DE102019216623B4

DE102019216623B4 - Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit Abgasnachbehandlungssystem

Info

Publication number: DE102019216623B4
Application number: DE102019216623.7A
Authority: DE
Inventors: Helmut Kindl; Andreas Kuske; Jörg Kemmerling; Vanco Smiljanovski; Franz Arnd Sommerhoff; Frank Wunderlich; Michael Forsting; Hanno Friederichs
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2018-11-05
Filing date: 2019-10-29
Publication date: 2021-02-11
Anticipated expiration: 2039-10-30
Also published as: DE102019216623A1; CN111140381A

Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinderkopf umfassend mindestens zwei in Reihe angeordnete Zylinder (1, 2, 3, 4), bei der- jeder Zylinder (1, 2, 3, 4) mindestens eine Auslassöffnung zum Abführen von Abgasen aus dem Zylinder (1, 2, 3, 4) via Abgasabführsystem (5) aufweist, wobei sich an jede Auslassöffnung eine Abgasleitung anschließt und die Abgasleitungen der Zylinder (1, 2, 3, 4) jedes Zylinderkopfes unter Ausbildung eines Abgaskrümmers (5a) zu einer Gesamtabgasleitung (5b) zusammenführen,- mindestens ein Abgasnachbehandlungssystem in der Gesamtabgasleitung (5b) angeordnet ist, und- eine Abgasrückführung (6) vorgesehen ist umfassend eine Rückführleitung (6a) und ein AGR-Ventil zur Einstellung einer rückzuführenden Abgasmenge, wobei die Rückführleitung (6a) benachbart zu einem ersten außenliegenden Zylinder (1) und auf der dem mindestens einen anderen Zylinder (2, 3, 4) abgewandten Seite von dem Abgaskrümmer (5a) abzweigt, dadurch gekennzeichnet, dass- die Verbrennung in dem ersten außenliegenden Zylinder (1) früher mit einem kleineren Zündwinkel initiiert wird als in dem mindestens einen anderen Zylinder (2, 3, 4), wodurch die thermische Belastung der Abgasrückführung (6) verringert und begrenzt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinderkopf umfassend mindestens zwei in Reihe angeordnete Zylinder, bei der

- jeder Zylinder mindestens eine Auslassöffnung zum Abführen von Abgasen aus dem Zylinder via Abgasabführsystem aufweist, wobei sich an jede Auslassöffnung eine Abgasleitung anschließt und die Abgasleitungen der Zylinder jedes Zylinderkopfes unter Ausbildung eines Abgaskrümmers zu einer Gesamtabgasleitung zusammenführen,
- mindestens ein Abgasnachbehandlungssystem in der Gesamtabgasleitung angeordnet ist, und
- eine Abgasrückführung vorgesehen ist umfassend eine Rückführleitung und ein AGR-Ventil zur Einstellung einer rückzuführenden Abgasmenge, wobei die Rückführleitung benachbart zu einem ersten außenliegenden Zylinder und auf der dem mindestens einen anderen Zylinder abgewandten Seite von dem Abgaskrümmer abzweigt.

