DE102019209542A1

DE102019209542A1 - Method for operating an internal combustion engine with cylinder deactivation

Info

Publication number: DE102019209542A1
Application number: DE102019209542.9A
Authority: DE
Inventors: Johannes Bunkus
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2019-06-28
Filing date: 2019-06-28
Publication date: 2020-12-31

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine mit Zylinderabschaltung, wobei die Verbrennungskraftmaschine mindestens zwei Zylinder aufweist, wobei jeder Zylinder mindestens ein Einlassventil und mindestens ein Auslassventil aufweist, wobei die Ventile variabel ansteuerbar sind, wobei mindestens ein Zylinder in einem Abschaltmodus derart betrieben werden kann, dass er nicht mit Kraftstoff versorgt wird, wobei im Abschaltmodus mindestens ein Auslassventil geöffnet wird während das mindestens eine Einlassventil geschlossen bleibt. Erfindungsgemäß erfolgt das Öffnen des mindestens einen Auslassventils des abgeschalteten Zylinders in der Aufwärts- und/oder Abwärtsbewegung des Zylinders zwischen dem oberen Totpunkt (OT) und dem unteren Totpunkts (UT).Durch das erfindungsgemäße Verfahren können die bisher bekannten Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit Zylinderabschaltung verbessert und effizienter gestaltet werden, insbesondere im Hinblick auf Verbrennungskraftmaschinen mit angekoppeltem Elektromotor.The invention relates to a method for operating an internal combustion engine with cylinder deactivation, the internal combustion engine having at least two cylinders, each cylinder having at least one inlet valve and at least one exhaust valve, the valves being variably controllable, with at least one cylinder being able to be operated in a deactivation mode that it is not supplied with fuel, at least one outlet valve being opened in the shutdown mode while the at least one inlet valve remains closed. According to the invention, the opening of the at least one outlet valve of the deactivated cylinder takes place in the upward and / or downward movement of the cylinder between top dead center (TDC) and bottom dead center (BDC). The method according to the invention allows the previously known methods for operating an internal combustion engine with Cylinder deactivation can be improved and made more efficient, especially with regard to internal combustion engines with a coupled electric motor.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Verrennungskraftmaschine mit Zylinderabschaltung, insbesondere auch für Hybridfahrzeuge, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.The present invention relates to a method for operating an internal combustion engine with cylinder deactivation, in particular also for hybrid vehicles, with the features of the preamble of claim 1.

Die Zylinderabschaltung bei Verbrennungsmotoren bietet die Möglichkeit durch reduzierte Wandwärme- und Ladungswechselverluste die Effizienz von Verbrennungskraftmaschinen zu steigern. Dabei ist von besonderem Vorteil, dass durch die Zylinderabschaltung der Abgasmassenstrom reduziert und die Abgastemperatur erhöht wird, was sich positiv auf das Warmhalten der Abgasnachbehandlung auswirkt. So können hohe Abgasnachbehandlung - Wirkungsgrade erzielt werden.The cylinder deactivation in internal combustion engines offers the possibility of increasing the efficiency of internal combustion engines through reduced wall heat and gas exchange losses. It is particularly advantageous that the exhaust gas mass flow is reduced and the exhaust gas temperature increased by the cylinder deactivation, which has a positive effect on keeping the exhaust gas aftertreatment warm. In this way, high levels of exhaust gas aftertreatment can be achieved.

Als nachteilig ist zu erwähnen, dass beim vollständigem Abschalten und Geschlossen-Halten aller Ventile im unteren Totpunkt des Zylinders sich ein Unterdruck gegenüber dem Kurbelgehäuse einstellt, der zu einem erhöhten Saugen von Motoröl in den Brennraum führt. Bei längeren Phasen mit Zylinderabschaltung kühlt zudem der abgeschaltete Zylinder aus, was mit erhöhten Emissionen bei der Reaktivierung einhergeht.It should be mentioned as a disadvantage that when all valves are completely switched off and kept closed at the bottom dead center of the cylinder, a negative pressure is set in relation to the crankcase, which leads to increased engine oil being sucked into the combustion chamber. During longer phases with cylinder deactivation, the deactivated cylinder also cools down, which is associated with increased emissions during reactivation.

Im Stand der Technik sind einige Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine bekannt, die Maßnahmen zur Verbesserung des Betriebs bei einer Zylinderabschaltung vorschlagen. Zum Beispiel wird in der deutschen Offenlegungsschrift DE 102 33 284 A1 beschrieben, dass sich der Drehmomentlauf einer Mehrzylinder-Viertakt-Kolbenbrennkraftmaschine bei einer Zylinderabschaltung in einem Teillastbetrieb verbessern lässt, in dem man zur Einstellung einer den Drehmomentlauf beeinflussenden Kompressionshöhe die Gaswechselventile der abgeschalteten Zylinder für die Dauer des Teillastbetriebs generell geschlossen hält und nur zur Beeinflussung der Ladungsmenge jeweils im Bereich des unteren Kolbendurchlaufs durch den unteren Totpunkt das zugehörige Gaseinlassventil oder Gasauslassventil kurzzeitig öffnet. Damit ist ein Druckausgleich im abgeschalteten Zylinder möglich, der verhindert, dass sich ein Unterdruck gegenüber dem Kurbelgehäuse ausbildet und Öl-Leckagen in den Zylinder hinein entstehen.In the prior art, some methods for operating an internal combustion engine are known, which suggest measures to improve the operation in the event of cylinder deactivation. For example, in the German Offenlegungsschrift DE 102 33 284 A1 described that the torque running of a multi-cylinder four-stroke piston internal combustion engine can be improved in the case of cylinder deactivation in partial load operation by keeping the gas exchange valves of the deactivated cylinders generally closed for the duration of partial load operation in order to set a compression level that affects the torque operation and only to influence the amount of charge the associated gas inlet valve or gas outlet valve opens briefly in the area of the lower piston passage through the bottom dead center. This enables pressure equalization in the deactivated cylinder, which prevents negative pressure from developing in relation to the crankcase and oil leakage into the cylinder.

