DE102019113748A1 - Internal combustion engine with variable exhaust valve actuation for the temporary realization of relatively hot exhaust gas and iAGR - Google Patents
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Abstract
Ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine sieht vor, dass während eines Heizbetriebs der Brennkraftmaschine zur Erzielung einer relativ hohen Temperatur des aus einem Brennraum eines Verbrennungsmotors der Brennkraftmaschine ausgebrachten Abgases die während eines Ausstoßtakts des Verbrennungsmotors erfolgende Ventilöffnung eines Auslassventils im Vergleich zu einem Normalbetrieb der Brennkraftmaschine kleiner eingestellt wird. Weiterhin ist vorgesehen, dass zumindest zeitweise während des Heizbetriebs zur Erzielung einer internen Abgasrückführung (iAGR) durch Rückhalten von Abgas in dem Brennraum das Auslassventil vor dem Ende des Ausstoßtakts geschlossen wird. Ergänzend oder alternativ kann vorgesehen sein, dass zur Erzielung einer internen Abgasrückführung durch Rücksaugen von Abgas in den Brennraum das Auslassventil zusätzlich während des Ansaugtakts geöffnet wird. Durch die Kombination der temporären Erzeugung eines relativ heißen Abgases einerseits mit einer iAGR andererseits können besonders geringe Schadstoffemissionen der Brennkraftmaschine, insbesondere nach einem Kaltstart, realisiert werden.A method for operating an internal combustion engine provides that during a heating operation of the internal combustion engine in order 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 opening of an exhaust valve occurring during an exhaust stroke of the internal combustion engine is set smaller compared to normal operation of the internal combustion engine becomes. Furthermore, it is provided that at least temporarily during the heating operation to achieve internal exhaust gas recirculation (iAGR) by retaining exhaust gas in the combustion chamber, the exhaust valve is closed before the end of the exhaust stroke. In addition or as an alternative, it can be provided that the exhaust valve is additionally opened during the intake stroke to achieve internal exhaust gas recirculation by sucking exhaust gas back into the combustion chamber. By combining the temporary generation of a relatively hot exhaust gas on the one hand with an iAGR on the other hand, particularly low pollutant emissions from the internal combustion engine, in particular after a cold start, can be achieved.
Description
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Viertakt-Verbrennungsmotor, der mindestens einen Brennraum ausbildet, mit einem Frischgasstrang zum Zuführen von Frischgas zu dem Verbrennungsmotor und mit einem Abgasstrang zum Abführen von Abgas von dem Verbrennungsmotor, wobei ein Einbringen von Frischgas in den Brennraum mittels mindestens eines dem Brennraum zugeordneten Einlassventils steuerbar ist und ein Ausbringen von Abgas aus dem Brennraum und in den Abgasstrang mittels mindestens eines Auslassventils des Brennraums steuerbar ist, wobei das Auslassventil mittels einer Ventilbetätigungsvorrichtung betätigbar ist, die derart ausgebildet ist, dass mittels dieser die Ventilöffnung des Auslassventils während eines Ausstoßtakts des Verbrennungsmotors veränderbar ist.The invention relates to an internal combustion engine with a four-stroke internal combustion engine which forms at least one combustion chamber, with a fresh gas line for supplying fresh gas to the internal combustion engine and with an exhaust gas line for removing exhaust gas from the internal combustion engine, with fresh gas being introduced into the combustion chamber by means of at least one the intake valve assigned to the combustion chamber can be controlled and the discharge of exhaust gas from the combustion chamber and into the exhaust system can be controlled by means of at least one exhaust valve of the combustion chamber, the exhaust valve being operable by means of a valve actuation device which is designed such that the valve opening of the exhaust valve is opened during a The exhaust stroke of the internal combustion engine can be changed.
Eine solche Brennkraftmaschine ist aus der
Eine Verringerung von Stickoxidemissionen einer Brennkraftmaschine kann einerseits mittels innermotorischer Maßnahmen, insbesondere mittels einer Abgasrückführung (AGR), erzielt werden. Durch eine solche Abgasrückführung können die bei der Verbrennung in den Brennräumen auftretenden Spitzentemperaturen gesenkt werden, was zu der gewünschten Verringerung der Stickoxide (NOx) im Abgas führt. Neben einer „externen“ AGR, die bislang hauptsächlich bei Diesel-Brennkraftmaschinen eingesetzt wird und bei der Abgas mittels einer den Abgasstrang mit dem Frischgasstrang der Brennkraftmaschine verbindenden Abgasrückführleitung zurückgeführt wird, ist insbesondere bei Otto-Brennkraftmaschinen auch die Umsetzung einer „internen“ AGR bekannt (vgl.
Weiterhin können außermotorische Maßnahmen, insbesondere sogenannte SCR-Verfahren, d.h. Verfahren zur selektiven katalytischen Reduktion, zur Verringerung von Stickoxidemissionen vorgesehen sein. SCR-Verfahren beruhen darauf, die im Abgas enthaltene Stickoxide unter Verwendung eines in das Abgas eingebrachten Reduktionsmittels, insbesondere Ammoniak, in nicht als Schadstoffe deklarierte Endprodukte, wie Stickstoff, Kohlendioxid und Wasser, umzuwandeln.Furthermore, measures outside the engine, in particular so-called SCR procedures, i.e. Method for selective catalytic reduction, to reduce nitrogen oxide emissions can be provided. SCR processes are based on converting the nitrogen oxides contained in the exhaust gas into end products that are not declared as pollutants, such as nitrogen, carbon dioxide and water, using a reducing agent introduced into the exhaust gas, in particular ammonia.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine anzugeben, die sich insbesondere nach einem Kaltstart durch möglichst geringe Schadstoffemissionen auszeichnet.The invention was based on the object of specifying an internal combustion engine which, in particular after a cold start, is characterized by the lowest possible pollutant emissions.