Die EP 1 138 891 B1 beschreibt eine Brennkraftmaschine, die sowohl mit einer Abgasrückführung als auch mit einer Vorrichtung zur Nacheinspritzung von Kraftstoff ausgestattet ist. Die Entnahmestelle für das rückzuführende Abgas einerseits und die Einspritzdüse der Nacheinspritzung andererseits sind dabei auf unterschiedlichen Seiten des Abgaskrümmers angeordnet. Dadurch soll vermieden werden, dass Kraftstoff bzw. unverbrannte Kohlenwasserstoffe in die Abgasrückführung gelangen, die infolge Oxidation die Temperatur in der Abgasrückführung in unvorteilhafter Weise erhöhen können.
Die JP 2003-293 810 A hat ein Verfahren zum Gegenstand, bei dem die Verbrennung in dem zur Entnahmestelle des rückzuführenden Abgases nächstgelegenen Zylinders in der Weise gesteuert wird, dass die Konzentration an - die Abgasrückführung - störenden Abgasbestandteilen niedriger ist als bei den anderen Zylindern.
Die US 2017 / 0 305 411 A1 beschreibt ein Verfahren, bei dem der einer Abgasrückführung zugeordnete Zylinder einer Brennkraftmaschine unterhalb einer vorgebbaren Last infolge unterlassener Kraftstoffversorgung nicht befeuert wird und die übrigen Zylinder überstöchiometrisch und mit einem nach spät verschobenen Zündzeitpunkt betrieben werden. Durch diese Maßnahme wird die Temperatur des rückzuführenden Abgases gesenkt, wodurch die thermische Belastung der Abgasrückführung gemindert wird.
Die DE 10 2009 057 744 A1 beschreibt ein Verfahren zur Klopfregelung eines Verbrennungsmotors unter Berücksichtigung der Oktanzahl, bei dem die Zündung in den einzelnen Zylinder unabhängig voneinander gesteuert und initiiert werden kann. Dabei kann der Zündwinkel zylinderabhängig verstellt werden.
Eine Brennkraftmaschine der genannten Art wird als Kraftfahrzeugantrieb eingesetzt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst der Begriff Brennkraftmaschine Dieselmotoren und Ottomotoren, aber auch Hybrid-Brennkraftmaschinen, die ein Hybrid-Brennverfahren nutzen, sowie Hybrid-Antriebe, die neben der Brennkraftmaschine mindestens eine weitere Drehmoment-Quelle zum Antrieb eines Kraftfahrzeuges umfassen, beispielsweise eine mit der Brennkraftmaschine antriebsverbindbare bzw. antriebsverbundene Elektromaschine, welche anstelle der Brennkraftmaschine oder zusätzlich zur Brennkraftmaschine Leistung abgibt.
Nach dem Stand der Technik werden Brennkraftmaschinen zur Reduzierung der Schadstoffemissionen mit verschiedenen Abgasnachbehandlungssystemen ausgestattet. Zwar findet auch ohne zusätzliche Maßnahmen während der Expansion und des Ausschiebens der Zylinderfüllung bei einem ausreichend hohen Temperaturniveau und dem Vorhandensein genügend großer Sauerstoffmengen eine Oxidation der unverbrannten Kohlenwasserstoffe (HC) und von Kohlenmonoxid (CO) statt. Diese Reaktionen kommen aber aufgrund der stromabwärts schnell abnehmenden Abgastemperatur und der infolgedessen rapide sinkenden Reaktionsgeschwindigkeit schnell zum Erliegen. Eventueller Sauerstoffmangel kann durch eine Sekundärlufteinblasung kompensiert werden. Jedoch müssen in der Regel besondere Reaktoren und/oder Filter im Abgasabführsystem vorgesehen werden, um die Schadstoffemissionen unter sämtlichen Betriebsbedingungen spürbar zu reduzieren.
Thermische Reaktoren versuchen, eine weitgehende Nachoxidation von HC und CO im Abgasabführsystem zu erzielen, indem eine Wärmeisolation und ein ausreichend großes Volumen im Abgasabführsystem vorgesehen werden. Die Wärmeisolation soll ein möglichst hohes Temperaturniveau durch Minimierung der Wärmeverluste sicherstellen, wohingegen ein großes Volumen eine lange Verweildauer der Abgase gewährleistet. Sowohl die lange Verweildauer als auch das hohe Temperaturniveau unterstützen die angestrebte Nachoxidation. Nachteilig sind der schlechte Wirkungsgrad bei unterstöchiometrischer Verbrennung und die hohen Kosten. Für Dieselmotoren sind thermische Reaktoren aufgrund des grundsätzlich niedrigeren Temperaturniveaus nicht zielführend.
Aus den genannten Gründen kommen nach dem Stand der Technik bei Ottomotoren katalytische Reaktoren zum Einsatz, die unter Verwendung katalytischer Materialien, die die Geschwindigkeit bestimmter Reaktionen erhöhen und eine Oxidation von HC und CO auch bei niedrigen Temperaturen sicherstellen. Sollen zusätzlich Stickoxide (NO_x) reduziert werden, kann dies durch den Einsatz eines Dreiwegkatalysators erreicht werden, der dazu aber einen in engen Grenzen ablaufenden stöchiometrischen Betrieb (λ ≈ 1) des Ottomotors erfordert.
Dabei werden die Stickoxide mittels der vorhandenen nicht oxidierten Abgaskomponenten, nämlich den Kohlenmonoxiden und den unverbrannten Kohlenwasserstoffen, reduziert, wobei gleichzeitig diese Abgaskomponenten oxidiert werden. Trotz katalytischer Unterstützung erfordern Oxidationskatalysatoren sowie Drei-Wege-Katalysatoren immer noch eine gewisse Mindesttemperatur bzw. Anspringtemperatur zur Realisierung ausreichend hoher Konvertierungsraten, die beispielsweise 120°C bis 250°C betragen kann.
Bei Brennkraftmaschinen, die mit einem Luftüberschuss betrieben werden, also beispielsweise im Magerbetrieb arbeitende Ottomotoren, insbesondere aber direkteinspritzende Dieselmotoren aber auch direkteinspritzende Ottomotoren, können die im Abgas befindlichen Stickoxide prinzipbedingt - d.h. aufgrund der fehlenden Reduktionsmittel - nicht reduziert werden.
Zur Oxidation der unverbrannten Kohlenwasserstoffe und von Kohlenmonoxid wird ein Oxidationskatalysator im Abgasabführsystem vorgesehen. Zur Reduzierung der Stickoxide werden selektive Katalysatoren - sogenannte SCR-Katalysatoren - eingesetzt, bei denen gezielt Reduktionsmittel in das Abgas eingebracht wird, um die Stickoxide selektiv zu vermindern. Als Reduktionsmittel kommen neben Ammoniak und Harnstoff auch unverbrannte Kohlenwasserstoffe zum Einsatz. Letzteres wird auch als HC-Anreicherung bezeichnet, wobei die unverbrannten Kohlenwasserstoffe direkt in das Abgasabführsystem eingebracht werden oder aber durch innermotorische Maßnahmen, beispielsweise durch eine Nacheinspritzung von zusätzlichem Kraftstoff in den Brennraum nach der eigentlichen Verbrennung, zugeführt werden. Dabei soll der nacheingespritzte Kraftstoff nicht im Brennraum durch die noch ablaufende Hauptverbrennung oder aber durch die - auch nach Beendigung der Hauptverbrennung - hohen Verbrennungsgastemperaturen gezündet werden, sondern während des Ladungswechsels in das Abgasabführsystem eingeleitet werden.
