DE112014000858T5

DE112014000858T5 - Anordnung in Bezug auf einen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE112014000858T5
Application number: DE112014000858.3T
Authority: DE
Inventors: Henrik Skog; Håkan Sarby
Original assignee: Scania CV AB
Current assignee: Scania CV AB
Priority date: 2013-03-06
Filing date: 2014-02-11
Publication date: 2015-11-05
Also published as: SE1350269A1; SE537013C2; WO2014137266A1

Abstract

Eine Anordnung bei einem Verbrennungsmotor (7) mit mindestens drei Zylindern (1–6) umfasst eine erste Leitung (9) zur Luftzufuhr zum Motor für die Verbrennung in den Zylindern, eine zweite Leitung (18), die einen Teil der Abgase aus der Verbrennung im Motor zu der genannten ersten Leitung zurückführt, damit sie mit Frischluft in der Luftzufuhr zum Motor gemischt werden. Ein Auslass für die Abgase aus dem mindestens einem der Zylinder ist mit der zweiten Leitung verbunden. Alle Auslassventile in mindestens einem der Zylinder, deren Abgasauslass mit der genannten zweiten Leitung verbunden ist, sind so ausgelegt, dass sie mindestens 5 Grad Kurbelwinkel früher im Verbrennungszyklus dieses Zylinders öffnen als mindestens ein Auslassventil in mindestens einem der anderen Zylinder.

Description

Technisches Gebiet der Erfindung und Stand der Technik
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung bei einem Verbrennungsmotor nach dem Oberbegriff des beigefügten Anspruchs 1 und auf ein Verfahren nach dem Oberbegriff des beiliegenden unabhängigen Verfahrensanspruchs.
Die Erfindung bezieht sich auf derartige Anordnungen zur Verwendung in allen Arten von Verbrennungsmotoren, wie beispielsweise einem Ottomotor und einem Dieselmotor, aber die nachfolgende Beschreibung bezieht sich in erster Linie auf derartige Anordnungen in Kraftfahrzeugen. Bei derartigen Kraftfahrzeugen kann es sich um Nutzfahrzeuge auf Rädern, zum Beispiel Lastkraftwagen und Busse, handeln.
Eine derartige Anordnung führt dazu, dass der Motor mit einer Anordnung zur Abgasrückführung des Typs ausgestattet ist, der üblicherweise als AGR (Abgasrückführung) bezeichnet wird, die aus einem Reinigungsverfahren zur Minderung schädlicher Emissionen, insbesondere von Stickoxiden (NO_x), besteht. Es ist wünschenswert, einen gewissen Anteil an Abgasen zu erreichen, die zur Vermischung mit der Einlassluft zurückgeführt werden, so dass der gewünschte Anteil typischerweise 10% der gesamten Abgase aus der Verbrennung in den Zylindern des Motors beträgt. Die Rückführung dieses Anteils an Abgasen zu der Luftzufuhrleitung des Motors ist problematisch. Falls bei einer derartigen Anordnung ein Turbolader mit variabler Geometrie (Variable Geometry Turbocharger, VGT) in einer Abgasleitung von den Zylindern des Motors angeordnet ist, ist es möglich, den Druck der Abgase in der Einlassleitung so zu steuern, dass ein gewünschter Anteil der Abgase zu der Einlassleitung zurückgeführt wird. Ein derartiger Turbolader ist jedoch sowohl teuer als auch kompliziert. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass der Gasaustausch des Motors schlecht wird, weil der Motor gegen einen höheren Druck auf seiner Auslassseite als auf seiner Einlassseite arbeiten muss, so dass auch der Kraftstoffverbrauch ansteigt.
Wenn stattdessen ein Turbolader mit fester Geometrie (Fixed Geometry Turbocharger, FGT) verwendet wird, würde dieses Problem nicht auftreten. Darüber hinaus ist ein solcher Turbolader zu geringeren Kosten erhältlich und weniger komplex als ein Turbolader des VGT-Typs. Bei einem Turbolader des FGT-Typs ist der Kraftstoffverbrauch des Motors gering, weil der Druck in dem Abgaskrümmer auf dem gleichen Niveau liegt wie der Druck in der ersten Leitung, jedoch ist es nicht möglich, eine ausreichende Menge an Abgasen zu der Einlassseite zu leiten, weil die Druckdifferenz für diesen Zweck nicht ausreicht. Das bedeutet, dass die Abgasimpulse, die entstehen, wenn die Auslassventile der Zylinder geöffnet werden, genutzt werden müssen, um die pulsierende Rückführung der Abgase anzutreiben. Es ist wünschenswert, den Anteil der Abgase, die in einer derartigen Anordnung zu der Luftzufuhr zum Motor zurückgeführt werden können, zu erhöhen, um den Gehalt an schädlichen Stickoxiden in den Abgasen zu reduzieren.
