DE102019113748A1 - Internal combustion engine with variable exhaust valve actuation for the temporary realization of relatively hot exhaust gas and iAGR - Google Patents

Internal combustion engine with variable exhaust valve actuation for the temporary realization of relatively hot exhaust gas and iAGR Download PDF

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Ingo Blei
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Volkswagen AG
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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 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 ein einem Brennraum eines Viertakt-Verbrennungsmotors der Brennkraftmaschine zugeordnetes Auslassventil mit einer im Vergleich zu einem Normalbetrieb relativ kleinen Ventilöffnung betätigt wird. Dadurch wird die Ladungswechselarbeit erhöht und damit Abgas über das entsprechend geöffnete Auslassventil mit einer relativ hohen Temperatur in einen Abgasstrang abgeführt, wodurch das Abgas ein möglichst schnelles Erwärmen einer in den Abgasstrang integrierten Abgasnachbehandlungsvorrichtung bewirken soll.Such an internal combustion engine is from DE 10 2004 016 386 B4 known. Specifically, a method for operating such an internal combustion engine is disclosed there, in which, after a cold start of the internal combustion engine, an exhaust valve assigned to a combustion chamber of a four-stroke internal combustion engine is actuated with a valve opening that is relatively small compared to normal operation. As a result, the gas exchange work is increased and exhaust gas is thus discharged into an exhaust line at a relatively high temperature via the correspondingly opened exhaust valve, whereby the exhaust gas is intended to cause an exhaust gas aftertreatment device integrated in the exhaust line to be heated as quickly as possible.

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. DE 10 2005 053 940 A1 ), bei der ein Zurückführen von Abgas aus dem Abgasstrang in die Brennräume des Verbrennungsmotors durch eine Beeinflussung der Ventilsteuerzeiten mittels eines variablen Ventiltriebs zur Erzielung einer Ventilüberschneidung der Einlass- und Auslassventile realisiert wird.A reduction in nitrogen oxide emissions from an internal combustion engine can be achieved on the one hand by means of measures within the engine, in particular by means of exhaust gas recirculation (EGR). Such exhaust gas recirculation can lower the peak temperatures occurring in the combustion chambers during combustion, which leads to the desired reduction in nitrogen oxides (NO x ) in the exhaust gas. In addition to an "external" EGR, which has so far mainly been used in diesel internal combustion engines and in which exhaust gas is returned by means of an exhaust gas recirculation line connecting the exhaust gas line to the fresh gas line of the internal combustion engine, the implementation of an "internal" EGR is also known, especially in Otto internal combustion engines see. DE 10 2005 053 940 A1 ), in which exhaust gas is returned from the exhaust system into the combustion chambers of the internal combustion engine by influencing the valve timing by means of a variable valve drive to achieve valve overlap between the intake and exhaust valves.