Brennkraftmaschinen, die von einer Nacheinspritzung Gebrauch machen, sind aber von Hause aus sehr anfällig für eine Verdünnung bzw. Kontaminierung des Öls durch unverbrannte Kohlenwasserstoffe. In Abhängigkeit von der Quantität des nacheingespritzten Kraftstoffes und dem Einspritzzeitpunkt, gelangt ein mehr oder weniger großer Anteil des nacheingespritzten Kraftstoffes auf die Zylinderinnenwand und mischt sich dort mit dem anhaftenden Ölfilm. Anschließend gelangt der Kraftstoff zusammen mit dem Öl und dem Blow-by Gas in das Kurbelgehäuse und trägt so maßgeblich zur Ölverdünnung bei. Die Ölverdünnung nimmt mit steigender Kraftstoffmenge und Verschieben der Nacheinspritzung nach spät zu. Durch die Veränderung der Schmierstoffeigenschaften des Öls hat die Ölverdünnung maßgeblich Einfluss auf den Verschleiß und die Haltbarkeit d.h. die Lebensdauer der Brennkraftmaschine.
Grundsätzlich können die Stickoxidemissionen auch mit einem sogenannten Stickoxidspeicherkatalysator (LNT) reduziert werden. Dabei werden die Stickoxide zunächst - während eines mageren Betriebs der Brennkraftmaschine - im Katalysator absorbiert, d.h. gesammelt und gespeichert, um dann während einer Regenerationsphase, beispielsweise mittels eines unterstöchiometrischen Betriebs (λ < 1) der Brennkraftmaschine bei Sauerstoffmangel, reduziert zu werden, wobei die unverbrannten Kohlenwasserstoffe als Reduktionsmittel dienen. Weitere innermotorische Möglichkeiten zur Anreicherung des Abgases mit Reduktionsmittel, insbesondere unverbrannten Kohlenwasserstoffen, bietet die Abgasrückführung (AGR) und bei Dieselmotoren die Drosselung im Ansaugsystem. Wie bereits für die SCR-Katalysatoren weiter oben ausgeführt, kann eine Anreicherung des Abgases mit unverbrannten Kohlenwasserstoffen auch mittels Nacheinspritzung von Kraftstoff realisiert werden, was ebenfalls als innermotorische Maßnahme anzusehen ist. Die Nachteile dieser Vorgehensweise sind die bereits oben Genannten, insbesondere die Ölverdünnung, aber auch der Einsatz von zusätzlichem Kraftstoff.
Auf innermotorische Maßnahmen kann verzichtet werden, wenn das Reduktionsmittel direkt in das Abgasabführsystem eingebracht wird, beispielsweise durch Einspritzen von zusätzlichem Kraftstoff. Während der Regenerationsphase werden die Stickoxide freigegeben und im Wesentlichen in Stickstoff (N₂), Kohlenstoffdioxid (CO₂) und Wasser (H₂O) umgewandelt.
Die Häufigkeit der Regenerationsphasen wird durch die Gesamtemission an Stickoxiden und die Speicherkapazität des Speicherkatalysators bestimmt. Die Temperatur des Speicherkatalysators sollte vorzugsweise in einem Temperaturfenster zwischen 200°C und 450°C liegen, so dass einerseits eine schnelle Reduktion sichergestellt wird und andererseits keine Desorption ohne Konvertierung der wieder freigegebenen Stickoxide stattfindet, was durch zu hohe Temperaturen ausgelöst werden kann.
Eine Schwierigkeit bei der Verwendung eines Speicherkatalysators ergibt sich aus dem im Abgas enthaltenen Schwefel, der ebenfalls im Speicherkatalysator absorbiert wird und im Rahmen einer Entschwefelung regelmäßig entfernt werden muss. Hierfür muss der Speicherkatalysator auf hohe Temperaturen, üblicherweise zwischen 600°C und 700°C, erwärmt und mit einem Reduktionsmittel versorgt werden, was wiederum durch den Übergang zu einem fetten Betrieb der Brennkraftmaschine erreicht werden kann.
Hinsichtlich der Anreicherung des Abgases mit Reduktionsmittel wird auf die bereits weiter oben gemachten Ausführungen Bezug genommen.
Die für eine Entschwefelung erforderlichen hohen Temperaturen können den Speicherkatalysator schädigen, zur thermischen Alterung des Katalysators beitragen und die gewollte Konvertierung der Stickoxide gegen Ende seiner Lebensdauer nachteilig beeinflussen. Das Speichervermögen des LNT bzw. die Fähigkeit, Stickoxide zu speichern, nimmt mit zunehmender Betriebsdauer ab, was unter anderem auf die Kontamination des Speicherkatalysators mit Schwefel d.h. auf die Einlagerung von Schwefel im LNT zurückzuführen ist. Die mit zunehmendem Betrieb abnehmende Speicherkapazität des LNT steht auch einer regelmäßigen Durchführung der Entschwefelung des LNT entgegen.
Zur Minimierung der Emission von Rußpartikeln werden nach dem Stand der Technik sogenannte regenerative Partikelfilter eingesetzt, die die Rußpartikel aus dem Abgas herausfiltern und speichern, wobei diese Rußpartikel im Rahmen der Regeneration des Filters intermittierend verbrannt werden. Hierzu ist Sauerstoff bzw. ein Luftüberschuss im Abgas erforderlich, um den Ruß im Filter zu oxidieren, was beispielsweise durch einen überstöchiometrischen Betrieb (λ > 1) der Brennkraftmaschine erreicht werden kann.
Die zur Regeneration des Partikelfilters hohen Temperaturen von etwa 550°C bei nicht vorhandener katalytischer Unterstützung werden im Betrieb nur bei hohen Lasten und hohen Drehzahlen erreicht. Daher muss auf zusätzliche Maßnahmen zurückgegriffen werden, um eine Regeneration des Filters unter allen Betriebsbedingungen zu gewährleisten.
Die Erwärmung des Partikelfilters kann durch Nacheinspritzung von zusätzlichem Kraftstoff in den Brennraum erfolgen, wobei der nacheingespritzte Kraftstoff bereits im Brennraum gezündet wird, was durch die auslaufende Hauptverbrennung oder die gegen Ende der Verbrennung im Brennraum vorliegenden hohen Temperaturen geschehen kann, so dass die Abgastemperatur der in das Abgasabführsystem ausgeschobenen Abgase innermotorisch angehoben wird. Zur Erwärmung des Abgases und damit des Filters kann die Brennkraftmaschine auch unterstöchiometrisch (λ < 1) betrieben werden, was ebenfalls als innermotorische Maßnahme anzusehen ist. Zusätzlicher Kraftstoff kann auch direkt in das Abgasabführsystem eingebracht und gezündet werden, um die Abgastemperatur stromaufwärts des Filters zu erhöhen.
Auch im Zusammenhang mit der Regeneration des Partikelfilters muss berücksichtigt werden, dass der Einsatz von zusätzlichem Kraftstoff zwecks Erwärmung des Filters prinzipbedingt den Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine erhöht; sei es aufgrund eines Überganges zu einem fetten Motorbetrieb oder aber infolge der Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum bzw. in das Abgasabführsystem.