In der Patentschrift US 4,131,095 wird eine Anordnung nach dem Stand der Technik beschrieben, bei der die AGR durch die Rückführung der Abgase aus einem Zylinder in den Motor erfolgt, wenn eine niedrige Kraftabnahme (Power Take Off, PTO) vom Motor vorliegt, aber im Fall einer hohen Kraftabnahme vom Motor keinerlei AGR erfolgt. Diese Art der AGR-Ansteuerung lässt jedoch in Bezug auf die Möglichkeiten der Erzielung eines niedrigen NO_x-Gehalts in den Abgasen viel zu wünschen übrig.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung hat zur Aufgabe, eine Anordnung der oben beschriebenen Art zu schaffen, die in mindestens einer Hinsicht in Bezug auf die Anordnungen nach dem Stand der Technik verbessert ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Bereitstellung einer Anordnung der im Patentanspruch 1 beschriebenen Art gelöst.
Indem die Auslassventile in mindestens einem Zylinder früher geöffnet werden als in mindestens einem anderen Zylinder, werden die Abgasimpulse von dem genannten ersten Zylinder kräftiger als wenn die zuvor geöffneten Auslassventile in diesem Zylinder zu dem gleichen Zeitpunkt in dem Verbrennungszyklus dieses Zylinders geöffnet würden wie die genannten Auslassventile in dem genannten zweiten Zylinder. Dies bedeutet, dass der Abgasimpuls des ersten Zylinders einen größeren Anteil der Abgase für die Rückführung in die Luftzufuhr treibt als dies sonst der Fall gewesen wäre. Ein früheres Öffnen des Auslassventils wird dazu führen, dass ein Teil des während der Verbrennung entstehenden Drucks nicht in mechanische Energie umgewandelt wird und somit der Wirkungsgrad des Motors verringert wird. Die Ausgangsleistung des Motors kann somit nicht ohne einen etwas erhöhten Kraftstoffverbrauch in dem betreffenden Zylinder aufrechterhalten werden. Da jedoch ein solches früheres Öffnen nicht in allen Zylindern erfolgt, kann der Kraftstoffverbrauch auf einem gewünschten niedrigen Niveau gehalten werden. Der erste Zylinder kann mehrere Auslassventile haben und nur eines oder mehrere oder alle dieser Auslassventile, also eine beliebige Anzahl von ihnen, kann zu einem früheren Zeitpunkt im Verbrennungszyklus des Zylinders geöffnet werden als mindestens ein Auslassventil im Verbrennungszyklus des zweiten Zylinders.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die genannten Auslassventile in dem genannten ersten Zylinder so angeordnet, dass sie 5–60 Grad Kurbelwinkel, 5–30 Grad Kurbelwinkel oder 10–20 Grad Kurbelwinkel früher öffnen als die Auslassventile in dem mindestens einen zweiten Zylinder. Dies stellt potenzielle Intervalle für ein früheres Öffnen eines Auslassventils in dem ersten Zylinder dar, ohne dass der Kraftstoffverbrauch des Zylinders unakzeptabel hoch wird. Wie groß ein früheres Öffnen des relevanten Auslassventils ausgewählt wird, kann von dem vorgesehenen Verwendungszweck des Verbrennungsmotors abhängen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Abgasauslass des mindestens einen zweiten Zylinders mit der genannten zweiten Leitung verbunden. Indem auf diese Weise mehrere Zylinder zum Antreiben der AGR genutzt werden, aber nur einer oder einige dies durch einen besonders starken Abgasimpuls tun, kann der gewünschte Anteil der Abgase an die Luftzufuhr zurückgeführt werden, während der Kraftstoffverbrauch des Motors gleichzeitig gering gehalten werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Abgasauslass aller Zylinder im Motor mit der genannten zweiten Leitung verbunden. Da Abgasimpulse von allen Zylindern für die Rückführung der Abgase an die Luftzufuhr verwendet werden, wird dieser Abgasstrom im Wesentlichen gleichmäßig, während ein früheres Öffnen von mindestens einem Auslassventil in einem oder mehreren ersten Zylindern eine erhöhende Wirkung auf diesen Abgasstrom hat.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst die genannte zweite Leitung mindestens eine Einlassöffnung für den Empfang von Abgasen, die in der Nähe, beispielsweise vor dem Abgasauslass des genannten einen ersten Zylinders, und speziell auf diesen Auslass ausgerichtet, angeordnet ist. Durch eine derartige Platzierung der Einlassöffnung zu der zweiten Leitung kann der stärkere Abgasimpuls von dem betreffenden Zylinder maximal zum Antreiben der AGR genutzt werden, so dass der gewünschte Anteil an zurückgeführten Abgasen bei minimal höherem Kraftstoffverbrauch im Motor erreicht werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Erfindung eine Steuerungsvorrichtung, die dafür ausgelegt ist, die genannten Auslassventile in dem genannten einen ersten Zylinder so zu steuern, dass sie mindestens 5 Grad Kurbelwinkel früher im Verbrennungszyklus des Zylinders geöffnet werden als die Auslassventile des mindestens einen zweiten Zylinders. Somit wird die Steuerung der Abgasrückführung einfach und zuverlässig. Ein Vorteil der Verwendung einer solchen Steuerungsvorrichtung besteht darin, dass sie eine Rückstellung des Auslassventils erlaubt, so dass es nur in denjenigen Fällen früher geöffnet wird, in denen eine Abgasrückführung erforderlich ist. In bestimmten Betriebsarten ist keine Abgasrückführung erforderlich und das betreffende Auslassventil kann in diesen Betriebsarten so eingestellt werden, dass es zur gleichen Zeit wie die anderen Auslassventile geöffnet wird. Der Motor funktioniert in diesen Betriebsarten auf herkömmliche Weise und ohne den Einfluss durch die Erfindung.