In einer alternativen Ausgestaltung des Verfahrens der Öffnung des Ein- oder Auslassventils zur Verbesserung des Drehmomentlaufs an einer Mehrzylinder-Viertakt-Kolbenbrennkraftmaschine bei Teillastbetrieb schlägt die technische Lehre der deutschen Patentschrift DE 10 2014 204 447 B4 vor, dass im Abschaltmodus ein Auslassventil des abgeschalteten Zylinders mit einem kleineren Maximalhub geöffnet wird als ein Maximalhub mit dem das Auslassventil des Zylinders im Lastmodus geöffnet wird, während ein Einlassventil des Zylinders im Abschaltmodus geschlossen bleibt. Dadurch, dass das Auslassventil geöffnet wird, können heiße Abgase der im Lastmodus betriebenen Zylinder in den abgeschalteten Zylinder gelangen und diesen aufheizen beziehungsweise eine Abkühlung des abgeschalteten Zylinders verhindern.In an alternative embodiment of the method of opening the inlet or outlet valve to improve the torque run on a multi-cylinder four-stroke piston internal combustion engine during partial load operation, the technical teaching of the German patent specification suggests DE 10 2014 204 447 B4 propose that in the shutdown mode an exhaust valve of the shutdown cylinder is opened with a smaller maximum lift than a maximum lift with which the exhaust valve of the cylinder is opened in the load mode, while an inlet valve of the cylinder remains closed in the shutdown mode. Because the exhaust valve is opened, hot exhaust gases from the cylinders operated in load mode can get into the deactivated cylinder and heat it up or prevent the deactivated cylinder from cooling down.

Die Veröffentlichungsschrift DE 10 2016 110 208 A1 beschreibt eine weitere Möglichkeit für ein Verfahren zum Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine mit Zylinderabschaltung, in dem eine Belüftung des abgeschalteten Zylinders durch Öffnen des Auslasses dann erfolgt, wenn der Kolben den Bereich eines unteren Totpunkts durchläuft. Die Belüftung erfolgt entweder alle 720 Grad Kurbelwinkel oder mindestens jedes zehnte Arbeitsspiel, d.h. alle 7200 Grad Kurbelwinkel, so dass ein minimaler Zylinderinnendruck von 0,2 bar in dem abgeschalteten Zylinder nicht unterschritten wird und mit einer bestimmten Intensität.The publication font DE 10 2016 110 208 A1 describes a further possibility for a method for operating an internal combustion engine with cylinder deactivation, in which the deactivated cylinder is ventilated by opening the outlet when the piston passes through the area of a bottom dead center. The ventilation takes place either every 720 degrees crank angle or at least every tenth work cycle, ie every 7200 degrees crank angle, so that a minimum internal cylinder pressure of 0.2 bar in the deactivated cylinder is not undershot and with a certain intensity.

Alle bisher bekannten Verfahren sehen ein kurzzeitiges Öffnen entweder des Gaseinlassventils oder des Gasauslassventils im zeitlichen Bereich des Durchlaufs durch den unteren Totpunkt (UT) vor. Durch das Öffnen eines Ventils im UT wird die gesamte Zylinderfüllung verdichtet, was zu einer erhöhten Zwischenkompression führt. Dadurch bestehen weiterhin Wandwärmeverluste, durch das Aufheizen der Zylinderfüllung bei der Kompression, sowie Druckverluste an den Kolbenringen vorbei in das Kurbelgehäuse (Blow-By) durch den hohen Druck der Zwischenkompression. Es wurde jedoch gefunden, dass dies eine noch zu verbessernde Maßnahme zur gleichzeitigen Vermeidung des Ölansaugens, des Auskühlens des Zylinders und der Vermeidung einer nennenswerten Zwischenkompression und der damit verbundenen Wandwärme- und Blow-By-Verluste darstellt. Zudem kann es durch ein im Stand der Technik als gleichwertig beschriebenes Öffnen des Einlassventils schwierig werden ein Auskühlen des Zylinders effektiv zu vermeiden, da das einströmende Gas kalt ist. Ein weiterer nachteiliger Aspekt der bisher bekannten Zylinderabschaltung ergibt sich bei Verbrennungskraftmaschinen mit angekoppeltem Elektromotor. Die beschriebenen Verluste in einer Umsetzung nach dem Stand der Technik führen in Schubphasen zu erhöhten Schleppverlusten. Dadurch ergibt sich ein vermindertes Rekuperationspotenzial durch eine E-Maschine bei mitgeschlepptem Verbrennungsmotor.All previously known methods see a brief opening of either the gas inlet valve or the gas outlet valve in the time range of passage through the bottom dead center ( UT ) in front. By opening a valve in the UT the entire cylinder charge is compressed, which leads to increased intermediate compression. As a result, there are still wall heat losses due to the heating of the cylinder filling during compression, as well as pressure losses past the piston rings into the crankcase (blow-by) due to the high pressure of the intermediate compression. It has been found, however, that this represents a measure that still needs to be improved in order to simultaneously avoid the oil being sucked in, the cooling down of the cylinder and the avoidance of a significant intermediate compression and the associated wall heat and blow-by losses. In addition, opening the inlet valve, which is described as equivalent in the prior art, can make it difficult to effectively prevent the cylinder from cooling down, since the inflowing gas is cold. Another disadvantageous aspect of the previously known cylinder deactivation arises in internal combustion engines with a coupled electric motor. The losses described in an implementation according to the prior art lead to increased drag losses in overrun phases. This results in a reduced potential for recuperation from an electric machine when the internal combustion engine is dragged along.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine zur Verfügung mit Zylinderabschaltung zu stellen, durch welches sowohl ein Öl-Ansaugen durch einen Unterdruck gegenüber dem Kurbelgehäuse wirksam vermieden wird als auch ein Auskühlen des abgeschalteten Zylinders reduziert oder ganz vermieden wird. Daneben gehört es ebenfalls zur Aufgabe der vorliegenden Erfindung, gleichzeitig einen verringerten Kompressionsdruck im Zylinder und damit geringere Blow-By-Verluste und geringere Wandwärmeverluste und ein reduziertes Startmoment zu erreichen. Auch soll eine Verbesserung der Möglichkeit zur Rekuperation bei Verbrennungskraftmaschinen mit angekoppeltem Elektromotor in Schubphasen der Verbrennungskraftmaschine erreicht werden.The object of the present invention is therefore to provide a method for operating an internal combustion engine with cylinder deactivation, by means of which oil is effectively prevented from being drawn in by a negative pressure in relation to the crankcase cooling down of the deactivated cylinder is reduced or avoided entirely. In addition, it is also part of the object of the present invention to simultaneously achieve a reduced compression pressure in the cylinder and thus lower blow-by losses and lower wall heat losses and a reduced starting torque. An improvement in the possibility of recuperation in internal combustion engines with a coupled electric motor in the overrun phases of the internal combustion engine is also to be achieved.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.According to the invention, this object is achieved by a method having the features of claim 1.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine mit Zylinderabschaltung, wobei die Verbrennungskraftmaschine mindestens zwei Zylinder aufweist, wobei jeder Zylinder mindestens ein Einlassventil und mindestens ein Auslassventil aufweist, wobei die Ventile variabel ansteuerbar sind, wobei mindestens ein Zylinder in einem Abschaltmodus derart betrieben werden kann, dass er nicht mit Kraftstoff versorgt wird, wobei im Abschaltmodus mindestens ein Auslassventil geöffnet wird während das mindestens eine Einlassventil geschlossen bleibt.The invention relates to a method for operating an internal combustion engine with cylinder deactivation, the internal combustion engine having at least two cylinders, each cylinder having at least one inlet valve and at least one exhaust valve, the valves being variably controllable, with at least one cylinder being able to be operated in a deactivation mode that it is not being supplied with fuel, wherein in the shutdown mode at least one outlet valve is opened while the at least one inlet valve remains closed.

