DE102019113746A1 - Internal combustion engine with variable exhaust valve actuation - Google Patents

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Abstract

Ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine sieht vor, dass während eines Heizbetriebs des Verbrennungsmotors zur Erzielung einer relativ hohen Temperatur des aus einem Brennraum eines Verbrennungsmotors der Brennkraftmaschine ausgebrachten Abgases die während eines in dem Brennraum stattfindenden Ausstoßtakts erfolgenden Ventilöffnungen von mindestens zwei Auslassventilen je Brennraum im Vergleich zu einem Normalbetrieb des Verbrennungsmotors hinsichtlich Hub und Öffnungsdauer kleiner eingestellt werden. Weiterhin ist vorgesehen, dass zumindest zeitweise während des Heizbetriebs mittels eines Auslass-Phasenstellers die Öffnungswinkel der Auslassventile relativ zueinander verstellt werden. Dadurch wird ermöglicht, die Temperatur des Abgases während des Heizbetriebs auch unabhängig von einer Änderung des Betriebspunkts, in dem der Verbrennungsmotor betrieben wird, gezielt einzustellen.A method for operating an internal combustion engine provides that during a heating operation of the internal combustion engine to achieve a relatively high temperature of the exhaust gas discharged from a combustion chamber of an internal combustion engine of the internal combustion engine, the valve openings of at least two exhaust valves per combustion chamber occurring during an exhaust stroke taking place in the combustion chamber are compared to normal operation of the internal combustion engine can be set smaller in terms of stroke and opening duration. It is also provided that the opening angles of the exhaust valves are adjusted relative to one another at least temporarily during the heating operation by means of an exhaust phaser. This enables the temperature of the exhaust gas to be set in a targeted manner during the heating operation, regardless of a change in the operating point at which the internal combustion engine is operated.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Verbrennungsmotor, der mindestens einen Brennraum ausbildet, wobei ein Ausbringen von Abgas aus dem Brennraum mittels Auslassventilen steuerbar ist, wobei die Auslassventile mittels einer Ventilbetätigungsvorrichtung betätigbar sind, die derart ausgebildet ist, dass mittels dieser die Ventilöffnungen der Auslassventile während des in dem Brennraum stattfindenden Ausstoßtakts veränderbar ist.The invention relates to an internal combustion engine with an internal combustion engine that forms at least one combustion chamber, the discharge of exhaust gas from the combustion chamber being controllable by means of exhaust valves, the exhaust valves being operable by means of a valve actuating device which is designed such that the valve openings of the exhaust valves during of the exhaust stroke taking place in the combustion chamber can be changed.

Eine solche Brennkraftmaschine ist aus der DE 10 2004 016 386 B4 bekannt. Dort ist konkret ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Brennkraftmaschine offenbart, bei dem nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine die den mehreren Brennräumen eines Verbrennungsmotors der Brennkraftmaschine zugeordnete Auslassventile mit einer im Vergleich zu einem Normalbetrieb relativ kleinen Ventilöffnung betätigt werden. Dadurch wird die Ladungswechselarbeit im Betrieb des Verbrennungsmotors erhöht und damit Abgas über die entsprechend geöffneten Auslassventile mit einer relativ hohen Temperatur in einen Abgasstrang abgeführt, wodurch das Abgas ein möglichst schnelles Erwärmen einer in den Abgasstrang integrierten Abgasnachbehandlungseinrichtung bewirken soll.Such an internal combustion engine is from DE 10 2004 016 386 B4 known. There, a method for operating such an internal combustion engine is specifically disclosed, in which, after a cold start of the internal combustion engine, the exhaust valves assigned to the several combustion chambers of an internal combustion engine are actuated with a valve opening that is relatively small compared to normal operation. This increases the gas exchange work during operation of the internal combustion engine and thus exhaust gas is discharged into an exhaust system at a relatively high temperature via the correspondingly opened exhaust valves, whereby the exhaust gas is intended to cause an exhaust gas aftertreatment device integrated in the exhaust system to be heated as quickly as possible.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit anzugeben, bei einer Brennkraftmaschine, wie sie aus der DE 10 2004 016 386 B4 bekannt ist, die Temperatur des Abgases auf möglichst vorteilhafte Weise einstellen zu können.The invention was based on the object of providing a possibility in an internal combustion engine, as it is from the DE 10 2004 016 386 B4 it is known to be able to adjust the temperature of the exhaust gas in the most advantageous manner possible.

Diese Aufgabe wird mittels einer Brennkraftmaschine gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Brennkraftmaschine ist Gegenstand des Patentanspruchs 6. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine und bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstände der weiteren Patentansprüche und/oder ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.This object is achieved by means of an internal combustion engine according to patent claim 1. A method for operating such an internal combustion engine is the subject matter of patent claim 6. Advantageous embodiments of the internal combustion engine according to the invention and preferred embodiments of the method according to the invention are the subject matter of the further patent claims and / or result from the following description of the invention.

Erfindungsgemäß ist eine Brennkraftmaschine, insbesondere eine Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, vorgesehen. Diese umfasst zumindest einen (Viertakt-)Verbrennungsmotor, der mindestens einen Brennraum ausbildet. Die Brennkraftmaschine kann weiterhin einen Frischgasstrang zum Zuführen von Frischgas zu dem Verbrennungsmotor und einen Abgasstrang zum Abführen von Abgas von dem Verbrennungsmotor umfassen, wobei in den Abgasstrang vorzugsweise eine Abgasnachbehandlungseinrichtung integriert ist. Ein Ausbringen von Abgas aus dem Brennraum ist mittels mindestens eines ersten Auslassventils und eines zweiten Auslassventils steuerbar, wobei die Auslassventile mittels einer Ventilbetätigungsvorrichtung betätigbar sind, die derart ausgebildet ist, dass im Betrieb des Verbrennungsmotors mittels dieser die Ventilöffnungen, d.h. die sich aus der jeweiligen Kombination aus Öffnungsdauer und Öffnungshub ergebenden Gesamtöffnungen, der Auslassventile während des (jedes) in dem Brennraum stattfindenden Ausstoßtakts veränderbar sind. Insbesondere sind die Ventilöffnungen derart veränderbar, dass zumindest eine relativ große und eine relativ kleine Ventilöffnung einstellbar ist. Weiterhin umfasst die Ventilbetätigungsvorrichtung einen Auslass-Phasensteller, mittels dessen die Öffnungswinkel (d.h. die Kurbelwinkel, in denen die jeweilige Ventilöffnung in Relation zu beispielsweise einer definierten Hubposition eines den Brennraum begrenzenden Kolbens durchgeführt wird) der zwei Auslassventile relativ zueinander verstellbar sind. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass eine Verstellung des Öffnungswinkelsohne Einfluss auf die (Größe der) Ventilöffnung ist.According to the invention, an internal combustion engine, in particular an internal combustion engine for a motor vehicle, is provided. This includes at least one (four-stroke) internal combustion engine that forms at least one combustion chamber. The internal combustion engine can furthermore comprise a fresh gas line for supplying fresh gas to the internal combustion engine and an exhaust gas line for removing exhaust gas from the internal combustion engine, with an exhaust gas aftertreatment device preferably being integrated into the exhaust gas line. Discharge of exhaust gas from the combustion chamber can be controlled by means of at least a first exhaust valve and a second exhaust valve, wherein the exhaust valves can be actuated by means of a valve actuation device which is designed in such a way that during operation of the internal combustion engine the valve openings, i.e. the total openings of the exhaust valves resulting from the respective combination of opening duration and opening stroke can be changed during the (each) exhaust stroke taking place in the combustion chamber. In particular, the valve openings can be changed in such a way that at least one relatively large and one relatively small valve opening can be set. Furthermore, the valve actuation device comprises an exhaust phaser, by means of which the opening angles (i.e. the crank angles at which the respective valve opening is performed in relation to, for example, a defined stroke position of a piston delimiting the combustion chamber) of the two exhaust valves can be adjusted relative to one another. In particular, it can be provided that an adjustment of the opening angle has no effect on the (size of the) valve opening.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben einer solchen Brennkraftmaschine sieht vor, dass während eines Heizbetriebs des Verbrennungsmotors die während des in dem Brennraum stattfindenden Ausstoßtakts erfolgenden Ventilöffnungen der Auslassventile jeweils im Vergleich zu einem Normalbetrieb des Verbrennungsmotors hinsichtlich Öffnungshub und Öffnungsdauer kleiner eingestellt werden. Dies dient der Erzeugung relativ heißen Abgases, was durch die relativ kleinen Ventilöffnungen der Auslassventile erreicht wird und was insbesondere dazu dienen kann, möglichst schnell ein Aufheizen einer in den Abgasstrang der Brennkraftmaschine integrierten Abgasnachbehandlungseinrichtung zu bewirken oder ein ungewolltes Auskühlen der Abgasnachbehandlungseinrichtung zu vermeiden. Ein Aufheizen kann insbesondere mit dem Ziel erfolgen, möglichst schnell nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine ein Wirksamwerden der Abgasnachbehandlungseinrichtung zu realisieren. Als „Kaltstart“ einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine wird 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.A method according to the invention for operating such an internal combustion engine provides that, during a heating operation of the internal combustion engine, the valve openings of the exhaust valves occurring during the exhaust stroke taking place in the combustion chamber are each set smaller in terms of opening stroke and opening duration compared to normal operation of the internal combustion engine. This is used to generate relatively hot exhaust gas, which is achieved through the relatively small valve openings of the exhaust valves and which can in particular serve to cause an exhaust gas aftertreatment device integrated in the exhaust system of the internal combustion engine to heat up as quickly as possible or to prevent the exhaust gas aftertreatment device from cooling down unintentionally. In particular, heating can take place with the aim of making the exhaust gas aftertreatment device effective as quickly as possible after a cold start of the internal combustion engine. A “cold start” of an internal combustion engine according to the invention is taken to mean a start-up of the internal combustion engine in which the exhaust gas aftertreatment device or at least one exhaust gas aftertreatment component thereof has a temperature which is below a limit temperature of 120 ° C and which is in particular essentially (ie ± 5 ° C) the ambient temperature can correspond.