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 patent claim 1. A method for operating such an internal combustion engine is the subject matter of patent claim 9. 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, 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 DE 10 2004 016 386 B4 bekannten Maßnahme zur temporären Erzeugung eines relativ heißen Abgases einerseits mit einer iAGR andererseits besonders geringe Schadstoffemissionen der Brennkraftmaschine, insbesondere nach einem Kaltstart, realisiert werden können. Durch das relativ heiße Abgas, das durch eine relativ kleine Ventilöffnung während des Heizbetriebs erzeugt wird, soll dabei insbesondere ein möglichst schnelles Aufwärmen des Abgasstrangs und insbesondere der vorzugsweise in den Abgasstrang integrierten Abgasnachbehandlungseinrichtung bewirkt werden. Dies kann insbesondere mit dem Ziel erfolgen, möglichst schnell nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine ein Wirksamwerden der Abgasnachbehandlungseinrichtung zu realisieren. Die iAGR kann dagegen insbesondere dazu dienen, die Schadstoff- und insbesondere Stickoxidrohemissionen, d.h. die Mengen der in dem aus dem Brennraum in den Abgasstrang überführten Abgas enthaltenen Schadstoffe und insbesondere Stickoxide möglichst gering zu halten, was insbesondere nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine von besonderer Bedeutung ist, weil dann die in den Abgasstrang integrierte Abgasnachbehandlungseinrichtung oder zumindest einzelne Komponenten davon noch nicht ihre sogenannte Anspring- beziehungsweise Light-Off-Temperatur, ab der von einer ausreichend hohen Wirksamkeit zur Schadstoffminderung ausgegangen werden kann, erreicht hat/haben. Möglichst geringe Schadstoffrohemissionen sind daher zu diesem Zeitpunkt besonders relevant für die insgesamt von der Brennkraftmaschine emittierten Schadstoffmengen. Die erfindungsgemäße Kombination aus möglichst schneller Aufwärmung der Abgasnachbehandlungseinrichtung und gleichzeitig möglichst geringen Schadstoffrohemissionen kann demnach zu relativ geringen Gesamtschadstoffemissionen einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine führen.The invention is based on the knowledge that by combining the fundamentally from the DE 10 2004 016 386 B4 known measure for the temporary generation of a relatively hot exhaust gas on the one hand with an iAGR on the other hand particularly low pollutant emissions of the internal combustion engine, in particular after a cold start, can be implemented. The relatively hot exhaust gas, which is generated by a relatively small valve opening during heating operation, is intended in particular to warm up the exhaust gas line and in particular the exhaust gas aftertreatment device preferably integrated into the exhaust line as quickly as possible. This can be done in particular with the aim of making the exhaust gas aftertreatment device effective as quickly as possible after a cold start of the internal combustion engine. The iAGR, on the other hand, can be used in particular to keep the pollutant and especially nitrogen oxide raw emissions, i.e. the quantities of pollutants and especially nitrogen oxides contained in the exhaust gas transferred from the combustion chamber into the exhaust system, as low as possible, which is particularly important after a cold start of the internal combustion engine because then the exhaust gas aftertreatment device integrated in the exhaust system or at least individual components thereof has not yet reached their so-called light-off temperature, from which a sufficiently high level of effectiveness for reducing pollutants can be assumed. The lowest possible raw pollutant emissions are therefore particularly relevant at this point in time for the total quantities of pollutants emitted by the internal combustion engine. The combination according to the invention of the fastest possible warming up of the exhaust gas aftertreatment device and at the same time the lowest possible raw pollutant emissions can accordingly lead to relatively low total pollutant emissions from an internal combustion engine according to the invention.

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 und 5b: 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 der 5b während eines Normalbetriebs mit iAGR.
The invention is explained in more detail below with reference to the exemplary embodiments 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 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 and 5b : 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 FIG 5b during normal operation with iAGR.

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 , the example in the form of a reciprocating 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 beispielsweise jeweils eine doppelte Nockenwelle 11 (vgl. 2) für einerseits die Einlassventile 8 und andererseits die Auslassventile 9 umfassen kann, betätigt werden. 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 Ladungswechselhub, der einen Ausstoßtakt sowie einen Ansaugtakt umfasst, und einen Arbeitshub, der einen Verdichtungstakt und einen Arbeitstakt umfasst, durchführen. Die Kolben 3 sind über Pleuel (nicht dargestellt) mit einer Kurbelwelle (nicht dargestellt) verbunden, wobei die oszillierenden Bewegungen der Kolben 3 zu einer Rotation der Kurbelwelle führen. In Abhängigkeit von einem Kurbelwellenwinkel im Ladungswechselhub der einzelnen Kolben 3 werden die Einlassventile 8 und die Auslassventile 9 mittels der Ventilbetätigungsvorrichtung 10 zu definierten Ventilsteuerzeiten geöffnet und geschlossen, wie dies in den 3 bis 6 gezeigt ist. Mit LW-OT ist dabei der obere Totpunkt der einzelnen Kolben 3 während des jeweiligen Ladungswechselhubs gekennzeichnet.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 which, for example, each have a double camshaft 11 (see. 2 ) for the inlet valves on the one hand 8th and on the other hand the exhaust valves 9 can include, 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 perform a gas exchange stroke, which includes an exhaust stroke and an intake stroke, and a power stroke, which includes a compression stroke and an expansion stroke. 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. Depending on a crankshaft angle in the gas exchange stroke of the individual pistons 3 become the inlet valves 8th and the exhaust valves 9 by means of the valve operating device 10 opened and closed at defined valve control times, as described in the 3 to 6th is shown. With LW-OT the top dead center of the individual pistons is 3 marked during the respective gas exchange stroke.