Die unterschiedlichen Abgasnachbehandlungssysteme, d.h. die vorstehend beschriebenen Katalysatoren, Reaktoren und Filter, haben maßgeblich und direkt Einfluss auf die zur Abgasnachbehandlung eingesetzte Kraftstoffmenge und damit auf den Gesamtverbrauch der Brennkraftmaschine. Insbesondere benötigen die Abgasnachbehandlungssysteme für ihren Betrieb bzw. für ihre Regeneration eine bestimmte Temperatur, weshalb der Einsatz von zusätzlichem Kraftstoff erforderlich ist bzw. erforderlich werden kann.
Die vorstehenden Ausführungen zeigen, dass Abgasnachbehandlungssysteme zur Konvertierung der Schadstoffe eine gewisse Betriebstemperatur erfordern, weshalb Maßnahmen zu ergreifen sind, um die erforderlichen Temperaturen zu generieren und aufrechtzuerhalten. Zudem ist dafür zu sorgen, dass die Abgasnachbehandlungssysteme nach einem Kaltstart, einem Wiederstart bzw. während der Warmlaufphase möglichst schnell aufgeheizt werden und zügig ihre Betriebstemperatur erreichen.
Andererseits können zu hohe Temperaturen die Abgasnachbehandlungssysteme schädigen, zur thermischen Alterung beitragen und die Konvertierung nachteilig beeinflussen. Folglich müssen die Abgasnachbehandlungssysteme auch vor einer Überhitzung geschützt werden. Eine thermische Überlastung kann auch andere Komponenten der Brennkraftmaschine, insbesondere des Abgasabführsystems, betreffen bzw. schädigen; beispielsweise das AGR-Ventil einer Abgasrückführung.
Eine innermotorische Maßnahme zur Erhöhung der Abgastemperatur, die nach dem Stand der Technik eingesetzt wird, ist das Verschieben der Zündung bzw. der Verbrennung nach spät. D.h. die Verbrennung wird später initiiert als in dem spezifischen Kennfeldpunkt üblich, wobei der übliche Zeitpunkt zur Initiierung der Verbrennung grundsätzlich derjenige Zündzeitpunkt ist, der sich durch den geringsten Kraftstoffverbrauch und den höchsten Wirkungsgrad auszeichnet. Folglich ist das Verschieben des Zündzeitpunktes nach spät regelmäßig mit Nachteilen beim Kraftstoffverbrauch und dem Wirkungsgrad verbunden.
Um eine thermische Überlastung der Brennkraftmaschine zu vermeiden, wird nach dem Stand der Technik häufig immer dann eine Anfettung (λ < 1) vorgenommen, wenn mit hohen Abgastemperaturen zu rechnen ist. Dabei wird mehr Kraftstoff eingespritzt als mit der bereitgestellten Luftmenge überhaupt verbrannt werden kann, wobei der überschüssige Kraftstoff ebenfalls erwärmt und verdampft wird, so dass die Temperatur der Verbrennungsgase sinkt. Diese Vorgehensweise ist zwar unter energetischen Aspekten, insbesondere hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs der Brennkraftmaschine, und hinsichtlich der Schadstoffemissionen als nachteilig anzusehen, aber dennoch als zulässig und zielführend anerkannt.
Die vorstehend beschriebene Anfettung zur Vermeidung einer thermischen Überlastung der Brennkraftmaschine ist zu unterscheiden von dem unterstöchiometrischen Betrieb der Brennkraftmaschine, mit welcher unverbrannter Kraftstoff in das Abgasabführsystem eingebracht wird, um die Abgastemperatur stromaufwärts des Partikelfilters durch Oxidation dieses Kraftstoffes zu erhöhen.
Die Abgastemperaturen können grundsätzlich auch durch eine Abmagerung (λ > 1) des Kraftstoff-Luft-Gemisches verringert werden. Die Wirkungsweise ist ähnlich wie bei einer Anfettung. Während bei der Anfettung (λ < 1) zu viel Kraftstoff eingespritzt wird, wird bei einer Abmagerung weniger Kraftstoff eingespritzt als mit der bereitgestellten Luftmenge verbrannt werden könnte, d.h. es wird mehr Luft bereitgestellt als zur Verbrennung des Kraftstoffes erforderlich ist, wobei die überschüssige Luft am Verbrennungsprozess teilnimmt, d.h. mit erwärmt wird. Dadurch sinkt die Temperatur der Verbrennungsgase. Die Temperaturabsenkung infolge Abmagerung fällt deutlich geringer aus als bei einer Anfettung, weil die überschüssige Luft im Gegensatz zum überschüssigen Kraftstoff nicht verdampft werden muss.
Die Brennkraftmaschine, die Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, ist mit einer Abgasrückführung zur Reduzierung der Stickoxidemissionen ausgestattet. Da die Bildung der Stickoxide nicht nur einen Luftüberschuss, sondern auch hohe Temperaturen erfordert, besteht ein Konzept zur Senkung der Stickoxidemissionen darin, Verbrennungsprozesse mit niedrigeren Verbrennungstemperaturen zu entwickeln.
Niedrige Verbrennungstemperaturen können dadurch realisiert werden, dass der Zündverzug vergrößert und die Brenngeschwindigkeit verringert wird. Beides lässt sich durch die Beimischung von Verbrennungsgasen zur Zylinderfrischladung bzw. die Erhöhung des Abgasbestandteils an der Zylinderfrischladung erreichen, weshalb die Abgasrückführung (AGR) als eine geeignete Maßnahme zur Absenkung der Verbrennungstemperatur angesehen wird und zwar sowohl die externe Abgasrückführung, d.h. die Rückführung von Verbrennungsgasen von der Abgasseite auf die Ansaugseite der Brennkraftmaschine, als auch die interne Abgasrückführung, d.h. das Zurückbehalten von Abgasen im Zylinder während des Ladungswechsels. Mit zunehmender Abgasrückführrate können die Stickoxidemissionen deutlich gesenkt werden.
Auch wenn die Verbrennungstemperaturen bei aktivierter, d.h. in Betrieb befindlicher Abgasrückführung niedriger sind, können die Abgastemperaturen der aus den Zylindern abgeführten Abgase höher sein als bei außer Betrieb befindlicher Abgasrückführung.
Ein anderes Konzept, Verbrennungsprozesse mit niedrigeren Verbrennungstemperaturen zu realisieren, um die Stickoxidemissionen zu reduzieren, betrifft die Wassereinspritzung, bei der neben dem Kraftstoff zusätzlich Wasser in den Zylinder eingebracht wird. Das eingebrachte Wasser ist wie das rückgeführte Abgas hinsichtlich der Verbrennung als Inertgas anzusehen.
Die vorstehenden Ausführungen machen deutlich, dass regelmäßig hohe Abgastemperaturen erforderlich sind bzw. angestrebt werden, aber gleichzeitig Maßnahmen erforderlich werden können, um eine thermische Überlastung der Brennkraftmaschine und/oder einzelner Bauteile sicher zu vermeiden. Daraus kann beim Betrieb der Brennkraftmaschine ein Zielkonflikt resultieren.
Vor dem Hintergrund des Gesagten ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufzuzeigen, das sowohl hinsichtlich der Abgasnachbehandlung als auch hinsichtlich der thermischen Belastung der Brennkraftmaschine verbessert ist.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinderkopf umfassend mindestens zwei in Reihe angeordnete Zylinder, bei der