Diese Aufgabe wird mittels einer Brennkraftmaschine gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Brennkraftmaschine ist Gegenstand des Patentanspruchs 9. 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
Erfindungsgemäß ist eine Brennkraftmaschine, insbesondere eine Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, vorgesehen. Diese umfasst zumindest einen Viertakt-Verbrennungsmotor, der mindestens einen Brennraum ausbildet, einen Frischgasstrang zum Zuführen von Frischgas zu dem Verbrennungsmotor und einen Abgasstrang zum Abführen von Abgas von dem Verbrennungsmotor, wobei in den Abgasstrang vorzugsweise eine Abgasnachbehandlungseinrichtung integriert ist. Ein Einbringen von Frischgas in den Brennraum ist mittels mindestens eines dem Brennraum zugeordneten Einlassventils steuerbar und ein Ausbringen von Abgas aus dem Brennraum und in den Abgasstrang ist mittels mindestens eines dem Brennraum zugeordneten Auslassventils steuerbar, wobei das Auslassventil mittels einer Ventilbetätigungsvorrichtung betätigbar ist, die derart ausgebildet ist, dass im Betrieb des Verbrennungsmotors mittels dieser die Ventilöffnung des Auslassventils während des Ausstoßtakts veränderbar ist. Insbesondere kann die Ventilöffnung derart veränderbar sein, dass zumindest eine relativ große Ventilöffnung und eine relativ kleine Ventilöffnung (die größer null ist) einstellbar ist. Erfindungsgemäß ist die Ventilbetätigungsvorrichtung zusätzlich derart ausgebildet, dass bei einer definierten Ventilöffnung des Auslassventils der Öffnungszeitraum des Auslassventils veränderbar ist (d.h. der Zeitraum, in dem die Ventilöffnung in Relation zu beispielsweise dem LW-OT durchgeführt wird, ist veränderbar) und/oder das Auslassventil zusätzlich während des Ansaugtakts geöffnet werden kann.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, a fresh gas line for supplying fresh gas to the internal combustion engine and an exhaust line for removing exhaust gas from the internal combustion engine, an exhaust gas aftertreatment device preferably being integrated into the exhaust line. The introduction of fresh gas into the combustion chamber can be controlled by means of at least one inlet valve assigned to the combustion chamber and the discharge of exhaust gas from the combustion chamber and into the exhaust system can be controlled by means of at least one outlet valve assigned to the combustion chamber, the outlet valve being actuatable by means of a valve actuating device designed in this way is that during operation of the internal combustion engine by means of this, the valve opening of the exhaust valve can be changed during the exhaust stroke. In particular, the valve opening can be changed in such a way that at least one relatively large valve opening and one relatively small valve opening (which is greater than zero) can be set. According to the invention, the valve actuation device is additionally designed such that, with a defined valve opening of the outlet valve, the opening period of the outlet valve can be changed (i.e. the period in which the valve opening is performed in relation to, for example, the LW-OT can be changed) and / or the outlet valve can also be changed can be opened during the intake stroke.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben einer solchen Brennkraftmaschine sieht vor, dass temporär, während eines Heizbetriebs der Brennkraftmaschine zur Erzielung einer relativ hohen Temperatur des aus dem Brennraum ausgebrachten Abgases die während eines Ausstoßtakts des Verbrennungsmotors erfolgende Ventilöffnung des Auslassventils im Vergleich zu einem Normalbetrieb der Brennkraftmaschine kleiner eingestellt wird. Weiterhin ist vorgesehen, dass (zumindest zeitweise) während des Heizbetriebs zur Erzielung einer internen Abgasrückführung (iAGR) durch Rückhalten von Abgas in dem Brennraum das Auslassventil vor dem Ende des Ausstoßtakts geschlossen wird. Das Auslassventil kann dabei insbesondere früher geschlossen werden, als dies während eines Normalbetriebs oder zumindest während eines Normalbetriebs, bei dem keine iAGR durchgeführt wird, geschlossen wird. Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass das Auslassventil für die Realisierung einer iAGR während des Heizbetriebs mindestens 5°KW, vorzugsweise mindestens 15°KW vor dem LW-OT geschlossen wird.A method according to the invention for operating such an internal combustion engine provides that temporarily, during a heating operation of the internal combustion engine in order to achieve a relatively high temperature of the exhaust gas discharged from the combustion chamber, the valve opening of the exhaust valve occurring during an exhaust stroke of the internal combustion engine is set smaller in comparison to normal operation of the internal combustion engine becomes. Furthermore, it is provided that (at least temporarily) during the heating operation to achieve an internal exhaust gas recirculation (iAGR) by retaining exhaust gas in the combustion chamber, the exhaust valve is closed before the end of the exhaust stroke. The outlet valve can in particular be closed earlier than it is closed during normal operation or at least during normal operation in which no iAGR is carried out. Provision can preferably be made for the outlet valve to be closed at least 5 ° CA, preferably at least 15 ° CA before the LW-OT during heating operation.
