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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine im Motorbremsbetrieb, wobei die Brennkraftmaschine variabel steuerbare Einlass- und Auslass-Ventiltriebe aufweist. Die Erfindung betrifft ferner eine Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, die einen variabel steuerbaren Ventiltrieb aufweist.
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Im Motorbrems- bzw. Schubbetrieb, in welchem der Brennkraftmaschine kein weiterer Kraftstoff zugeführt wird und somit eine weitere Verbrennung unterbunden wird, erzielt jede Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs aufgrund der zu verrichtenden Ladungswechselarbeit eine gewisse Bremswirkung. Ein solches Bremsmoment wird insbesondere benötigt, wenn der Motor hochgeschaltet werden soll, sodass binnen kurzer Zeit eine niedrigere Motordrehzahl anliegen soll.
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Im Gegensatz zu konventionell gesteuerten Brennkraftmaschinen, die aufgrund ihrer mechanisch angesteuerten Ventiltriebe mit festen Steuerzeiten und Ventilhüben über ein vorgegebenes in der Regel sehr geringes Bremsmoment verfügen, können Brennkraftmaschinen mit variabel einstellbaren Ventiltrieben (frei einstellbare Steuerzeiten), wie z.B. mit elektromagnetischen oder elektrohydraulischen Ventiltrieben, ein variabel steuerbares Bremsmoment höheren Ausmaßes erzeugen.
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In der
DE 195 46 652 A1 wird ein Verfahren zur Reduzierung der Fahrgeschwindigkeit eines mit einem Kollisionsvermeidungssystem ausgerüsteten Fahrzeugs beschrieben, bei dem eine abstandsabhängige Abbremsung des Fahrzeugs dadurch erfolgt, dass bei der mit variablem Ventiltrieb ausgestatteten Brennkraftmaschine mindestens ein Zylinder auf einen Kompressorbetrieb umgesteuert wird.
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Aus der
DE 10 2004 011 652 B4 ist bekannt, dass zum Einstellen eines Bremsmoments bei einem nicht befeuerten Zylinder die Einlassventile und die Auslassventile geeignet angesteuert werden. Bei diesem Verfahren werden zur Erzeugung eines Impulses maximalen Druckes alle Einlassventile aller zur Erzeugung der Bremswirkung eingebundenen Zylinder derart angesteuert, dass eine größtmögliche Luftmasse in den Zylinderbrennraum angesaugt wird und die Auslassventile alle Zylinder derart angesteuert dass eine Freigabe der komprimierten Luftmasse erst kurz vor dem oberen Totpunkt des Kolbens erfolgt.
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Damit kann über die zur Verfügung stehende große Luftmasse eine Bremswirkung erreicht werden; allerdings wird während des Kompressionsbetriebs des nicht befeuerten Zylinders unverbrannter Sauerstoff aus der Luftzuführung über den Zylinder und die Abgasführung zu den verschiedenen Katalysatoren der Abgasnachbehandlung geleitet. Der dort eingebrachte Sauerstoffüberschuss muss nach der Schubabschaltung - d.h. insbesondere beim Wiedereinsetzen der Befeuerung durch einen Kraftstoffüberschuss ausgeglichen werden.
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Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Betriebsverfahren für eine Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine im Motorbremsbetrieb zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb einer Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie durch eine Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen von Anspruch 13. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausführungen der Erfindung unter Schutz gestellt.
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Der Erfindung liegt unter anderem die Überlegung zugrunde, durch geeignete Kompressionsarbeit von nicht befeuerten Zylindern im Motorbremsbetrieb eine gewünschte Bremswirkung zu erreichen, ohne damit einen Sauerstoffdurchsatz von der Luftzuführung über den Zylinder in die Abgasführung zu verursachen.
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Die Erfindung basiert nun unter anderem auf der Idee, während der Schubphasen entweder die Einlassventile oder die Auslassventile nicht anzusteuern, d. h. insbesondere geschlossen zu halten. Ein Sauerstoffdurchsatz durch den Zylinder und die damit verbundene Gefahr einer Sauerstoffvergiftung von Katalysatoren in den Schubphasen bzw. im Motorbremsbetrieb wird damit vermieden.