Insbesondere ist vorgesehen, dass das Öffnen des mindestens einen Auslassventils des abgeschalteten Zylinders in der Abwärtsbewegung des Zylinders ausgehend vom oberen Totpunkts (OT) und vor Erreichen des unteren Totpunkts (UT) erfolgt. Es ist auch möglich, dass das Auslassventil in der Aufwärtsbewegung des Kolbens geöffnet wird. Ferner kann das Auslassventil sowohl in der Abwärts- als auch in der Aufwärtsbewegung des Kolbens geöffnet werden.In particular, it is provided that the opening of the at least one exhaust valve of the deactivated cylinder in the downward movement of the cylinder starting from top dead center ( OT ) and before reaching bottom dead center ( UT ) he follows. It is also possible that the outlet valve is opened in the upward movement of the piston. Furthermore, the outlet valve can be opened both in the downward and in the upward movement of the piston.

Die erfindungsgemäße Verbesserung des Betriebsverfahrens für eine Verbrennungskraftmaschine liegt somit in der speziellen Umsetzung einer Zylinderabschaltung mit einem wieder- kehrenden Öffnen des Auslassventils. Erfindungsgemäß schließt das Ventil zu einem Zeitpunkt, der einen vertretbar geringen Unterdruck im Zylinder durch die Abwärtsbewegung des Kolbens hervorruft (~0,5bar).The improvement according to the invention of the operating method for an internal combustion engine thus lies in the special implementation of cylinder deactivation with repeated opening of the exhaust valve. According to the invention, the valve closes at a point in time that causes an acceptable low negative pressure in the cylinder due to the downward movement of the piston (~ 0.5 bar).

Erfindungsgemäß lässt sich damit ein Auskühlen der Zylinderwände und der Zylinderfüllung zum einem durch die reduzierte Expansion aufgrund des gewählten Schließ-Zeitpunkts des Auslassventils reduzieren. Zum Anderen strömt mit jedem Öffnen des Auslassventils heißes Abgas aus dem Abgaskrümmer zurück in den Brennraum aufgrund der weiterhin vorhanden, aber geringen Blow-By-Verluste.According to the invention, cooling of the cylinder walls and the cylinder filling can thus be reduced, on the one hand, by the reduced expansion due to the selected closing time of the exhaust valve. On the other hand, each time the exhaust valve is opened, hot exhaust gas flows out of the exhaust manifold back into the combustion chamber due to the still existing but low blow-by losses.

Bei einem Schließen des Auslassventils im UT ist der Kompressionsdruck maximal. Dadurch sind auch die Kolbenkraft und somit die Blow-By-Verluste maximal. Dies kann durch die erfindungsgemäße Variante des Öffnens und Schließens des Auslassventils vor und /oder dem UT vermieden werden, ohne jedoch auf die positiven Effekte der Vermeidung des Abkühlens der Abgasnachbehandlung und der Vermeidung des Abkühlens der Zylinder wie vorstehend beschrieben zu verzichten.When closing the outlet valve in UT the compression pressure is maximum. As a result, the piston force and thus the blow-by losses are also maximal. This can be done by the variant according to the invention of opening and closing the outlet valve before and / or UT can be avoided without, however, foregoing the positive effects of avoiding cooling of the exhaust gas aftertreatment and avoiding cooling of the cylinders as described above.