Ergänzend oder alternativ kann im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen sein, dass zur Erzielung einer internen Abgasrückführung durch Rücksaugen von Abgas in den Brennraum das Auslassventil zusätzlich während des Ansaugtakts geöffnet wird. Das zusätzliche Öffnen des Auslassventils kann dabei vorzugsweise im Rahmen eines sogenannten zweiten Events erfolgen, d.h. das Auslassventil wird, nachdem es während des Ausstoßtakts bereits geschlossen wurde, in dem anschließenden Ansaugtakt erneut geöffnet. Grundsätzlich möglich ist aber auch, das Schließen des Auslassventils soweit nach spät zu verschieben, dass dieses (in einem relevanten Ausmaß) erst während des Ansaugtakts geschlossen wird und demnach der in dem Ausstoßtakt beginnende Öffnungsvorgang erst in dem anschließenden Ansaugtakt endet. Dazu müssten Kollisionen des noch geöffneten Auslassventils mit einem den Brennraum begrenzenden Kolben in dessen OT durch insbesondere eine entsprechende konstruktive Auslegung des Verbrennungsmotors vermieden werden.In addition or as an alternative, a method according to the invention can provide that the exhaust valve is additionally opened during the intake stroke in order to achieve internal exhaust gas recirculation by sucking exhaust gas back into the combustion chamber. The additional opening of the outlet valve can preferably take place as part of a so-called second event, i.e. the exhaust valve, after it has already been closed during the exhaust stroke, is opened again in the subsequent intake stroke. In principle, however, it is also possible to postpone the closing of the exhaust valve late enough that it is only closed (to a relevant extent) during the intake stroke and the opening process that begins in the exhaust stroke does not end until the subsequent intake stroke. For this purpose, collisions between the still open exhaust valve and a piston delimiting the combustion chamber in its TDC would have to be avoided by, in particular, a corresponding structural design of the internal combustion engine.
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.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch die Kombination der grundsätzlich aus der
Als „Kaltstart“ einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine wird eine Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine verstanden, bei der die Abgasnachbehandlungseinrichtung insgesamt oder zumindest einzelne Komponenten (insbesondere ein oder mehrere SCR-Katalysatoren) davon eine Temperatur aufweist/aufweisen, die unterhalb einer Grenztemperatur von 120°C liegt und die insbesondere im Wesentlichen (d.h. ±5°C) der Umgebungstemperatur entsprechen kann. In diesem Fall liegt die Temperatur zumindest deutlich unter der Anspring- beziehungsweise Light-Off-Temperatur von einem oder mehreren SCR-Katalysatoren der Abgasnachbehandlungseinrichtung, ab der von einer ausreichend hohen Wirksamkeit dieses/dieser SCR-Katalysators/-en mit Reduktionsraten von beispielsweise mindestens 90% auszugehen ist.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 as a whole or at least individual components (in particular one or more SCR catalysts) has / have a temperature which is below a limit temperature of 120 ° C and which in particular can correspond essentially (ie ± 5 ° C) to the ambient temperature. In this case, the temperature is at least significantly below the light-off or light-off temperature of one or more SCR catalytic converters of the exhaust gas aftertreatment device, from which the effectiveness of this / these SCR catalytic converters with reduction rates of at least 90, for example % is to be assumed.
Vorzugsweise vorgesehen ist die Nutzung einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine zur Durchführung einer iAGR durch Rückhalten von Abgas in dem Brennraum während des Heizbetriebs. Dies weist im Vergleich zu einer iAGR durch Rücksaugen von Abgas in den Brennraum den zusätzlichen Vorteil auf, dass das in dem Brennraum zurückgehaltene Abgas eine relativ hohe Temperatur aufweist, was sich wiederum positiv auf das Erzielen einer möglichst hohen Temperatur des in den Abgasstrang überführten Abgases und damit auf das Aufwärmen der Abgasnachbehandlungseinrichtung auswirkt. Abgas, das zunächst in den Abgasstrang ausgestoßen und wieder im Rahmen einer iAGR durch Rücksaugen in den Brennraum zurückgeführt wurde, hat sich dagegen schon in einem relevanten Ausmaß abgekühlt.The use of an internal combustion engine according to the invention is preferably provided to carry out an iAGR by retaining exhaust gas in the combustion chamber during heating operation. Compared to an iAGR by sucking exhaust gas back into the combustion chamber, this has the additional advantage that the exhaust gas retained in the combustion chamber has a relatively high temperature, which in turn has a positive effect on achieving the highest possible temperature in the Exhaust tract transferred exhaust gas and thus affects the warming up of the exhaust gas aftertreatment device. Exhaust gas that was initially ejected into the exhaust system and then fed back into the combustion chamber as part of an iAGR by sucking back, has already cooled to a relevant extent.