Ein Vorteil davon ist, dass der Kraftstoffverbrauch verbessert werden kann, und die Betriebsarten mit beeinträchtigtem Kraftstoffverbrauch aufgrund der Anwendung der Erfindung begrenzt werden können.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst die Anordnung eine Abgaskrümmervorrichtung, die dafür ausgelegt ist, Abgase von mehreren der genannten Zylinder zu empfangen, und mit einer Abgasleitung zum Entfernen von Abgasen aus der Anordnung verbunden ist, und wobei die zweite Leitung mindestens eine Öffnung hat, die in die Abgaskrümmervorrichtung zum Empfang der Abgase mündet und an einem Ende der Abgaskrümmervorrichtung im Bereich ihrer Verbindung mit der Abgasauslassleitung angeordnet ist. Es ist von Vorteil, eine Öffnung in der zweiten Leitung an dieser Stelle in der Abgaskrümmervorrichtung anzuordnen, um zu verhindern, dass Abgase von einem Zylinder in die entgegengesetzte Richtung auf die Abgase von einem anderen Zylinder zu strömen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst die Anordnung einen mit der ersten Leitung verbundenen Turbolader zur Verdichtung der dem Motor zugeführten Luft mithilfe von Abgasen aus dem Motor. Der genannte Turbolader ist vorteilhafterweise vom Typ mit fester Geometrie (FGT). Da die Auslassventile in zumindest einem Zylinder, der mit der genannten zweiten Leitung verbunden ist, früher geöffnet werden, so dass ein kräftigerer Abgasimpuls zum Antreiben der AGR-Gase erzeugt wird, kann die Abgasrückführung in einem Verbrennungsmotor, der mit einem Turbolader mit fester Geometrie ausgerüstet ist, auf einem erwünscht hohen Niveau betrieben werden. Gleichzeitig wird ein niedriger Kraftstoffverbrauch des Motors erreicht, was zu niedrigeren Kosten und einer robusteren Konstruktion führt als bei Verwendung eines Turboladers des VGT-Typs in der Anordnung.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung hat der Motor mindestens zwei genannte erste Zylinder, und eine Steuerungsvorrichtung in der Anordnung ist dafür ausgelegt, die Verbrennung in den Zylindern des Motors in einer derartigen sequentiellen Reihenfolge zu initiieren, dass die genannten ersten Zylinder darin im Wesentlichen gleichmäßig verteilt oder gleichmäßig verteilt sind. Durch gleichmäßiges oder im Wesentlichen gleichmäßiges Zuordnen der Zylinder mit stärkeren Abgasimpulsen in der Zündfolge des Motors wird die Strömung der zu der Luftzufuhr zurückgeführten Abgase im Wesentlichen gleichmäßig, und somit wird die Menge des aus der Verbrennung im Motor resultierenden NO_x minimal.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist eine Steuerungsvorrichtung in der Anordnung dafür ausgelegt, das genannte mindestens eine Auslassventil zur Unterstützung von einem ersten Zylinder so zu steuern, dass es eine feste Öffnungsdistanz in Grad Kurbelwinkel zu dem mindestens einen Auslassventil zur Unterstützung von mindestens einem zweiten Zylinder hat. Somit wird die Steuerung der Abgasrückführung einfach und zuverlässig. Dies bedeutet, die die Steuerungsvorrichtung das genannte mindestens eine Auslassventil in dem genannten ersten Zylinder eigentlich nicht so steuert, dass es früher öffnet, sondern es ist vielmehr nicht möglich, überhaupt zu steuern, wann es geöffnet wird. Die Distanz in Grad Kurbelwinkel zwischen dem Öffnen der Auslassventile in den verschiedenen Zylindern des Motors liegt in dieser Ausführungsform fest, d. h. sie ist immer gleich.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung hat der Verbrennungsmotor sechs Zylinder und zwei der Zylinder sind erste Zylinder, deren Abgasauslass jeweils mit der genannten zweiten Leitung verbunden ist und die über Auslassventile verfügen, welche mit einer Steuerungsvorrichtung so gesteuert werden, dass sie mindestens 5 Grad Kurbelwinkel früher im Verbrennungszyklus geöffnet werden als die Auslassventile in den verbleibenden vier zweiten Zylindern. Durch die Nutzung von zwei der sechs Zylinder für die Bereitstellung eines verstärkten Abgasimpulses zum Antreiben der AGR-Gase kann das Niveau des während der Verbrennung im Motor gebildeten NO_x niedrig gehalten werden, und dennoch wird das frühzeitige Öffnen der Auslassventile in beiden dieser Zylinder nur einen unbedeutenden Einfluss auf den Kraftstoffverbrauch des Motors haben. Es ist besonders vorteilhaft, wenn die vier zweiten Zylinder mit der zweiten Leitung verbunden sind und beide ersten Zylinder gleichmäßig in die Zündfolge des Motors verteilt sind, d. h. die beiden anderen Zylinder zwischen den beiden ersten Zylindern gezündet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung hat der Verbrennungsmotor acht Zylinder und zwei, drei oder vier der Zylinder sind erste Zylinder, deren Abgasauslass jeweils mit der genannten zweiten Leitung verbunden ist und die über Auslassventile verfügen, welche mit einer Steuerungsvorrichtung der Anordnung so gesteuert werden, dass sie mindestens 5 Grad Kurbelwinkel früher im Verbrennungszyklus geöffnet werden als die Auslassventile in den verbleibenden genannten zweiten Zylindern. Die obige Argumentation im Hinblick auf die Ausführungsform mit einem Verbrennungsmotor mit sechs Zylindern ist auch hier anwendbar.
Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Steuerung der Luftzufuhr zu einem Verbrennungsmotor mit mindestens drei Zylindern gemäß den beiliegenden unabhängigen Verfahrensansprüchen. Das Ergebnis der Durchführung eines derartigen Verfahrens und die Vorteile hiervon werden aus der obigen Beschreibung der erfindungsgemäßen Anordnung ersichtlich.
Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Computerprogramm, ein Computerprogrammprodukt, eine elektronische Steuerungsvorrichtung und einen Verbrennungsmotor.
Weitere vorteilhafte Merkmale und Vorteile im Bereich der Erfindung werden in der nachstehenden Beschreibung dargelegt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1 eine vereinfachte Darstellung einer Anordnung bei einem Verbrennungsmotor des erfindungsgemäßen Typs,
2 in Bezug auf 1 eine etwas detailliertere Darstellung einer genannten Anordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
3 ein Diagramm, das den Abgasdruck in Abhängigkeit des Grad Kurbelwinkels in den drei Zylindern veranschaulicht, die oben in 2 dargestellt sind, und wie er sich in Zusammenhang mit einem früheren Öffnen des Auslassventils im dritten Zylinder ändert, und
4 ein Diagramm von einer elektronischen Steuerungsvorrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Detaillierte Beschreibung von erfindungsgemäßen Ausführungsformen
Eine Anordnung bei einem Verbrennungsmotor ist schematisch in 1 dargestellt. Die Anordnung hat einen Verbrennungsmotor 7 mit sechs Zylindern 1–6 in Form eines 6-Zylinder-Reihenmotors und kann für ein Kraftfahrzeug oder für industrielle und marinebezogene Zwecke vorgesehen sein. Die Anordnung hat einen Lufteinlass 8 für Frischluft zum Motor, von dem aus die Luft über eine erste Leitung 9 den Zylindern des Motors zugeführt wird, in denen die Verbrennung des hiermit gemischten Kraftstoffs erfolgt. Ein Kompressor in Form eines Turboladers 10 mit fester Geometrie (FGT) ist angeordnet, um die den Zylindern zuzuführende Luft zu verdichten. Der Turbolader 10 umfasst in herkömmlicher Weise einen Verdichter 11 und einer Turbine 12. Die Luft, der über den Verdichter 11 ein Überdruck vermittelt wurde, wird in einem Ladeluftkühler 16 abgekühlt und dann weiter zu einer Lufteinlassleitung 17 in der ersten Leitung geführt, die die Luft zu den Zylindern 1–6 führt. Der Motor umfasst zwei Abgaskrümmer 27, 31 (siehe 2), denen die Abgase aus den Zylindern zugeführt werden, wobei die Zylinder 1–3 die Abgase dem Abgaskrümmer 27 zuführen und wobei die Abgase aus den Zylindern 4–6 dem zweiten Abgaskrümmer 31 zugeführt werden. Von den jeweiligen Abgaskrümmern 27, 32 aus werden die Abgase weiter über die Abgasauslassleitungen 13, 14 zu der Turbine 12 geführt. Die Turbine 12 verfügt somit über einen doppelten Einlass, d. h. es handelt sich um eine so genannte Twin-Scroll-Turbine. Die Abgase, die die Turbine 12 antreiben, treten über eine Abgasleitung 15 in die Umgebung aus.
Die Anordnung verfügt auch über ein AGR-System zur Rückführung eines Teils der Abgase aus der Verbrennung im Motor zu dem Teil der ersten Leitung 9, der stromabwärts des Ladeluftkühlers 16 verläuft, um mit Frischluft in der Luftzufuhr zum Motor gemischt zu werden. Es ist schematisch dargestellt, wie zu diesem Zweck eine zweite Leitung 18 mit zwei Leitungsabschnitten 19, 20 von den Abgasauslassleitungen 13, 14 ausgehend und weiter über ein hinteres Ventil 21 und einen AGR-Kühler 22 zu der ersten Leitung 9 verläuft.