- jeder Zylinder mindestens eine Auslassöffnung zum Abführen von Abgasen aus dem Zylinder via Abgasabführsystem aufweist, wobei sich an jede Auslassöffnung eine Abgasleitung anschließt und die Abgasleitungen der Zylinder jedes Zylinderkopfes unter Ausbildung eines Abgaskrümmers zu einer Gesamtabgasleitung zusammenführen,
- mindestens ein Abgasnachbehandlungssystem in der Gesamtabgasleitung angeordnet ist, und
- eine Abgasrückführung vorgesehen ist umfassend eine Rückführleitung und ein AGR-Ventil zur Einstellung einer rückzuführenden Abgasmenge, wobei die Rückführleitung benachbart zu einem ersten außenliegenden Zylinder und auf der dem mindestens einen anderen Zylinder abgewandten Seite von dem Abgaskrümmer abzweigt,

- die Verbrennung in dem ersten außenliegenden Zylinder früher mit einem kleineren Zündwinkel initiiert wird als in dem mindestens einen anderen Zylinder, wodurch die thermische Belastung der Abgasrückführung verringert und begrenzt wird.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Verbrennung nicht in sämtlichen Zylindern der Brennkraftmaschine mit einem gleichgroßen Zündwinkel initiiert. Vielmehr erfolgt die Zündung zumindest in zwei Zylindern zeitversetzt, d.h. zu unterschiedlichen Zündzeitpunkten bzw. mit unterschiedlich großen Zündwinkeln. Zumindest die Verbrennung in dem ersten außenliegenden Zylinder wird früher, d.h. mit einem kleineren Zündwinkel initiiert.
Der erste außenliegende Zylinder ist erfindungsgemäß der Zylinder, der am wenigsten weit entfernt ist zu der Stelle, an welcher die Rückführleitung der Abgasrückführung vom gemeinsamen Krümmer der Zylinder abzweigt. Die Abgasrückführung wird infolgedessen unmittelbar und vorwiegend mit dem Abgas aus diesem ersten außenliegenden Zylinder beaufschlagt. Die vergleichsweise frühe Zündung dieses Zylinders führt zu einer vergleichsweise niedrigen Temperatur des Abgases, welches aus dem Zylinder abgeführt und in die Rückführleitung eingeleitet wird. Dadurch wird die thermische Belastung der Abgasrückführung, insbesondere des AGR-Ventils, verringert bzw. begrenzt.
Je weiter ein Zylinder von der Stelle entfernt ist, an welcher die Rückführleitung der Abgasrückführung von dem gemeinsamen Krümmer der Zylinder abzweigt, desto weniger relevant ist dieser Zylinder bzw. das aus diesem Zylinder abgeführte Abgas für die thermische Beanspruchung der Abgasrückführung.
Je weiter ein Zylinder von der Stelle entfernt ist, an welcher die Rückführleitung der Abgasrückführung von dem gemeinsamen Krümmer der Zylinder abzweigt, desto später kann in diesem Zylinder die Verbrennung initiiert werden und desto heißer kann das aus diesem Zylinder abgeführte Abgas sein, ohne dass eine thermische Überlastung der Abgasrückführung zu befürchten ist. Das heißere Abgas mit der höheren Temperatur, welche aus der Verschiebung der Zündung nach spät resultiert, gelangt vorwiegend in die Gesamtabgasleitung und kann dort zur Aufheizung eines vorgesehenen Abgasnachbehandlungssystems beitragen.
Die erfindungsgemäße Vorgehensweise, nämlich die Festlegung verschiedener Zündzeitpunkte zur Erzielung geeigneter unterschiedlicher Abgastemperaturen, schützt zum einen die Abgasrückführung und ihre Bauteile vor thermischer Überlastung und sorgt zum anderen für eine Versorgung des mindestens einen Abgasnachbehandlungssystems mit ausreichend heißem bzw. möglichst heißem Abgas.
Das erfindungsgemäße Verfahren löst somit die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, nämlich ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufzuzeigen, das sowohl hinsichtlich der Abgasnachbehandlung als auch hinsichtlich der thermischen Belastung der Brennkraftmaschine verbessert ist.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen, bei denen mindestens ein Abgasnachbehandlungssystem ein Oxidationskatalysator ist.
Vorteilhaft sind auch Ausführungsformen, bei denen mindestens ein Abgasnachbehandlungssystem ein Speicherkatalysator ist.
Vorteilhaft sind ebenfalls Ausführungsformen, bei denen mindestens ein Abgasnachbehandlungssystem ein Partikelfilter ist.
Vorteilhaft sind zudem Ausführungsformen, bei denen mindestens ein Abgasnachbehandlungssystem ein selektiver Katalysator ist.
Die eingangs hinsichtlich der verschiedenen Abgasnachbehandlungssysteme und deren Betriebsweise gemachten Erläuterungen haben unverändert Gültigkeit, weshalb an dieser Stelle Bezug genommen wird auf diese Ausführungen. Ausnahmslos sämtliche Abgasnachbehandlungssysteme benötigen ausreichend hohe Temperaturen.
Jedes der vorstehend genannten Abgasnachbehandlungssysteme kann auch als Komponente eines kombinierten Abgasnachbehandlungssystems zur Anwendung kommen, d.h. ausgebildet sein. Folglich können auch mehrere Abgasnachbehandlungssysteme unterschiedlicher Art zur Anwendung kommen.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen jeder Zylinder mindestens zwei Auslassöffnungen aufweist.
Es ist die Aufgabe des Ventiltriebs die Einlassöffnungen und Auslassöffnungen der Zylinder rechtzeitig freizugeben bzw. zu schließen, wobei eine schnelle Freigabe möglichst großer Strömungsquerschnitte angestrebt wird, um die Drosselverluste in den ein- bzw. ausströmenden Gasströmungen gering zu halten und eine möglichst gute Füllung des Zylinders mit Frischgemisch bzw. ein effektives, d.h. vollständiges Abführen der Abgase zu gewährleisten. Daher ist es vorteilhaft, die Zylinder mit zwei oder mehr Auslassöffnungen auszustatten.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens werden im Zusammenhang mit den Unteransprüchen erörtert.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen die Verbrennung in jedem Zylinder mittels Fremdzündung initiiert wird.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen die Verbrennung in jedem Zylinder mittels Selbstzündung initiiert wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich grundsätzlich bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen und bei fremdgezündeten Brennkraftmaschine einsetzen bzw. durchführen.
Zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem Zylinderkopf umfassend zwei in Reihe angeordnete Zylinder, sind Ausführungsformen des Verfahrens vorteilhaft, die dadurch gekennzeichnet sind, dass die Verbrennung in dem ersten außenliegenden Zylinder früher initiiert wird als in dem anderen außenliegenden Zylinder.
Der Zylinderkopf der Brennkraftmaschine weist vorliegend zwei entlang der Längsachse des Zylinderkopfes in Reihe angeordnete Zylinder auf und damit zwei außenliegende Zylinder und keinen innenliegenden Zylinder.
Zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem Zylinderkopf umfassend drei in Reihe angeordnete Zylinder, sind Ausführungsformen des Verfahrens vorteilhaft, die dadurch gekennzeichnet sind, dass die Verbrennung in dem ersten außenliegenden Zylinder früher initiiert wird als in den beiden anderen Zylindern.
Der Zylinderkopf der Brennkraftmaschine weist vorliegend drei entlang der Längsachse des Zylinderkopfes in Reihe angeordnete Zylinder auf, von denen zwei Zylinder außenliegende Zylinder bilden und ein Zylinder ein innenliegender Zylinder ist, wobei der innenliegende Zylinder zwischen den zwei außenliegenden Zylindern angeordnet ist.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen die Verbrennung in dem ersten außenliegenden Zylinder früher initiiert wird als in dem innenliegenden Zylinder und die Verbrennung in diesem innenliegenden Zylinder früher initiiert wird als in dem anderen außenliegenden Zylinder.
Die vorstehende Verfahrensvariante berücksichtigt, dass ein weiter von der Rückführleitung entfernter Zylinder weniger relevant ist im Hinblick auf die thermische Beanspruchung der Abgasrückführung und daher später gezündet werden kann, da das heiße Abgas aus diesem Zylinder vorwiegend in die Gesamtabgasleitung gelangt, d.h. zur Aufheizung der Abgasnachbehandlung beiträgt und weniger die Abgasrückführung beaufschlagt bzw. beansprucht.
Zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem Zylinderkopf umfassend vier in Reihe angeordnete Zylinder sind Ausführungsformen des Verfahrens vorteilhaft, die dadurch gekennzeichnet sind, dass die Verbrennung in dem ersten außenliegenden Zylinder früher, d.h. mit einem kleineren Zündwinkel, initiiert wird als in den drei anderen Zylindern.
Der Zylinderkopf der Brennkraftmaschine weist vorliegend vier entlang der Längsachse des Zylinderkopfes in Reihe angeordnete Zylinder auf, von denen zwei Zylinder außenliegende Zylinder und zwei Zylinder innenliegende Zylinder sind, wobei die beiden innenliegenden Zylinder zwischen den zwei außenliegenden Zylindern angeordnet sind.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen die Verbrennung in dem ersten außenliegenden Zylinder früher, d.h. mit einem kleineren Zündwinkel, initiiert wird als in dem benachbart angeordneten innenliegenden Zylinder und die Verbrennung in diesem benachbart angeordneten innenliegenden Zylinder früher, d.h. mit einem kleineren Zündwinkel, initiiert wird als in den zwei anderen Zylindern.
Es gilt das bereits für den Drei-Zylinder-Reihenmotor Gesagte in analoger Weise, weshalb auf die entsprechenden Erläuterungen Bezug genommen wird. Je weiter ein Zylinder von der Stelle entfernt ist, an welcher die Rückführleitung der Abgasrückführung von dem gemeinsamen Krümmer der Zylinder abzweigt, desto weniger relevant ist dieser Zylinder bzw. das aus diesem Zylinder abgeführte Abgas für die thermische Beanspruchung der Abgasrückführung und desto später kann die Verbrennung in diesem Zylinder initiiert werden.
Vorteilhaft können in diesem Zusammenhang Ausführungsformen des Verfahrens sein, bei denen die Verbrennung in den zwei anderen Zylindern mit einem gleichgroßen Zündwinkel initiiert wird.
Vorteilhaft können in diesem Zusammenhang aber auch Ausführungsformen des Verfahrens sein, bei denen die Verbrennung in den zwei anderen Zylindern mit einem unterschiedlich großen Zündwinkel initiiert wird, wobei die Verbrennung in dem anderen außenliegenden Zylinder später mit einem größeren Zündwinkel initiiert wird als in dem benachbart angeordneten innenliegenden Zylinder mit einem kleineren Zündwinkel.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen eine Zündwinkeldifferenz zwischen zwei Zylindern, bei denen die Verbrennung zeitlich versetzt initiiert wird, mehr als drei Grad Kurbelwinkel beträgt.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen eine Zündwinkeldifferenz zwischen zwei Zylindern, bei denen die Verbrennung zeitlich versetzt initiiert wird, mehr als fünf Grad Kurbelwinkel beträgt.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen eine Zündwinkeldifferenz zwischen zwei Zylindern, bei denen die Verbrennung zeitlich versetzt initiiert wird, mehr als sieben Grad Kurbelwinkel beträgt.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen eine Zündwinkeldifferenz zwischen zwei Zylindern, bei denen die Verbrennung zeitlich versetzt initiiert wird, mehr als neun Grad Kurbelwinkel beträgt.
Die vier vorstehenden Verfahrensvarianten müssen nicht auf sämtliche Zylinder zutreffen, aber mindestens auf zwei Zylinder, bei denen die Verbrennung zeitlich versetzt initiiert wird.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen die mindestens zwei Zylinder bei gleichgroßer Last betrieben werden, um Drehzahlschwankungen der Kurbelwelle zu vermeiden bzw. weitestgehend zu verringern.
Eine Brennkraftmaschine zur Durchführung eines Verfahrens einer zuvor beschriebenen Art wird bereitgestellt mit einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine umfassend eine Steuereinheit und einen Zylinderkopf mit vier in Reihe angeordneten Zylindern, bei der