Bei dem Verbrennungsmotor einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine kann es sich insbesondere um einen (selbstzündenden und qualitätsgeregelten) Dieselmotor handeln. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass es sich bei dem Verbrennungsmotor um einen (fremdgezündeten und quantitätsgeregelten) Ottomotor oder um eine Kombination aus Diesel- und Ottomotor, z.B. um einen Verbrennungsmotor mit homogener Kompressionszündung, handelt. Der Verbrennungsmotor kann dabei sowohl mit Flüssigkraftstoff (d.h. mit DieselKraftstoff oder Benzin) als auch mit einem gasförmigen Kraftstoff (insbesondere mit Erdgas (CNG), LNG oder LPG) oder einem anderen Kraftstoff, der überwiegend aus Wasserstoff oder Kohlenwasserstoffen besteht, betrieben werden beziehungsweise betreibbar sein.The internal combustion engine of an internal combustion engine according to the invention can in particular be a (self-igniting and quality-controlled) diesel engine. However, there is also the possibility that the internal combustion engine is a gasoline engine (spark ignition and quantity-controlled) or a combination of diesel and gasoline engine, e.g. an internal combustion engine with homogeneous compression ignition. The internal combustion engine can be operated with liquid fuel (i.e. with diesel fuel or gasoline) as well as with a gaseous fuel (in particular with natural gas (CNG), LNG or LPG) or another fuel that mainly consists of hydrogen or hydrocarbons .
Der Verbrennungsmotor einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine kann vorzugsweise eine Mehrzahl von Brennräumen ausbilden. Ebenso kann bevorzugt vorgesehen sein, dass jedem dieser Brennräume eine Mehrzahl von Einlassventilen und/oder von Auslassventilen zugeordnet sind. Dabei kann vorgesehen sein, dass für sämtliche oder nur einzelne, insbesondere auch für nur ein einziges der jedem Brennraum zugeordneten Auslassventile die Ventilöffnung während des Ausstoßtakts veränderbar ist.The internal combustion engine of an internal combustion engine according to the invention can preferably form a plurality of combustion chambers. Likewise, it can preferably be provided that a plurality of inlet valves and / or outlet valves are assigned to each of these combustion chambers. It can be provided that the valve opening can be changed during the exhaust stroke for all or only individual ones, in particular also for only a single one of the exhaust valves assigned to each combustion chamber.
Eine Veränderung der Ventilöffnung des Auslassventils kann bei einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine vorzugsweise durch eine Verschiebung des Öffnungsbeginns während des Ausstoßtakts (vorzugsweise in Kombination mit einer Veränderung 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 Auslassventils) realisierbar sein.A change in the valve opening of the exhaust valve in an internal combustion engine according to the invention can preferably be done by shifting the start of opening during the exhaust stroke (preferably in combination with a change in the duration of the opening, ie the end of opening is not shifted or is shifted to a different extent than the start of opening) and / or Variation of the opening stroke (ie the maximum opening travel of the exhaust valve) can be realized.
Vorteilhafterweise kann zur Variation der Ventilöffnung des Auslassventils eine Schaltvorrichtung genutzt werden, die mindestens zwei und vorzugsweise exakt zwei diskrete Schaltstellungen aufweist, die sich hinsichtlich der durch die Ventilbetätigungsvorrichtung bewirkten Ventilöffnung des Auslassventils unterscheiden. Eine solche Schaltvorrichtung kann sich, insbesondere im Vergleich zu einer ebenfalls einsetzbaren Stellvorrichtung, mittels der die Ventilöffnung des Auslassventils stufenlos einstellbar ist, durch eine relativ einfache konstruktive Ausgestaltung auszeichnen.Advantageously, to vary the valve opening of the outlet valve, a switching device can be used which has at least two and preferably exactly two discrete switching positions which differ with regard to the valve opening of the outlet valve 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 that can also be used, by means of which the valve opening of the outlet valve can be continuously adjusted.
Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Ventilbetätigungsvorrichtung eine zur direkten oder indirekten Betätigung des Auslassventils vorgesehene Nockenwelle umfasst und die Schaltvorrichtung einen hinsichtlich des Übersetzungsverhältnisses schaltbaren Schlepphebel, der eine Auslenkung durch einen Nocken der Nockenwelle (in unterschiedlichem Ausmaß) auf das Auslassventil überträgt. Ergänzend oder alternativ kann die Schaltvorrichtung auch unterschiedliche Nocken der Nockenwelle umfassen, wobei die unterschiedlichen Nocken alternativ in Wirkverbindung mit dem Auslassventil bringbar sind.Particularly preferably it can be provided that the valve actuation device comprises a camshaft provided for direct or indirect actuation of the exhaust valve and the switching device comprises a rocker arm that can be switched with regard to the transmission ratio and that transmits a deflection by a cam of the camshaft (to different degrees) to the exhaust valve. Additionally or alternatively, the switching device can also comprise different cams of the camshaft, the different cams alternatively being able to be brought into operative connection with the exhaust valve.