Weiterhin ist vorgesehen, dass zumindest zeitweise während des Heizbetriebs mittels des Auslass-Phasenstellers die Öffnungswinkel der Auslassventile relativ zueinander verstellt werden. Dadurch wird ermöglicht, die Temperatur des während des Heizbetriebs erzeugten Abgases unabhängig von einer Änderung des Betriebspunkts, in dem der Verbrennungsmotor betrieben wird, gezielt einzustellen und dabei vorzugsweise sogar zu regeln.Furthermore, it is provided that the opening angles of the exhaust valves are adjusted relative to one another at least temporarily during the heating operation by means of the exhaust phaser. This enables the temperature of the exhaust gas generated during the heating operation to be set in a targeted manner independently of a change in the operating point at which the internal combustion engine is operated and, in the process, preferably even to be regulated.

Bei einem Regeln der Abgastemperatur erfolgt eine Rückkopplung einer Ist-Temperatur des Abgases auf eine definierte Soll-Temperatur. Aus dieser Rückkoppelung wird dann eine weitergehende Beeinflussung der Temperatur des Abgases mit dem Ziel, die Ist-Temperatur der Soll-Temperatur möglichst anzupassen, abgeleitet. Demnach kann vorgesehen sein, dass die Temperatur des Abgases an zumindest einer Stelle als zu beeinflussende (Regel-)Größe gemessen und mit einer vorgesehenen Soll-Temperatur (Führungsgröße) verglichen wird, um eine gegebenenfalls vorliegende Regelabweichung zu ermitteln. Mittels einer Regelvorrichtung der Brennkraftmaschine kann dann aus der Regelabweichung eine Stellgröße ermittelt werden, basierend auf der die weitergehende Beeinflussung der Temperatur des Abgases, die erfindungsgemäß durch eine Verstellung der Öffnungswinkel der zwei Auslassventile relativ zueinander möglich ist, erfolgt beziehungsweise eingestellt wird.When the exhaust gas temperature is regulated, an actual temperature of the exhaust gas is fed back to a defined target temperature. A further influencing of the temperature of the exhaust gas with the aim of adapting the actual temperature to the target temperature as far as possible is then derived from this feedback. Accordingly, it can be provided that the temperature of the exhaust gas is measured at at least one point as a (control) variable to be influenced and compared with an intended target temperature (reference variable) in order to determine any control deviation that may be present. Using a control device of the internal combustion engine, a manipulated variable can then be determined from the control deviation, on the basis of which the further influencing of the temperature of the exhaust gas, which is possible according to the invention by adjusting the opening angle of the two exhaust valves relative to one another, takes place or is set.

Zur automatisierten Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens kann eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine eine entsprechend eingerichtete Steuerungsvorrichtung aufweisen.For the automated implementation of a method according to the invention, an internal combustion engine according to the invention can have a correspondingly configured control device.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine kann vorgesehen sein, dass mittels des Auslass-Phasenstellers ausschließlich der Öffnungswinkel eines der Auslassventile verstellbar ist und bei der Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens verstellt wird. Dadurch kann eine in konstruktiver Hinsicht relativ einfache Ausgestaltung der Brennkraftmaschine und insbesondere des Auslass-Phasenstellers realisiert werden.According to a preferred embodiment of an internal combustion engine according to the invention, it can be provided that only the opening angle of one of the outlet valves can be adjusted by means of the outlet phaser and is adjusted when a method according to the invention is carried out. As a result, a configuration of the internal combustion engine and in particular of the exhaust phaser that is relatively simple from a structural point of view can be implemented.

Weiterhin bevorzugt kann vorgesehen sein, dass bei der Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens während des Heizbetriebs immer zumindest eines der Auslassventile zu einer Steuerzeit geschlossen wird, die derjenigen Steuerzeit, zu der beide Auslassventile während des Normalbetriebs geschlossen werden, zumindest im Wesentlichen (bis ±5°KW Abweichung), vorzugsweise weitestmöglich exakt entspricht. Da insbesondere auch für den Normalbetrieb ein Schließen der Auslassventile erst mit oder sogar kurz nach dem Ende des Ausstoßtakts vorgesehen sein kann, kann auf diese Weise auch während des Heizbetriebs zum Ende des Ausstoßtakts ein möglichst geringer Gehalt von (Rest-)Abgas in dem Brennraum realisiert werden. Dies kann sich vorteilhaft auf das Betriebsverhalten des Verbrennungsmotors auswirken.Furthermore, it can preferably be provided that when a method according to the invention is carried out during heating operation, at least one of the outlet valves is always closed at a control time that is at least substantially (up to ± 5 ° CA) the control time at which both outlet valves are closed during normal operation Deviation), preferably as exactly as possible. Since the exhaust valves can only be closed at or even shortly after the end of the exhaust stroke, especially for normal operation, the lowest possible content of (residual) exhaust gas in the combustion chamber can be achieved in this way even during the heating operation at the end of the exhaust stroke will. This can have an advantageous effect on the operating behavior of the internal combustion engine.

Bei dem Verbrennungsmotor einer erfindungsgemäßen 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, z.B. 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.The internal combustion engine of an internal combustion engine according to the invention can be a (self-igniting and quality-controlled) diesel engine or a (externally ignited and quantity-controlled) Otto engine or a combination of diesel and Otto engine, e.g. an internal combustion engine with homogeneous compression ignition. In principle, the internal combustion engine can be operated with any fuel that consists predominantly of hydrogen and / or hydrocarbons, in particular with a liquid fuel that is currently customary (i.e. with diesel fuel or gasoline) or with a fuel that is gaseous under ambient conditions (in particular with natural gas (CNG), LNG, LPG or hydrogen) are or can be operated.

