DE102019113740A1

DE102019113740A1 - Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit variabler Auslassventilbetätigung und brennraumindividueller Kraftstoffeinbringung

Info

Publication number: DE102019113740A1
Application number: DE102019113740.3A
Authority: DE
Inventors: Ingo Blei; Johannes Bunkus; Lucas Mathusall; Marcel Wiegel; Christian Heimermann
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2019-05-23
Filing date: 2019-05-23
Publication date: 2020-11-26

Abstract

Es ist ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine vorgesehen, die einen Verbrennungsmotor 1, der mehrere Brennräume 4 ausbildet, jeweils einen Kraftstoffinjektor 6 zum Einbringen von Kraftstoff in die Brennräume 4 und einen Abgasstrang 7 umfasst. Ein Ausbringen von Abgas aus den Brennräumen 4 ist mittels eines oder mehrerer Auslassventile 10 je Brennraum 4 steuerbar, wobei das oder die Auslassventile 10 mittels einer Ventilbetätigungsvorrichtung 11 betätigbar sind, die derart ausgebildet ist, dass mittels dieser die Ventilöffnung eines Auslassventils 10 oder zumindest einiger der Auslassventile 10 (variable Auslassventile) während des Ausstoßtakts in dem jeweiligen Brennraum 4 veränderbar ist. Während eines Heizbetriebs wird die Ventilöffnung des oder der variablen Auslassventile 10 im Vergleich zu einem Normalbetrieb kleiner eingestellt, um relativ heißes Abgas zu erzeugen. Weiterhin wird während des Heizbetriebs die mittels der Kraftstoffinjektoren 6 je Betriebszyklus in die einzelnen Brennräume 4 eingebrachten Kraftstoffmengen für zumindest einige der Brennräume 4 unterschiedlich eingestellt. Dadurch wird ermöglicht, sowohl das Betriebsverhalten des Verbrennungsmotors 1 als auch die Temperatur des von dem Verbrennungsmotor 1 erzeugten Abgases zu beeinflussen und insbesondere zielgerichtet einzustellen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem Verbrennungsmotor, der mehrere Brennräume ausbildet, mit jeweils einem Kraftstoffinjektor zum Einbringen von Kraftstoff in die Brennräume und mit einem Abgasstrang zum Abführen von Abgas von dem Verbrennungsmotor, wobei ein Ausbringen von Abgas aus den Brennräumen mittels eines oder mehrerer Auslassventile je Brennraum steuerbar ist, wobei die Auslassventile mittels einer Ventilbetätigungsvorrichtung betätigbar sind, die derart ausgebildet ist, dass mittels dieser im Betrieb des Verbrennungsmotors die Ventilöffnung eines oder zumindest einiger der Auslassventile (variable Auslassventile) während des in dem jeweils dazugehörigen Brennraum ablaufenden Ausstoßtakts veränderbar ist. Dabei ist vorgesehen, dass während eines Heizbetriebs des Verbrennungsmotors die während des Ausstoßtakts in dem jeweiligen Brennraum erfolgende Ventilöffnung des variablen Auslassventils oder zumindest einiger der variablen Auslassventile im Vergleich zu einem Normalbetrieb des Verbrennungsmotors kleiner eingestellt wird.
Ein solches Verfahren ist aus der DE 10 2004 016 386 B4 bekannt. Der Heizbetrieb wird dort temporär nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine durchgeführt, um durch das Betätigen der den Brennräumen des Verbrennungsmotors der Brennkraftmaschine zugeordneten Auslassventile mit im Vergleich zu dem Normalbetrieb relativ kleinen Ventilöffnungen die Ladungswechselarbeit, die für ein Ausstoßen von Abgas über die Auslassventile erforderlich ist, zu erhöhen und damit das Abgas mit einer relativ hohen Temperatur in den Abgasstrang der Brennkraftmaschine abzuführen. Dadurch kann ein möglichst schnelles Erwärmen einer in den Abgasstrang integrierten Abgasnachbehandlungsvorrichtung bewirkt werden.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, das Betriebsverhalten einer Brennkraftmaschine, wie sie aus der DE 10 2004 016 386 B4 bekannt ist, auf möglichst einfache Weise zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstände der weiteren Patentansprüche und/oder ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Brennkraftmaschine, die der Bereitstellung einer Fahrantriebsleistung für ein Kraftfahrzeug dient, vorgesehen. Bei einem solchen Kraftfahrzeug kann es sich insbesondere um ein radbasiertes und nicht schienengebundenes Kraftfahrzeug (vorzugsweise ein PKW oder ein LKW) handeln. Dabei kann die Brennkraftmaschine insbesondere zur direkten oder indirekten Bereitstellung einer Fahrantriebsleistung für das Kraftfahrzeug vorgesehen sein.