Vorzugsweise kann bei der Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen sein, dass während des Heizbetriebs der Brennkraftmaschine mit iAGR durch Rückhalten von Abgas in dem Brennraum das Auslassventil zwischen 100°KW vor LW-OT (KW: Kurbelwellenwinkel) und 50°KW vor LW-OT geöffnet und, weiterhin bevorzugt zwischen 30°KW vor LW-OT und 5°KW vor LW-OT, insbesondere bei 20°KW vor LW-OT geschlossen wird. Wird dagegen ein Heizbetrieb der Brennkraftmaschine ohne iAGR oder mit iAGR durch Rücksaugen von Abgas in den Brennraum durchgeführt, kann das Auslassventil vorzugsweise zwischen 70°KW vor LW-OT (KW: Kurbelwellenwinkel) und 50°KW vor LW-OT geöffnet und, weiterhin bevorzugt zwischen 20°KW vor LW-OT und 0°KW vor LW-OT, insbesondere bei 10°KW vor LW-OT geschlossen werden. In allen Fällen kann weiterhin bevorzugt vorgesehen sein, dass der Öffnungshub des Auslassventils während des Heizbetriebs der Brennkraftmaschine zwischen 1 mm und 2 mm beträgt. Die Ventilbetätigungsvorrichtung einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine kann hierzu in entsprechende Betätigungsstellungen bringbar sein.When carrying out a method according to the invention, it can preferably be provided that the exhaust valve is opened between 100 ° CA before LW-OT (KW: crankshaft angle) and 50 ° CA before LW-OT during the heating operation of the internal combustion engine with iAGR by retaining exhaust gas in the combustion chamber and, further preferably between 30 ° CA before LW-OT and 5 ° CA before LW-OT, in particular at 20 ° CA before LW-OT. If, on the other hand, the internal combustion engine is heated without iAGR or with iAGR by sucking exhaust gas back into the combustion chamber, the exhaust valve can preferably be opened between 70 ° CA before LW-OT (KW: crankshaft angle) and 50 ° CA before LW-OT and, furthermore, is preferred between 20 ° CA before LT-OT and 0 ° CA before LT-OT, especially at 10 ° CA before LT-OT. In all cases it can furthermore preferably be provided that the opening stroke of the exhaust valve during the heating operation of the internal combustion engine is between 1 mm and 2 mm. The valve actuation device of an internal combustion engine according to the invention can be brought into corresponding actuation positions for this purpose.
Weiterhin bevorzugt kann bei der Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen sein, dass während des Normalbetriebs der Brennkraftmaschine das Auslassventil zwischen 210°KW vor LW-OT und 190°KW vor LW-OT, insbesondere bei 200°KW vor LW-OT, geöffnet und, weiterhin bevorzugt, zwischen 20°KW vor LW-OT und 0°KW vor LW-OT, insbesondere bei 10°KW vor LW-OT, geschlossen wird. Weiterhin bevorzugt kann für den Normalbetrieb noch vorgesehen sein, dass der Öffnungshub während des Normalbetriebs der Brennkraftmaschine zwischen 8 mm und 10 mm, insbesondere 9 mm, beträgt.In addition, it can preferably be provided when carrying out a method according to the invention that during normal operation of the internal combustion engine the exhaust valve is opened between 210 ° CA before LW-OT and 190 ° CA before LW-OT, in particular at 200 ° CA before LW-OT, and, furthermore, it is preferred to close between 20 ° CA before LW-TDC and 0 ° CA before LW-TDC, in particular at 10 ° CA before LW-TDC. Furthermore, it can preferably be provided for normal operation that the opening stroke during normal operation of the internal combustion engine is between 8 mm and 10 mm, in particular 9 mm.
Diese 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. These details of the control times can relate to a completely closed position of the exhaust valves or to a lift threshold of 1 mm or 0.5 mm, from the one that is effective Opening of the exhaust valves can be assumed. 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.
Um während des Heizbetriebs die iAGR einzustellen, d.h. um die Menge des in dem Brennraum zurückgehaltenen oder in diesen zurückgeführten Abgases in definiertem Maße anzupassen, kann im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens vorzugsweise vorgesehen sein, dass der Schließzeitpunkt des Auslassventils und/oder die während des Ansaugtakts erfolgende Ventilbetätigung (d.h. die Ventilöffnung und/oder der Öffnungszeitraum) entsprechend verändert wird. Hierzu kann eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine vorzugsweise einen Auslass-Phasensteller umfassen, der zur Verstellung des Öffnungszeitraums des Auslassventils eingerichtet ist.To set the iAGR during heating operation, i.e. In order to adjust the amount of exhaust gas retained in the combustion chamber or returned to it to a defined extent, a method according to the invention can preferably provide that the closing time of the exhaust valve and / or the valve actuation occurring during the intake stroke (i.e. the valve opening and / or the Opening period) is changed accordingly. For this purpose, an internal combustion engine according to the invention can preferably comprise an exhaust phaser which is set up to adjust the opening period of the exhaust valve.