Vorteilhafterweise kann daher mit dem erfindungsgemäßen Verfahren im Unterschied zu den bisher bekannten Verfahren der maximale Zylinderdruck bei der Zylinderabschaltung reduziert werden aber gleichzeitig das Abkühlen des Zylinders durch das einströmende heiße Abgas vermieden werden. Zudem wird vorteilhafterweise dennoch eine Reduktion des Unterdrucks im Zylinder erreicht, was ein Ölansaugen aus dem Kurbelgehäuse reduziert oder ganz verhindert.In contrast to the previously known methods, the method according to the invention can therefore advantageously reduce the maximum cylinder pressure during cylinder deactivation, but at the same time avoid the cooling of the cylinder by the hot exhaust gas flowing in. In addition, a reduction in the negative pressure in the cylinder is advantageously achieved, which reduces or completely prevents oil being drawn in from the crankcase.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch vorteilhaft bei Fahrzeugen mit milder Hybridisierung eingesetzt werden.The method according to the invention can also be used advantageously in vehicles with mild hybridization.

In Fahrzeugen mit milder Hybridisierung, bei denen die Elektro-Maschine über einen Riementrieb an die Verbrennungskraftmaschine gekoppelt ist, kann nur Energie durch Rekuperation in den Bremsphasen gewonnen werden, wenn die Verbrennungskraftmaschine mittels geschlossener Kupplung mit dem Antriebsstrang verbunden ist. Dabei reduzieren die Schleppverluste der Verbrennungskraftmaschine das Rekuperationspotenzial. Weiterhin wird in diesen Schlepp-Phasen durch den Gaswechsel der Verbrennungskraftmaschine ein kalter Frischluftmassenstrom in die Abgasnachbehandlung befördert, der diese je nach Dauer der Schlepp-Phase stark ausgekühlt. Das führt zu reduzierten Wirkungsgraden der Abgasnachbehandlungs-Komponenten und zu einem gesteigerten Energiebedarf für das erneute Aufheizen. Verbrennungskraftmaschinen mit Riemenstartergenerator können zudem im Kaltstart unter Umständen nicht auf einen Ritzelstarter verzichten, da die Leistung des Riemenstartergenerators in einer milden Hybridisierung des Fahrzeugs zu gering ist. Diesen Nachteilen kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bei Fahrzeugen mit milder Hybridisierung entgegengewirkt werden.In vehicles with mild hybridization, in which the electric machine is coupled to the internal combustion engine via a belt drive, energy can only be obtained through recuperation in the braking phases if the internal combustion engine is connected to the drive train by means of a closed clutch. The drag losses of the internal combustion engine reduce the recuperation potential. Furthermore, in these towing phases, the gas exchange of the internal combustion engine transports a cold fresh air mass flow into the exhaust gas aftertreatment which, depending on the duration of the dragging phase, cools it down considerably. This leads to reduced efficiencies of the exhaust aftertreatment components and to an increased energy requirement for re-heating. In addition, internal combustion engines with a belt starter generator may not be able to do without a pinion starter during a cold start, since the output of the belt starter generator is too low in a mild hybridization of the vehicle. These disadvantages can be counteracted with the method according to the invention in vehicles with mild hybridization.

In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das geöffnete Auslassventil zwischen 95°KW vor UT und 40°KW vor UT geschlossen. In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das geöffnete Auslassventil zwischen 80°KW vor UT und 60°KW vor UT geschlossen.In one embodiment of the method according to the invention, the opened outlet valve is between 95 ° CA. UT and 40 ° CA ahead UT closed. In one embodiment of the method according to the invention, the opened outlet valve is between 80 ° CA. UT and 60 ° CA before UT closed.

Es ist bevorzugt, dass das geöffnete Auslassventil zwischen 35°KW nach UT und 90°KW nach UT geschlossen wird. Es ist weiter bevorzugt, dass das geöffnete Auslassventil zwischen 65°KW nach UT und 80°KW nach UT geschlossen wird.It is preferred that the exhaust valve is open between 35 ° CA after UT and 90 ° CA after UT is closed. It is further preferred that the opened outlet valve be between 65 ° CA after UT and 80 ° CA after UT is closed.

Es ist bevorzugt, dass der Zeitpunkt des Auslassventilschließens in der Abwärtsbewegung bezogen auf den UT symmetrisch zum Event in der Aufwärtsbewegung angeordnet ist.It is preferred that the time of the exhaust valve closing in the downward movement relative to the UT is arranged symmetrically to the event in the upward movement.

Es ist bevorzugt, dass der Zeitpunkt des Auslassventilschließens in der Abwärtsbewegung bezogen auf den UT bevorzugt 1-5°KW, jedoch nicht mehr als 10°KW näher am UT positioniert als das Schließen des Events in der Aufwärtsbewegung.It is preferred that the time of the exhaust valve closing in the downward movement relative to the UT preferably 1-5 ° CA, but not more than 10 ° CA closer to UT positioned as the closing of the event in the upward movement.