Eine für die Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Brennkraftmaschine umfasst einen (Viertakt-)Verbrennungsmotor, der mehrere Brennräume ausbildet. Weiterhin umfasst eine solche Brennkraftmaschine jeweils mindestens einen Kraftstoffinjektor zum Einbringen von Kraftstoff in die Brennräume und einen Abgasstrang zum Abführen von Abgas von dem Verbrennungsmotor. Ein Ausbringen von Abgas aus dem oder den Brennräumen und damit ein Überführen des Abgases in den Abgasstrang ist mittels eines oder mehrerer Auslassventile je Brennraum steuerbar, wobei die Auslassventile mittels einer Ventilbetätigungsvorrichtung betätigbar sind, die derart ausgebildet ist, dass im Betrieb des Verbrennungsmotors mittels dieser die Ventilöffnung, d.h. die sich aus der Kombination aus Öffnungsdauer und Öffnungshub ergebende Gesamtöffnung, eines Auslassventils oder einiger der Auslassventile oder aller Auslassventile (diese(s) wird/werden nachfolgend als variable(s) Auslassventil(e) bezeichnet) während des in dem jeweils dazugehörigen Brennraum stattfindenden Ausstoßtakts veränderbar ist. Insbesondere können die Ventilöffnungen derart veränderbar sein, dass zumindest eine relativ große Ventilöffnung und eine relativ kleine Ventilöffnung (die größer null ist) einstellbar ist. Vorgesehen ist, dass während eines Heizbetriebs des Verbrennungsmotors die während des in dem jeweiligen Brennraum stattfindenden Ausstoßtakts erfolgende Ventilöffnung des variablen Auslassventils oder zumindest einiger und vorzugsweise aller variablen Auslassventile im Vergleich zu einem Normalbetrieb des Verbrennungsmotors kleiner eingestellt wird.
Ein solcher Heizbetrieb dient der temporären Erzeugung relativ heißen Abgases, was durch die relativ kleine Ventilöffnung des oder der variablen Auslassventile während des Ausstoßtakts in dem jeweiligen Brennraum erreicht wird. Ein solcher Heizbetrieb kann insbesondere dazu dienen, möglichst schnell ein Aufheizen einer in den Abgasstrang der Brennkraftmaschine integrierten Abgasnachbehandlungseinrichtung zu bewirken. Dadurch kann beispielsweise möglichst schnell nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine ein Wirksamwerden der Abgasnachbehandlungseinrichtung realisiert werden. Ein Heizbetrieb der Brennkraftmaschine nach einem Kaltstart kann demnach insbesondere solange vorgesehen sein, bis eine Anspringbeziehungsweise Light-off-Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung oder zumindest einer Abgasnachbehandlungskomponente davon, ab der von einer ausreichenden Wirksamkeit der Abgasnachbehandlungseinrichtung beziehungsweise der Abgasnachbehandlungskomponente ausgegangen werden kann, erreicht wurde. Als „Kaltstart“ einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine wird dabei eine Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine verstanden, bei der die Abgasnachbehandlungseinrichtung oder zumindest eine Abgasnachbehandlungskomponente davon eine Temperatur aufweist, die unterhalb einer Grenztemperatur von 120°C liegt und die insbesondere im Wesentlichen (d.h. ±5°C) der Umgebungstemperatur entsprechen kann. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass während des Heizbetriebs die mittels der Kraftstoffinjektoren je Betriebs- beziehungsweise Kreisprozesszyklus in die einzelnen Brennräume eingebrachten Kraftstoffmengen für zumindest einige der Brennräume unterschiedlich (im Vergleich zueinander) eingestellt werden. Dadurch wird ermöglicht, sowohl das Betriebsverhalten des Verbrennungsmotors als auch die Temperatur des von dem Verbrennungsmotor erzeugten Abgases zu beeinflussen und insbesondere zielgerichtet einzustellen.
Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass die Brennräume des Verbrennungsmotors einer im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens verwendeten Brennkraftmaschine in eine erste Teilmenge und eine zweite Teilmenge aufgeteilt sind, wobei während des Heizbetriebs jeweils zumindest ein Auslassventil, das dem oder den Brennräumen der ersten Teilmenge zugeordnet ist, mit einer im Vergleich zu dem Normalbetrieb der Brennkraftmaschine kleineren Ventilöffnung betätigt wird, während das oder die Auslassventile, das/die dem oder den Brennräumen der zweiten Teilmenge zugeordnet sind, jeweils mit der dem Normalbetrieb entsprechenden Ventilöffnung betätigt wird/werden. Durch Nutzung einer solchen Brennkraftmaschine im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens kann in vorteilhafter Weise der Betriebsbereich, innerhalb dessen der Verbrennungsmotor in dem Heizbetrieb betrieben werden kann, relativ groß ausgelegt werden, was darin begründet ist, dass bei einer relativ großen Leistungsanforderung an den Verbrennungsmotor der oder die Brennräume der zweiten Teilmenge, die „normal“ betrieben werden, durch die in diesen Brennräumen minimierte Ladungswechselarbeit maßgeblich zur Erreichung dieser Leistungsanforderungen beitragen können. Somit kann der Verbrennungsmotor trotz eines Betriebs mit relativ hohen Drehzahlen und/oder Lasten im Heizbetrieb betrieben werden, da nur für einen Teil der Brennräume ein Betätigen des oder zumindest eines der jeweils dazugehörigen Auslassventile mit relativ kleiner Ventilöffnung vorgesehen ist. Auch kann dadurch vermieden werden, dass bei einem Betrieb des Verbrennungsmotors mit relativ hohen Drehzahlen und/oder Lasten das Abgas zu heiß wird, womit eine thermische Überlastung von Komponenten der Brennkraftmaschine, insbesondere der Abgasnachbehandlungseinrichtung oder zumindest einer Abgasnachbehandlungskomponente davon einhergehen könnte.
Die Verwendung einer Brennkraftmaschine, bei der die Brennräume des Verbrennungsmotors, wie beschrieben, in eine erste Teilmenge eine zweite Teilmenge aufgeteilt sind, ermöglicht weiterhin in vorteilhafter Weise, dass während des Heizbetriebs die Temperatur des Abgases und/oder das von dem Verbrennungsmotor abgegebene Drehmoment gezielt beeinflusst und insbesondere geregelt wird (Bei einer Regelung erfolgt dann auch eine Rückkopplung der Ist-Temperatur des Abgases auf eine Soll-Temperatur oder eine Rückkopplung des Ist-Drehmoments des Verbrennungsmotors auf ein Soll- Drehmoment, wobei aus der jeweiligen Rückkoppelung eine weitergehende Beeinflussung der Temperatur des Abgases oder des Drehmoments des Verbrennungsmotors abgeleitet wird). Für eine gezielte Beeinflussung der Temperatur des Abgases und/oder des von dem Verbrennungsmotor abgegebenen Drehmoments kann insbesondere vorgesehen sein, dass ein Unterschied in den Kraftstoffmengen, die einerseits in den oder die Brennräume der ersten Teilmenge und andererseits in den oder die Brennräume der zweiten Teilmenge eingebracht werden, variiert wird. Ein solches Vorgehen beruht auf der Erkenntnis, dass die Brennräume der ersten Teilmenge, bezogen auf die eingebrachte Kraftstoffmenge, deutlich weniger Drehmoment und somit eine deutlich erhöhte Temperatur des aus diesen ausgebrachten Abgases erzeugen. Die Brennräume der zweiten Teilmenge setzen die eingebrachte Kraftstoffmenge dagegen effizient in Drehmoment um, so dass die Temperatur des aus diesen ausgebrachten Abgases auf ein Minimum reduziert ist. Basierend auf einem definierten Drehmoment, das von dem Verbrennungsmotor erzeugt werden soll, besteht folglich die Möglichkeit, durch eine Variation des Unterschieds der Kraftstoffmengen, die einerseits in den oder die Brennräume der ersten Teilmenge und andererseits in den oder die Brennräume der zweiten Teilmenge eingebracht werden, sowohl die Temperatur des Abgases als auch das von dem Verbrennungsmotor abgegebene Drehmoment gezielt zu beeinflussen. Um beispielsweise ausgehend von einem Referenz-Heizbetrieb des Verbrennungsmotors mit der beschriebenen Unterteilung der Brennräume in zwei Teilmengen die Temperatur des Abgases zu erhöhen, kann die Kraftstoffmenge, die je Betriebszyklus in einen, mehrere oder in alle Brennräume der ersten Teilmenge eingebracht wird, erhöht werden, wobei durch eine gleichzeitige Reduzierung der Kraftstoffmenge, die je Betriebszyklus in einen, mehrere oder alle Brennräume der zweiten Teilmenge eingebracht wird, erreicht werden kann, dass trotz dieser Variationen der Kraftstoffmengen das von dem Verbrennungsmotor abgegebene Drehmoment gleich bleibt. Die erfindungsgemäße Variation der in die einzelnen Brennräume eingebrachten Kraftstoffmengen ermöglicht somit beispielsweise, drehmomentneutral die Temperatur des Abgases gezielt anzupassen. Alternativ kann beispielsweise ausgehend von einem Referenzbetrieb des Verbrennungsmotors das von dem Verbrennungsmotor abgegebene Drehmoment erhöht werden, indem die Kraftstoffmenge, die je Betriebszyklus in einen, mehrere oder in alle Brennräume der zweiten Teilmenge eingebracht wird, erhöht wird, wobei durch eine Reduzierung der Kraftstoffmenge, die je Betriebszyklus in einen, mehrere oder alle Brennräume der ersten Teilmenge eingebracht wird, die Temperatur des von dem Verbrennungsmotor insgesamt erzeugten Abgases gleich gehalten werden kann. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die Kraftstoffmenge, die einzelnen der Brennräume zugeführt wird, auch soweit reduziert werden kann, dass der Anteil dieser Brennräume an dem von dem Verbrennungsmotor abgegebenen Drehmoment null beträgt (indem durch das Umsetzen der entsprechenden Kraftstoffmenge lediglich der Anteil dieser Brennräume an der inneren Reibung im Betrieb des Verbrennungsmotors kompensiert wird) oder sogar negativ wird. Gegebenenfalls kann auch vorgesehen sein, einzelnen der Brennräume zeitweise überhaupt keinen Kraftstoff zuzuführen.