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine kann vorgesehen sein, dass dem Brennraum mindestens zwei oder, vorzugsweise, exakt zwei Auslassventile zugeordnet sind, deren Ventilöffnung mittels der Ventilbetätigungsvorrichtung veränderbar ist. Bei einer solchen Brennkraftmaschine kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass während des Heizbetriebs der Brennkraftmaschine die während eines Ausstoßtakts erfolgende Ventilöffnung für (zumindest) ein erstes der Auslassventile im Vergleich zu dem Normalbetrieb kleiner eingestellt wird, während (zumindest) ein zweites der Auslassventile während des Heizbetriebs mit einem Nullhub betätigt, d.h. während des Ausstoßtakts nicht geöffnet wird. Im Vergleich zu der ebenfalls umsetzbaren Alternative, bei der während des Heizbetriebs alle Auslassventile (je Brennraum) mit einer im Vergleich zu dem Normalbetrieb kleineren Ventilöffnung betätigt werden, kann durch das Ausstoßen des Abgases aus dem Brennraum über nur einen Teil der dafür grundsätzlich zur Verfügung stehenden Auslassventile eine besonders hohe Ladungswechselarbeit und damit eine besonders hohe Temperatur des Abgases realisiert werden.According to a preferred embodiment of an internal combustion engine according to the invention, it can be provided that at least two or, preferably, exactly two outlet valves are assigned to the combustion chamber, the valve opening of which can be changed by means of the valve actuation device. In such an internal combustion engine, it can preferably be provided that, during the heating operation of the internal combustion engine, the valve opening occurring during an exhaust stroke for (at least) a first of the exhaust valves is set smaller in comparison to normal operation, while (at least) a second of the exhaust valves is set during the heating operation actuated a zero stroke, ie is not opened during the exhaust stroke. Compared to the alternative, which can also be implemented, in which all exhaust valves (per combustion chamber) are actuated with a valve opening that is smaller than in normal operation during heating operation, only part of the basically available exhaust gas can be expelled from the combustion chamber Exhaust valves a particularly high gas exchange work and thus a particularly high temperature of the exhaust gas can be realized.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung einer solchen erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine mit mindestens oder exakt zwei Auslassventilen, wobei die Brennkraftmaschine weiterhin einen Auslass-Phasensteller umfasst, kann vorgesehen sein, dass mittels des Auslass-Phasenstellers die Öffnungszeiträume der zwei Auslassventile (oder von zwei dieser Auslassventile) relativ zueinander verstellbar sind. Eine solche Brennkraftmaschine kann insbesondere ermöglichen, auch während des Normalbetriebs in einstellbarer Weise eine iAGR zu bewirken, indem die (vorzugsweise gleiche) Öffnungsdauer der Auslassventile während des Normalbetriebs jeweils kürzer als der Ausstoßtakt ist und zur Erzielung eines Normalbetriebs mit einstellbarer iAGR durch Rückhalten von Abgas in dem Brennraum die Öffnungszeiträume der Auslassventile in einem veränderlichen Ausmaß relativ zueinander versetzt eingestellt beziehungsweise die Auslassventile mit veränderlichem Phasenversatz betätigt werden.According to a preferred development of such an internal combustion engine according to the invention with at least or exactly two exhaust valves, the internal combustion engine further comprising an exhaust phaser, it can be provided that the opening periods of the two exhaust valves (or of two of these exhaust valves) can be adjusted relative to one another by means of the exhaust phaser are. Such an internal combustion engine can in particular make it possible to effect an iAGR in an adjustable manner even during normal operation, in that the (preferably the same) opening duration of the exhaust valves is shorter than the exhaust stroke during normal operation and, to achieve normal operation with adjustable iAGR, by retaining exhaust gas in the combustion chamber, the opening periods of the exhaust valves are set offset relative to one another to a variable extent or the exhaust valves are actuated with a variable phase offset.
Gemäß einer weiterhin bevorzugten Ausgestaltungsform einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine kann vorgesehen sein, dass die Ventilbetätigungsvorrichtung derart ausgebildet ist, dass mittels dieser im Betrieb des Verbrennungsmotors der Öffnungsbeginn des Einlassventils während des Ansaugtakts veränderbar ist. Dies kann insbesondere ermöglichen, das Einlassventil während des Heizbetriebs im Vergleich zu dem Normalbetrieb relativ spät (vorzugsweise mit einer im Wesentlichen (d.h. mit einer Abweichung von höchstens ±5°KW) symmetrischen Differenz zum Schließen des Auslassventils bezogen auf den LW-OT) zu öffnen, was sich insbesondere positiv auf das akustische Betriebsverhalten des Verbrennungsmotors während des Heizbetriebs auswirken kann. Dies gilt insbesondere bei der Erzielung einer iAGR durch Zurückhalten von Abgas in dem Brennraum während des Heizbetriebs, weil dann das in dem Brennraum zurückgehaltene Abgas durch den bereits teilweise durchgeführten Ansaughub des den Brennraum begrenzenden Kolbens schon zumindest teilweise entspannt wurde, wenn das Einlassventil (relativ spät) geöffnet wird.According to a further preferred embodiment of an internal combustion engine according to the invention, it can be provided that the valve actuation device is designed in such a way that it can be used to change the start of opening of the intake valve during the intake stroke when the internal combustion engine is in operation. This can in particular make it possible to open the inlet valve relatively late during the heating operation compared to normal operation (preferably with an essentially (ie with a deviation of at most ± 5 ° CA) symmetrical difference to the closing of the outlet valve in relation to the LW-OT) which can have a particularly positive effect on the acoustic performance of the internal combustion engine during heating operation. This applies in particular to achieving an iAGR by retaining exhaust gas in the combustion chamber during heating operation, because then the exhaust gas retained in the combustion chamber has already been at least partially released by the intake stroke of the piston that delimits the combustion chamber when the inlet valve (relatively late ) is opened.