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Das Bremsmoment wird dann durch diejenigen Ventile, entweder die Einlassventile oder die Auslassventile, die noch angesteuert werden, in seiner Größe kontrolliert. Zur Einstellung eines Bremsmoments einer gewünschten Größe können dann insbesondere geeignete Öffnungszeitpunkte und Schließzeitpunkte für die aktiven Ventile gewählt werden, wobei diese Öffnungszeitpunkte und Schließzeitpunkte insbesondere auf den Kurbelwinkel (beispielsweise in Grad) bezogen werden. Die Einstellung des gewünschten Bremsmoments kann also insbesondere durch die Art der Ansteuerung der Ventile, kann alternativ oder zusätzlich aber auch durch die Umschaltung zwischen verschiedenen Motorbetriebsarten (Zweitaktbetrieb, Viertaktbetrieb oder dergleichen) und/oder durch die variierbare Anzahl der für den Bremsbetrieb verwendeten Zylinder erfolgen.
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Das Verfahren ist also sowohl im Zweitaktbetrieb als auch im Viertaktbetrieb oder in Betriebsarten mit anderen Taktraten anwendbar. Eine bevorzugte Anwendung findet das Verfahren in Verbindung mit einer Ventilansteuerung der nicht befeuerten Zylinder gemäß einem Zweitaktbetrieb. Hier kann im Gegensatz zum Viertaktbetrieb jeder Kompressionsvorgang in ein zusätzliches Bremsmoment umgesetzt werden.
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Ausführungen der Erfindung sind an sich unabhängig von speziellen Wirkprinzipien der variablen Ventilsteuerung - wesentlich ist lediglich, dass die Ventilsteuerzeiten von Einlass- und Auslassventilen variabel zu steuern sind. Insbesondere können elektromechanische, elektromagnetische oder elektrohydraulische Ventiltriebe mit Hub- oder Drehaktuatoren Anwendung finden.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Betrieb einer Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine mit variabel steuerbaren Einlass- und Auslass-Ventiltrieben im Motorbremsbetrieb bereitgestellt, wobei während des Motorbremsbetriebs wenigstens ein Zylinder nicht befeuert wird.
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Das Verfahren weist eine Bremsverstärkungsphase während des Motorbremsbetriebs auf, in welcher
- a) entweder alle Einlassventile (je nach Bauart des Zylinders also eines, zwei oder mehr) oder alle Auslassventile (je nach Bauart des Zylinders also eines, zwei oder mehr) des nicht befeuerten Zylinders dauerhaft geschlossen sind, und in welcher
- b) die nicht dauerhaft geschlossenen Ventile zur Einstellung eines gewünschten Bremsmoments angesteuert werden. Insbesondere werden dazu bei einer Druckdifferenz zwischen dem im Zylinderbrennraum vorliegenden Fluid einerseits und dem Fluid in der an die nicht dauerhaft geschlossenen Ventile angrenzenden Fluidführung andererseits die nicht dauerhaft geschlossenen Ventile geöffnet und bei einer niedrigeren oder keiner Druckdifferenz wieder geschlossen.
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Insbesondere resultiert die Druckdifferenz daraus, dass die nicht dauerhaft geschlossenen Ventile bei einem Öffnungszeitpunkt geöffnet werden, in welchen sich der Kolben nahe an seinem oberen Totpunkt befindet, sodass das zuvor im Zylinder befindliche Fluid verdichtet werden konnte, während die zugeführte Luft in der angrenzenden Fluidführung nicht oder weniger komprimiert vorliegt.
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Auf diese Weise ergibt sich ein Druckimpuls in die Fluidführung, also insbesondere in die Sauganlage oder den Abgaskrümmer, wenn sich das druckbeaufschlagte Fluid aus dem Zylinder mit dem Öffnen der entsprechenden Ventile in die Fluidführung entspannt.
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Bei der nachfolgenden bzw. nächsten Bewegung des Kolbens in Richtung seines unteren Totpunktes wird dann gemäß einer Ausführung aus der angrenzenden Fluidführung Fluid bei dem niedrigeren Druckniveau in den Zylinder gesaugt, bevor das/die zuvor geöffneten Ventil(e) wieder geschlossen werden.