Der Verbrennungsmotor einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine kann vorzugsweise eine Mehrzahl von Brennräumen ausbilden. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Betätigung der mindestens zwei Auslassventile je Brennraum identisch für sämtliche der Brennräume vorgesehen ist.The internal combustion engine of an internal combustion engine according to the invention can preferably form a plurality of combustion chambers. In particular, it can be provided that the actuation of the at least two exhaust valves per combustion chamber is provided identically for all of the combustion chambers.

Eine Veränderung der Ventilöffnungen der Auslassventile kann bei einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine vorzugsweise durch eine Variation der Öffnungsdauer während des Ausstoßtakts und/oder durch eine Variation des Öffnungshubs (d.h. des maximalen Öffnungswegs) des jeweiligen Auslassventils realisierbar sein.In an internal combustion engine according to the invention, a change in the valve openings of the exhaust valves can preferably be achieved by varying the opening duration during the exhaust stroke and / or by varying the opening stroke (i.e. the maximum opening travel) of the respective exhaust valve.

Vorzugsweise kann zur Veränderung der Ventilöffnungen der Auslassventile eine Schaltvorrichtung genutzt werden, die mindestens zwei und vorzugsweise exakt zwei diskrete Schaltstellungen aufweist, die sich hinsichtlich der durch die Ventilbetätigungsvorrichtung bewirkten Ventilöffnungen der Auslassventile unterscheiden. Eine solche Schaltvorrichtung kann sich, insbesondere im Vergleich zu einer ebenfalls vorteilhaft einsetzbaren Stellvorrichtung, mittels der die Ventilöffnungen der Auslassventile stufenlos einstellbar ist, 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 jeweils einen hinsichtlich der bewirkten Übersetzung schaltbaren Schlepphebel aufweist, der eine Auslenkung durch einen Nocken der Nockenwelle (je nach Schaltstellung in unterschiedlichem Ausmaß) auf ein zugeordnetes Auslassventil überträgt. Ergänzend oder alternativ kann die Schaltvorrichtung auch unterschiedliche Nocken der Nockenwelle umfassen, wobei jeweils unterschiedliche Nocken alternativ in Wirkverbindung mit jeweils einem der Auslassventile bringbar sind.To change the valve openings of the outlet valves, a switching device can preferably be used which has at least two and preferably exactly two discrete switching positions that differ with regard to the valve openings of the outlet valves caused by the valve actuating device. Such a switching device can be distinguished by a relatively simple structural design, in particular in comparison to an adjusting device which can likewise be used advantageously and by means of which the valve openings of the outlet valves can be continuously adjusted. Particularly preferably, it can be provided that the valve actuation device comprises a camshaft provided for direct or indirect actuation of the exhaust valves and the switching device has a rocker arm which can be switched with regard to the gear ratio and which is deflected by a cam of the camshaft (depending on the switching position to a different extent) transmits an associated exhaust valve. In addition or as an alternative, the switching device can also comprise different cams of the camshaft, with different cams alternatively being able to be brought into operative connection with one of the exhaust valves.

Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass während des Heizbetriebs des Verbrennungsmotors die Auslassventile in dem jeweils spätestmöglich einstellbaren Öffnungswinkel (beziehungsweise stets bei einem Auslassventil, dessen Öffnungswinkel nicht verstellbar ist,) 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 während des Heizbetriebs die Öffnungshübe der Auslassventile jeweils bei einem Wert liegen, der zwischen 5% und 50%, besonders bevorzugt zwischen 10% und 20%, im Vergleich zu den Öffnungshüben im Normalbetrieb beträgt. Beispielsweise können die Öffnungshübe dann zwischen 1 mm und 2 mm betragen.It can preferably be provided that, during the heating operation of the internal combustion engine, the exhaust valves are set at the latest possible opening angle (or always in the case of an exhaust valve whose Opening angle is not adjustable,) with a control time that is between 70 ° KW before LW-OT (° KW: crankshaft angle) and 50 ° KW before LW-OT, and, further preferred, with a control time that is between 20 ° KW before LW-OT and 0 ° KW before LW-OT, especially at 10 ° KW before LW-OT. Furthermore, it can preferably be provided that the opening strokes of the exhaust valves are each at a value that is between 5% and 50%, particularly preferably between 10% and 20%, compared to the opening strokes in normal operation. For example, the opening strokes can then be between 1 mm and 2 mm.

Ebenfalls bevorzugt kann vorgesehen sein, dass während des Normalbetriebs des Verbrennungsmotors die Auslassventile bei einer Steuerzeit, die zwischen 210°KW vor LW-OT und 190°KW vor LW-OT und 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 und insbesondere bei 10°KW vor LW-OT liegt, geschlossen werden. Ebenfalls bevorzugt kann für den Normalbetrieb vorgesehen sein, dass der Öffnungshub jeweils zwischen 8 mm und 10 mm liegt und insbesondere 9 mm beträgt.Likewise, it can preferably be provided that during normal operation of the internal combustion engine the exhaust valves are opened at a control time that is between 210 ° CA before LW-OT and 190 ° CA before LW-OT and in particular at 200 ° CA before LW-OT and, furthermore preferred to be closed at a control time that is between 20 ° CA before LW-OT and 0 ° CA before LW-OT and in particular at 10 ° CA before LW-OT. Likewise, it can preferably be provided for normal operation that the opening stroke is between 8 mm and 10 mm and in particular is 9 mm.

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.The details of the control times can relate to a completely closed position of the exhaust valves or to a stroke threshold of 1 mm or 0.5 mm, from which it can be assumed that the exhaust valves will open effectively. In particular, a stroke threshold of 1 mm for an opening stroke of at least 2 mm and a stroke threshold of 0.5 mm for an opening stroke of less than 2 mm can be applied.

Die vorzugsweise vorgesehene Abgasnachbehandlungseinrichtung einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine kann insbesondere einen NOX-Speicherkatalysator und/oder einen Oxidationskatalysator und/oder einen Partikelfilter und/oder einen SCR-Katalysator umfassen, um eine möglichst vorteilhafte Nachbehandlung des Abgases beziehungsweise um eine möglichst umfassende Reduzierung der in dem Abgas enthaltenen Schadstoffe realisieren zu können.The preferably provided exhaust gas aftertreatment device of an internal combustion engine according to the invention can in particular comprise an NO x storage catalytic converter and / or an oxidation catalytic converter and / or a particle filter and / or an SCR catalytic converter in order to achieve the most advantageous possible aftertreatment of the exhaust gas or to reduce the amount in the exhaust gas as much as possible to be able to realize contained pollutants.

Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein radbasiertes und nicht schienengebundenes Kraftfahrzeug (vorzugsweise ein PKW oder ein LKW), mit einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine. Dabei kann die Brennkraftmaschine beziehungsweise der Verbrennungsmotor davon insbesondere zur direkten oder indirekten Bereitstellung einer Fahrantriebsleistung für das Kraftfahrzeug vorgesehen sein.The invention also relates to a motor vehicle, in particular a wheel-based and not rail-bound motor vehicle (preferably a car or a truck), with an internal combustion engine according to the invention. The internal combustion engine or the internal combustion engine thereof can in particular be provided for the direct or indirect provision of traction drive power for the motor vehicle.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