In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Auslassventil einmal in 360°KW geöffnet.In a further embodiment of the method according to the invention, the outlet valve is opened once in 360 ° CA.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird mindestens ein Auslassventil in der Aufwärtsbewegung des Zylinders ausgehend vom UT und vor Erreichen des OT geöffnet. Dabei wird das geöffnete Auslassventil zwischen 90°KW nach UT und 35°KW vor UT geschlossen.In a further preferred embodiment of the method according to the invention, at least one outlet valve is activated in the upward movement of the cylinder starting from UT and before reaching the OT open. The opened outlet valve is adjusted between 90 ° CA afterwards UT and 35 ° CA before UT closed.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Auslassventil sowohl in der Abwärtsbewegung, als auch in der Aufwärtsbewegung geöffnet. Dabei ist die Öffnungsdauer der Events identisch. Der Zeitpunkt des Schließens unterscheidet sich hierbei in der Weise, dass das Event in der Abwärtsbewegung mindestens symmetrisch zum Event in der Aufwärtsbewegung bezogen auf den UT angeordnet ist. In einer bevorzugten Ausgestaltung dieser Variante ist das Schließen des Events bevorzugt 1-5°KW, jedoch nicht mehr als 10°KW näher am UT positioniert als das Schließen des Events in der Aufwärtsbewegung.In a further preferred embodiment of the method according to the invention, the outlet valve is opened both in the downward movement and in the upward movement. The opening times of the events are identical. The time of closing differs in that the event in the downward movement is at least symmetrical to the event in the upward movement in relation to the UT is arranged. In a preferred embodiment of this variant, the closing of the event is preferably 1-5 ° CA, but not more than 10 ° CA closer to UT positioned as the closing of the event in the upward movement.

Auf diese Weise kann vorteilhafterweise die Öffnungsdauer oder wahlweise oder zusätzlich der Ventilhub bei der Öffnung des Auslassventils klein sein, was zu einer verbesserten Effizienz des Verfahrens führt.In this way, the opening duration or, optionally or additionally, the valve lift when the outlet valve is opened can advantageously be small, which leads to an improved efficiency of the method.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens beträgt die Öffnungsdauer des Auslassventils mindestens 10°KW und höchstens 30°KW, insbesondere 20°KW - 25°KW.According to a further embodiment of the method according to the invention, the opening duration of the outlet valve is at least 10 ° CA and at most 30 ° CA, in particular 20 ° CA-25 ° CA.

Die Öffnungsdauer richtet sich idealerweise nach den Füllungsverlusten, die sich durch das Vorbeiströmen des Gases an den Kolbenringen aufgrund des Überdrucks im Zylinder ergeben (Blow-By-Verluste).The opening time is ideally based on the filling losses that result from the gas flowing past the piston rings due to the overpressure in the cylinder (blow-by losses).

Die Verbrennungskraftmaschine ist in einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine 3- oder 4-Zylinder-Viertaktmaschine, mit einem oder zwei Auslassventilen pro Zylinder, und es ist vorgesehen, dass ein Auslassventil oder beide Auslassventile gemeinsam im Abschaltmodus geöffnet werden.In a preferred embodiment of the method according to the invention, the internal combustion engine is a 3- or 4-cylinder four-stroke engine, with one or two exhaust valves per cylinder, and it is provided that one exhaust valve or both exhaust valves are opened together in the shutdown mode.

Der Ventilhub des Auslassventils während der Öffnung des Auslassventils in dem erfindungsgemäßen Verfahren beträgt vorzugsweise mindestens 0,8 mm, bevorzugt 1,0 mm - 1,5 mm, und maximal 2,0 mm.The valve lift of the outlet valve during the opening of the outlet valve in the method according to the invention is preferably at least 0.8 mm, preferably 1.0 mm-1.5 mm, and a maximum of 2.0 mm.

An die Verbrennungskraftmaschine ist in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung eine Elektromaschine, bevorzugt über einen Riementrieb, angekoppelt.In a further embodiment of the invention, an electric machine is coupled to the internal combustion engine, preferably via a belt drive.

In einer Ausgestaltung der Erfindung werden beim Motorstart, oder im unbefeuerten Betrieb alle Zylinder der Verbrennungskraftmaschine im Abschaltmodus betrieben und die Auslassventile der Zylinder werden einmal alle 360°KW geöffnet.In one embodiment of the invention, when the engine is started or in unfired operation, all cylinders of the internal combustion engine are operated in shutdown mode and the exhaust valves of the cylinders are opened once every 360 ° CA.

Auf diese Weise können insbesondere die vorstehend beschriebenen Vorteile in sehr effizienter Weise erzielt werden. Der Ventilhub der Auslassventile und/oder ihre Öffnungsdauer kann vergleichsweise klein gehalten werden, so dass insbesondere die stark verminderte Auskühlung der Zylinder, die Verhinderung des Ölsaugens, die Aufrechterhaltung der Effizienz des Abgasnachbehandlungssystems und die verbesserte Starteffizienz auf eine sehr effiziente Art und Weise erreicht werden können.In this way, in particular the advantages described above can be achieved in a very efficient manner. The valve lift of the exhaust valves and / or their opening duration can be kept comparatively small, so that in particular the greatly reduced cooling of the cylinders, the prevention of oil suction, the maintenance of the efficiency of the exhaust gas aftertreatment system and the improved starting efficiency can be achieved in a very efficient manner .

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Kraftfahrzeug umfassend eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Steuerung, die ausgelegt ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren nach einer oder mehrerer Ausgestaltungen wie vorstehend beschrieben auszuführen.The invention further relates to a motor vehicle comprising an internal combustion engine with a controller which is designed to carry out a method according to the invention according to one or more configurations as described above.

Ein Kraftfahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine, die ein Verfahren für eine Zylinderabschaltung mit den Merkmalen der vorliegenden Erfindung aufweist, ist in den nachfolgend beschriebenen Betriebszuständen besonders vorteilhaft zu betreiben.A motor vehicle with an internal combustion engine that has a method for cylinder deactivation with the features of the present invention can be operated particularly advantageously in the operating states described below.