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Dabei muss der Zylinder auf Kosten seiner kinetischen Energie Kompressionsarbeit an dem Fluid verrichten, die anschließend durch die Entspannung des Fluids in die angrenzende Fluidführung dissipiert. So kann der Kolben bei seiner folgenden Bewegung in Richtung des unteren Totpunkts nicht von der Entspannungsarbeit des zuvor komprimierten Fluids profitieren, wodurch sich das Bremsmoments ergibt.
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Mit „nicht dauerhaft geschlossenen Ventilen“ sind vorliegend insbesondere die Auslassventile gemeint, wenn die Einlassventile in der Bremsverstärkungsphase dauerhaft geschlossen sind, oder die Einlassventile gemeint, wenn die Auslassventile in der Bremsverstärkungsphase dauerhaft geschlossen sind.
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Gemäß einer Ausführung sind also in der Bremsverstärkungsphase die Auslassventile dauerhaft geschlossen und die Einlassventile werden zur Einstellung des Bremsmoments angesteuert. Je nachdem, welche, insbesondere variablen, Ventiltriebe für die Einlassventile und/oder für die Auslassventile der Brennkraftmaschine verwendet werden, können die Auslassventile nötigenfalls sehr genau zyklustreu bezüglich der Taktung der Brennkraftmaschine geschaltet werden.
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Gemäß einer alternativen Ausführung sind hingegen in der Bremsverstärkungsphase die Einlassventile dauerhaft geschlossen und die Auslassventile werden zur Einstellung des Bremsmoments angesteuert. Je nachdem, welche, insbesondere variablen, Ventiltriebe für die Einlassventile und/oder für die Auslassventile der Brennkraftmaschine verwendet werden, können die Einlassventile nötigenfalls sehr genau zyklustreu bezüglich der Taktung der Brennkraftmaschine geschaltet werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, aufweisend einen variable steuerbaren Ventiltrieb, wobei der Ventiltrieb und seine Steuerung dazu eingerichtet sind, während eines Motorbremsbetriebs eine Bremsverstärkungsphase zu schalten, in welcher a) entweder alle Einlassventile oder alle Auslassventile des nicht befeuerten Zylinders dauerhaft geschlossen sind, und b) die nicht dauerhaft geschlossenen Ventile zur Einstellung eines gewünschten Bremsmoments angesteuert werden, wobei insbesondere bei einer Druckdifferenz zwischen dem im Zylinderbrennraum vorliegenden Fluid einerseits und dem Fluid in der an die nicht dauerhaft geschlossenen Ventile angrenzenden Fluidführung andererseits die nicht dauerhaft geschlossenen Ventile geöffnet und bei einer niedrigeren oder keiner Druckdifferenz wieder geschlossen werden.
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Um bei der erreichbaren Druckdifferenz von der letzten Zündung vor dem Abschalten des Zylinders profitieren zu können, wird gemäß einer Ausführung zum Aufbau des Bremsmoments während der Bremsverstärkungsphase Abgas oder Luft-Abgas-Gemisch gepumpt, sprich im Zylinder verdichtet und anschließend in die angrenzende Fluidführung ausgelassen. Insbesondere, indem das relativ heiße Abgas der letzten Verbrennung im Zylinder nochmals verdichtet wird, bevor die nicht dauerhaft geschlossenen Ventile öffnen, kann zum Öffnungszeitpunkt eine große Kompressionsarbeit erforderlich sein und daher viel kinetische Energie dem Antrieb entzogen und mit der Entspannung des Abgases in die Fluidführung ein hohes Bremsmoment realisiert werden.
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Insbesondere, um beim Pumpen in die Sauganlage zündfähiges Gemisch für die Zeit nach dem Motorbremsbetrieb sicherzustellen, wird gemäß einer Ausführung zum Aufbau des Bremsmoments während der Bremsverstärkungsphase ein Ladegas, insbesondere ein Luft-Abgas-Gemisch, gepumpt. Dazu wird insbesondere zunächst das Abgas aus der letzten Verbrennung vor dem Motorbremsbetrieb aus dem Zylinder ausgeschoben, bevor gegebenenfalls die Auslassventile während der Bremsverstärkungsphase dauerhaft geschlossen werden.
