492 gasführend direkt mit der Abgasstrecke 413 verbindbar.
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Durch ein Schließen des Bypass-Trennmittels 492 und ein Öffnen des Turbinen-Trennmittels 490 kann somit der aus den Zylindern A2, A4, A6, B2, B4 und B6 der zweiten Anzahl Z2 von Zylindern stammende Abgasstrom AG2 auf eine der beiden Turbinen 174, 174' geleitet werden. Die Turbinen 174, 174' werden dadurch in Bewegung versetzt und können, jeweils über eine Turbinenwelle 176, 176', einen Verdichter 172, 172' zwecks Verdichtung eines Ladeluftstroms L, antreiben. Der Ladeluftstrom L wird wiederum über einen Ladeluftkühler 480 den Zylindern A1 bis A6 sowie B1 bis B6 zugeführt.
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Durch ein Öffnen des Bypass-Trennmittels 492 und ein Schließen des Turbinen-Trennmittels 490 kann wiederum der aus den Zylindern A2, A4, A6, B2, B4 und B6 zweiten Anzahl Z2 von Zylindern stammende Abgasstrom AG2 direkt auf die Abgasstrecke 413 geleitet werden. Dies ist insbesondere für einen Zweitakt-Betrieb förderlich, da durch das Umgehen der Verdichterstufe 170 ein wesentlich niedrigerer Abgasgegendruck erzeugt wird.
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Somit ist es insbesondere vorteilhaft möglich, die Zylinder der ersten Anzahl Z1 im Viertakt-Betrieb, und die Zylinder der zweiten Anzahl Z2 gleichzeitig im Zweitakt-Betrieb zu betreiben. Hierzu ist das Bypass-Trennmittel 492 geöffnet und dass Turbinen-Trennmittel 490 geschlossen.
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Weiterhin ist schematisch eine Einrichtung 900 zum Betreiben der Brennkraftmaschine 1000 dargestellt, welche vorliegend ein Regel- und Prozessormittel 910 aufweist. Dieses Regel- und Prozessormittel 910 ist, wie vorliegend durch gestrichelte Linien dargestellt, signalführend mit den Trennmitteln 490 und 492 verbunden. Auf diese Weise kann das Konzept der Erfindung beispielsweise im Sinne eines bei dieser bevorzugten Ausführungsform dargestellten automatischen Systems bzw. Regelkreises umgesetzt werden. Insbesondere können die Trennmittel 490 und 492 entsprechend des Verfahrens gemäß dem Konzept der Erfindung gestellt, das heißt geöffnet oder geschlossen werden. Weiterhin steht das Regel- und Prozessormittel 910 signalführend mit einer hier nicht dargestellten, insbesondere übergeordneten, Steuerung der Brennkraftmaschine 1000 in Verbindung. Es kann zusätzlich oder alternativ auch Teil dieser sein, um das Verfahren gemäß dem Konzept der Erfindung, insbesondere das Umschalten der Zylinder vom Zweitakt-Betrieb in den Viertakt-Betrieb beziehungsweise vom Viertakt-Betrieb in den Zweitakt-Betrieb, umzusetzen.
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In der vorliegenden Ausührungsform ist die gezeigte Zuordnung von Zylindern zu einer ersten Anzahl Z1 und einer zweiten Anzahl Z2 praktisch abwechselnd nebeneinander und auf beide Zylinderbänke ZB1, ZB2 verteilt. Gleichwohl ist es natürlich denkbar, eine andere Gruppierung zu wählen.
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Zur Verdeutlichung möglicher Gruppierungen, das heißt möglicher Zuordnungen von Zylindern zu einer ersten Anzahl Z1 und zu einer zweiten Anzahl Z2, ist in 6A eine vorteilhafte Zündfolge ZF für einen Motor 1200 mit zwölf Zylindern A1-6, B1-6 und zwei Zylinderbänken ZB1, ZB2 dargestellt. Die 6B-6C zeigen beispielsweise mögliche Anordnungen von umschaltbar im Zweitakt-Betrieb zu betreibenden Zylindern Z2 auf der einen Seite und im Viertakt-Betrieb oder im Viertakt-artigen Betrieb zu betreibenden Zylindern Z1 der anderen Seite. In sämtlichen Darstellungen 6B-6D sind die im Viertakt-Betriebs betreibenden Zylinder der ersten Anzahl Z1 jeweils durch ein Quadrat mit durchgezogener Linie dargestellt, und die umschaltbar im Zweitakt-Betrieb zu betreibenden Zylinder der zweiten Anzahl Z2 jeweils durch ein Quadrat mit gestrichelter Linie.