Bei dem Verbrennungsmotor einer zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Brennkraftmaschine kann es sich um einen (selbstzündenden und qualitätsgeregelten) Dieselmotor oder um einen (fremdgezündeten und quantitätsgeregelten) Ottomotor oder um eine Kombination aus Diesel- und Ottomotor, beispielsweise um einen Verbrennungsmotor mit homogener Kompressionszündung, handeln. Der Verbrennungsmotor kann dabei grundsätzlich mit einem beliebigen Kraftstoff, der überwiegend aus Wasserstoff und/oder Kohlenwasserstoffen besteht, insbesondere mit einem derzeit üblichen Flüssigkraftstoff (d.h. mit Diesel-Kraftstoff oder Benzin) oder mit einem (bei Umgebungsbedingungen) gasförmigen Kraftstoff (insbesondere mit Erdgas (CNG), LNG, LPG oder Wasserstoff) betrieben werden beziehungsweise betreibbar sein.
Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass jedem der Brennräume einer im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens genutzten Brennkraftmaschine eine Mehrzahl von Auslassventilen (insbesondere zwei) zugeordnet sind. Dabei kann vorgesehen sein, dass sämtliche oder nur einzelne, insbesondere nur ein einziges der den einzelnen Brennräumen (gegebenenfalls nur dem oder den Brennräumen der ersten Teilmenge) zugeordneten Auslassventile variabel ausgebildet sind, d.h. dass für diese die jeweilige Ventilöffnung während des Ausstoßtakts derart veränderbar ist, dass während des Heizbetriebs des Verbrennungsmotors die während des Ausstoßtakts in dem jeweiligen Brennraum erfolgende Ventilöffnung kleiner als in dem Normalbetrieb des Verbrennungsmotors eingestellt werden kann. Sofern während des Heizbetriebs nur ein Teil der Auslassventile je Brennraum mit einer relativ kleinen Ventilöffnung betätigt wird, kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass das oder die dazugehörigen übrigen Auslassventile vollständig geschlossen gehalten werden. Dadurch kann im Vergleich zu einem Betätigen aller Auslassventile je Brennraum mit einer relativ kleinen Ventilöffnung und, in einem noch stärkeren Ausmaß, im Vergleich zu einem Öffnen der übrigen Auslassventile je Brennraum mit einer dem Normalbetrieb entsprechenden, relativ großen Ventilöffnung besonders heißes Abgas erzeugt werden.
Eine Veränderung der Ventilöffnung des oder der variablen Auslassventile kann bei einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine vorzugsweise durch eine Verschiebung des jeweiligen Öffnungsbeginns während des Ausstoßtakts in dem dazugehörigen Brennraum (vorzugsweise in Kombination mit einer Änderung der Öffnungsdauer, d.h. das Öffnungsende wird nicht oder in einem anderen Ausmaß als der Öffnungsbeginn verschoben) und/oder durch eine Variation des Öffnungshubs (d.h. des maximalen Öffnungswegs) des jeweiligen Auslassventils realisierbar sein.