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Um eine ausreichende Druckdifferenz zur Entspannung des Fluids im nicht befeuerten Zylinder sicherzustellen und ein möglichst großes Bremsmoment sicherzustellen, werden gemäß einer Ausführung während der Bremsverstärkungsphase die Einlassventile oder die Auslassventile an einem Öffnungszeitpunkt vor, bei oder nach Erreichen des oberen Totpunkts der Kolbenbewegung des abgeschalteten Zylinders, insbesondere innerhalb des letzten Viertels der Kompression im Zylinder, geöffnet und bei einem Schließzeitpunkt bei oder vor dem Erreichen des unteren Totpunkts, insbesondere innerhalb des letzten Drittels der Bewegung des Kolbens vom oberen zum unteren Totpunkt wieder geschlossen. Ein Schließen der Ventile kurz nach dem Erreichen des unteren Totpunkts ist auch möglich.
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Gemäß einer Ausführung wird das im Zylinder unter Druck stehende Fluid durch das Öffnen der Einlassventile in die Ladeluftzuführung entspannt, wobei dann das Fluid in die Sauganlage ausgestoßen wird. Gemäß einer alternativen Ausführung wird das im Zylinder unter Druck stehende Fluid durch das Öffnen der Auslassventile in die Abgasführung entspannt, wobei dann das Fluid in die Abgasanlage ausgestoßen wird.
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Gemäß einer Ausführung wird zum Einstellen des während der Bremsverstärkungsphase gewünschten Bremsmoments ein Kurbelwinkel des Öffnungszeitpunktes und/oder des Schließzeitpunktes der Einlassventile bzw. der Auslassventile angepasst. Unter einem Kurbelwinkel ist im Kontext ein Winkelwert einer Stellung der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine zu verstehen, der beim Viertaktbetrieb zwischen 0° und 720°, Zweitaktbetrieb zwischen 0° und 360° beträgt.
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Zusätzlich oder alternativ kann gemäß einer Ausführung zum Einstellen des während der Bremsverstärkungsphase gewünschten Bremsmoments zwischen einem Viertakt- und einem Zweitaktbetrieb umgeschaltet werden.
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Um das erreichbare Bremsmoment zu verstärken, beginnt gemäß einer Ausführung die Bremsverstärkungsphase vor dem Auslassen der Abgase der letzten Zündung.
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Um eine erfolgreiche Zündung des zunächst nicht befeuerten Zylinders nach dem Motorbremsbetrieb zu unterstützen, beginnt gemäß einer Ausführung die Bremsverstärkungsphase nach dem Auslassen der Abgase der letzten Zündung.
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Die Erfindung ist auch anwendbar auf Brennkraftmaschinen mit wenigstens einem Abgasturbolader. Gemäß einer Ausführung wird zum Verhindern eines Rückwärtsdurchströmens des Verdichters des Abgasturboladers der Brennkraftmaschine ein Schubumluftventil angesteuert.
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Um unterschiedliche Motorbremswirkungen zu erzielen, wird gemäß einer Ausführung die Brennkraftmaschine im Motorbremsbetrieb und/oder zu dessen Ansteuerung in einen Viertaktbetrieb oder in einen Zweitaktbetrieb geschaltet. Mit einem Zweitaktbetrieb kann eine stärkere Bremswirkung erzielt werden.
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Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren.
- 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Brennkraftmaschine nach einer beispielhaften Ausführung der Erfindung mit einem variabel steuerbaren elektromagnetischen Ventiltrieb.
- 2 zeigt ein p-V-Zustandsdiagramm der Brennkraftmaschine gemäß 1 bei der Durchführung eines Verfahrens nach einer ersten beispielhaften Ausführung der Erfindung.
- 3 zeigt ein p-V-Zustandsdiagramm der Brennkraftmaschine gemäß 1 bei der Durchführung eines Verfahrens nach einer zweiten beispielhaften Ausführung der Erfindung.
- 4 zeigt ein p-V-Zustandsdiagramm der Brennkraftmaschine gemäß 1 bei der Durchführung eines Verfahrens nach einer dritten beispielhaften Ausführung der Erfindung.