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In 6B ist die bereits in 5 gezeigte Ausführungsform eines Motors 1200 in einer ersten Variante mit abwechselnder Anordnung der Zylinder dargestellt. Dies bedeutet, dass auf einer ersten Zylinderbank ZB1, welche eine Anzahl von sechs Zylindern A1-6 aufweist, jeweils ein Zylinder zu der ersten Anzahl Z1 zugeordnet ist, und ein nächster, auf der Zylinderbank ZB1 benachbarter Zylinder zu der zweiten Anzahl Z2. Auf einer zweiten Zylinderbank ZB2, welche sechs Zylinder B1-6 aufweist, ist analog jeweils ein Zylinder zu der ersten Anzahl Z1 zugeordnet und ein nächster, benachbarter Zylinder zu der zweiten Anzahl Z2. Diese Anordnung, in Zusammenhang mit der in 6A gezeigten Zündfolge ZF, führt dazu, dass zunächst sämtliche sechs Zylinder A1, A3, A5, B1, B3, B5 der ersten, im Viertakt-Betrieb betriebenen Zylinder der ersten Anzahl Z1 zünden und anschließend sämtliche sechs Zylinder A2, A4, A6, B2, B4, B6 der zweiten, umschaltbar im Zweitakt-Betrieb betriebenen Zylinder der zweiten Anzahl Z2 zünden. Diese erste Variante berücksichtigt bereits in vorteilhafter Weise eine Umschaltbarkeit des Motors gemäß dem Konzept der Erfindung mit den genannten Vorteilen. Grundsätzlich und insbesondere bei einer Umschaltbarkeit des Motors kann sich eine Anordnung von Zylindern unterschiedlich auf den Lauf des Motors auswirken.
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In 6C ist eine weitere Ausführungsform eines Motors 1200' in einer zweiten Variante dargestellt, bei dem sämtliche auf der ersten Zylinderbank ZB1 angeordneten Zylinder A1-6 der ersten Anzahl Z1 zugeordnet sind. Entsprechend sind sämtliche auf der zweiten Zylinderbank ZB2 angeordneten Zylinder B1-6 der zweiten Anzahl Z2 zugeordnet. Diese Anordnung, in Zusammenhang mit der in 6A gezeigten Zündfolge, führt zu einer abwechselnden Zündung von im Viertakt-Betrieb betriebenen Zylindern der ersten Anzahl Z1 und umschaltbar im Zweitakt-Betrieb betriebenen Zylindern der zweiten Anzahl Z2, was sich neben der Umschaltbarkeit des Motors gemäß dem Konzept der Erfindung mit den genannten Vorteilen weiter zugunsten eines besonders vorteilhaften gleichmäßigen Laufs des Motors 1200' auswirkt.
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In 6D ist noch eine weitere Ausführungsform eines Motors 1200" in einer dritten Variante dargestellt, bei der die ersten drei Zylinder A1-3 der ersten Zylinderbank ZB1 der ersten Anzahl von Zylindern Z1 zugeordnet sind, und die zweiten drei Zylinder A4-6 der ersten Zylinderbank ZB1 der zweiten Anzahl von Zylindern Z2 zugeordnet sind. Auf der zweiten Zylinderbank ZB2 sind hingegen in umgekehrter Reihenfolge die ersten drei Zylinder B1-3 der zweiten Anzahl von Zylindern Z2 zugeordnet, und die zweiten drei Zylinder B4-6 der ersten Anzahl von Zylindern Z1. Auch bei dieser Variante ist neben der Umschaltbarkeit des Motors gemäß dem Konzept der Erfindung mit den genannten Vorteilen weiter ein besonders vorteilhaft gleichmäßiger Lauf des Motors 1200" realisiert.