Vorzugsweise kann zur Variation der Ventilöffnung(en) des oder der variablen Auslassventile eine Schaltvorrichtung genutzt werden, die mindestens zwei und vorzugsweise exakt zwei diskrete Schaltstellungen aufweist, die sich hinsichtlich der durch die Ventilbetätigungsvorrichtung bewirkten Ventilöffnung(en) des oder der variablen Auslassventile unterscheiden. Eine solche Schaltvorrichtung kann sich, insbesondere im Vergleich zu einer ebenfalls vorteilhaft einsetzbaren Stellvorrichtung, mittels der die Ventilöffnung(en) des oder der variablen Auslassventile stufenlos und damit gegebenenfalls besser angepasst einstellbar sind, durch eine relativ einfache konstruktive Ausgestaltung auszeichnen. Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Ventilbetätigungsvorrichtung eine zur direkten oder indirekten Betätigung der Auslassventile vorgesehene Nockenwelle umfasst und die Schaltvorrichtung einen oder mehrere hinsichtlich des Übersetzungsverhältnisses schaltbare Schlepphebel aufweist, die jeweils eine Auslenkung durch einen Nocken der Nockenwelle (in unterschiedlichem Ausmaß) auf ein zugeordnetes, variables Auslassventil übertragen. Ergänzend oder alternativ kann die Schaltvorrichtung auch unterschiedliche Nocken der Nockenwelle umfassen, wobei die unterschiedlichen Nocken alternativ in Wirkverbindung mit einem zugeordneten, variablen Auslassventil bringbar sind.
Vorzugsweise kann bei der Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen sein, dass während des Heizbetriebs der Brennkraftmaschine das oder die mit relativ kleiner Ventilöffnung betätigten Auslassventile bei einer Steuerzeit, die zwischen 70°KW vor LW-OT (°KW: Kurbelwellenwinkel) und 50°KW vor LW-OT liegt, geöffnet und, weiterhin bevorzugt bei einer Steuerzeit, die zwischen 20°KW vor LW-OT und 0°KW vor LW-OT, insbesondere bei 10°KW vor LW-OT, liegt, geschlossen werden. Weiterhin bevorzugt kann vorgesehen sein, dass dabei der Öffnungshub dieser Auslassventile zwischen 5% und 50%, besonders bevorzugt zwischen 10% und 20% im Vergleich zu dem Öffnungshub im Normalbetrieb beträgt. Beispielsweise kann der Öffnungshub dann zwischen 1 mm und 2 mm betragen.
Weiterhin bevorzugt kann bei der Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen sein, dass während des Normalbetriebs der Brennkraftmaschine die Auslassventile bei einer Steuerzeit, die zwischen 210°KW vor LW-OT und 190°KW vor LW-OT, insbesondere bei 200°KW vor LW-OT, liegt, geöffnet und, weiterhin bevorzugt, bei einer Steuerzeit, die zwischen 20°KW vor LW-OT und 0°KW vor LW-OT, insbesondere bei 10°KW vor LW-OT, liegt, geschlossen werden. Weiterhin bevorzugt kann für den Normalbetrieb vorgesehen sein, dass der Öffnungshub der Auslassventile zwischen 8 mm und 10 mm, insbesondere 9 mm, beträgt.
Die Angaben der Steuerzeiten können sich auf eine vollständig geschlossene Stellung der Auslassventile oder auf eine Hubschwelle von 1 mm oder 0,5 mm beziehen, ab der von einer wirksamen Öffnung der Auslassventile ausgegangen werden kann. Dabei kann insbesondere eine Hubschwelle von 1 mm bei einem Öffnungshub von mindestens 2 mm und eine Hubschwelle von 0,5 mm bei einem Öffnungshub von weniger als 2 mm angesetzt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

1: eine für die Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Brennkraftmaschine in vereinfachter Darstellung;
2: Ventilerhebungskurven von Einlassventilen (gestrichelte Linienführung) und variablen Auslassventilen (durchgehende Linienführung) während eines Heizbetriebs der Brennkraftmaschine; und
3: Ventilerhebungskurven der Einlassventile (gestrichelte Linienführung) und der Auslassventile (durchgehende Linienführung) während eines Normalbetriebs der Brennkraftmaschine.

Die 1 zeigt in vereinfachter Darstellung eine für die Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug. Diese umfasst einen Viertakt-Verbrennungsmotor 1, der beispielhaft in Form eines Hubkolbenmotors mit vier in Reihe angeordneten Zylindern 2 ausgebildet ist. Die Zylinder 2 begrenzen mit darin geführten Hubkolben 3 und einem Zylinderkopf jeweils einen Brennraum 4. Diesen Brennräumen 4 wird im Betrieb des Verbrennungsmotors 1 und damit der Brennkraftmaschine Frischgas über einen Frischgasstrang 5 zugeführt. Bei dem Frischgas handelt es sich primär um Luft, die aus der Umgebung angesaugt wird. Abgas, das bei der Verbrennung von Gemischmengen entstanden ist, die aus dem Frischgas sowie aus direkt über Kraftstoffinjektoren 6 in die Brennräume 4 eingespritztem Kraftstoff bestehen, wird über einen Abgasstrang 7 der Brennkraftmaschine abgeführt. Das Abgas durchströmt dabei eine Abgasnachbehandlungseinrichtung 8, die dafür vorgesehen ist, Bestandteile des Abgases, die als Schadstoffe angesehen werden, aus dem Abgas zu entfernen beziehungsweise in unschädliche Bestandteile umzuwandeln.