  • 1: in vereinfachter Darstellung eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine;
  • 2: in vereinfachter Darstellung eine doppelte Nockenwelle und einen damit zusammenwirkenden Auslass-Phasensteller für eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine;
  • 3: Ventilerhebungskurven für die Einlassventile (gestrichelte Linienführung) und die Auslassventile (durchgehende Linienführung) sowie die Bewegungskurve eines Kolbens (strichpunktierte Linienführung) eines Verbrennungsmotors einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine während eines Heizbetriebs, wobei die Öffnungswinkel der Auslassventile identisch sind;
  • 4: Ventilerhebungskurven für die Einlassventile (gestrichelte Linienführung) und die Auslassventile (durchgehende Linienführung) sowie die Bewegungskurve eines Kolbens (strichpunktierte Linienführung) eines Verbrennungsmotors einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine während eines Heizbetriebs, wobei die Öffnungswinkel bei gleicher Öffnungsdauer der Auslassventile unterschiedlich sind; und
  • 5: Ventilerhebungskurven für die Einlassventile (gestrichelte Linienführung) und die Auslassventile (durchgehende Linienführung) sowie die Bewegungskurve eines Kolbens (strichpunktierte Linienführung) eines Verbrennungsmotors einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine während eines Normalbetriebs.
The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment shown in the drawings. In the drawings shows:
  • 1 : an internal combustion engine according to the invention in a simplified representation;
  • 2 : in a simplified representation a double camshaft and an exhaust phaser for an internal combustion engine according to the invention, which interacts therewith;
  • 3 : Valve lift curves for the intake valves (dashed lines) and the exhaust valves (continuous lines) and the movement curve of a piston (dash-dotted lines) of an internal combustion engine of an internal combustion engine according to the invention during a heating operation, the opening angles of the exhaust valves being identical;
  • 4th : Valve lift curves for the intake valves (dashed lines) and the exhaust valves (continuous lines) and the movement curve of a piston (dash-dotted lines) of an internal combustion engine of an internal combustion engine according to the invention during a heating operation, the opening angles being different for the same opening duration of the exhaust valves; and
  • 5 : Valve lift curves for the inlet valves (dashed lines) and the exhaust valves (continuous lines) and the movement curve of a piston (dash-dotted lines) of an internal combustion engine of an internal combustion engine according to the invention during normal operation.

Die 1 zeigt in schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine. 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 Kolben 3 und einem Zylinderkopf jeweils einen Brennraum 4. Diesen Brennräumen 4 wird im Betrieb des Verbrennungsmotors 1 Frischgas über einen Frischgasstrang 5 zugeführt. Bei diesem Frischgas handelt es sich primär um Luft, die aus der Umgebung angesaugt wird und die anschließend über einen Verdichter (nicht dargestellt) geführt wird. Dieser Verdichter ist Teil eines Abgasturboladers, der weiterhin eine Abgasturbine 6 umfasst, die in einen Abgasstrang 7 der Brennkraftmaschine integriert ist. Abgas, das bei der Verbrennung von Gemischmengen, die aus dem Frischgas und aus beispielsweise direkt über Kraftstoffinjektoren (nicht dargestellt) in die Brennräume 4 eingespritztem Kraftstoff bestehen, entstanden ist, wird über den Abgasstrang 7 abgeführt und durchströmt dabei die Abgasturbine 6 und anschließend eine Abgasnachbehandlungseinrichtung der Brennkraftmaschine.The 1 shows a schematic representation of an internal combustion engine according to the invention. This includes a (four-stroke) internal combustion engine 1, for example in the form of a reciprocating piston engine with four cylinders arranged in series 2 is trained. The cylinders 2 limit with piston guided in it 3 and a cylinder head each have a combustion chamber 4th . These combustion chambers 4th is in operation of the internal combustion engine 1 Fresh gas through a fresh gas line 5 fed. This fresh gas is primarily air which is sucked in from the environment and which is then passed through a compressor (not shown). This compressor is part of an exhaust gas turbocharger, which continues to be an exhaust gas turbine 6th includes, which is in an exhaust line 7th the internal combustion engine is integrated. Exhaust gas that is produced during the combustion of mixture quantities that are generated from the fresh gas and from, for example, directly via fuel injectors (not shown) into the combustion chambers 4th injected fuel is created via the exhaust system 7th discharged and flows through the exhaust gas turbine 6th and then an exhaust gas aftertreatment device of the internal combustion engine.

Jedem der Brennräume 4 sind gemäß dem in der 1 dargestellten Ausgestaltungsbeispiel zwei Einlassventile 8 und zwei Auslassventile 9 zugeordnet, die über eine Ventilbetätigungsvorrichtung 10, die eine einfache Nockenwelle für die Einlassventile 8 und eine doppelte Nockenwelle 11 (vgl. 2) für die Auslassventile 9 umfassen kann, betätigt werden können. Im Betrieb des Verbrennungsmotors 1 werden die Kolben 3 aufgrund der Verbrennungsprozesse in den Brennräumen 4 oszillierend zwischen einem oberen Totpunkt (OT) und einem unteren Totpunkt (UT) bewegt, wobei die Kolben 3 abwechselnd einen Ladungswechselhubzyklus und einen Arbeitshubzyklus durchführen. Der Ladungswechselhubzyklus umfasst eine Ausstoßhubbewegung des jeweiligen Kolbens 3 (entsprechend einem Ausstoßtakt in dem dazugehörigen Brennraum 4) sowie eine Ansaughubbewegung (entsprechend einem Ansaugtakt in dem dazugehörigen Brennraum 4). Der Arbeitshubzyklus umfasst eine Verdichtungshubbewegung des jeweiligen Kolbens 3 (entsprechend einem Verdichtungstakt in dem dazugehörigen Brennraum 4) und eine Arbeitshubbewegung (entsprechend einem Arbeitstakt in dem dazugehörigen Brennraum 4). Die vier Hubbewegungen der Kolben 3 beziehungsweise die vier entsprechenden Takte der in den Brennräumen 4 ablaufenden Kreisprozesse entsprechen dabei einem Betriebsbeziehungsweise Kreisprozesszyklus, der in dem jeweiligen Brennraum 4 des Verbrennungsmotors 1 abläuft. Die Kolben 3 sind über Pleuel (nicht dargestellt) mit einer nicht dargestellten Kurbelwelle verbunden, wobei die oszillierenden Bewegungen der Kolben 3 zu einer Rotation der Kurbelwelle führen.Each of the combustion chambers 4th are in accordance with the 1 illustrated embodiment example two inlet valves 8th and two exhaust valves 9 assigned, via a valve operating device 10 who have favourited a simple camshaft for the intake valves 8th and a double camshaft 11 (see. 2 ) for the exhaust valves 9 can include, can be operated. In operation of the internal combustion engine 1 become the pistons 3 due to the combustion processes in the combustion chambers 4th moves in an oscillating manner between a top dead center (TDC) and a bottom dead center (BDC), whereby the piston 3 alternately carry out a gas exchange stroke cycle and a working stroke cycle. The gas exchange stroke cycle comprises an exhaust stroke movement of the respective piston 3 (corresponding to an exhaust cycle in the associated combustion chamber 4th ) and an intake stroke movement (corresponding to an intake stroke in the associated combustion chamber 4th ). The working stroke cycle comprises a compression stroke movement of the respective piston 3 (corresponding to a compression stroke in the associated combustion chamber 4th ) and a working stroke movement (corresponding to a working cycle in the associated combustion chamber 4th ). The four strokes of the pistons 3 or the four corresponding cycles in the combustion chambers 4th running cycle processes correspond to an operating or cycle process cycle that occurs in the respective combustion chamber 4th of the internal combustion engine 1 expires. The pistons 3 are connected to a crankshaft (not shown) via connecting rods (not shown), with the oscillating movements of the pistons 3 cause the crankshaft to rotate.

In Abhängigkeit von einem Kurbelwellenwinkel im Ladungswechselhubzyklus der einzelnen Kolben 3 werden die Einlassventile 8 und die Auslassventile 9 mittels der Ventilbetätigungsvorrichtung 10 zu definierten Steuerzeiten geöffnet und geschlossen, wie dies in den 3 bis 5 gezeigt ist. Mit LW-OT ist dabei jeweils der obere Totpunkt gekennzeichnet, den die einzelnen Kolben 3 während des jeweiligen Ladungswechselhubzyklus durchlaufen.Depending on a crankshaft angle in the gas exchange stroke cycle of the individual pistons 3 become the inlet valves 8th and the exhaust valves 9 by means of the valve operating device 10 open and closed at defined control times, as indicated in the 3 to 5 is shown. With LW-OT, the top dead center is identified by the individual pistons 3 run through during the respective gas exchange stroke cycle.