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 oder Einlassventils 8 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 oder Einlassventils 8 je Brennraum 4 dienen. Mit ihrem einen Ende ist die Nockenwelle 11 mit einem Einlass- oder Auslass-Phasensteller 15 verbunden. Der 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. 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 jeweiligen Innen- 14 bzw. Außenwelle 12 auf die entsprechenden Nocken 13, 18 übertragen, wodurch die Öffnungszeiträume der durch die Nocken 13, 18 betätigten Einlassventile 9 oder Auslassventile 8 verändert werden.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 or inlet valve 8th 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 or inlet valve 8th per combustion chamber 4th serve. At one end is the camshaft 11 with an inlet or outlet phaser 15th connected. The 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. The individual actuators can rotors 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 respective interior 14th or outer shaft 12 on the corresponding cams 13 , 18th transmitted, reducing the opening periods of the cams 13 , 18th actuated inlet valves 9 or exhaust valves 8th to be changed.

Die Abgasnachbehandlungseinrichtung der Brennkraftmaschine umfasst in Strömungsrichtung des Abgases gesehen eine erste Abgasnachbehandlungsvorrichtung 20, bei der es sich um einen Oxidationskatalysator oder um einen NOx-Speicherkatalysator oder um eine Kombination aus einem solchen Oxidationskatalysator und einem solchen NOx-Speicherkatalysator handeln kann.The exhaust gas aftertreatment device of the internal combustion engine comprises a first exhaust gas aftertreatment device viewed in the flow direction of the exhaust gas 20th , which can be an oxidation catalyst or a NO x storage catalyst or a combination of such an oxidation catalyst and such a NO x storage catalyst.

Dieser ersten Abgasnachbehandlungsvorrichtung 20 schließt sich eine zweite Abgasnachbehandlungsvorrichtung 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 device 20th a second exhaust gas aftertreatment device in the form of a particulate filter closes 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, which can be designed for example in the form of flow guide elements that cause turbulence in the flow of the exhaust gas already mixed with the reducing agent.

Die Abgasnachbehandlungseinrichtung umfasst, in einer Anordnung stromab des Partikelfilters 21, als dritte Abgasnachbehandlungsvorrichtung einen (weiteren) SCR-Katalysator 24. Dem SCR Katalysator 24 ist in einer Anordnung stromauf davon eine zweite Dosiervorrichtung 25 für ein Reduktionsmittel sowie, in einer Anordnung zwischen dieser zweiten Dosiervorrichtung 25 und dem SCR-Katalysator 24, 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 , a (further) SCR catalytic converter as a third exhaust gas aftertreatment device 24 . The SCR catalytic converter 24 is a second metering device in an arrangement upstream thereof 25th for a reducing agent and, in an arrangement between this second metering device 25th and the SCR catalytic converter 24 , 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 contains unconverted reducing agent. 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 in Strömungsrichtung letzte Komponente beziehungsweise als vierte Abgasnachbehandlungsvorrichtung der Abgasnachbehandlungseinrichtung ist 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.The last component in the flow direction or the fourth exhaust gas aftertreatment device of the exhaust gas aftertreatment device is a blocking catalyst 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 Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 20, 21, 24, 28 und insbesondere des auch als erster SCR-Katalysator wirkenden Partikelfilters 21 und des (weiteren) SCR-Katalysators 24 und damit eine möglichst schnelle Umsetzung der in dem Abgas enthaltenen Schadstoffe zu realisieren, ist vorgesehen, die Brennkraftmaschine nach einem Kaltstart in einem Heizbetrieb zu betreiben, indem gemäß den 3 und 4 eines oder beide der jedem der Brennräume 4 zugeordneten Auslassventile 9 mit einer deutlich kleineren Ventilöffnung (diese entspricht der von der Ventilerhebungskurve eingeschlossenen Fläche) betätigt werden, als dies gemäß einem Normalbetrieb vorgesehen ist (vgl. 5 und 6). Wird während des Heizbetriebs nur eines der Auslassventile 9 je Brennraum 4 mit einer relativ kleinen Ventilöffnung betätigt, kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass das dazugehörige zweite Auslassventil 9 mit einem Nullhub betätigt beziehungsweise vollständig geschlossen gehalten wird.In order to reach the respective light-off temperature of the exhaust gas aftertreatment devices as quickly as possible after a cold start of the internal combustion engine 20th , 21st , 24 , 28 and in particular the particulate filter which also acts 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, provision is made for the internal combustion engine to be operated in a heating mode after a cold start by according to the 3 and 4th one or both of each of the combustion chambers 4th associated exhaust valves 9 can be actuated with a significantly smaller valve opening (this corresponds to the area enclosed by the valve lift curve) than is provided for in normal operation (cf. 5 and 6th ). Will only one of the exhaust valves during heating operation 9 per combustion chamber 4th actuated with a relatively small valve opening, it can preferably be provided that the associated second outlet valve 9 is operated with a zero stroke or kept completely closed.