Die Anordnung hat in einer vorteilhaften Ausführungsform eine Steuerungsvorrichtung 23, die dafür ausgelegt ist, zumindest das Öffnen der Auslassventile in den Zylindern zu steuern, d. h. zu welchem Zeitpunkt im Verbrennungszyklus der Brennraum des betreffenden Zylinders mit dem Abgasauslass des Zylinders verbunden wird, um die Abgase ausströmen zu lassen. In dieser Hinsicht kann dies die gleiche Steuerungsvorrichtung sein, die dafür ausgelegt ist, die Verbrennung in den Zylindern des Motors einzuleiten und auch die anderen Komponenten in der Anordnung zu steuern. Die Steuerung des Öffnungszeitpunkts der Ventile kann geeigneterweise indirekt durch die Steuerung einer für diesen Zweck vorgesehenen Steuerung zur Steuerung von variablen Ventilzeiten erfolgen, z. B. eine Anordnung, bei der die Nockenwelle des Motors dazu gebracht wird, an alternative Nockenrücken anzustoßen. Alternativen, bei denen die Ventile direkt mit Hilfe von Elektromagneten gesteuert werden, sind ebenfalls möglich.
Hier hat jeder Zylinder zwei Auslassventile 41, 42, die durch die Steuerungsvorrichtung gesteuert werden, und zwei Einlassventile 43, 44. Jeder Zylinder könnte jedoch eine andere Anzahl von Auslassventilen und Einlassventilen haben. Zum Beispiel können dies ein, drei oder vier Auslassventile sein.
Es wird nun auf 2 Bezug genommen. In der dargestellten Ausführungsform sind die Abgasauslässe 24–26 in drei der Zylinder 1–3 mit einem der Abgaskrümmer 27 verbunden, während die Abgasauslässe 28–30 in den übrigen Zylindern 4–6 mit dem zweiten Abgaskrümmer 31 verbunden sind. Der Druck in den Abgaskrümmern 27, 31 wird in etwa der gleiche sein wie in der Lufteinlassleitung 17, so dass es keinen Druckunterschied gibt, der die Rückführung der Abgase durch die zweite Leitung 18 antreibt, sondern dieser Antrieb wird stattdessen durch die Abgasimpulse geschaffen, die entstehen, wenn sich die Auslassventile der Zylinder öffnen, so dass ein pulsierender AGR-Strom erlangt wird. Das Rückschlagventil 21 verhindert, dass der jeweilige Abgasimpuls zurückkehrt, wenn der Druck in dem Abgaskrümmer 27, 31 abfällt.
Die Steuerungsvorrichtung 23 steuert die Auslassventile 41, 42 in einem ersten Zylinder 3, 4, der mit dem jeweiligen Abgaskrümmer 27, 31 verbunden ist, auf derartige Weise, dass sie in denjenigen Betriebsarten, in denen eine Abgasrückführung stattfinden soll, mindestens 5 Grad Kurbelwinkel und höchstens 60 Grad Kurbelwinkel, und hier 20 Grad Kurbelwinkel, früher im Verbrennungszyklus dieses Zylinders öffnen als die Auslassventile in beiden zweiten Zylindern 1, 2 bzw. 5, 6, die mit der entsprechenden Abgaskrümmervorrichtung verbunden sind. Dies bedeutet, dass die ersten Zylinder Auslassventile haben, die sich öffnen, wenn sich der Kolben des Zylinders nicht in der gleichen Position befindet, so dass der Kraftstoffverbrauch in diesen Zylinder etwas ansteigt, während die Abgasimpuls aus dem genannten ersten Zylinder deutlich stärker wird (siehe nachstehende Erörterung in Bezug auf 3) als für die zweiten Zylinder und daher der Rückfluss der Abgase in der zweiten Leitung 18 stärker angetrieben wird. Die jeweiligen Leitungsabschnitte 19, 20 der zweiten Leitung sind mit ihren Einlassöffnungen 32, 33 für den Empfang von Abgasen vor der Verlängerung des Abgasauslasses 26, 28 in den genannten ersten Zylindern 3, 4, und auf diesen Abgasauslass ausgerichtet, angeordnet, wobei die Zylinder, deren Abgasauslässe in die Abgaskrümmervorrichtung an einem Ende hiervon im Bereich ihrer Verbindung mit den Abgasauslassleitungen 13, 14 münden, also bei dem so genannten Turbofuß, diejenigen sind, die als die genannten ersten Zylinder ausgewählt wurden. Insgesamt bedeutet dies, dass der Abgasimpuls, der durch das frühere Öffnen eines Auslassventils erzeugt wird, maximal genutzt wird, um die AGR anzutreiben. Alle, hier zwei, Auslassventile werden vorteilhafterweise früher in den Zylindern 3, 4 geöffnet, die den Einlassöffnungen 32, 33 zugewandt sind, um einen stark antreibenden AGR-Abgasimpuls zu erhalten. 2 zeigt ebenfalls schematisch, wie eine kleine Schaufel 34, 35 angeordnet werden kann, um bei der Nutzung eines Teils der Abgasimpulse von beiden zweiten Zylindern 1, 2 bzw. 5, 6 zum Antreiben der AGR zu helfen.