- jeder Zylinder mindestens eine Auslassöffnung zum Abführen von Abgasen aus dem Zylinder via Abgasabführsystem aufweist, wobei sich an jede Auslassöffnung eine Abgasleitung anschließt und die Abgasleitungen der Zylinder unter Ausbildung eines Abgaskrümmers zu einer Gesamtabgasleitung zusammenführen,
- mindestens ein Abgasnachbehandlungssystem in der Gesamtabgasleitung angeordnet ist, und
- eine Abgasrückführung vorgesehen ist umfassend eine Rückführleitung und ein AGR-Ventil zur Einstellung einer rückzuführenden Abgasmenge, wobei die Rückführleitung benachbart zu einem ersten außenliegenden Zylinder und auf der den drei anderen Zylindern abgewandten Seite von dem Abgaskrümmer abzweigt,

- die Verbrennung in jedem Zylinder unabhängig von den anderen Zylindern mittels zylinderzugehöriger Fremdzündung initiierbar ist, wobei die Steuereinheit in der Weise eingerichtet ist, dass die Fremdzündung in jedem Zylinder unabhängig von den anderen Zylindern initiierbar ist.

Das bereits für das erfindungsgemäße Verfahren Gesagte gilt auch für die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine, weshalb auf die entsprechenden Ausführungen Bezug genommen wird.
Die unterschiedlichen Verfahrensvarianten erfordern teils unterschiedliche Ausführungsformen der Brennkraftmaschine. Die Steuereinheit, in welcher die Zündwinkel hinterlegt sind und die die - zumindest teils unterschiedlichen - Zündwinkel der vier Zylinder vorgibt bzw. steuert, ist entsprechend der jeweiligen Verfahrensvariante eingerichtet bzw. einzurichten.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der fremdgezündeten Brennkraftmaschine, bei denen eine Aufladevorrichtung vorgesehen ist.
Aufgeladene Brennkraftmaschinen sind thermisch besonders stark beansprucht, da wesentlich höhere Abgastemperaturen erzielt werden als bei Saugmotoren.
Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen als Aufladevorrichtung ein Abgasturbolader vorgesehen ist, der eine Turbine und einen Verdichter umfasst, die auf derselben Welle angeordnet sind.
Die Aufladung ist ein geeignetes Mittel, bei unverändertem Hubraum die Leistung einer Brennkraftmaschine zu steigern oder bei gleicher Leistung den Hubraum zu reduzieren. In jedem Fall führt die Aufladung zu einer Erhöhung der Bauraumleistung und einer günstigeren Leistungsmasse. Wird der Hubraum verringert, lässt sich so das Lastkollektiv zu höheren Lasten hin verschieben, bei denen der spezifische Kraftstoffverbrauch niedriger ist. Durch Aufladung in Kombination mit einer geeigneten Getriebeauslegung kann auch ein sogenanntes Downspeeding realisiert werden, bei dem ebenfalls ein geringerer spezifischer Kraftstoffverbrauch erzielt werden kann.
Die Aufladung unterstützt folglich das ständige Bemühen in der Entwicklung von Brennkraftmaschinen, den Kraftstoffverbrauch zu minimieren, d.h. den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine zu verbessern.
Bei einem Abgasturbolader sind ein Verdichter und eine Turbine auf derselben Welle angeordnet. Der heiße Abgasstrom wird der Turbine zugeführt und entspannt sich unter Energieabgabe in der Turbine, wodurch die Welle in Drehung versetzt wird. Die vom Abgasstrom an die Turbine und schließlich an die Welle abgegebene Energie wird für den Antrieb des ebenfalls auf der Welle angeordneten Verdichters genutzt. Der Verdichter fördert und komprimiert die ihm zugeführte Ladeluft, wodurch eine Aufladung der Zylinder erreicht wird. Vorteilhafterweise wird ein Ladeluftkühler stromabwärts des Verdichters im Ansaugsystem vorgesehen, mit dem die komprimierte Ladeluft vor Eintritt in den mindestens einen Zylinder gekühlt wird. Der Kühler senkt die Temperatur und steigert damit die Dichte der Ladeluft, so dass auch der Kühler zu einer besseren Füllung der Zylinder, d.h. zu einer größeren Luftmasse, beiträgt. Es erfolgt eine Verdichtung durch Kühlung.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der fremdgezündeten Brennkraftmaschine, bei denen die Steuereinheit zu einer Motorsteuerung gehört. Verfahren, welche den Betrieb einer modernen Brennkraftmaschine steuern und überwachen, werden vorzugsweise in eine Motorsteuerung implementiert. Insofern ist die Steuereinheit bevorzugt Teil der Motorsteuerung, d.h. die Motorsteuerung bildet die Steuereinheit mit aus.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und gemäß den 1a und 1b näher beschrieben. Hierbei zeigt:

1a schematisch und in einer perspektivischen Darstellung den Abgaskrümmer einer ersten Ausführungsform der Brennkraftmaschine mitsamt Anschluss für die Abgasrückführung, und
1 b in einem Diagramm die Wärmefreisetzung ΔH der Zylinder über dem Kurbelwinkel für die verschiedenen Zylinder (A, B, C, D).

1a zeigt schematisch und in einer perspektivischen Darstellung den Abgaskrümmer 5a einer ersten Ausführungsform der Brennkraftmaschine mitsamt Anschluss für die Abgasrückführung 6.
Die Brennkraftmaschine verfügt über ein Abgasabführsystem 5 zum Abführen der Abgase aus den Zylindern 1, 2, 3, 4. In dem Abgasabführsystem 5 ist mindestens ein Abgasnachbehandlungssystem zur Nachbehandlung der Abgase und Reduzierung der Schadstoffemissionen angeordnet (nicht dargestellt).
Die Brennkraftmaschine verfügt über vier entlang der Längsachse des Zylinderkopfes in Reihe angeordnete Zylinder 1, 2, 3, 4 von denen zwei Zylinder 1, 4 außenliegende Zylinder 1, 4 und zwei Zylinder 2, 3 innenliegende Zylinder 2, 3 sind, wobei die beiden innenliegenden Zylinder 2, 3 zwischen den zwei außenliegenden Zylindern 1, 4 angeordnet sind.
Die Abgasleitungen der Zylinder 1, 2, 3, 4 führen unter Ausbildung eines Abgaskrümmers 5a zu einer Gesamtabgasleitung 5b zusammen. Die Rückführleitung 6a einer Abgasrückführung 6 zweigt benachbart zum ersten außenliegenden Zylinder 1 auf der den drei übrigen Zylindern 2, 3, 4 abgewandten Seite von dem Abgaskrümmer 5a ab. Die Abgasrückführung 6 umfasst neben der Rückführleitung 6a ein - nicht dargestelltes - AGR-Ventil zur Einstellung der rückzuführenden Abgasmenge.
Dadurch, dass die Rückführleitung 6a - wie vorstehend beschrieben - außen am Abgaskrümmer 5a abseits der Zylinder 1, 2, 3, 4 anschließt und zwar benachbart zum ersten außenliegenden Zylinder 1, wird die Abgasrückführung 6 vorwiegend mit dem Abgas aus dem ersten außenliegenden Zylinder 1 versorgt bzw. beaufschlagt. Folglich lässt sich die thermische Belastung der Abgasrückführung 6, insbesondere des AGR-Ventils, bereits verringern und begrenzen, wenn die Verbrennung in dem ersten außenliegenden Zylinder 1 früher initiiert wird als in den übrigen drei Zylindern 2, 3, 4. Denn die frühere Zündung dieses Zylinders 1 führt zu einer niedrigeren Temperatur des Abgases, welches aus dem Zylinder 1 abgeführt und in die Rückführleitung 6a eingeleitet wird.
Je weiter ein Zylinder 1, 2, 3, 4 von der Stelle entfernt ist, an welcher die Rückführleitung 6a der Abgasrückführung 6 vom Abgaskrümmer 5a abzweigt, desto weniger relevant ist dieser Zylinder 1, 2, 3, 4 bzw. das aus diesem Zylinder 1, 2, 3, 4 abgeführte Abgas für die thermische Beanspruchung der Abgasrückführung 6.
Je weiter ein Zylinder 1, 2, 3, 4 von der Stelle entfernt ist, an welcher die Rückführleitung 6a der Abgasrückführung 6 von dem gemeinsamen Krümmer 5a der Zylinder 1, 2, 3, 4 abzweigt, desto später kann in diesem Zylinder 1, 2, 3, 4 die Verbrennung initiiert werden und desto heißer kann das aus diesem Zylinder 1, 2, 3, 4 abgeführte Abgas sein, ohne dass eine thermische Überlastung der Abgasrückführung 6 zu befürchten ist. Das heißere Abgas mit der höheren Temperatur, welche aus der Verschiebung der Zündung nach spät resultiert, gelangt vorwiegend in die Gesamtabgasleitung 5b und trägt dort zu einer Aufheizung eines Abgasnachbehandlungssystems bei.
1b zeigt in einem Diagramm die Wärmefreisetzung ΔH der Zylinder 1, 2, 3, 4 über dem Kurbelwinkel für die verschiedenen Zylinder 1, 2, 3, 4 (A, B, C, D).
Die Verbrennung im ersten außenliegenden Zylinder 1 (Kurve A) wird früher, d.h. mit einem kleineren Zündwinkel, initiiert als in dem benachbart angeordneten innenliegenden Zylinder 2 (Kurve B), weshalb die Verbrennungswärme im ersten Zylinder 1 (Kurve A) früher bzw. schneller freigesetzt wird als in dem benachbarten zweiten Zylinder 2.
Die Verbrennung in den zwei anderen und weiter entfernten Zylindern 3, 4 wird nochmals später d.h. mit einem noch größeren Zündwinkel, initiiert als in dem zweiten innenliegenden Zylinder 2, wobei die Verbrennung in diesen zwei Zylindern 3, 4 d.h. mit einem gleichgroßen Zündwinkel initiiert wird (Kurve C und D). Durch die weitere Verschiebung der Verbrennung nach spät ist das aus diesen beiden Zylindern 3, 4 abgeführte Abgas nochmals heißer.
Die vorstehend erläuterte Vorgehensweise stellt sicher, dass die Abgasrückführung 6 thermisch nicht überlastet wird und die Abgasnachbehandlungssysteme dennoch möglichst schnell aufgeheizt werden.
Bezugszeichenliste