Die relativ kleine Ventilöffnung des oder der den einzelnen Brennräumen 4 zugeordneten Auslassventile 9 wird gemäß dem Ausgestaltungsbeispiel dadurch realisiert, dass zum einen der Öffnungsbeginn im Vergleich zu dem Normalbetrieb nach spät beziehungsweise näher in Richtung des LW-OT verschoben ist und zum anderen der Öffnungshub verkleinert ist. Infolge des relativ späten Öffnungsbeginns der Öffnungsbewegungen der Auslassventile 9 erfolgt in dem Ausstoßtakt zunächst noch (bei geschlossenen Auslassventilen 9) eine relativ starke Verdichtung der in den Brennräumen 4 enthaltenen Abgase, 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. Durch das Öffnen der Auslassventile 9 mit relativ kleinen Ventilöffnungen wird folglich relativ heißes Abgas in den Abgasstrang 7 abgeführt und damit ein möglichst schnelles Erwärmen der Abgasnachbehandlungseinrichtung realisiert.The relatively small valve opening of the individual combustion chambers 4th associated exhaust valves 9 is implemented according to the exemplary embodiment in that on the one hand the opening start is shifted late or closer in the direction of LW-OT compared to normal operation and on the other hand the opening stroke is reduced. As a result of the relatively late start of opening of the opening movements of the exhaust valves 9 takes place in the exhaust stroke initially (with the exhaust valves closed 9 ) a relatively strong compression in the combustion chambers 4th contained exhaust gases, 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. By opening the exhaust valves 9 with relatively small valve openings, relatively hot exhaust gas will consequently enter the exhaust system 7th and thus the fastest possible heating of the exhaust gas aftertreatment device.

Zumindest zeitweise während des Heizbetriebs ist vorgesehen, den Verbrennungsmotor 1 mit iAGR durch Zurückhalten von Abgas in den Brennräumen 4 zu betreiben, wodurch die Stickoxidrohemissionen des Verbrennungsmotors 1 relativ gering gehalten werden können. Dies wird erreicht, indem mittels eines Auslass-Phasenstellers 15 der Öffnungszeitraum des oder der zu öffnenden Auslassventile 9 so eingestellt wird, dass diese(s) deutlich vor dem Ende des Ausstoßtakts geschlossen werden (vgl. 3). Im Vergleich dazu zeigt die 4 einen Heizbetrieb der Brennkraftmaschine ohne Realisierung einer iAGR, wobei das oder die Auslassventile 9 im Wesentlichen exakt am Ende des Ausstoßtakts geschlossen wird/werden. The internal combustion engine is provided at least temporarily during heating operation 1 with iAGR by retaining exhaust gas in the combustion chambers 4th operate, reducing the raw nitrogen oxide emissions of the internal combustion engine 1 can be kept relatively low. This is achieved by means of an outlet phaser 15th the opening period of the exhaust valve or valves to be opened 9 is set so that this (s) are closed well before the end of the exhaust cycle (cf. 3 ). In comparison, the 4th a heating operation of the internal combustion engine without implementing an iAGR, wherein the one or more exhaust valves 9 is / are essentially closed exactly at the end of the exhaust stroke.

Durch das gemäß der 3 vorgesehene Schließen des oder der Auslassventile 9 deutlich vor dem Ende des Ausstoßtakts wird ein Teil des Abgases in dem Brennraum 4 zurückgehalten. Die 3 zeigt dabei lediglich eine von einer Vielzahl von möglichen Stellungen des Auslass-Phasenstellers 15. Durch unterschiedliche Einstellungen des Auslass-Phasenstellers 15 und folglich durch ein Schließen des oder der Auslassventile 9 zu unterschiedlichen Zeitpunkten vor dem Ende des Ausstoßtakts kann die Menge des in dem Brennraum 4 zurückgehalten Abgases beeinflusst und folglich die iAGR gezielt eingestellt werden.According to the 3 intended closing of the outlet valve or valves 9 well before the end of the exhaust stroke, some of the exhaust gas is in the combustion chamber 4th held back. The 3 shows only one of a large number of possible positions of the outlet phase adjuster 15th . Through different settings of the outlet phaser 15th and consequently by closing the exhaust valve or valves 9 at different times before the end of the exhaust stroke, the amount of in the combustion chamber 4th retained exhaust gas and consequently the iAGR can be specifically adjusted.