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Diese Anordnung ist zum einen hinsichtlich der Zündfolge vorteilhaft, insbesondere weil stets jeweils zwei im Viertakt-Betrieb betriebene Zylinder A1-3, B4-6 hintereinander zünden und anschließend zwei umschaltbar im Zweitakt-Betrieb betriebene Zylinder A4-6, B1-3. Zum anderen ist diese Anordnung hinsichtlich der örtlichen Verteilung der Zylinder vorteilhaft, insbesondere dass sich eine symmetrische Verteilung, zumindest aber eine gleichmäßige Verteilung - sowohl von im Viertakt-Betrieb betriebenen Zylindern A1-3, B4-6 als auch umschaltbar im Zweitakt-Betrieb betriebenen Zylindern A4-6, B1-3 - auf beide Zylinderbänke ergibt.
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Bezugszeichenliste
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- 3
- Erste Gasausführung
- 3.1
- Erster Ausführungszweig der ersten Gasausführung
- 3.2
- Zweiter Ausführungszweig der ersten Gasausführung
- 4
- Zweite Gasausführung
- 4.1
- Erster Ausführungszweig der zweiten Gasausführung
- 4.2
- Zweiter Ausführungszweig der zweiten Gasausführung
- 5
- Turbinenzuführung
- 100
- Laderanordnung
- 170
- Verdichterstufe
- 172, 172'
- Verdichter
- 174, 174'
- Turbine
- 176, 176'
- Turbinenwelle
- 413
- Abgasstrecke
- 420
- Zylinder der ersten Anzahl von Zylindern
- 421
- Zylinder der zweiten Anzahl von Zylindern
- 422
- Zylinderwand
- 424
- Kolben
- 426A
- Auslassventil
- 426E
- Einlassventil
- 432
- Brennraum
- 480
- Ladeluftkühler
- 490
- Turbinen-Trennmittel
- 492
- Bypass-Trennmittel
- 900
- Einrichtung zum Betreiben der Brennkraftmaschine
- 910
- Regel- und Prozessormittel
- 1000
- Brennkraftmaschine
- 1200
- Motor
- A2T
- Zweitakt-Abgasstrom
- A4T
- Viertakt-Abgasstrom
- AG
- Abgasstrom
- AG1
- Erster Abgasstrom
- AG2
- Zweiter Abgasstrom
- A1-A6
- Zylinder, Zylinder der ersten Zylinderbank
- B1-B6
- Zylinder, Zylinder der zweiten Zylinderbank
- EBZ1
- Erster Einspritzbeginn
- EBZ2V
- Zweiter Viertakt-Einspritzbeginn
- EBZ2Z
- Zweiter Zweitakt-Einspritzbeginn
- EZ1
- Viertakt-Einspritzung; Erste Einspritzung
- EZ2
- Zweitakt-Einspritzung; Zweite Einspritzung
- EZ2V
- Zweite Einspritzung im Viertakt-Betriebsmodus
- EZ2Z
- Zweite Einspritzung im Zweitakt-Betriebsmodus
- EMZ 1
- Einspritzmenge der ersten Einspritzung
- EMZ2V
- Einspritzmenge der zweiten Einspritzung im Viertakt-Betriebsmodus
- EMZ2Z
- Einspritzmenge der zweiten Einspritzung im Zweitakt-Betriebsmodus
- L
- Ladeluftstrom
- L2T
- Zweitakt-Ladeluftstrom
- L4T
- Viertakt-Ladeluftstrom
- HB
- Hybrid-Betriebsmodus
- OT
- Oberer Totpunkt
- U
- Umschaltung zwischen Viertakt-Betriebsmodus und Hybrid-Betriebsmodus
- UT
- Unterer Totpunkt
- VB
- Viertakt-Betriebsmodus
- VZ2
- 2-Takt-Ventil steuerzeit
- VZ4
- 4-Takt-Ventil steuerzeit
- Z1
- Erste Anzahl von Zylindern
- Z2
- Zweite Anzahl von Zylindern
- ZB1
- Erste Zylinderbank
- ZB2
- Zweite Zylinderbank
- ZF
- Zündfolge
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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