Gemäß der 2 kann eine doppelte Nockenwelle 11, wie sie bei einer Brennkraftmaschine gemäß der 1 zum Einsatz kommen kann, eine Außenwelle 12 mit mehreren über der Länge der Außenwelle 12 verteilt angeordneten Nocken 13, die zur Betätigung jeweils eines ersten Auslassventils 9 je Brennraum 4 des Verbrennungsmotors 1 vorgesehen sind, aufweisen. Innerhalb der Außenwelle 12 ist eine Innenwelle 14 drehbar gelagert. Auch auf der Außenseite der Innenwelle 14 sind mehrere Nocken 18 über der Länge der Innenwelle 14 verteilt angeordnet, die einer Betätigung jeweils eines zweiten Auslassventils 9 je Brennraum 4 dienen. Mit ihrem einen Ende ist die Nockenwelle 11 mit einem Auslass-Phasensteller 15 verbunden. According to the 2 can have a double camshaft 11 , as in an internal combustion engine according to the 1 can be used, an outer shaft 12 with several over the length of the outer shaft 12 distributed cams 13 that are used to actuate a first exhaust valve 9 per combustion chamber 4th of the internal combustion engine 1 are provided. Inside the outer shaft 12 is an inner shaft 14th rotatably mounted. Also on the outside of the inner shaft 14th are multiple cams 18th over the length of the inner shaft 14th arranged distributed, each actuating a second exhaust valve 9 per combustion chamber 4th serve. At one end is the camshaft 11 with an outlet phaser 15th connected.

Der Auslass-Phasensteller 15 umfasst zwei Einzelsteller, von denen ein erster mit der Innenwelle 14 und ein zweiter mit der Außenwelle 12 der Nockenwelle 11 drehfest verbunden ist. Gegebenenfalls kann es auch ausreichend sein, dass der Auslass-Phasensteller 15 lediglich einen Einzelsteller umfasst, der dann beispielsweise mit der Innenwelle 14 zusammenwirken kann. Der oder die Einzelsteller können in bekannter Weise Rotoren 16 mit Flügeln aufweisen, die mit Wänden eines Gehäuses 17 des Phasenstellers 15 Druckkammern begrenzen. Die Größen der Druckkammern sind durch eine Verdrehung des jeweiligen Rotors 16 veränderlich. Diese Verdrehung wird realisiert, indem alle oder einzelne, den jeweiligen Rotoren 16 zugeordnete Druckkammern mit einer Hydraulikflüssigkeit (unter einem definierten Druck) befüllt werden. Durch ein Verdrehen der beiden Rotoren 16 wird ein Phasenwinkel bezüglich eines mit dem Gehäuse 17 verbundenen Antriebsrads 19 eingestellt, das von der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 1 rotierend angetrieben wird. Dieser Phasenwinkel wird durch die drehfeste Verbindung der Rotoren 16 mit der Innenwelle 14 oder der Außenwelle 12 auf die jeweils zugehörigen Nocken 13, 18 übertragen, wodurch die Öffnungswinkel der durch die Nocken 13, 18 betätigten Auslassventile 8 verstellbar sind.The exhaust phaser 15th includes two individual actuators, one of which is the first with the inner shaft 14th and a second with the outer shaft 12 the camshaft 11 is rotatably connected. If necessary, it can also be sufficient that the outlet phase adjuster 15th only includes a single actuator, which then, for example, with the inner shaft 14th can work together. The individual actuator (s) can rotate in a known manner 16 have with wings that with walls of a housing 17th of the phase adjuster 15th Limit pressure chambers. The sizes of the pressure chambers are determined by a rotation of the respective rotor 16 changeable. This rotation is realized by all or individual, the respective rotors 16 assigned pressure chambers are filled with a hydraulic fluid (under a defined pressure). By turning the two rotors 16 becomes a phase angle with respect to one with the housing 17th connected drive wheel 19th set that of the crankshaft of the internal combustion engine 1 is driven in rotation. This phase angle is created by the rotatable connection of the rotors 16 with the inner shaft 14th or the outer shaft 12 on the respective associated cams 13 , 18th transmitted, reducing the opening angle of the cams 13 , 18th actuated exhaust valves 8th are adjustable.

Die Abgasnachbehandlungseinrichtung der Brennkraftmaschine umfasst gemäß der 1 in Strömungsrichtung des Abgases gesehen eine erste Abgasnachbehandlungskomponente 20, bei der es sich beispielsweise um einen Oxidationskatalysator oder um einen NOX-Speicherkatalysator oder um eine Kombination aus einem Oxidationskatalysator und einem NOX-Speicherkatalysator handeln kann.The exhaust gas aftertreatment device of the internal combustion engine comprises according to FIG 1 A first exhaust gas aftertreatment component viewed in the flow direction of the exhaust gas 20th , which can be, for example, an oxidation catalyst or an NO X storage catalyst or a combination of an oxidation catalyst and a NO X storage catalyst.

Dieser ersten Abgasnachbehandlungskomponente 20 schließt sich eine zweite Abgasnachbehandlungskomponente beispielsweise in Form eines Partikelfilters 21 an. Dabei kann vorgesehen sein, dass der Partikelfilter 21 beziehungsweise der diesen ausbildende Filterkörper eine katalytisch wirksame Beschichtung aufweist, wodurch der Partikelfilter 21 gleichzeitig einen ersten SCR-Katalysator der Abgasnachbehandlungseinrichtung darstellt. Die für die katalytische Reduktion von in dem Abgas enthaltenen Schadstoffen, insbesondere Stickoxiden, erforderliche Anwesenheit von Reduktionsmittel in dem Abgas, das den als erster SCR-Katalysator wirksamen Partikelfilter 21 durchströmt, wird mittels einer stromauf des Partikelfilters 21 angeordneten, ersten Dosiervorrichtung 22 für ein solches Reduktionsmittel realisiert. Bei dem Reduktionsmittel kann es sich insbesondere um Ammoniak oder um eine ammoniakhaltige Lösung handeln. Zwischen der ersten Dosiervorrichtung 22 und dem Partikelfilter 21 ist eine erste Mischvorrichtung 23 angeordnet, die beispielsweise in Form von Strömungsleitelementen, die Verwirbelungen in der Strömung des bereits mit dem Reduktionsmittel vermischten Abgases bewirken, ausgebildet sein kann.This first exhaust aftertreatment component 20th a second exhaust gas aftertreatment component, for example in the form of a particle filter, follows 21st at. It can be provided that the particle filter 21st or the filter body forming this has a catalytically active coating, whereby the particle filter 21st simultaneously represents a first SCR catalytic converter of the exhaust gas aftertreatment device. The presence of reducing agent in the exhaust gas, which is required for the catalytic reduction of pollutants contained in the exhaust gas, in particular nitrogen oxides, which filters the particle filter that acts as the first SCR catalytic converter 21st flowed through is by means of an upstream of the particle filter 21st arranged, first metering device 22nd realized for such a reducing agent. The reducing agent can in particular be ammonia or an ammonia-containing solution. Between the first metering device 22nd and the particle filter 21st is a first mixing device 23 arranged, for example in the form of flow guide elements, the turbulence in the flow of the already with the Cause reducing agent mixed exhaust gas can be formed.