Jedem der Brennräume 4 sind gemäß dem in der 1 dargestellten Ausgestaltungsbeispiel zwei Einlassventile 9 und zwei Auslassventile 10 zugeordnet, die über eine Ventilbetätigungsvorrichtung 11, die beispielsweise jeweils eine Nockenwelle für einerseits die Einlassventile 9 und andererseits die Auslassventile 10 umfassen kann, betätigt werden.
Im Betrieb des Verbrennungsmotors 1 werden die Hubkolben 3 aufgrund der Verbrennungsprozesse in den Brennräumen 4 oszillierend zwischen einem oberen Totpunkt (OT) und einem unteren Totpunkt (UT) bewegt, wobei die Hubkolben 3 abwechselnd einen Ladungswechselhubzyklus und einen Arbeitshubzyklus durchführen. Der Ladungswechselhubzyklus umfasst dabei eine Ausstoßhubbewegung des jeweiligen Hubkolbens 3 (entsprechend einem Ausstoßtakt in dem dazugehörigen Brennraum 4) sowie eine Ansaughubbewegung (entsprechend einem Ansaugtakt in dem dazugehörigen Brennraum 4). Der Arbeitshubzyklus umfasst dagegen eine Verdichtungshubbewegung des jeweiligen Hubkolbens 3 (entsprechend einem Verdichtungstakt in dem dazugehörigen Brennraum 4) und eine Arbeitshubbewegung (entsprechend einem Arbeitstakt in dem dazugehörigen Brennraum 4). Die vier Hubbewegungen der Hubkolben 3 beziehungsweise die vier entsprechenden Takte der in den Brennräumen 4 ablaufenden Kreisprozesse entsprechen dabei einem Betriebsbeziehungsweise Kreisprozesszyklus des Verbrennungsmotors 1. Die Hubkolben 3 sind über Pleuel (nicht dargestellt) mit einer Kurbelwelle (nicht dargestellt) verbunden, wobei die oszillierenden Bewegungen der Hubkolben 3 zu einer Rotation der Kurbelwelle führen.
In Abhängigkeit von einem Kurbelwellenwinkel im Ladungswechselhubzyklus der einzelnen Hubkolben 3 werden die Einlassventile 9 und die Auslassventile 10 mittels der Ventilbetätigungsvorrichtung 11 zu definierten Steuerzeiten geöffnet und geschlossen, wie dies beispielhaft in den 2 und 3 gezeigt ist. Mit LW-OT ist dabei der jeweilige Zeitpunkt gekennzeichnet, zu dem die einzelnen Hubkolben 3 während des jeweiligen Ladungswechselhubzyklus den obere Totpunkt durchlaufen.
Für ein möglichst schnelles Aufheizen der Abgasnachbehandlungseinrichtung 8 ist vorgesehen, den Verbrennungsmotor 1 nach einem Kaltstart in einem Heizbetrieb zu betreiben, in dem einige der Auslassventile 10 mit einer deutlich kleineren Ventilöffnung betätigt werden (vgl. 2), als dies in einem Normalbetrieb vorgesehen ist (vgl. 3).
Die relativ kleine Ventilöffnung der entsprechenden Auslassventile 10 wird dabei dadurch realisiert, dass zum einen der Öffnungsbeginn im Vergleich zu dem Normalbetrieb nach spät beziehungsweise näher in Richtung des LW-OT verschoben ist und zum anderen der Öffnungshub verkleinert ist, wohingegen das Öffnungsende im Vergleich zu dem Normalbetrieb gleich ist. Infolge des relativ späten Öffnungsbeginns der Öffnungsbewegungen dieser Auslassventile 10 erfolgt in dem jeweiligen Ausstoßtakt zunächst noch (bei geschlossenen Auslassventilen 10) eine relativ starke Verdichtung des in den dazugehörigen Brennräumen 4 enthaltenen Abgases, womit bereits eine Erwärmung dieses Abgases verbunden ist. Werden diese Auslassventile 10 dann geöffnet, strömt das relativ stark verdichtete Abgas durch die nur mit relativ kleinem Öffnungshub geöffneten Auslassventile 10, woraus hohe Strömungsgeschwindigkeiten resultieren, die zu einer weiteren Erwärmung des Abgases beitragen. Weiterhin trägt die Anhebung der inneren Motorlast, die zur Überwindung der höheren Ausschiebeverluste erforderlich ist, zur Anhebung der Abgastemperatur bei. Durch die Öffnung einiger der Auslassventile 10 mit jeweils einer relativ kleinen Ventilöffnung wird folglich relativ heißes Abgas in den Abgasstrang 7 abgeführt und damit ein relativ schnelles Erwärmen der Abgasnachbehandlungseinrichtung 8 realisiert.