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1 zeigt schematisch eine Brennkraftmaschine 100 mit einem variabel steuerbaren, elektromagnetischen Ventiltrieb 104 für die Einlassventile E und die Auslassventile A sowie mit einer Steuereinrichtung 106 zur gezielten Ansteuerung des elektromagnetischen Ventiltriebs 104. Die Steuereinrichtung 106 ist Teil einer übergeordneten Motorsteuereinrichtung 105. Zur Verdeutlichung des Erfindungsgedankens ist beispielhaft ein Einlassventil E und ein Auslassventil A dargestellt, insbesondere stellvertretend für einen nicht befeuerten Zylinder 102 mit einem Kolben 103, welcher sich mit einer nicht dargestellten Kurbelwelle zwischen einem oberen Totpunkt OT und einem unteren Totpunkt UT hin und her bewegen kann.
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Die Brennkraftmaschine 100 ist abgasseitig über eine Abgasleitung 110 und ansaugseitig über eine Ansaugleitung 120 mit einer, insbesondere als Abgasturbolader ausgebildeten, Ladereinrichtung 108 verbunden. Durch den von der Brennkraftmaschine 100 erzeugten Abgasstrom ist die Ladereinrichtung 108 über ihr Turbinenrad antreibbar. Das Turbinenrad der Ladereinrichtung ist über eine Welle mit einem Verdichterrad verbunden, so dass durch den Antrieb des Turbinenrades und den damit zwangsweise verbundenen Antrieb des Verdichterrades Frischluft von außen angesaugt und im Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine 100 verdichtet wird.
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Um den Druck im Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine 100 unter Aufrechterhaltung der Drehzahl der Ladereinrichtung 108 zu begrenzen, findet im Ausführungsbeispiel ein in der Ansaugleitung 120 angeordnetes Schubumluftventil 122 Verwendung (das Schubumluftventil kann in einer anderen beispielhaften Ausführung auch im ATL angeordnet sein). Das Umluftventil 122 ist über eine Motorsteuereinrichtung 105 derart ansteuerbar, dass der Druck in der Ansaugleitung 120 bei Aufrechterhaltung der Laderdrehzahl regulierbar ist. Darüber hinaus kann ein Ladedruckbegrenzungsventil 112 in der Abgasleitung 110 oder in der Ladereinrichtung 108 selbst vorhanden sein, welches ebenfalls über die Motorsteuereinrichtung 105 ansteuerbar ist.
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Nachfolgend wird anhand der 2, 3 und 4 detailliert ausgeführt, wie nach verschiedenen beispielhaften Ausführungen eines erfindungsgemäßen Verfahrens ein Bremsmoment ohne Sauerstoffdurchsatz erzeugt werden kann. Ein solches Bremsmoment wird in den Ausführungsbeispielen insbesondere benötigt, wenn der Motor hochgeschaltet werden soll, sodass binnen kurzer Zeit eine niedrigere Motordrehzahl anliegen soll.
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In 2 ist ein anhand eines p-V-Zustandsdiagramms ein beispielhaftes Verfahren dargestellt, bei welchem der Zylinder 102 nach seiner letzten Zündung 21 in einen Motorbremsbetrieb geschaltet wird. In diesem Motorbremsbetrieb schaltet die Steuereinrichtung 106 eine Bremsverstärkungsphase, während der alle Auslassventile A des Zylinders 102 dauerhaft geschlossen sind, bevor die Abgase der letzten Verbrennung aus dem Zylinder ausgeschoben werden können.
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Die Bremsverstärkungsphase erstreckt sich in diesem Ausführungsbeispiel anschließend an die letzte Zündung 20 vor der Schaltung des Motorbremsbetriebs bis zum Beginn des ersten Viertaktzyklus eines später folgenden, befeuerten Betriebs des Zylinders 102. Im Ausführungsbeispiel dauert der Motorbremsbetrieb typischerweise einen Viertaktzyklus oder zwei Viertaktzyklen, kann aber an sich auch deutlich länger geschalten sein.
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Durch die dauerhafte Schließung der Auslassventile A während der Bremsverstärkungsphase verbleiben die Abgase der letzten Verbrennung zunächst im Zylinder 102, sodass im Sinne der Erfindung das Abgas als Fluid verwendet wird. Das beispielhafte Verfahren wird dann insbesondere mit den folgenden Schritten durchgeführt, welche zum erleichterten Verständnis des Diagramms mit bezeichneten Pfeilen dargestellt sind:
- B1: Nach der Zündung 20 drücken die Abgase den Kolben 103 in Richtung des unteren Totpunktes UT und entspannen sich dabei.