Die Abgasnachbehandlungseinrichtung umfasst, in einer Anordnung stromab des Partikelfilters 21, optional eine dritte Abgasnachbehandlungskomponente, beispielsweise einen (weiteren) SCR-Katalysator 24. Dem SCR Katalysator 24 ist, in einer Anordnung stromauf davon, optional eine zweite Dosiervorrichtung 25 für ein Reduktionsmittel sowie, in einer Anordnung zwischen dieser zweiten Dosiervorrichtung 25 und dem SCR-Katalysator 24, optional eine zweite Mischvorrichtung 26 zugeordnet. Diese zweite Dosiervorrichtung 25 kann insbesondere dann sinnvoll oder notwendig sein, wenn, wie dies in der 1 dargestellt ist, zwischen dem Partikelfilter 21 und dieser zweiten Dosiervorrichtung 25 eine Abgasrückführleitung 27 aus dem Abgasstrang 7 abgeht, über die bedarfsweise ein Teil des Abgases in den Frischgasstrang 5 zurückgeführt werden kann. Sofern eine solche externe Abgasrückführung durchgeführt wird, sollte vermieden werden, dass in dem dabei zurückgeführten Abgas noch nicht umgesetztes Reduktionsmittel enthalten ist. Eine Dosierung mittels der ersten Dosiervorrichtung 22 sollte daher zumindest dann, wenn eine externe Abgasrückführung durchgeführt wird, derart erfolgen, dass stromab des Partikelfilters 21 möglichst kein Reduktionsmittel mehr in dem Abgas enthalten ist. Dies erfordert folglich ein zusätzliches Einbringen von Reduktionsmittel in das Abgas vor dem weiteren SCR-Katalysator 24, um durch diesen eine Reduktion der Schadstoffe realisieren zu können.The exhaust gas aftertreatment device comprises, in an arrangement downstream of the particulate filter 21st , optionally a third exhaust gas aftertreatment component, for example a (further) SCR catalytic converter 24 . The SCR catalytic converter 24 is, in an arrangement upstream thereof, optionally a second metering device 25th for a reducing agent and, in an arrangement between this second metering device 25th and the SCR catalytic converter 24 , optionally a second mixing device 26th assigned. This second metering device 25th can be particularly useful or necessary when, as described in the 1 is shown between the particulate filter 21st and this second metering device 25th an exhaust gas recirculation line 27 from the exhaust system 7th goes off, via which, if necessary, part of the exhaust gas in the fresh gas line 5 can be traced back. If such an external exhaust gas recirculation is carried out, it should be avoided that the exhaust gas recirculated in the process does not contain reducing agent which has not yet been converted. Dosing by means of the first dosing device 22nd should therefore take place at least when external exhaust gas recirculation is carried out in such a way that downstream of the particulate filter 21st If possible, no more reducing agent is contained in the exhaust gas. This consequently requires an additional introduction of reducing agent into the exhaust gas upstream of the further SCR catalytic converter 24 in order to be able to achieve a reduction in pollutants through this.

Als letzte beziehungsweise vierte Abgasnachbehandlungskomponente der Abgasnachbehandlungseinrichtung ist optional ein Sperrkatalysator 28 vorgesehen. Hierbei handelt es sich um einen Oxidationskatalysator, der Reduktionsmittel umsetzt (insbesondere Ammoniak zu N2 und H2O), das in dem SCR-Katalysator 24 nicht umgesetzt wurde, um ein Freisetzen dieses Reduktionsmittels in die Umgebung zu vermeiden.A blocking catalytic converter is optionally available as the last or fourth exhaust gas aftertreatment component of the exhaust gas aftertreatment device 28 intended. This is an oxidation catalytic converter that converts reducing agents (in particular ammonia into N 2 and H 2 O) that is in the SCR catalytic converter 24 has not been implemented in order to avoid release of this reducing agent into the environment.

Um nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine ein möglichst schnelles Erreichen der jeweiligen Anspringtemperatur der Abgasnachbehandlungskomponenten 20, 21, 24, 28 und insbesondere des gegebenenfalls auch als erster SCR-Katalysator wirkenden Partikelfilters 21 sowie des (weiteren) SCR-Katalysators 24 und damit eine möglichst schnelle Umsetzung der in dem Abgas enthaltenen Schadstoffe zu realisieren, ist vorgesehen, den Verbrennungsmotor 1 nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine in einem Heizbetrieb zu betreiben, indem gemäß den 3 und 4 beide der jedem der Brennräume 4 zugeordneten Auslassventile 9 mit einer deutlich kleineren Ventilöffnung betätigt werden, als dies während eines Normalbetriebs (vgl. 5) vorgesehen ist.In order to reach the respective light-off temperature of the exhaust gas aftertreatment components as quickly as possible after a cold start of the internal combustion engine 20th , 21st , 24 , 28 and in particular the particulate filter which may also act as the first SCR catalytic converter 21st and the (further) SCR catalytic converter 24 and thus to implement the pollutants contained in the exhaust gas as quickly as possible, the internal combustion engine is provided 1 to operate after a cold start of the internal combustion engine in a heating mode by according to the 3 and 4th both of each of the combustion chambers 4th associated exhaust valves 9 be operated with a significantly smaller valve opening than during normal operation (cf. 5 ) is provided.

Die relativ kleine Ventilöffnung der Auslassventile 9 wird gemäß dem Ausgestaltungsbeispiel dadurch realisiert, dass zum einen die Öffnungsdauer verkürzt und zum anderen der Öffnungshub verkleinert ist. Die Verkürzung der Öffnungsdauer führt zu einem relativ späten Öffnungsbeginn der Öffnungsbewegungen der Auslassventile 9, so dass in dem Ausstoßtakt zunächst noch (bei geschlossenen Auslassventilen 9) eine relativ starke Verdichtung der in den Brennräumen 4 enthaltenen Abgase stattfindet (nachfolgend auch als Zwischenkompression bezeichnet), womit bereits eine Erwärmung dieser Abgase verbunden ist. Werden die Auslassventile 9 anschließend geöffnet, strömt dieses relativ stark verdichtete Abgas durch die nur mit relativ kleinem Öffnungshub geöffneten Auslassventile 9, 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 Erhöhung der Abgastemperatur bei. Durch das Öffnen der Auslassventile 9 mit relativ kleinen Ventilöffnungen wird folglich relativ heißes Abgas in den Abgasstrang 7 abgeführt.The relatively small valve opening of the exhaust valves 9 is realized according to the embodiment in that on the one hand the opening duration is shortened and on the other hand the opening stroke is reduced. The shortening of the opening duration leads to a relatively late start of opening of the opening movements of the exhaust valves 9 , so that in the exhaust stroke initially (with the exhaust valves closed 9 ) a relatively strong compression in the combustion chambers 4th contained exhaust gases takes place (hereinafter also referred to as intermediate compression), which is already associated with a heating of these exhaust gases. Will the exhaust valves 9 then opened, this relatively strongly compressed exhaust gas flows through the exhaust valves, which are only opened with a relatively small opening stroke 9 This results in high flow velocities that contribute to further heating of the exhaust gas. Furthermore, the increase in the internal engine load, which is necessary to overcome the higher expulsion losses, contributes to the increase in the exhaust gas temperature. By opening the exhaust valves 9 with relatively small valve openings, relatively hot exhaust gas will consequently enter the exhaust system 7th discharged.

Die 3 zeigt eine Betätigung der Auslassventile 9 mit identischen Ventilerhebungskurven, wobei die dabei bewirkten, identischen Öffnungswinkel spätestmöglich liegen. Konkret werden die Auslassventile 9 dabei zu einer Steuerzeit geschlossen, die der Steuerzeit entspricht, zu der beide Auslassventile 9 auch während des Normalbetriebs geschlossen werden (vgl. 5). Mittels einer solchen Betätigung der Auslassventile 9 kann die maximale Erhöhung der Temperatur des Abgases, die durch das Betätigen der Auslassventile 9 mit den vorgesehenen relativ kleinen Ventilöffnungen realisierbar ist, erreicht werden, da dann auch die Zwischenkompression ein größtmögliches Ausmaß erreicht.The 3 shows actuation of the exhaust valves 9 with identical valve lift curves, whereby the resulting identical opening angles are as late as possible. The exhaust valves become concrete 9 closed at a control time which corresponds to the control time at which both exhaust valves 9 can also be closed during normal operation (cf. 5 ). By means of such actuation of the exhaust valves 9 can be the maximum increase in the temperature of the exhaust gas caused by operating the exhaust valves 9 can be realized with the relatively small valve openings provided, since the intermediate compression then also reaches the greatest possible extent.