Die Steuerungsvorrichtung 23 kann angepasst werden, und in denjenigen Betriebsarten, in denen eine Abgasrückführung nicht benötigt wird, kann sie so eingestellt werden, dass die entsprechende(n) Abgasleitung(en) zur gleichen Zeit wie die anderen Auslassventile des Motors geöffnet wird (werden). Dies bedeutet, dass die bei der Verbrennung erzeugte Arbeit optimal genutzt werden kann.
Eine Steuerungsvorrichtung zur Steuerung der Einleitung der Verbrennung in den Zylindern des Motors ist dafür ausgelegt, diese in einer derartigen Reihenfolge auszuführen, dass beide erste Zylinder gleichmäßig in dieser Reihenfolge verteilt sind, und zu diesem Zweck wird hier die Zündfolge 1 53624 gewählt, wobei 3 und 4 die Zylinder sind, deren Auslassventile früher geöffnet werden. Auf diese Weise wird eine im Wesentlichen gleichmäßige Abgasströmung in der zweiten Leitung erreicht, um mit der Luft in der ersten Leitung gemischt zu werden, und der Anteil der zurückgeführten Abgase wird auf einem erwünscht hohen Niveau gehalten, um ein niedriges Niveau an aus dem Motor austretendem NO_x zu erreichen, während der Kraftstoffverbrauch im Motor günstigerweise niedrig gehalten wird. Dank einer Twin-Scroll-Turbine, Turbinenrädern mit doppelten Einlässen und einer gleichmäßigen Verteilung der Zündfolge werden die leistungsstärkeren Abgasimpulse von den Zylindern 3 und 4 die anderen Zylinder nicht stören.
Das Diagramm in 3 zeigt, wie sich der Druck P an der Einlassöffnung 32 für die AGR-Ausgabe von den Zylindern 1–3 über die Anzahl Grad Kurbelwinkel (crank degrees, CP) in den Zylindern entwickelt. Die drei Spitzen 2, 1 und 3 sind somit auf das Öffnen der Auslassventile in entsprechenden Zylindern zurückzuführen, und die Kurve A zeigt den Zylinderdruck in dem Zylinder 3, während die Kurve B das Anheben der Auslassventile im Zylinder 3 in nicht angezeigten Längeneinheiten (mm) darstellt. Es ist klar, dass der Abgasdruck am höchsten ist, nachdem die Auslassventile am Zylinder 3 geöffnet wurden, weil der Abgasauslass dieses Zylinders mit der Einlassöffnung 32 ausgerichtet ist. Eine gestrichelte Linie B.1 zeigt, dass die Auslassventile in Zylinder 3 20 Grad Kurbelwinkel früher geöffnet werden, und die gestrichelte Linie 3.1 zeigt, was mit dem Abgasdruck geschieht, der erheblich ansteigt, weil der Zylinderdruck dann (Kurve A) höher sein wird (ΔA), wenn das Öffnen erfolgt.
In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung umfasst die Anordnung stattdessen einen Verbrennungsmotor in Form eines V8-Motors mit acht Zylindern, die vorteilhafterweise eine Zündfolge 1 5 4 2 6 3 7 8 haben, und einen dargestellten Twin-Scroll-Turbo, der an einem Ende des Verbrennungsmotors in der Nähe der Zylinder 4 und 8 angeordnet ist. Die Auslassventile von den Zylinder 4 und 8, und gegebenenfalls auch von Zylinder 3, können dann vorteilhafterweise früher geöffnet werden, um eine gleichmäßige Verteilung in der Zündfolge zu erhalten.
Ein Computerprogrammcode zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ist geeigneterweise in einem Computerprogramm enthalten und in den internen Speicher eines Computers ladbar, wie beispielsweise den internen Speicher einer elektronischen Steuerungsvorrichtung einer genannten Anordnung, beispielsweise eines Kraftfahrzeugs. Ein solches Computerprogramm wird geeigneterweise über ein Computerprogrammprodukt bereitgestellt, das ein Datenspeichermedium umfasst, welches durch eine elektronische Steuerungsvorrichtung lesbar ist, wobei auf dem Datenspeichermedium ein Computerprogramm gespeichert ist. Das genannte Datenspeichermedium ist zum Beispiel ein optisches Datenspeichermedium in Form einer CD-ROM, einer DVD usw., ein magnetisches Datenspeichermedium in Form einer Festplatte, einer Diskette, einer Kassette, usw. oder ein Flash-Speicher oder ein ROM-, PROM-, EPROM- oder EEPROM-Speicher.
4 zeigt sehr schematisch eine elektronische Steuerungsvorrichtung 36 mit Ausführungsmitteln 37, zum Beispiel einer zentralen Verarbeitungseinheit (CPU) zur Ausführung einer Computersoftware. Das Ausführungsmittel 37 kommuniziert über einen Datenbus 39 mit einem Speicher 38, beispielsweise einem RAM-Speicher. Die Steuerungsvorrichtung 36 umfasst auch ein Datenspeichermedium 40, beispielsweise in Form eines Flash-Speichers oder eines ROM-, PROM-, EPROM- oder EEPROM-Speichers. Das Ausführungsmittel 37 kommuniziert mit dem Datenspeichermittel 40 über den Datenbus 39. Ein Computerprogramm, das Computerprogrammcode zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst, ist auf dem Datenspeichermedium 40 gespeichert.