Um während des Heizbetriebs mit iAGR ein vorteilhaftes beziehungsweise unauffälliges Geräuschverhalten des Verbrennungsmotors 1 zu realisieren ist vorgesehen, dass die beiden Einlassventile 8 je Brennraum 4 jeweils mit einer Öffnungsdauer betätigt werden, die kürzer als der Ansaugtakt ist, wobei die dann gleichzeitig geöffneten Einlassventile 8 deutlich nach dem Anfang des Ansaugtakts geöffnet werden (vgl. 3 und auch 6). Dadurch wird erreicht, dass das in dem Brennraum 4 verbliebene Abgas infolge des bereits den Ansaughub durchführenden Kolbens 3 entspannt wurde, wenn die Einlassventile 8 geöffnet werden. Wird der Verbrennungsmotor 1 dagegen ohne iAGR betrieben (vgl. 4 und 5), soll möglichst der gesamte Ansaugtakt für ein Einbringen von Frischgas in den Brennraum genutzt werden. Dies wird erreicht, indem die Öffnungszeiträume der mittels einer doppelten Nockenwelle 11 betätigten Einlassventile derart relativ zueinander verstellt sind, dass ein erstes Einlassventil 8 je Brennraum 4 direkt am Anfang des Ansaugtakts geöffnet und ein zweites Einlassventil 8 je Brennraum 4 derart später geöffnet wird, dass dieses erst am Ende des Ansaugtakts wieder geschlossen wird.To achieve an advantageous or inconspicuous noise behavior of the combustion engine during heating operation with iAGR 1 to realize it is intended that the two inlet valves 8th per combustion chamber 4th are each operated with an opening period that is shorter than the intake stroke, the intake valves then being opened at the same time 8th be opened well after the start of the intake stroke (cf. 3 and also 6th ). This achieves that in the combustion chamber 4th remaining exhaust gas due to the piston already performing the intake stroke 3 was relaxed when the intake valves 8th be opened. Will the internal combustion engine 1 on the other hand operated without iAGR (cf. 4th and 5 ), if possible, the entire intake stroke should be used to introduce fresh gas into the combustion chamber. This is achieved by reducing the opening periods by means of a double camshaft 11 actuated inlet valves so relatively are adjusted to each other that a first inlet valve 8th per combustion chamber 4th opened right at the beginning of the intake stroke and a second intake valve 8th per combustion chamber 4th is opened later in such a way that it is not closed again until the end of the intake stroke.