In dem Betriebszustand des Schubs der Verbrennungskraftmaschine wird vorteilhafterweise kein kalter Gasstrom durch die Abgasnachbehandlung geleitet, wodurch ein verstärktes Auskühlen verhindert wird und die Abgasnachbehandlung effizienter arbeiten kann.In the operating state of thrust of the internal combustion engine, advantageously no cold gas flow is passed through the exhaust gas aftertreatment, as a result of which increased cooling is prevented and the exhaust gas aftertreatment can work more efficiently.

Je nach Anforderung „segelt“ das Fahrzeug länger, denn die Schleppverluste sind kleiner. Bei Fahrzeugen mit einem Riemenstartergenerator kann dieser mehr Energie rekuperieren.Depending on the requirements, the vehicle “sails” longer because the drag losses are smaller. At Vehicles with a belt starter generator can recuperate more energy.

In dem Betriebszustand des Starts der Verbrennungskraftmaschine kann vorteilhafterweise ein reduziertes Startmoment genutzt werden, da keine volle Kompression vom unteren bis zum oberen Totpunkt des Zylinders erfolgen muss.In the operating state of starting the internal combustion engine, a reduced starting torque can advantageously be used, since there is no need for full compression from bottom to top dead center of the cylinder.

Das Event der Öffnung des Auslassventils in jeder Kompressionsphase wirkt gleichzeitig als Dekompressionsevent beim Motorstart, was sich positiv in einem reduzierten Startmoment auswirkt. So wird immer ein gleiches, gegenüber dem konventionellen Betrieb reduziertes Startmoment generiert, das unabhängig von der Position der Verbrennungskraftmaschine vor dem Start ist.The event of the opening of the exhaust valve in each compression phase also acts as a decompression valve when the engine is started, which has a positive effect in a reduced starting torque. In this way, the same starting torque is always generated, which is reduced compared to conventional operation and which is independent of the position of the internal combustion engine before the start.

Vorteilhafterweise befinden sich hierfür alle Kolben der Verbrennungskraftmaschine in „Mittelstellung“ - 90°KW nach/vor OT. Gegebenenfalls müssen die Kolben der Verbrennungskraftmaschine vor dem Start mittels eines Riemenstartergenerators entsprechend „positioniert“ werden.For this purpose, all pistons of the internal combustion engine are advantageously in the “middle position” - 90 ° CA after / before OT . If necessary, the pistons of the internal combustion engine must be "positioned" accordingly by means of a belt starter generator before starting.

Außerdem kann bei dem Start ein vergleichsweise gleichmäßiger Drehzahlanstieg im Motorhochlauf erreicht werden.In addition, a comparatively uniform increase in speed can be achieved when the engine is running.

Beispielsweise kann ein Aktivieren der Ventile mit anschließender Einspritzung erfolgen, wenn die Drehzahl 500 1/min nicht mehr unterschreitet.For example, the valves can be activated with subsequent injection when the speed no longer falls below 500 rpm.

In dem Betriebszustand des Abstellens der Verbrennungskraftmaschine können - insbesondere bei Verbrennungskraftmaschinen mit angekoppeltem Elektromotor - zusätzliche Vorteile erzielt werden. So kann eine eingeschränkte Drehungleichförmigkeit aufgrund der reduzierten Zylinderspitzendrücke zu einem ruhigen Abstellen der Verbrennungskraftmaschine führen.In the operating state in which the internal combustion engine is switched off, additional advantages can be achieved, especially in internal combustion engines with a coupled electric motor. A restricted rotational irregularity due to the reduced cylinder peak pressures can lead to a smooth shutdown of the internal combustion engine.

Damit kann ein deutlich reduziertes oder sogar kein Schütteln beim Abstellen der Verbrennungskraftmaschine erreicht werden, was dem Komfort erhöht und die Bauteilbelastung reduziert.In this way, significantly reduced or even no shaking when switching off the internal combustion engine can be achieved, which increases comfort and reduces the load on the components.

Die Verbrennungskraftmaschine kann mit Hilfe des Riemenstartergenerators definiert in den Stillstand geschleppt werden. Gegebenenfalls kann eine „Positionierung“ für den erneuten Motorstart vorgenommen werden.The internal combustion engine can be dragged to a standstill in a defined manner with the aid of the belt starter generator. If necessary, “positioning” can be carried out for restarting the engine.

Es gibt eine Vielzahl von Möglichkeiten, das Verfahren auszugestalten und weiterzubilden. Hierfür darf zunächst auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche verwiesen werden. Im Folgenden darf eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung anhand der Zeichnungen und den dazugehörigen Beschreibungen näher erläutert werden. In den Zeichnungen zeigt:

1 in einer stark schematisierten Darstellung ein Diagramm der Ventilöffnung in einer allgemeinen Ausgestaltung der Erfindung, und
2 in einer stark schematisierten Darstellung ein Diagramm der Zylinderdruckverhältnisse in einer weiteren allgemeinen Ausgestaltung der Erfindung.

There are a number of options for developing and developing the process. For this, reference may first be made to the claims subordinate to claim 1. In the following, a preferred embodiment of the invention may be explained in more detail with reference to the drawings and the associated descriptions. In the drawings shows:

1 in a highly schematic representation, a diagram of the valve opening in a general embodiment of the invention, and
2 in a highly schematic representation, a diagram of the cylinder pressure ratios in a further general embodiment of the invention.