Die Erfindung ist selbstverständlich nicht in irgendeiner Weise auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern es ist eine Anzahl von potenziellen Abwandlungen möglich. Zum Beispiel könnte der Anordnung ein Turbolader fehlen. Eine weitere Alternative besteht beispielsweise darin, dass bei einem Verbrennungsmotor des in 2 dargestellten Typs die Zylinder nur in einer der Abgaskrümmervorrichtungen, zum Beispiel die Zylinder 1–3, mit der zweiten Leitung zur AGR verbunden sind, und in diesem Fall kann beispielsweise die Steuerungsvorrichtung dafür ausgelegt sein, die Auslassventile der Zylinder 2 und 3 so zu steuern, dass sie früher in ihrem Verbrennungszyklus öffnen als die Auslassventile der übrigen Zylinder. Eine einzige Einlassöffnung zur zweiten Leitung könnte vor Zylinder 3 angeordnet sein, und eine weitere derartige Öffnung vor Zylinder 2.
Es wird nochmals darauf hingewiesen, dass die Definition der Steuerungsvorrichtung so auszulegen ist, dass sie auch den Fall umfasst, dass eine Einstellbarkeit der Distanz in Grad Kurbelwinkel zwischen dem Öffnen der Auslassventile der verschiedenen Zylinder des Verbrennungsmotors fehlt, und dass diese Distanz so eingestellt wird, dass sie zeitlich unveränderlich ist.

Claims

Anordnungen in Bezug auf einen Verbrennungsmotor (7) mit mindestens drei Zylindern (1–6), umfassend eine ersten Leitung (9) zur Luftzufuhr zum Motor für die Verbrennung in den Zylindern, eine zweite Leitung (18), die einen Teil der Abgase aus der Verbrennung im Motor zu der genannten ersten Leitung zurückführt, damit sie mit Frischluft in der Luftzufuhr zum Motor gemischt werden, einen Auslass (24–26, 28–30) für die Abgase aus dem mindestens einem der Zylinder, die mit der genannten zweiten Leitung (18) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass alle Auslassventile in mindestens einem ersten der genannten Zylinder (3, 4), deren Abgasauslass (26, 28) mit der genannten zweiten Leitung (18) verbunden ist, so ausgelegt sind, dass sie mindestens 5 Grad Kurbelwinkel früher im Verbrennungszyklus dieses Zylinders öffnen als alle Auslassventile in mindestens einem zweiten der genannten Zylinder (1, 2, 5, 6).
Ausführungsform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Auslassventile in dem genannten ersten Zylinder (3, 4) so angeordnet sind, dass sie 5–60 Grad Kurbelwinkel, 5–30 Grad Kurbelwinkel oder 10–20 Grad Kurbelwinkel früher öffnen als die Auslassventile in dem mindestens einen zweiten Zylinder (1, 2, 5, 6).
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasauslass (24, 25, 29, 30) des mindestens einen zweiten Zylinders (22) mit der genannten zweiten Leitung (18) verbunden ist.
Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasauslass (24–26, 28–30) aller Zylinder (1–6) mit der genannten zweiten Leitung (18) verbunden ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Leitung (18) mindestens eine Einlassöffnung (32, 33) zum Empfang von Abgasen umfasst, die in der Nähe, beispielsweise vor dem Abgasauslass (26, 28) des genannten ersten Zylinders (3, 4) und auf diesen ausgerichtet, angeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerungsvorrichtung (23) dafür ausgelegt ist, die genannten Auslassventile in dem mindestens einen ersten Zylinder (3, 4) so zu steuern, dass sie mindestens 5 Grad Kurbelwinkel früher im Verbrennungszyklus des Zylinders geöffnet werden als alle Auslassventile in dem mindestens einen zweiten Zylinder (1, 2, 5, 6).
Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerungsvorrichtung (23) dafür ausgelegt ist, die Auslassventile in dem mindestens einen ersten Zylinder (3, 4) so zu steuern, dass sie 5–60 Grad Kurbelwinkel, 5–30 Grad Kurbelwinkel oder 10–20 Grad Kurbelwinkel früher geöffnet werden als alle Auslassventile in dem mindestens einen zweiten Zylinder (1, 2, 5, 6).
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Abgaskrümmervorrichtung (27, 31) umfasst, die dafür ausgelegt ist, Abgase von mehreren der genannten Zylinder (1–6) zu empfangen und mit einer Abgasauslassöffnung (13, 14) zum Entfernen von Abgasen verbunden ist, und dass die zweite Leitung (18) mindestens eine Öffnung (32, 33) hat, die in die Abgaskrümmervorrichtung zum Empfang der Abgase mündet und an einem Ende der Abgaskrümmervorrichtung im Bereich der Verbindung der Vorrichtung mit der Abgasauslassleitung angeordnet ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen mit der ersten Leitung (9) verbundenen Turbolader (10) zur Verdichtung der dem Motor zugeführten Luft mithilfe von Abgasen aus dem Motor verbunden ist, und dass der genannte Turbolader (10) ein Turbolader mit fester Geometrie ist.