- B2: Da das Auslassventile A geschlossen bleibt, werden die Abgase mit der Bewegung des Kolbens 103 hin zum oberen Totpunkt OT wieder komprimiert. An der Stelle EO steuert die Steuereinrichtung 106 eine Öffnung E01 des Einlassventils E an, woraufhin das komprimierte Abgas in die Ansaugleitung 120 (sprich die an das Einlassventil E angrenzende Fluidführung) ausgestoßen wird, bzw. sich dorthin entspannt, bis ein Grunddruck (zum Beispiel Umgebungsdruck) p0 erreicht ist.
- B3: Bei der folgenden Bewegung des Kolbens zum unteren Totpunkt UT wird ein Gemisch aus Ladeluft und dem zuvor ausgestoßenen Abgas in den Zylinder gesaugt. Am unteren Totpunkt UT wird das Einlassventil E wieder geschlossen (Schließzeitpunkt ES).
- B4, B5: Das Abgas-/Ladeluftgemisch, das nach der Schließung ES des Einlassventils E wieder im Zylinder eingeschlossen ist, wird gepumpt, also einmal zum OT komprimiert (B4) und anschließend wieder zum UT entspannt (B5), wenn die Brennkraftmaschine für Motorbremsbetrieb im Viertaktbetrieb betrieben werden soll. Wenn ein Zweitaktbetrieb vorgesehen ist, wird das Abgas zum OT komprimiert (B4) und anschließend im Bereich der maximalen Komprimierung die erste Zündung durchgeführt, woraufhin der Zylinder wieder im befeuerten Betrieb läuft oder das Ventil für einen Zweitakt-Bremsbetrieb wieder geöffnet wird.
- B6, B7: im Viertaktbetrieb wird das Abgas erneut komprimiert, bis am Öffnungszeitpunkt EO erneut durch eine Öffnung EO2 des Einlassventils E das komprimierte Abgas in die Ansaugleitung 120 ausgestoßen wird. Bei der folgenden Bewegung des Kolbens zum unteren Totpunkt UT wird das Gemisch aus Ladeluft und dem zuvor ausgestoßenen Abgas wieder in den Zylinder gesaugt. Am unteren Totpunkt UT wird das Einlassventil E mittels der Steuereinrichtung 106 wieder geschlossen (Schließzeitpunkt ES). Anschließend wird dann auch beim Viertaktbetrieb das Abgas zum OT komprimiert (vgl. B4) und anschließend im Bereich der maximalen Komprimierung die erste Zündung durchgeführt, wenn der Zylinder wieder im befeuerten Betrieb laufen soll. Andernfalls kann im Zweitaktbetrieb ein weiteres oder mehrere Male der Zyklus B6+B7, im Viertaktbetrieb der Zyklus B4, B5, B6, B7 angesteuert werden. Die Öffnung EO2 ist im Ausführungsbeispiel vorgesehen, aber an sich fakultativ.
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In 3 ist ein anhand eines p-V-Zustandsdiagramms ein beispielhaftes Verfahren dargestellt, bei welchem der Zylinder 102 nach seiner letzten Zündung (nicht dargestellt) in einen Motorbremsbetrieb geschaltet wird. In diesem Motorbremsbetrieb schaltet die Steuereinrichtung 106 eine Bremsverstärkungsphase, während der alle Auslassventile A des Zylinders 102 dauerhaft geschlossen werden, nachdem die Abgase der letzten Verbrennung aus dem Zylinder ausgeschoben wurden.
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Die Bremsverstärkungsphase erstreckt sich in diesem Ausführungsbeispiel anschließend an das Ausschieben der Abgase der letzten Verbrennung am OT bis zum Beginn des ersten Viertaktzyklus eines später folgenden, befeuerten Betriebs des Zylinders 102. Im Ausführungsbeispiel dauert der Motorbremsbetrieb typischerweise einen Viertaktzyklus oder zwei Viertaktzyklen bzw. einen oder wenige Zweitaktzyklen, beispielsweise um eine Motordrehzahl bei einem Schaltvorgang schnell zu senken, kann aber an sich auch deutlich länger geschalten sein.