In 1 ist eine schematisierte Darstellung der Zylinderöffnung im Verlauf einer Zylinderkolbenbewegung vom unteren Totpunkt (UT) über den oberen Totpunkt (OT) zurück zum unteren Totpunkt über den oberen Totpunkt (OT) zurück zum unteren Totpunkt (UT) dargestellt. Die gestrichelt aufgetragene Kurve 1 zeigt als Referenz die Öffnung und das Schließen des Auslassventils AV bei einem normalen Lastbetrieb des Zylinders. Gleichermaßen als Referenz gestrichelt dargestellt ist die Öffnung und das Schließen des Einlassventils EV bei einem normalen Lastbetrieb des Zylinders in der Kurve 2 des Diagramms gezeigt.In 1 is a schematic representation of the cylinder opening in the course of a cylinder piston movement from bottom dead center ( UT ) above top dead center ( OT ) back to bottom dead center via top dead center ( OT ) back to bottom dead center ( UT ) shown. The curve plotted in dashed lines 1 shows for reference the opening and closing of the exhaust valve AV during normal load operation of the cylinder. The opening and closing of the intake valve EV during normal load operation of the cylinder in the curve are also shown in dashed lines for reference 2 shown in the diagram.

In 2 sind beispielhaft für ein Event vor dem UT schematisch zwei Diagramme der Druckverhältnisse im Zylinder einer Verbrennungskraftmaschine bei Zylinderabschaltung dargestellt. Im oberen Diagramm der 2 ist mit der Kurve 4 aufgezeigt, wie sich der Druck im Zylinder im Verlauf der Kolbenbewegung zweier aufeinanderfolgenden Kolbenläufe vom oberen Totpunkt (OT) zum übernächsten oberen Totpunkt (OT) auf- und abbaut, wenn wie im Stand der Technik beschrieben eine Öffnung der Gaswechselventile im Bereich des unteren Totpunkts (UT) erfolgt. Das im UT einströmende Gas wird durch den nachfolgenden Kompressionsschritt des Kolbens maximal komprimiert und führt zu einem maximalen Zylinderdruck im Bereich des OT mit den vorstehend beschriebenen Nachteilen, insbesondere dass die Kolbenkraft und damit die Blow-By-Verluste maximal sind.In 2 are an example of an event before the UT schematically shows two diagrams of the pressure conditions in the cylinder of an internal combustion engine with cylinder deactivation. In the upper diagram of the 2 is with the curve 4th shows how the pressure in the cylinder changes over the course of the piston movement of two successive piston runs from top dead center ( OT ) to the next but one top dead center ( OT ) builds up and dismantles if, as described in the prior art, the gas exchange valves are opened in the area of bottom dead center ( UT ) he follows. The im UT Inflowing gas is maximally compressed by the subsequent compression step of the piston and leads to a maximum cylinder pressure in the area of the OT with the disadvantages described above, in particular that the piston force and thus the blow-by losses are maximum.

Mit der Kurve 6 ist in dem oberen Diagramm der 2 aufgezeigt, welche Druckverhältnis- se demgegenüber im Zylinder bei zwei kompletten Kolbenläufen herrschen, wenn überhaupt keine Öffnung der Gaswechselventile stattfindet. Auch hier kommt es zu einer Auskühlung des Zylinders, da kein Beitrag zur Erwärmung beziehungsweise zum Halten der Temperatur geleistet wird.With the curve 6th is in the upper diagram of 2 shows which pressure conditions prevail in the cylinder with two complete piston runs when the gas exchange valves do not open at all. Here, too, the cylinder cools down, since no contribution is made to heating or maintaining the temperature.

Die Druckverhältnisse, die sich im Zylinder mit dem Öffnen und Schließen des Auslassventils vor dem UT gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren einstellen, sind in der Kurve 5 dargestellt.The pressure conditions that arise in the cylinder with the opening and closing of the exhaust valve before the UT set according to the method of the invention are in the curve 5 shown.

Es ist deutlich zu sehen, dass eine erhebliche Reduzierung des Maximaldrucks im Bereich des OT erzielt wird. Damit wird nicht nur erreicht, dass ein Abkühlen des Zylinders vermieden wird und auch ein Abkühlen der Abgasnachbehandlung, sondern auch eine gewünschte Reduktion der Kolbenkraft und damit der Blow-By-Verluste kann hierdurch erzielt werden. Zusätzlich sind die Wandwärmeverluste im Bereich des OT deutlich reduziert, da die Zylinderfüllung weniger stark verdichtet wird.It can be clearly seen that a considerable reduction in the maximum pressure in the area of the OT is achieved. This not only prevents the cylinder from cooling down and also prevents the exhaust gas aftertreatment from cooling down, but also a desired reduction in the piston force and thus the blow-by losses. In addition, the wall heat losses are in the area of the OT significantly reduced, as the cylinder charge is less compressed.

In dem unteren Diagramm der 2 sind die gleichen Kurven in einer anderen Skalierung dargestellt, um zu verdeutlichen, wie sich der sich einstellende Unterdruck im Zylinder aufgrund der Ansaugbewegung (Expansion) des Kolbens bei den unterschiedlichen Varianten der Zylinderöffnung verhält.In the lower diagram of the 2 the same curves are shown in a different scaling in order to make it clear how the underpressure in the cylinder due to the suction movement (expansion) of the piston behaves in the different variants of the cylinder opening.

In Kurve 4 sind die Unterdruckverhältnisse im Zylinder dargestellt, die sich bei einer Öffnung des Ein- oder Auslassventils im Bereich des UT ergeben, wie es im Stand der Technik vorgeschlagen ist. Obwohl abhängig von der Öffnungsdauer des Gaswechselventils ist festzustellen, dass ein Unterdruck in diesem Fall nahezu vollständig vermieden wird.In curve 4th the vacuum conditions in the cylinder are shown, which arise when the inlet or outlet valve opens in the area of the UT as suggested in the prior art. Although it depends on the opening time of the gas exchange valve, it can be determined that a negative pressure is almost completely avoided in this case.