Ein solches Vorgehen ist in konstruktiv vorteilhafter Weise mittels einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine realisierbar, bei der dem Brennraum mindestens zwei oder, vorzugsweise, exakt zwei Einlassventile zugeordnet sind, wobei zudem ein Einlass-Phasensteller vorgesehen ist, mittels dessen die Öffnungszeiträume der zwei Einlassventile (oder von zwei dieser Einlassventile) relativ zueinander verstellbar sind. Dies kann insbesondere ermöglichen, die Einlassventile mit einer (insbesondere gleichen) Öffnungsdauer zu betätigen, die jeweils kürzer als der Ansaugtakt ist, wobei während des Normalbetriebs die Öffnungszeiträume der zwei Einlassventile in einem größeren Ausmaß relativ zueinander verstellt sind bzw. die Einlassventile phasenversetzt betätigt werden, als dies während des Heizbetriebs vorgesehen ist. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass während des Normalbetriebs (mindestens) ein erstes der Einlassventile am Anfang des Ansaugtakts geöffnet und (mindestens) ein zweites der Einlassventile am Ende des Ansaugtakts geschlossen wird, wodurch sichergestellt wird, dass während des gesamten Ansaugtakts eine gasführende Verbindung zwischen dem Brennraum und dem Frischgasstrang vorliegt. Während des Heizbetriebs können die mindestens zwei Einlassventile dagegen vorzugsweise gleichzeitig am Ende des Ansaugtakts geschlossen werden, wodurch in Kombination mit der jeweils relativ kurzen Öffnungsdauer das relativ späte Öffnen der Einlassventile realisiert ist.Such a procedure can be implemented in a structurally advantageous manner by means of an internal combustion engine according to the invention, in which at least two or, preferably, exactly two intake valves are assigned to the combustion chamber, with an intake phaser also being provided, by means of which the opening periods of the two intake valves (or two these inlet valves) are adjustable relative to each other. This can in particular make it possible to actuate the inlet valves with an (in particular the same) opening duration, which is shorter than the intake stroke in each case, with the opening periods of the two inlet valves being adjusted to a greater extent relative to one another or the inlet valves being actuated with a phase shift during normal operation, than provided during heating operation. In particular, it can be provided that during normal operation (at least) a first of the intake valves is opened at the beginning of the intake stroke and (at least) a second one of the intake valves is closed at the end of the intake stroke, which ensures that a gas-carrying connection between the intake stroke is maintained during the entire intake stroke Combustion chamber and the fresh gas line is present. During the heating operation, however, the at least two inlet valves can preferably be closed at the same time at the end of the intake stroke, which in combination with the each relatively short opening time the relatively late opening of the inlet valves is realized.
Eine Verstellung der Öffnungszeiträume von zwei Einlass- oder Auslassventilen kann vorzugsweise durch die Verwendung von doppelten Nockenwellen, die auch als Cam-in-Cam-Nockenwellen bezeichnet werden, realisiert werden. Diese bestehen aus einer Außenwelle und einer innerhalb der Außenwelle gelagerten Innenwelle, wobei sowohl die Innen- als auch die Außenwelle mit Nocken für die Betätigung der Einlass- oder Auslassventile versehen sind. Die Nocken der Innenwelle ragen dabei durch Öffnungen in der Außenwelle. Mittels eines Auslass- oder Einlass-Phasenstellers können dann die Innen- und die Außenwelle unabhängig voneinander verdreht und dadurch die Öffnungszeiträume relativ zueinander verstellt werden, wenn einem ersten der zwei Einlass- oder Auslassventile je Brennraum ein Nocken der Innenwelle und einem zweiten der Einlass- oder Auslassventile je Brennraum ein Nocken der Außenwelle zugeordnet ist.Adjustment of the opening periods of two intake or exhaust valves can preferably be implemented by using double camshafts, which are also referred to as cam-in-cam camshafts. These consist of an outer shaft and an inner shaft mounted within the outer shaft, with both the inner and outer shafts being provided with cams for actuating the inlet or outlet valves. The cams of the inner shaft protrude through openings in the outer shaft. The inner and outer shafts can then be rotated independently of one another by means of an exhaust or intake phase adjuster and the opening periods can thereby be adjusted relative to one another if a first of the two intake or exhaust valves has a cam on the inner shaft and a second one of the intake or exhaust valves per combustion chamber A cam of the outer shaft is assigned to each combustion chamber.
Die Abgasnachbehandlungseinrichtung einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine kann vorzugsweise 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 exhaust gas aftertreatment device of an internal combustion engine according to the invention can preferably 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 pollutants contained in the exhaust gas as comprehensively as possible to be able to realize.
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 der Antriebsleistung 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 (direct or indirect) provision of the drive power for the motor vehicle.
Die unbestimmten Artikel („ein“, „eine“, „einer“ und „eines“), insbesondere in den Patentansprüchen und in der die Patentansprüche allgemein erläuternden Beschreibung, sind als solche und nicht als Zahlwörter zu verstehen. Entsprechend damit konkretisierte Komponenten sind somit so zu verstehen, dass diese mindestens einmal vorhanden sind und mehrfach vorhanden sein können.The indefinite articles (“a”, “an”, “an” and “an”), in particular in the claims and in the description that generally explains the claims, are to be understood as such and not as numerals. Components specified in this way are therefore to be understood in such a way that they are present at least once and can be present several times.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:
-
1 : in vereinfachter Darstellung eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine; -
2 : in vereinfachter Darstellung eine doppelte Nockenwelle und einen damit zusammenwirkenden 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 mit iAGR; -
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 ohne iAGR; -
5a und5b : Ventilerhebungskurven für die Einlassventile (gestrichelte Linienführung) und die Auslassventile (durchgehende Linienführung) sowie die Bewegungskurve eines Kolbens (strichpunktierte Linienführung) eines Verbrennungsmotors erfindungsgemäßer Brennkraftmaschinen gemäß zwei unterschiedlichen Ausführungsformen während eines Normalbetriebs ohne iAGR; und -
6 : Ventilerhebungskurven für die Einlassventile (gestrichelte Linienführung) und die Auslassventile (durchgehende Linienführung) sowie die Bewegungskurve des Kolbens (strichpunktierte Linienführung) des Verbrennungsmotors der Brennkraftmaschine gemäß der5b während eines Normalbetriebs mit iAGR.