Um die Temperatur des Abgases während des Heizbetriebs unabhängig von einer möglichen Änderung des durch die Betriebslast und die Betriebsdrehzahl, mit der der Verbrennungsmotor 1 betrieben wird, definierten Betriebspunkts gezielt beeinflussen und vorzugsweise auch regeln zu können, ermöglicht die Brennkraftmaschine infolge der Ausgestaltung der zur Betätigung der Auslassventile 9 vorgesehenen Nockenwelle 11 als doppelte Nockenwelle und der Kombination dieser Nockenwelle 11 mit dem Auslass-Phasensteller 15, die Öffnungswinkel der Auslassventile 9 relativ zueinander zu verstellen, wie dies in der 4 für eine beispielhafte Verstellposition dargestellt ist. Dabei kann vorgesehen sein, dass mittels des Auslass-Phasenstellers 15 der Öffnungswinkel lediglich eines der Auslassventile 9 je Brennraum 4 verstellbar ist, so dass dann der Öffnungswinkel des jeweiligen anderen Auslassventils 9 stets spätestmöglich gelegen ist, wie dies auch in der 4 gezeigt ist. Für ein solches Vorgehen reicht dann gegebenenfalls ein Auslass-Phasensteller 15 aus, der lediglich einen Einzelsteller aufweist. Aber selbst dann, wenn der Auslass-Phasensteller 15 zwei Einzelsteller umfasst, kann es sinnvoll sein, während des Heizbetriebs immer den Öffnungswinkel zumindest eines der Auslassventile 9 spätestmöglich einzustellen, um den Gehalt an (Rest-)Abgas in den einzelnen Brennräume 4 zum Ende des jeweiligen Ausstoßtakts möglichst gering zu halten.To the temperature of the exhaust gas during the heating operation regardless of a possible change in the operating load and the operating speed with which the internal combustion engine 1 is operated, to be able to specifically influence the defined operating point and preferably also to regulate it, the internal combustion engine enables due to the design of the for actuating the exhaust valves 9 provided camshaft 11 as a double camshaft and the combination of this camshaft 11 with the exhaust phaser 15th , the opening angle of the exhaust valves 9 to be adjusted relative to each other, as shown in the 4th is shown for an exemplary adjustment position. It can be provided that by means of the outlet phase adjuster 15th the opening angle of only one of the exhaust valves 9 per combustion chamber 4th is adjustable, so that then the opening angle of the respective other outlet valve 9 is always located as late as possible, as is also the case in the 4th is shown. Sufficient for such an approach then if necessary an outlet phaser 15th from, which has only one single actuator. But even if the exhaust phaser 15th includes two individual controls, it can be useful to always adjust the opening angle of at least one of the outlet valves during heating operation 9 set as late as possible to reduce the (residual) exhaust gas content in the individual combustion chambers 4th to be kept as low as possible at the end of the respective exhaust cycle.

Durch ein zeitliches Vorverlagern desjenigen Öffnungswinkels, zu dem eines der Auslassventile 9 geöffnet ist, wird die Zwischenkompression verringert, weil bereits früher während des Ausstoßtakts Abgas aus dem jeweiligen Brennraum 4 über zunächst nur dieses eine geöffnete Auslassventil 9 ausgebracht wird. Dadurch ist die Erhöhung der Abgastemperatur, die durch das Betätigen der Auslassventile 9 mit relativ kleinen Ventilöffnungen erreicht wird, im Vergleich zu der Verstellposition gemäß der 3, in der diese Erhöhung der Abgastemperatur maximiert ist, verringert. Folglich kann durch ein gezieltes Einstellen einer definierten Verstellposition für das jeweils eine Auslassventil 9 je Brennraum 4, das mittels des Auslass-Phasenstellers 15 verstellbar ist, die Temperatur des Abgases während des Heizbetriebs gezielt in Grenzen eingestellt werden. Dies ermöglicht, die maximal realisierbare Erhöhung der Temperatur des Abgases nur so weit umzusetzen, wie dies für ein Aufheizen der Abgasnachbehandlungseinrichtung oder auch für ein Verhindern eines Abkühlens der Abgasnachbehandlungseinrichtung bzw. der Abgasnachbehandlungskomponenten 20, 21, 24, 28 davon unter ihre jeweilige Anspringtemperatur erforderlich ist. Wird die durch die Betätigung der Auslassventile 9 mit relativ kleinen Ventilöffnungen maximal realisierbare Heizwirkung nicht vollständig genutzt, wirkt sich dies infolge einer dann geringeren Ladungswechselarbeit vorteilhaft auf den Wirkungsgrad und damit den Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors 1 aus.By shifting that opening angle forward to which one of the exhaust valves 9 is open, the intermediate compression is reduced because exhaust gas from the respective combustion chamber occurs earlier during the exhaust stroke 4th via initially only this one open outlet valve 9 is applied. This increases the exhaust gas temperature caused by the actuation of the exhaust valves 9 is achieved with relatively small valve openings, compared to the adjustment position according to FIG 3 , in which this increase in exhaust gas temperature is maximized, is reduced. Consequently, a specific setting of a defined adjustment position for each of the exhaust valves 9 per combustion chamber 4th , which is done by means of the exhaust phaser 15th is adjustable, the temperature of the exhaust gas can be specifically set within limits during heating operation. This makes it possible to implement the maximum realizable increase in the temperature of the exhaust gas only to the extent necessary to heat up the exhaust gas aftertreatment device or to prevent the exhaust gas aftertreatment device or the exhaust gas aftertreatment components from cooling down 20th , 21st , 24 , 28 of which below their respective light-off temperature is required. Is made by the actuation of the exhaust valves 9 If the maximum heating effect that can be achieved with relatively small valve openings is not fully used, this has an advantageous effect on the efficiency and thus the fuel consumption of the internal combustion engine as a result of the lower gas exchange work 1 out.

Sobald eine ausreichende hohe Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung von beispielsweise 220°C mittig in der ersten Abgasnachbehandlungskomponente 20 eines Dieselmotors insgesamt erreicht wurde und solange diese auch nicht wieder unterschritten wird, wird der Verbrennungsmotor 1 in der Normalbetriebsart betrieben, in der sich gemäß der 5 die Öffnungsdauer für die Auslassventile 10 über jeweils den gesamten Ausstoßtakt erstreckt und in der zudem der Öffnungshub der Auslassventile 10 deutlich größer als in dem Heizbetrieb ist. Die Ladungswechselarbeit des Verbrennungsmotors 1 ist dann minimiert.As soon as the exhaust gas aftertreatment device has a sufficiently high temperature of, for example, 220 ° C in the center of the first exhaust gas aftertreatment component 20th of a diesel engine has been reached overall and as long as this is not fallen below again, the internal combustion engine 1 operated in the normal operating mode, in which according to the 5 the opening time for the exhaust valves 10 Extends over the entire exhaust stroke and also the opening stroke of the exhaust valves 10 is significantly larger than in the heating mode. The gas exchange work of the internal combustion engine 1 is then minimized.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
(Viertakt-)Verbrennungsmotor(Four-stroke) combustion engine
22
Zylindercylinder
33
Kolbenpiston
44th
BrennraumCombustion chamber
55
FrischgasstrangFresh gas line
66
AbgasturbineExhaust gas turbine
77th
AbgasstrangExhaust system
88th
EinlassventilInlet valve
99
Auslassventiloutlet valve
1010
VentilbetätigungsvorrichtungValve actuation device
1111
doppelte Nockenwelledouble camshaft
1212
Außenwelle der NockenwelleOuter shaft of the camshaft
1313
Nocken der AußenwelleOuter shaft cams
1414th
Innenwelle der NockenwelleInner shaft of the camshaft
1515th
Auslass-PhasenstellerOutlet phaser
1616
Rotor des PhasenstellersPhaser rotor
1717th
Gehäuse des PhasenstellersHousing of the phase adjuster
1818th
Nocken der InnenwelleInner shaft cams
1919th
Antriebsrad des PhasenstellersDrive wheel of the phaser
2020th
erste Abgasnachbehandlungskomponentefirst exhaust aftertreatment component
2121st
PartikelfilterParticle filter
2222nd
erste Dosiervorrichtungfirst dosing device
2323
erste Mischvorrichtungfirst mixing device
2424
SCR-KatalysatorSCR catalytic converter
2525th
zweite Dosiervorrichtungsecond dosing device
2626th
zweite Mischvorrichtungsecond mixing device
2727
AbgasrückführleitungExhaust gas recirculation line
2828
SperrkatalysatorBarrier catalyst