1: erster Zylinder, außenliegender Zylinder, erster außenliegender Zylinder
2: zweiter Zylinder, innenliegender Zylinder
3: dritter Zylinder, innenliegender Zylinder
4: vierter Zylinder, außenliegender Zylinder, zweiter außenliegender Zylinder
5: Abgasabführsystem
5a: Abgaskrümmer
5b: Gesamtabgasleitung
6: Abgasrückführung
6a: Rückführleitung
A: Wärmefreisetzung des ersten Zylinders
B: Wärmefreisetzung des zweiten Zylinders
C: Wärmefreisetzung des dritten Zylinders
D: Wärmefreisetzung des vierten Zylinders
ΔH: Wärmefreisetzung, Wärmerate
°KW: Grad Kurbelwinkel

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinderkopf umfassend mindestens zwei in Reihe angeordnete Zylinder (1, 2, 3, 4), bei der - jeder Zylinder (1, 2, 3, 4) mindestens eine Auslassöffnung zum Abführen von Abgasen aus dem Zylinder (1, 2, 3, 4) via Abgasabführsystem (5) aufweist, wobei sich an jede Auslassöffnung eine Abgasleitung anschließt und die Abgasleitungen der Zylinder (1, 2, 3, 4) jedes Zylinderkopfes unter Ausbildung eines Abgaskrümmers (5a) zu einer Gesamtabgasleitung (5b) zusammenführen, - mindestens ein Abgasnachbehandlungssystem in der Gesamtabgasleitung (5b) angeordnet ist, und - eine Abgasrückführung (6) vorgesehen ist umfassend eine Rückführleitung (6a) und ein AGR-Ventil zur Einstellung einer rückzuführenden Abgasmenge, wobei die Rückführleitung (6a) benachbart zu einem ersten außenliegenden Zylinder (1) und auf der dem mindestens einen anderen Zylinder (2, 3, 4) abgewandten Seite von dem Abgaskrümmer (5a) abzweigt, dadurch gekennzeichnet, dass - die Verbrennung in dem ersten außenliegenden Zylinder (1) früher mit einem kleineren Zündwinkel initiiert wird als in dem mindestens einen anderen Zylinder (2, 3, 4), wodurch die thermische Belastung der Abgasrückführung (6) verringert und begrenzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennung in jedem Zylinder (1, 2, 3, 4) mittels Fremdzündung initiiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennung in jedem Zylinder (1, 2, 3, 4) mittels Selbstzündung initiiert wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem Zylinderkopf umfassend zwei in Reihe angeordnete Zylinder, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennung in dem ersten außenliegenden Zylinder (1) früher initiiert wird als in dem anderen außenliegenden Zylinder.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem Zylinderkopf umfassend drei in Reihe angeordnete Zylinder, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennung in dem ersten außenliegenden Zylinder (1) früher initiiert wird als in den beiden anderen Zylindern.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennung in dem ersten außenliegenden Zylinder (1) früher initiiert wird als in dem innenliegenden Zylinder und die Verbrennung in diesem innenliegenden Zylinder früher initiiert wird als in dem anderen außenliegenden Zylinder.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem Zylinderkopf umfassend vier in Reihe angeordnete Zylinder (1, 2, 3, 4), dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennung in dem ersten außenliegenden Zylinder (1) früher initiiert wird als in den drei anderen Zylindern (2, 3, 4).
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennung in dem ersten außenliegenden Zylinder (1) früher initiiert wird als in dem benachbart angeordneten innenliegenden Zylinder (2) und die Verbrennung in diesem benachbart angeordneten innenliegenden Zylinder (2) früher initiiert wird als in den zwei anderen Zylindern (3, 4).
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennung in den zwei anderen Zylindern (3, 4) mit einem gleichgroßen Zündwinkel initiiert wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennung in den zwei anderen Zylindern (3, 4) mit einem unterschiedlich großen Zündwinkel initiiert wird, wobei die Verbrennung in dem anderen außenliegenden Zylinder (4) später mit einem größeren Zündwinkel initiiert wird als in dem benachbart angeordneten innenliegenden Zylinder (3) mit einem kleineren Zündwinkel.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zündwinkeldifferenz zwischen zwei Zylindern (1, 2, 3, 4), bei denen die Verbrennung zeitlich versetzt initiiert wird, mehr als drei Grad Kurbelwinkel beträgt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zündwinkeldifferenz zwischen zwei Zylindern (1, 2, 3, 4), bei denen die Verbrennung zeitlich versetzt initiiert wird, mehr als fünf Grad Kurbelwinkel beträgt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zündwinkeldifferenz zwischen zwei Zylindern (1, 2, 3, 4), bei denen die Verbrennung zeitlich versetzt initiiert wird, mehr als sieben Grad Kurbelwinkel beträgt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Zylinder (1, 2, 3, 4) bei gleichgroßer Last betrieben werden.