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Durch das Ausschieben des Abgases und die anschließende dauerhafte Schließung der Auslassventile A während der Bremsverstärkungsphase steht als Fluid im Sinne der Erfindung nur Frischluft/Ladeluft zur Verfügung. Das beispielhafte Verfahren wird dann insbesondere mit den folgenden Schritten durchgeführt, welche zum erleichterten Verständnis des Diagramms mit bezeichneten Pfeilen dargestellt sind:
- C1: Nach dem Ausschieben der Abgase (nicht dargestellt) erfolgt eine Öffnung EO3 des Einlassventils E. Bei der weiteren Bewegung des Kolbens zum unteren Totpunkt UT wird Frischluft/Ladeluft aus der Ansaugleitung bei dem Umgebungsdruck p0 in den Zylinder 102 gesaugt. Am unteren Totpunkt UT wird das Einlassventil E mittels der Steuereinrichtung 106 wieder geschlossen (Schließzeitpunkt ES).
- C2, C3: Die Frischluft, die nach der Schließung ES des Einlassventils E im Zylinder eingeschlossen ist, wird gepumpt, also einmal zum OT komprimiert (C2) und anschließend wieder zum UT entspannt (C3). In einem nicht dargestellten Zweitaktbetrieb kann alternativ anschließend an C2 direkt gezündet werden.
- C4: Die Frischluft wird erneut komprimiert, bis am Öffnungszeitpunkt EO erneut durch eine Öffnung EO4 des Einlassventils E die komprimierte Frischluft in die Ansaugleitung 120 ausgestoßen wird. Bei der folgenden Bewegung des Kolbens zum unteren Totpunkt UT wird die Frischluft wieder in den Zylinder gesaugt. Am unteren Totpunkt UT wird das Einlassventil E mittels der Steuereinrichtung 106 wieder geschlossen (Schließzeitpunkt ES). Anschließend werden dann beim Viertaktbetrieb die Schritte C2+C3+C2 wiederholt, wenn der Motorbremsbetrieb verlassen werden soll, oder die Schritte C2+C3+C4, wenn die Bremsverstärkungsphase beibehalten werden soll.
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In 4 ist ein anhand eines p-V-Zustandsdiagramms ein beispielhaftes Verfahren dargestellt, bei welchem der Zylinder 102 nach seiner letzten Zündung 21 in einen Motorbremsbetrieb geschaltet wird. In diesem Motorbremsbetrieb schaltet die Steuereinrichtung 106 eine Bremsverstärkungsphase, während der alle Einlassventile E des Zylinders 102 dauerhaft geschlossen sind.
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Die Bremsverstärkungsphase erstreckt sich in diesem Ausführungsbeispiel anschließend an die letzte Zündung 40 vor der Schaltung des Motorbremsbetriebs bis zum Beginn des ersten Viertaktzyklus eines später folgenden, befeuerten Betriebs des Zylinders 102. Im Ausführungsbeispiel dauert der Motorbremsbetrieb typischerweise einen Viertaktzyklus oder zwei Viertaktzyklen bzw. einen oder wenige Zweitaktzyklen, beispielsweise um eine Motordrehzahl bei einem Schaltvorgang schnell zu senken, kann aber an sich auch deutlich länger geschalten sein.
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Durch die dauerhafte Schließung der Einlassventile E während der Bremsverstärkungsphase müssen im Sinne der Erfindung die Abgase der letzten Verbrennung gepumpt werden, sodass das Abgas als Fluid verwendet wird. Das beispielhafte Verfahren wird dann insbesondere mit den folgenden Schritten durchgeführt, welche zum erleichterten Verständnis des Diagramms mit bezeichneten Pfeilen dargestellt sind:
- D1: Nach der Zündung 40 drücken die Abgase den Kolben 103 in Richtung des unteren Totpunktes UT und entspannen sich dabei.