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102004016386 B4 [0002, 0003]DE 102004016386 B4 [0002, 0003]

Claims (11)

Brennkraftmaschine mit einem Verbrennungsmotor (1), der mindestens einen Brennraum (4) ausbildet, wobei ein Ausbringen von Abgas aus dem Brennraum (4) mittels mindestens eines ersten Auslassventils (9) und eines zweiten Auslassventils (9) steuerbar ist, wobei die Auslassventile (9) mittels einer Ventilbetätigungsvorrichtung (10) betätigbar sind, die derart ausgebildet ist, dass mittels dieser die Ventilöffnungen der Auslassventile (9) während des in dem Brennraum (4) stattfindenden Ausstoßtakts hinsichtlich Öffnungshub und Öffnungs- sowie Schließwinkel veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungswinkel der Auslassventile (9) relativ zueinander verstellbar sind.Internal combustion engine with an internal combustion engine (1) which forms at least one combustion chamber (4), wherein the discharge of exhaust gas from the combustion chamber (4) can be controlled by means of at least one first exhaust valve (9) and a second exhaust valve (9), the exhaust valves ( 9) can be actuated by means of a valve actuation device (10) which is designed in such a way that by means of this the valve openings of the exhaust valves (9) can be changed with regard to the opening stroke and opening and closing angle during the exhaust cycle taking place in the combustion chamber (4), characterized in that the opening angles of the outlet valves (9) are adjustable relative to one another. Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellung der Öffnungswinkel mittels eines Auslass-Phasenstellers (15) erfolgt.Internal combustion engine according to Claim 1 , characterized in that the opening angle is adjusted by means of an outlet phase adjuster (15). Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ausschließlich der Öffnungswinkel eines der Auslassventile (9) verstellbar ist.Internal combustion engine according to Claim 1 or 2 , characterized in that only the opening angle of one of the outlet valves (9) is adjustable. Brennkraftmaschine gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilbetätigungsvorrichtung (10) eine Schaltvorrichtung umfasst, die mindestens zwei oder exakt zwei diskrete Schaltstellungen aufweist, die sich hinsichtlich der durch die Schaltvorrichtung bewirkten Ventilöffnungen der Auslassventile (9) unterscheiden.Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the valve actuation device (10) comprises a switching device which has at least two or exactly two discrete switching positions which differ with regard to the valve openings of the outlet valves (9) caused by the switching device. Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass - die Ventilbetätigungsvorrichtung (10) eine zur direkten oder indirekten Betätigung der Auslassventile (9) vorgesehene Nockenwelle (11) umfasst und - die Schaltvorrichtung - jeweils einen hinsichtlich des Übersetzungsverhältnisses schaltbaren Schlepphebel, der eine Auslenkung durch einen Nocken (13; 18) der Nockenwelle (11) auf ein dazugehöriges der Auslassventile (9) überträgt, und/oder - unterschiedliche Nocken der Nockenwelle umfasst, wobei die unterschiedlichen Nocken alternativ in Wirkverbindung mit jeweils einem der Auslassventile (9) bringbar sind.Internal combustion engine according to Claim 4 , characterized in that - the valve actuation device (10) comprises a camshaft (11) provided for direct or indirect actuation of the exhaust valves (9) and - the switching device - each a rocker arm which can be switched with regard to the transmission ratio and which is deflected by a cam (13; 18) the camshaft (11) transmits to an associated one of the exhaust valves (9), and / or comprises different cams of the camshaft, the different cams alternatively being able to be brought into operative connection with one of the exhaust valves (9). Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während eines Heizbetriebs des Verbrennungsmotors (1) die während eines in dem Brennraum (4) stattfindenden Ausstoßtakts erfolgenden Ventilöffnungen der Auslassventile (9) im Vergleich zu einem Normalbetrieb des Verbrennungsmotors (1) hinsichtlich Hub und Öffnungsdauer kleiner eingestellt werden, wobei während des Heizbetriebs mittels des Auslass-Phasenstellers (15) die Öffnungswinkel der Auslassventile (9) relativ zueinander verstellt werden.Method for operating an internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that during a heating operation of the internal combustion engine (1) the valve openings of the exhaust valves (9) occurring during an exhaust stroke taking place in the combustion chamber (4) in comparison to normal operation of the internal combustion engine (1 ) can be set smaller in terms of stroke and opening duration, the opening angles of the outlet valves (9) being adjusted relative to one another during heating operation by means of the outlet phaser (15). Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass während des Heizbetriebs die Temperatur des Abgases gezielt eingestellt wird, indem die Öffnungswinkel der Auslassventile (9) relativ zueinander verstellt werden.Procedure according to Claim 6 , characterized in that the temperature of the exhaust gas is set in a targeted manner during the heating operation by adjusting the opening angles of the outlet valves (9) relative to one another. Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Abgases geregelt wird, vorzugsweise in Abhängigkeit vom der Abweichung einer vorgebbaren Soll-Temperatur des Abgases oder zumindest einer Abgasreinigungskomponente zur Ist-Temperatur.Procedure according to Claim 7 , characterized in that the temperature of the exhaust gas is regulated, preferably as a function of the deviation of a predefinable target temperature of the exhaust gas or at least one exhaust gas cleaning component from the actual temperature. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass während des Heizbetriebs immer zumindest eines der Auslassventile (9) zu einer Steuerzeit geschlossen wird, die derjenigen Steuerzeit, zu der die Auslassventile (9) während des Normalbetriebs geschlossen werden, zumindest im Wesentlichen entspricht.Method according to one of the Claims 6 to 8th , characterized in that during the heating operation, at least one of the outlet valves (9) is always closed at a control time which at least substantially corresponds to the control time at which the outlet valves (9) are closed during normal operation. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass während des Heizbetriebs die Auslassventile (9) - in dem jeweils spätestmöglich einstellbaren Öffnungswinkel 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 werden und/oder - mit einem Öffnungshub, der zwischen 5% und 50% des Öffnungshubs im Normalbetrieb beträgt, betätigt werden.Method according to one of the Claims 6 to 9 , characterized in that during the heating operation the outlet valves (9) - in the latest possible adjustable opening angle at a control time that is between 70 ° KW before LW-OT and 50 ° KW before LW-OT, opened and with a control time that between 20 ° CA before LW-OT and 0 ° CA before LW-OT, are closed and / or - are operated with an opening stroke that is between 5% and 50% of the opening stroke in normal operation. 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 werden und/oder - mit einem Öffnungshub zwischen 8 mm und 10 mm betätigt werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that during normal operation the outlet valves (10) - open at a control time that is between 210 ° KW before LW-OT and 190 ° KW before LW-OT, and at a control time that between 20 ° CA before LW-OT and 0 ° CA before LW-OT, are closed and / or - are operated with an opening stroke between 8 mm and 10 mm.
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