In Kurve 6 sind die Unterdruckverhältnisse im Zylinder mit Zylinderabschaltung dargestellt, die sich ergeben, wenn keine Öffnung eines Gaswechselventils vorgesehen ist. Der Unterdruck wird maximal (ca. 0,2 bar im gezeigten Beispielsfall) und die Gefahr des Ölsaugens wird sehr groß. Mit dem Ölsaugen wird jedoch die Emission beim erneuten Start der Verbrennungskraftmaschine erheblich verschlechtert, daneben ergeben sich weitere Nachteile in Bezug auf die Effizienz und die Lebensdauer der Verbrennungskraftmaschine.In curve 6th the negative pressure conditions in the cylinder with cylinder deactivation are shown, which result when no opening of a gas exchange valve is provided. The negative pressure is maximum (approx. 0.2 bar in the example shown) and the risk of oil being sucked in is very high. With the oil suction, however, the emission is considerably worsened when the internal combustion engine is restarted, and there are further disadvantages with regard to the efficiency and the service life of the internal combustion engine.

In Kurve 5 sind demgegenüber die Unterdruckverhältnisse im Zylinder mit Zylinderabschaltung dargestellt, die sich gemäß dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung ergeben. Heißes Abgas aus dem Krümmer oder aus den nachgelagerten Bereichen des Abgasstrangs strömt durch das Öffnen und Schließen des Auslassventils vor dem Erreichen des UT in den Zylinder und der Unterdruck wird auf ein vertretbares Niveau reduziert. Hierdurch wird sowohl ein Ansaugen von Öl vermieden als auch ein Auskühlen des Zylinders oder ein Auskühlen und eine damit einhergehende Verschlechterung der Effizienz der Abgasnachbehandlung.In curve 5 In contrast, the negative pressure conditions in the cylinder with cylinder deactivation are shown, which result according to the method according to the present invention. Hot exhaust gas from the manifold or from the downstream areas of the exhaust system flows through the opening and closing of the exhaust valve before reaching the UT into the cylinder and the negative pressure is reduced to an acceptable level. This avoids sucking in oil and also prevents the cylinder from cooling down or cooling down and the associated deterioration in the efficiency of the exhaust gas aftertreatment.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

AVAV: Auslassventil EV: EinlassventilOutlet valve EV: inlet valve
UTUT: unterer Totpunktbottom dead center
OTOT: oberer TotpunktTop Dead Center
11: Öffnungskurve des Auslassventils bei normalem Lastbetrieb des ZylindersOpening curve of the exhaust valve during normal load operation of the cylinder
22: Öffnungskurve des Einlassventils bei normalem Lastbetrieb des ZylindersOpening curve of the intake valve during normal load operation of the cylinder
33: Öffnungskurve des Auslassventils gemäß der ErfindungOpening curve of the exhaust valve according to the invention
44th: Druckkurve des abgeschalteten Zylinders bei Öffnung eines Ventils im UT nach dem Stand der TechnikPressure curve of the deactivated cylinder when a valve is opened in UT According to the state of the art
55: Druckkurve des abgeschalteten Zylinders bei Öffnung des AV vor dem UT gemäß ErfindungPressure curve of the deactivated cylinder when the AV before the UT according to the invention
66th: Druckkurve des abgeschalteten Zylinders ohne Öffnung eines VentilsPressure curve of the deactivated cylinder without opening a valve

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 10233284 A1 [0004]
DE 102014204447 B4 [0005]
DE 102016110208 A1 [0006]

Claims

Method for operating an internal combustion engine with cylinder deactivation, the internal combustion engine having at least two cylinders, each cylinder having at least one inlet valve and at least one exhaust valve, the valves being variably controllable, with at least one cylinder being able to be operated in a deactivation mode in such a way that it cannot is supplied with fuel, wherein in the shutdown mode at least one outlet valve is opened while the at least one inlet valve remains closed, characterized in that the opening of the at least one outlet valve of the deactivated cylinder in the upward and / or downward movement of the cylinder between top dead center (TDC ) and bottom dead center (BDC).

Procedure according to Claim 1 , characterized in that the outlet valve is opened in the downward movement of the piston.

Procedure according to Claim 1 , characterized in that the outlet valve is opened in the upward movement of the piston.

Procedure according to Claim 1 , characterized in that the exhaust valve is opened in both the downward and upward movement of the piston.

Procedure according to Claim 1 , 2 or 4th , characterized in that the opened exhaust valve is closed between 95 ° CA before BDC and 20 ° CA before BDC.

Procedure according to Claim 1 , 2 , 4th or 5 , characterized in that the opened exhaust valve is closed between 80 ° CA before BDC and 60 ° CA before BDC.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the opened outlet valve is closed between 35 ° CA after BDC and 90 ° CA after BDC.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the opened outlet valve is closed between 65 ° CA after UT and 80 ° CA after UT.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the point in time of the outlet valve closing in the downward movement is arranged symmetrically to the event in the upward movement in relation to BDC.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the point in time of the outlet valve closing in the downward movement is preferably 1-5 ° CA, but not more than 10 ° CA closer to BDC than the closing of the event in the upward movement.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the outlet valve is opened repeatedly at intervals of 360 ° CA.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the opening duration of the outlet valve is at least 10 ° CA and at most 30 ° CA, in particular 20 ° CA-25 ° CA.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the internal combustion engine is a 3- or 4-cylinder four-stroke engine, with one or two exhaust valves per cylinder, and that one exhaust valve or both exhaust valves are opened together in the shutdown mode.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the valve lift of the outlet valve is at least 0.8 mm, preferably 1.0-1.5 mm, and a maximum of 2.0 mm.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that an electric machine is coupled to the internal combustion engine, preferably via a belt drive.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that all cylinders of the internal combustion engine are operated in shutdown mode and the outlet valves of the cylinders are opened once every 360 ° CA before BDC.

Motor vehicle comprising an internal combustion engine with a controller which is designed, a method according to one of the Claims 1 to 16 execute.