Erfindungsgemäß besteht die Möglichkeit, die Brennkraftmaschine in einem Heizbetrieb zu betreiben, in dem lediglich für eines oder für beide derjenigen Auslassventile 10, die den Brennräumen 4 einer ersten Teilmenge zugeordnet sind, eine Betätigung mit einer relativ kleinen Ventilöffnung gemäß der 2 vorgesehen ist. Bei der Brennkraftmaschine gemäß der 1 sind dies beispielsweise die beiden mittig gelegenen Brennräume 4. Die den übrigen Brennräumen 4 (zweite Teilmenge) zugeordneten Auslassventile 10 werden dagegen auch während des Heizbetriebs jeweils mit einer Ventilöffnung betätigt, die derjenigen entspricht, wie sie für den Normalbetrieb vorgesehen ist (vgl. 3). Abgas, das aus den Brennräumen 4 der ersten Teilmenge stammt, weist aufgrund der relativ kleinen Ventilöffnungen, mit denen zumindest jeweils ein Auslassventil 10 dieser Brennräume 4 der ersten Teilmenge betätigt werden, eine relativ hohe Temperatur auf. Das Abgas, das aus den Brennräumen 4 der zweiten Teilmenge stammt, weist dagegen zwar eine relativ niedrige Temperatur auf, jedoch kann durch das Betätigen derjenigen Auslassventile 10, die den Brennräumen 4 der zweiten Teilmenge zugeordnet sind, mit jeweils einer relativ großen Ventilöffnung der Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors 1 im Heizbetrieb relativ hoch gehalten und zudem der Betriebsbereich, innerhalb dessen der Verbrennungsmotor 1 im Heizbetrieb betreibbar ist, relativ groß ausgelegt werden. Zudem besteht dann die Möglichkeit, die Ventilbetätigungsvorrichtung 11 derart auszugestalten, dass diese lediglich für die (beziehungsweise für jeweils zumindest eines der) der ersten Teilmenge der Brennräume 4 zugeordneten Auslassventile 10 eine Änderung der Ventilöffnung ermöglicht. Dadurch kann die konstruktive Komplexität der Ventilbetätigungsvorrichtung 11 und damit der gesamten Brennkraftmaschine relativ gering gehalten werden.
Um während des Heizbetriebs in vorteilhafter Weise die Temperatur des Abgases und/oder das von dem Verbrennungsmotor 1 abgegebene Drehmoment einzustellen, kann vorgesehen sein, die Kraftstoffmengen, die in die einzelnen Brennräume 4 mittels der dazugehörigen Kraftstoffinjektoren 6 eingebracht werden, individuell und demnach bedarfsweise für zumindest einige der Brennräume 4 unterschiedlich einzustellen.
Beispielsweise besteht die Möglichkeit, basierend auf einem definierten Drehmoment, das von dem Verbrennungsmotor 1 erzeugt werden soll, die Temperatur des Abgases zu erhöhen, indem die Kraftstoffmenge, die je Betriebszyklus in jeden der Brennräume 4 der ersten Teilmenge eingebracht wird, erhöht wird, während gleichzeitig die Kraftstoffmenge, die je Betriebszyklus in jeden der Brennräume 4 der zweiten Teilmenge eingebracht wird, derart reduziert wird, dass das von dem Verbrennungsmotor 1 abgegebene Drehmoment gleich bleibt. Alternativ kann beispielsweise ausgehend von einem Referenzbetrieb des Verbrennungsmotors 1 das von diesem abgegebene Drehmoment erhöht werden, indem die Kraftstoffmenge, die je Betriebszyklus in jeden der Brennräume 4 der zweiten Teilmenge eingebracht wird, erhöht wird, wobei gleichzeitig die Kraftstoffmenge, die je Betriebszyklus in jeden der Brennräume 4 der ersten Teilmenge eingebracht wird, reduziert wird. Die Temperatur des von dem Verbrennungsmotor 1 insgesamt erzeugten Abgases kann dabei gleich gehalten werden.