Die 5a, 5b und 6 zeigen Ventilerhebungskurven der Einlassventile 8 und der Auslassventile 9 erfindungsgemäßer Brennkraftmaschinen während eines Normalbetriebs. Ein solcher Normalbetrieb ist vorgesehen, sobald eine ausreichende Erwärmung zumindest eines, mehrerer oder sämtlicher der Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 20, 21, 24, 28 der Abgasnachbehandlungseinrichtung erreicht wurde. In dem Normalbetrieb ist die Ventilöffnung der Auslassventile 9 deutlich größer als in dem Heizbetrieb der Brennkraftmaschine. Dies dient dazu, die Ladungswechselarbeit der Brennkraftmaschine möglichst zu minimieren, was sich vorteilhaft auf den Wirkungsgrad und damit den Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors 1 auswirkt. Bei der Brennkraftmaschine gemäß der 5a werden beide Auslassventile 9 mit identischen Ventilerhebungskurven betätigt, wobei sich die Öffnungsdauer jeweils über den gesamten Ausstoßtakt erstreckt. Mittels einer solchen Brennkraftmaschine ist während des Normalbetriebs keine iAGR möglich. Eine solche iAGR während eines Normalbetriebs kann dagegen mit einer Brennkraftmaschine realisiert werden, bei der gemäß den 5b und 6 die beiden Auslassventile 9 je Brennraum 4 jeweils mit einer Öffnungsdauer betätigt werden, die kürzer als der Ausstoßtakt ist, wobei zur Realisierung einer (möglichst großen) iAGR die dann gleichzeitig geöffneten Auslassventile deutlich vor dem Ende des Ausstoßtakt geschlossen werden (vgl. 6). Wird der Verbrennungsmotor dagegen ohne iAGR betrieben (vgl. 5b), sind die Öffnungszeiträume der mittels einer doppelten Nockenwelle 11 betätigten Auslassventile 9 derart relativ zueinander versetzt eingestellt, dass ein erstes Auslassventil 9 je Brennraum 4 direkt am Anfang des Ausstoßtakts geöffnet und ein zweites Auslassventil 9 je Brennraum 4 derart später geöffnet wird, dass dieses erst am Ende des Ausstoßtakts wieder geschlossen wird. Die 5b und 6 zeigen dabei Betriebsendstellungen zur Realisierung keiner iAGR (vgl. 5b) oder einer maximalen iAGR (vgl. 6). Mittels des Auslass-Phasenstellers 15 kann grundsätzlich eine beliebige Betriebsstellung, die zwischen diesen Betriebsendstellungen liegt, eingestellt und dadurch die iAGR beziehungsweise die Menge des in den Brennräumen 4 zurückgehalten Abgases eingestellt werden.The 5a , 5b and 6th show valve lift curves of the intake valves 8th and the exhaust valves 9 internal combustion engines according to the invention during normal operation. Such normal operation is provided as soon as there is sufficient heating of at least one, several or all of the exhaust gas aftertreatment devices 20th , 21st , 24 , 28 the exhaust gas aftertreatment device has been reached. In normal operation, the valve opening is the outlet valves 9 significantly larger than in the heating mode of the internal combustion engine. This serves to minimize the gas exchange work of the internal combustion engine as much as possible, which has an advantageous effect on the efficiency and thus the fuel consumption of the internal combustion engine 1 affects. In the internal combustion engine according to 5a become both exhaust valves 9 actuated with identical valve lift curves, with the opening duration extending over the entire exhaust stroke. With such an internal combustion engine, no iAGR is possible during normal operation. Such an iAGR during normal operation, on the other hand, can be implemented with an internal combustion engine in which according to FIGS 5b and 6th the two exhaust valves 9 per combustion chamber 4th are each operated with an opening duration that is shorter than the exhaust stroke, with the exhaust valves that are then open at the same time being closed well before the end of the exhaust stroke in order to achieve an iAGR (as large as possible) (cf. 6th ). If, on the other hand, the combustion engine is operated without iAGR (cf. 5b) , are the opening periods of the means of a double camshaft 11 actuated exhaust valves 9 so set offset relative to each other that a first outlet valve 9 per combustion chamber 4th opened right at the beginning of the exhaust stroke and a second exhaust valve 9 per combustion chamber 4th is opened later in such a way that it is only closed again at the end of the exhaust stroke. The 5b and 6th do not show the end of operations for the realization of any iAGR (cf. 5b) or a maximum iAGR (cf. 6th ). Using the exhaust phaser 15th In principle, any operating position between these operating end positions can be set and thereby the iAGR or the amount of in the combustion chambers 4th retained exhaust gas can be adjusted.

Die Betätigung der Einlassventile 8 bei einem Normalbetrieb der Brennkraftmaschine ohne (vgl. 5b) oder mit iAGR (vgl. 6) entspricht der bereits beschriebenen Strategie bei einem Heizbetrieb der Brennkraftmaschine ohne iAGR (vgl. 4) oder mit iAGR (vgl. 3).The actuation of the inlet valves 8th in normal operation of the internal combustion engine without (cf. 5b) or with iAGR (cf. 6th ) corresponds to the strategy already described for a heating operation of the internal combustion engine without iAGR (cf. 4th ) or with iAGR (cf. 3 ).

Ein Umschalten zwischen dem Heizbetrieb und dem Normalbetrieb der Brennkraftmaschine kann vorzugsweise mittels schaltbarer Schlepphebel (nicht dargestellt) erfolgen, die vorteilhaft mit einer doppelten Nockenwelle 15 kombiniert werden können.Switching between heating operation and normal operation of the internal combustion engine can preferably take place by means of switchable rocker arms (not shown), which advantageously have a double camshaft 15th can be combined.