Anordnung nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Turbolader auf der Auslassseite des Motors mit den Öffnungen (32, 33) der Abgasauslassleitung (13, 14) verbunden ist, die stromabwärts der Abgaskrümmervorrichtung mündet.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (7) mindestens zwei genannte erste Zylinder (3, 4) hat, und dass eine Steuerungsvorrichtung (23) in der Anordnung dafür ausgelegt ist, die Verbrennung in den Zylindern (1–6) des Motors in einer derartigen Reihenfolge zu initiieren, so dass die genannten ersten Zylinder darin im Wesentlichen gleichmäßig verteilt oder gleichmäßig verteilt sind.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerungsvorrichtung (23) in der Anordnung dafür ausgelegt ist, die genannten Auslassventile in dem genannten ersten Zylinder (3, 4) so zu steuern, dass sie eine feste Öffnungsdistanz in Grad Kurbelwinkel zu allen Auslassventilen in dem mindestens einen zweiten Zylinder (1, 2, 5, 6) haben.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (7) sechs Zylinder (1–6) hat und dass zwei (3, 4) der Zylinder erste Zylinder sind, deren Abgasauslass (26, 28) jeweils mit der genannten zweiten Leitung (18) verbunden ist und die über Auslassventile verfügen, welche mit einer Steuerungsvorrichtung (23) in der Anordnung so gesteuert werden, dass sie mindestens 5 Grad Kurbelwinkel früher im Verbrennungszyklus geöffnet werden als die Auslassventile der verbleibenden vier zweiten Zylinder (1, 2, 5, 6).
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor acht Zylinder hat und dass zwei, drei oder vier der Zylinder sind erste Zylinder sind, deren Abgasauslass jeweils mit der genannten zweiten Leitung verbunden ist und die über Auslassventile verfügen, welche mit einer Steuerungsvorrichtung in der Anordnung so gesteuert werden, dass sie mindestens 5 Grad Kurbelwinkel früher im Verbrennungszyklus geöffnet werden als die Auslassventile der anderen genannten zweiten Zylindern.
Verfahren zur Steuerung der Luftzufuhr zu einem Verbrennungsmotor (7) mit mindestens drei Zylindern (1–6), in dem ein Teil der Abgase aus der Verbrennung im Motor zurückgeführt und mit Frischluft zur gemeinsamen Zuführung zum Motor gemischt wird, dadurch gekennzeichnet, dass alle Auslassventile in dem mindestens einen ersten Zylinder (3, 4), dessen Abgasauslass (26, 28) mit einer Leitung (18) zum Leiten der mit Frischluft für die Luftzufuhr zum Motor zu mischenden Abgase verbunden ist, mindestens 5 Grad Kurbelwinkel früher in dem Verbrennungszyklus dieses Zylinders geöffnet werden als alle Auslassventile in dem mindestens einen zweiten Zylinder (1, 2, 5, 6).
Computerprogramm, das direkt in den internen Speicher eines Computers ladbar ist, wobei das Computerprogramm einen Computerprogrammcode umfasst, um den Computer für eine Anordnung bei einem Verbrennungsmotor (7) mit mindestens drei Zylindern (1–6), einer ersten Leitung (9) für die Luftzufuhr zum Motor zur Verbrennung in den Zylindern und einer zweiten Leitung (18) zum Zurückleiten eines Teils der Abgase aus der Verbrennung im Motor zu der genannten ersten Leitung, um mit Frischluft für die Luftzufuhr zum Motor gemischt zu werden, zu veranlassen: – die Auslassventile in den genannten Zylindern (1–6) zu steuern und – in Zusammenhang mit der Steuerung der Auslassventile alle Auslassventile in mindestens einem ersten Zylinder (3, 4), dessen Abgasauslass (26, 28) mit der genannten zweiten Leitung (18) verbunden ist, so zu steuern, dass sie mindestens 5 Grad Kurbelwinkel früher im Verbrennungszyklus dieses Zylinders geöffnet werden als alle Auslassventile in mindestens einem zweiten Zylinder (1, 2, 5, 6).
Computerprogrammprodukt umfassend ein Datenspeichermedium, das durch einen Computer lesbar ist, wobei der Computerprogrammcode eines Computerprogramms nach Anspruch 16 auf dem Datenspeichermedium gespeichert ist.
Elektronische Steuerungsvorrichtung in einer Anordnung bei einem Verbrennungsmotor, umfassend ein Ausführungsmittel (37), einen mit dem Ausführungsmittel verbundenen Speicher (38) und ein mit dem Ausführungsmittel verbundenes Datenspeichermedium (40), wobei der Computerprogrammcode in einem Computerprogramm nach Anspruch 16 auf dem genannten Datenspeichermedium gespeichert ist.
Verbrennungsmotor, dadurch gekennzeichnet, dass er mit einer Anordnung nach einem der Ansprüche 1–14 ausgestattet ist.