- D2: Das Auslassventile A bleibt zunächst geschlossen, sodass die Abgase mit der Bewegung des Kolbens 103 hin zum oberen Totpunkt OT wieder komprimiert werden. An der Stelle AO steuert die Steuereinrichtung 106 eine Öffnung AO1 des Auslassventils A an, woraufhin das komprimierte Abgas in die Abgasleitung 110 (sprich die an das Auslassventil A angrenzende Fluidführung) ausgestoßen wird, bzw. sich dorthin entspannt, bis ein Grunddruck (zum Beispiel der Umgebungsdruck) p0 erreicht ist.
- D3: Bei der folgenden Bewegung des Kolbens zum unteren Totpunkt UT wird das zuvor ausgestoßene Abgas wieder in den Zylinder gesaugt. Am unteren Totpunkt UT - oder wie in 4 dargestellt technisch bedingt schon zuvor - wird das Auslassventil A mittels der Steuereinrichtung 106 wieder geschlossen (Schließzeitpunkt AS).
- D4, D5: Das Abgas, das nach der Schließung AS des Auslassventils E wieder im Zylinder eingeschlossen ist, wird gepumpt, also einmal zum OT komprimiert (D4) und anschließend wieder zum UT entspannt (D5), wenn die Brennkraftmaschine für einen Motorbremsbetrieb im Viertaktbetrieb betrieben werden soll. Wenn ein Zweitaktbetrieb vorgesehen ist, wird das Abgas zum OT komprimiert (D4) und anschließend im Bereich der maximalen Komprimierung die erste Zündung durchgeführt, woraufhin der Zylinder wieder im befeuerten Betrieb läuft oder das Ventil für einen Zweitakt-Bremsbetrieb wieder geöffnet wird.
- D6, D7: Das Abgas wird erneut komprimiert, bis am Öffnungszeitpunkt AO erneut durch eine Öffnung AO2 des Auslassventils A das komprimierte Abgas in die Abgasleitung 110 ausgestoßen wird (D6). Bei der nachfolgenden Bewegung des Kolbens 103 zum UT wird das zuvor ausgestoßene Abgas wieder in den Zylinder gesaugt. Spätestens am unteren Totpunkt UT wird das Auslassventil A mittels der Steuereinrichtung 106 wieder geschlossen (Schließzeitpunkt AS). Im Zweitaktbetrieb kann ein weiteres oder mehrere Male der Zyklus D6+D7, im Viertaktbetrieb der Zyklus D4, D5, D6, D7 angesteuert werden.
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Wenn im Abgas zu wenig verbliebener Sauerstoff für eine erfolgreiche Zündung vorliegt, kann zu Beginn der Bewegung D7 des Kolbens zum unteren Totpunkt UT das Auslassventil A geschlossen und in der Folge die Bremsverstärkungsphase mit einer Öffnung des Einlassventils E beendet werden, sodass während D7 Frischluft einströmen und während der nachfolgenden Bewegung des Kolbens zum OT komprimiert werden kann. Auch auf diese Weise gelangt keine Frischluft zu den Katalysatoren.
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Bezugszeichenliste
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- A
- Auslassventil
- AO
- Öffnungszeitpunkt des Auslassventils
- AS
- Schließzeitpunkt des Auslassventils
- B1-B7
- Druckentwicklungen über das Kompressionsvolumen in 2
- C1-C4
- Druckentwicklungen über das Kompressionsvolumen in 3
- D1-D7
- Druckentwicklungen über das Kompressionsvolumen in 4
- E
- Einlassventil
- EO
- Öffnung des Einlassventils
- ES
- Schließung des Einlassventils
- p
- Druck im Zylinder
- p0
- Grunddruck
- V
- Kompressionsvolumen in Abhängigkeit von einer Kolbenstellung
- 20, 40
- letzte Zündung vor dem Motorbremsbetrieb
- 100
- Brennkraftmaschine
- 102
- Zylinder
- 103
- Kolben
- 104
- variabel steuerbarer Ventiltrieb
- 105
- Motorsteuereinrichtung
- 106
- Steuereinrichtung
- 108
- Ladereinrichtung
- 110
- Abgasleitung
- 112
- Ladedruckbegrenzungsventil
- 120
- Ansaugleitung
- 122
- Umluftventil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19546652 A1 [0004]
- DE 102004011652 B4 [0005]