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]

Claims (13)

Brennkraftmaschine mit einem Viertakt-Verbrennungsmotor (1), der mindestens einen Brennraum (4) ausbildet, mit einem Frischgasstrang (5) zum Zuführen von Frischgas zu dem Verbrennungsmotor (1) und mit einem Abgasstrang (7) zum Abführen von Abgas von dem Verbrennungsmotor (1), wobei ein Einbringen von Frischgas in den Brennraum (4) mittels mindestens eines dem Brennraum (4) zugeordneten Einlassventils (9) steuerbar ist und ein Ausbringen von Abgas aus dem Brennraum (4) mittels mindestens eines dem Brennraum (4) zugeordneten Auslassventils (9) steuerbar ist, wobei das Auslassventil (9) mittels einer Ventilbetätigungsvorrichtung (10) betätigbar ist, die derart ausgebildet ist, dass mittels dieser im Betrieb des Verbrennungsmotors (1) die Ventilöffnung des Auslassventils (9) während des Ausstoßtakts veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilbetätigungsvorrichtung (10) zusätzlich derart ausgebildet ist, dass bei einer definierten Ventilöffnung des Auslassventils (9) der Öffnungszeitraum des Auslassventils (9) verstellbar ist und/oder das Auslassventil (9) zusätzlich während des Ansaugtakts geöffnet werden kann.Internal combustion engine with a four-stroke internal combustion engine (1) which forms at least one combustion chamber (4), with a fresh gas line (5) for supplying fresh gas to the internal combustion engine (1) and with an exhaust gas line (7) for removing exhaust gas from the internal combustion engine ( 1), whereby the introduction of fresh gas into the combustion chamber (4) can be controlled by means of at least one inlet valve (9) assigned to the combustion chamber (4) and the discharge of exhaust gas from the combustion chamber (4) by means of at least one outlet valve assigned to the combustion chamber (4) (9) is controllable, wherein the outlet valve (9) can be actuated by means of a valve actuation device (10) which is designed such that the valve opening of the outlet valve (9) can be changed during the exhaust stroke during operation of the internal combustion engine (1), thereby characterized in that the valve actuation device (10) is additionally designed such that, with a defined valve opening of the outlet valve (9), the opening The duration of the exhaust valve (9) is adjustable and / or the exhaust valve (9) can also be opened during the intake stroke. Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Auslass-Phasensteller (15) zur Verstellung des Öffnungszeitraums des Auslassventils (9).Internal combustion engine according to Claim 1 , characterized by an outlet phaser (15) for adjusting the opening period of the outlet valve (9). Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1 oder 2, 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 Ventilöffnung des Auslassventils (9) unterscheiden.Internal combustion engine according to Claim 1 or 2 , characterized in that the valve actuating device (10) comprises a switching device which has at least two or exactly two discrete switching positions which differ with regard to the valve opening of the outlet valve (9) caused by the switching device. Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass - die Ventilbetätigungsvorrichtung (10) eine zur direkten oder indirekten Betätigung des Auslassventils vorgesehene Nockenwelle (15) umfasst und - die Schaltvorrichtung - einen hinsichtlich des Übersetzungsverhältnisses schaltbaren Schlepphebel, der eine Auslenkung durch einen Nocken der Nockenwelle auf das Auslassventil (9) überträgt, und/oder - unterschiedliche Nocken der Nockenwelle umfasst, wobei die unterschiedlichen Nocken alternativ in Wirkverbindung mit dem Auslassventil (9) bringbar sind.Internal combustion engine according to Claim 3 , characterized in that - the valve actuation device (10) comprises a camshaft (15) provided for direct or indirect actuation of the exhaust valve and - the switching device - a rocker arm which can be switched with regard to the transmission ratio and which deflects a cam of the camshaft onto the exhaust valve (9 ) transmits, and / or comprises different cams of the camshaft, the different cams alternatively being able to be brought into operative connection with the outlet valve (9). Brennkraftmaschine gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Brennraum (4) mindestens zwei Auslassventile (9) zugeordnet sind, deren Ventilöffnungen mittels der Ventilbetätigungsvorrichtung (10) veränderbar sind.Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that at least two outlet valves (9) are assigned to the combustion chamber (4), the valve openings of which can be changed by means of the valve actuation device (10). Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 2 oder einem der von Anspruch 2 abhängigen Ansprüche und gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Auslass-Phasenstellers (15) die Öffnungszeiträume der zwei Auslassventile (9) relativ zueinander verstellbar sind.Internal combustion engine according to Claim 2 or one of the from Claim 2 dependent claims and according to Claim 5 , characterized in that the opening times of the two exhaust valves (9) can be adjusted relative to one another by means of the exhaust phaser (15). Brennkraftmaschine gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilbetätigungsvorrichtung (10) derart ausgebildet ist, dass mittels dieser im Betrieb des Verbrennungsmotors (1) der Öffnungszeitpunkt des Einlassventils (8) während des Ansaugtakts veränderbar ist.Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the valve actuation device (10) is designed in such a way that the opening time of the intake valve (8) during the intake stroke can be changed by means of it during operation of the internal combustion engine (1). Brennkraftmaschine gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Brennraum (4) mindestens zwei Einlassventile (8) zugeordnet sind, wobei mittels eines Einlass-Phasensteller (15) die Öffnungszeiträume dieser zwei Einlassventile (8) relativ zueinander verstellbar sind.Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the combustion chamber (4) is assigned at least two inlet valves (8), the opening periods of these two inlet valves (8) being adjustable relative to one another by means of an inlet phase adjuster (15). Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während eines Heizbetriebs der Brennkraftmaschine - zur Erzielung einer relativ hohen Temperatur des aus dem Brennraum (4) ausgebrachten Abgases die während eines Ausstoßtakts des Verbrennungsmotors (1) erfolgende Ventilöffnung des Auslassventils (9) im Vergleich zu einem Normalbetrieb der Brennkraftmaschine kleiner eingestellt wird und - zur Erzielung einer internen Abgasrückführung (iAGR) durch Rückhalten von Abgas in dem Brennraum (4) das Auslassventil (9) vor dem Ende des Ausstoßtakts geschlossen wird und/oder - zur Erzielung einer iAGR durch Rücksaugen von Abgas in den Brennraum (4) das Auslassventil (9) zusätzlich während des Ansaugtakts geöffnet wird.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 - to achieve a relatively high temperature of the exhaust gas discharged from the combustion chamber (4), the valve opening of the exhaust valve (1) occurring during an exhaust cycle of the internal combustion engine (1) 9) is set smaller compared to normal operation of the internal combustion engine and - to achieve internal exhaust gas recirculation (iAGR) by retaining exhaust gas in the combustion chamber (4), the outlet valve (9) is closed before the end of the exhaust stroke and / or - to achieve this an iAGR by sucking exhaust gas back into the combustion chamber (4), the exhaust valve (9) is additionally opened during the intake stroke. Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass während des Heizbetriebs zur Einstellung der iAGR der Schließzeitpunkt des Auslassventils (9) und/oder die während des Ansaugtakts erfolgende Ventilbetätigung verändert wird.Procedure according to Claim 9 , characterized in that the closing time of the exhaust valve (9) and / or the valve actuation taking place during the intake stroke is changed during the heating operation to adjust the iAGR. Verfahren gemäß Anspruch 9 oder 10 zum Betreiben einer Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 7 oder einem der von Anspruch 7 abhängigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlassventil (8) während des Heizbetriebs im Vergleich zu dem Normalbetrieb relativ spät geöffnet wird.Procedure according to Claim 9 or 10 for operating an internal combustion engine according to Claim 7 or one of the from Claim 7 The dependent claims, characterized in that the inlet valve (8) is opened relatively late during the heating operation compared to the normal operation. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11 zum Betreiben einer Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassventile (8) jeweils mit einer Öffnungsdauer betätigt werden, die kürzer als der Ansaugtakt ist, wobei während des Normalbetriebs die Öffnungszeiträume der Einlassventile (8) in einem größeren Ausmaß relativ zueinander versetzt eingestellt sind, als dies während des Heizbetriebs vorgesehen ist.Method according to one of the Claims 9 to 11 for operating an internal combustion engine according to Claim 8 , characterized in that the inlet valves (8) are each actuated with an opening duration which is shorter than the intake stroke, with the during normal operation Opening periods of the inlet valves (8) are set offset relative to one another to a greater extent than is provided during the heating operation. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 12 zum Betreiben einer Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 6 oder einem der von Anspruch 6 abhängigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassventile (9) während des Normalbetriebs jeweils mit einer Öffnungsdauer betätigt werden, die kürzer als der Ausstoßtakt ist, wobei zur Erzielung eines Normalbetriebs mit einstellbarer iAGR durch Rückhalten von Abgas in dem Brennraum (4) die Öffnungszeiträume der Auslassventile in einem veränderlichen Ausmaß relativ zueinander versetzt eingestellt werden.Method according to one of the Claims 9 to 12 for operating an internal combustion engine according to Claim 6 or one of the from Claim 6 dependent claims, characterized in that the exhaust valves (9) are actuated during normal operation each with an opening period that is shorter than the exhaust stroke, whereby to achieve normal operation with adjustable iAGR by retaining exhaust gas in the combustion chamber (4) the opening periods of the Outlet valves can be set offset relative to one another to a variable extent.
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