-
1 : an internal combustion engine according to the invention in a simplified representation; -
2 : in a simplified representation a double camshaft and a phase adjuster interacting therewith for an internal combustion engine according to the invention; -
3 : 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 a heating operation with iAGR; -
4th : 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 a heating operation without iAGR; -
5a and5b : 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 internal combustion engines according to the invention according to two different embodiments during normal operation without iAGR; and -
6th : Valve lift curves for the inlet valves (dashed lines) and the exhaust valves (continuous lines) and the movement curve of the piston (dash-dotted lines) of the internal combustion engine according to FIG5b during normal operation with iAGR.
Die
Jedem der Brennräume
Gemäß der
Die Abgasnachbehandlungseinrichtung der Brennkraftmaschine umfasst in Strömungsrichtung des Abgases gesehen eine erste Abgasnachbehandlungsvorrichtung
Dieser ersten Abgasnachbehandlungsvorrichtung
Die Abgasnachbehandlungseinrichtung umfasst, in einer Anordnung stromab des Partikelfilters
Als in Strömungsrichtung letzte Komponente beziehungsweise als vierte Abgasnachbehandlungsvorrichtung der Abgasnachbehandlungseinrichtung ist ein Sperrkatalysator
Um nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine ein möglichst schnelles Erreichen der jeweiligen Anspringtemperatur der Abgasnachbehandlungsvorrichtungen
Die relativ kleine Ventilöffnung des oder der den einzelnen Brennräumen
Zumindest zeitweise während des Heizbetriebs ist vorgesehen, den Verbrennungsmotor
Durch das gemäß der
Um während des Heizbetriebs mit iAGR ein vorteilhaftes beziehungsweise unauffälliges Geräuschverhalten des Verbrennungsmotors
Die
Die Betätigung der Einlassventile
Ein Umschalten zwischen dem Heizbetrieb und dem Normalbetrieb der Brennkraftmaschine kann vorzugsweise mittels schaltbarer Schlepphebel (nicht dargestellt) erfolgen, die vorteilhaft mit einer doppelten Nockenwelle
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) Nockenwelle(double) camshaft
- 1212
- Außenwelle der NockenwelleOuter shaft of the camshaft
- 1313
- Nocken der AußenwelleOuter shaft cams
- 1414th
- Innenwelle der NockenwelleInner shaft of the camshaft
- 1515th
- (Einlass- oder Auslass-)Phasensteller(Inlet or outlet) 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 Abgasnachbehandlungsvorrichtung / Oxidationskatalysator / NOx-Speicherkatalysatorfirst exhaust gas aftertreatment device / oxidation catalytic converter / NO x storage catalytic converter
- 2121st
- zweite Abgasnachbehandlungsvorrichtung / Partikelfilter / erster SCR-Katalysatorsecond exhaust aftertreatment device / particulate filter / first SCR catalyst
- 2222nd
- erste Dosiervorrichtungfirst dosing device
- 2323
- erste Mischvorrichtungfirst mixing device
- 2424
- dritte Abgasnachbehandlungsvorrichtung / (weiterer) SCR-Katalysatorthird exhaust gas aftertreatment device / (further) SCR catalytic converter
- 2525th
- zweite Dosiervorrichtungsecond dosing device
- 2626th
- zweite Mischvorrichtungsecond mixing device
- 2727
- AbgasrückführleitungExhaust gas recirculation line
- 2828
- vierte Abgasnachbehandlungsvorrichtung / Sperrkatalysatorfourth exhaust aftertreatment device / slip catalyst
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- DE 102004016386 B4 [0002, 0011]DE 102004016386 B4 [0002, 0011]
- DE 102005053940 A1 [0003]DE 102005053940 A1 [0003]
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Family Applications (1)
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DE102019113748.9A Pending DE102019113748A1 (en) | 2019-05-23 | 2019-05-23 | Internal combustion engine with variable exhaust valve actuation for the temporary realization of relatively hot exhaust gas and iAGR |
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Citations (4)
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---|---|---|---|---|
US5417186A (en) * | 1993-06-28 | 1995-05-23 | Clemson University | Dual-acting apparatus for variable valve timing and the like |
DE102005053940A1 (en) * | 2004-11-12 | 2006-06-22 | Detroit Diesel Corp., Detroit | Internal exhaust gas recirculation system for internal combustion engine, has exhaust gas intake valve opened during engine intake stroke when intake valve is opened and when pressure of exhaust gas is greater than chamber gas pressure |
DE102004016386B4 (en) * | 2004-04-02 | 2007-02-22 | Audi Ag | Method for operating an internal combustion engine of a vehicle, in particular of a motor vehicle, and device for carrying out such a method |
DE102014208950A1 (en) * | 2014-05-12 | 2015-11-12 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Internal combustion engine and method for operating such an internal combustion engine |
-
2019
- 2019-05-23 DE DE102019113748.9A patent/DE102019113748A1/en active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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