Sobald eine ausreichende hohe Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung 8 erreicht wurde, kann von dem zuvor ausgeführten Heizbetrieb zu dem Normalbetrieb der Brennkraftmaschine umgeschaltet werden, in dem sich gemäß der 3 die Öffnungsdauer für sämtliche der Auslassventile 10 über jeweils den gesamten Ausstoßtakt erstreckt und zudem der Öffnungshub der Auslassventile 10 deutlich größer als der in dem Heizbetrieb des Verbrennungsmotors 1 für die variablen Auslassventile 10 vorgesehene Öffnungshub ist. Dies dient dazu, die Ladungswechselarbeit in dem Normalbetrieb des Verbrennungsmotors 1 möglichst zu minimieren, was sich vorteilhaft auf den Wirkungsgrad und damit den Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors 1 auswirkt.
Bezugszeichenliste

1: (Viertakt-)Verbrennungsmotor
2: Zylinder
3: Hubkolben
4: Brennraum
5: Frischgasstrang
6: Kraftstoffinjektor
7: Abgasstrang
8: Abgasnachbehandlungseinrichtung
9: Einlassventil
10: Auslassventil
11: Ventilbetätigungsvorrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004016386 B4 [0002, 0003]

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem Verbrennungsmotor (1), der mehrere Brennräume (4) ausbildet, mit jeweils einem Kraftstoffinjektor (6) zum Einbringen von Kraftstoff in die Brennräume (4) und mit einem Abgasstrang (7) zum Abführen von Abgas von dem Verbrennungsmotor (1), wobei ein Ausbringen von Abgas aus den Brennräumen (4) mittels eines oder mehrerer Auslassventile (10) je Brennraum (4) steuerbar ist, wobei die Auslassventile (10) mittels einer Ventilbetätigungsvorrichtung (11) betätigbar sind, die derart ausgebildet ist, dass mittels dieser im Betrieb des Verbrennungsmotors (1) die Ventilöffnung eines oder zumindest einiger der Auslassventile (10) (variable Auslassventile) während des Ausstoßtakts in dem dazugehörigen Brennraum (4) derart veränderbar ist, dass während eines Heizbetriebs des Verbrennungsmotors (1) die während des Ausstoßtakts in dem jeweiligen Brennraum (4) erfolgende Ventilöffnung des variablen Auslassventils (10) oder zumindest einiger der variablen Auslassventile (10) im Vergleich zu einem Normalbetrieb des Verbrennungsmotors (1) kleiner eingestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass während des Heizbetriebs die mittels der Kraftstoffinjektoren (6) je Betriebszyklus in die Brennräume (4) eingebrachten Kraftstoffmengen für zumindest einige der Brennräume (4) unterschiedlich eingestellt werden.
Verfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Anwendung bei einer Brennkraftmaschine, bei der die Brennräume (4) des Verbrennungsmotors (1) in eine erste Teilmenge und eine zweite Teilmenge aufgeteilt sind, wobei während des Heizbetriebs jeweils zumindest ein Auslassventil (10), das dem oder den Brennräumen (4) der ersten Teilmenge zugeordnet ist, mit einer im Vergleich zu dem Normalbetrieb kleineren Ventilöffnung betätigt wird, während das oder die Auslassventile (10), das/die dem oder den Brennräumen (4) der zweiten Teilmenge zugeordnet sind, jeweils mit der dem Normalbetrieb entsprechenden Ventilöffnung betätigt wird/werden.
Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass während des Heizbetriebs die Temperatur des Abgases und/oder das von dem Verbrennungsmotor (1) abgegebene Drehmoment gezielt beeinflusst wird, indem ein Unterschied in den Kraftstoffmengen, die einerseits in den oder die Brennräume (4) der ersten Teilmenge und andererseits in den oder die Brennräume (4) der zweiten Teilmenge eingebracht werden, variiert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Abgases und/oder das von dem Verbrennungsmotor (1) abgegebene Drehmoment dabei geregelt wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Heizbetriebs das oder die variablen Auslassventile (10) - bei einer Steuerzeit, die zwischen 70°KW vor LW-OT und 50°KW vor LW-OT liegt, geöffnet und bei einer Steuerzeit, die zwischen 20°KW vor LW-OT und 0°KW vor LW-OT liegt, geschlossen wird/werden und/oder - mit einem Öffnungshub, der zwischen 5% und 50% des Öffnungshubs in dem Normalbetrieb beträgt, betätigt wird/werden.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Normalbetriebs die Auslassventile (10) - bei einer Steuerzeit, die zwischen 210°KW vor LW-OT und 190°KW vor LW-OT liegt, geöffnet und bei einer Steuerzeit, die zwischen 20°KW vor LW-OT und 0°KW vor LW-OT liegt, geschlossen wird/werden und/oder - mit einem Öffnungshub zwischen 8 mm und 10 mm betätigt werden.