EP0874135B1 - Brennkraftmaschine und Betriebsverfahren - Google Patents

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EP0874135B1
EP0874135B1 EP98105362A EP98105362A EP0874135B1 EP 0874135 B1 EP0874135 B1 EP 0874135B1 EP 98105362 A EP98105362 A EP 98105362A EP 98105362 A EP98105362 A EP 98105362A EP 0874135 B1 EP0874135 B1 EP 0874135B1
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EP
European Patent Office
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valves
gas
internal combustion
closed
combustion engine
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EP98105362A
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EP0874135A3 (de
EP0874135A2 (de
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Rainer Ballmann
Christian Enderle
Kurt Maute
Guido Vent
Jürgen Willand
Klaus Wunderlich
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Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
DaimlerChrysler AG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D13/00—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing
    • F02D13/02—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing during engine operation
    • F02D13/04—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing during engine operation using engine as brake

Definitions

  • the invention relates to a method for operating an internal combustion engine and an internal combustion engine for performing the Method according to the preamble of claim 1.
  • each gas outlet valve is a limiting device assigned, which prevents the gas outlet valves close completely.
  • the gas outlet valves are only closed so far that a braking effect is achieved.
  • the limiting device and the throttle valve are through a brake pedal travel dependent adjustable directional control valve actuated.
  • Deviating from DE 42 36 009 A1 a method known in which the air flow through the internal combustion engine depending on a determined driving condition and independent from a fuel flow rate is controllable to the To set the engine braking torque.
  • overrun is with the Procedure for fuel cut a very low engine braking torque with a reached open throttle on the inlet side. Is a great engine braking torque is desired, the throttle and possibly an idle air bypass completely closed.
  • the object of the invention is in an internal combustion engine of the type mentioned at the beginning, the emission values to improve and reduce the risk that an existing one Catalyst cools and loaded with harmful oxygen becomes.
  • the invention is based on the recognition that fuel on walls of the inlet side passes and there a wall film forms. This degrades with an air flow, when the fuel supply is interrupted in overrun mode and passes with the air flow through the internal combustion engine in the exhaust system. This leads to an increased concentration unburned hydrocarbon, the environment loaded.
  • Air flow is avoided by the internal combustion engine, by always at least the gas inlet or the gas outlet valves closed, no increased proportion of unburned Hydrocarbons in the environment. Furthermore, no fresh air gets into the catalyst, which cool this and with a could be laden with harmful levels of oxygen.
  • FIG. 1 shows an internal combustion engine 1 with four cylinders 8, from an air manifold 17 via intake 18 and over Gas inlet valves 2 suck in a fuel air mixture and over Expel exhaust gas valves 3 and exhaust pipes 19 exhaust gases.
  • the gas inlet 2 and gas outlet valves 3 of a cylinder 8 are common or preferred individually controllable by a control unit 11.
  • Fig. 2 is a cylinder pressure curve 14 of a cylinder 8 and synchronous to a control timing 7 of the gas inlet valves. 2 and a Steuerzeitverlauf 6 of the gas outlet valves 3 over four Operating phases shown, with the phase IV substantially the phase I corresponds.
  • Phase I concerns the normal Driving with an activated fuel injection and Ignition and has Zünddruckspitzen 15 in the cylinder. 8
  • the controller 11 detects a fuel cut.
  • a fuel cut-off from the control unit 11 as a function of the engine temperature of the internal combustion engine 1 measured by a temperature sensor 16 and activated.
  • the gas inlet 2 and the gas outlet 3 are all Cylinder 8 immediately or after completion of a just running Intake or combustion process with the end of the Ausschiebevorgangs held in the closed position. simultaneously becomes with the shutdown of the gas inlet valves 2 the Fuel injection and the ignition interrupted. This is to recognize in the transition from phase I to phase II in Fig. 2.
  • An increased engine braking torque and thus an effective engine braking operation may depend on different vehicle parameters be initiated and regulated, for example, depending on Speed, speed, inclination of the vehicle, etc.
  • a load reduction gradient and / or a Brake signal 9 detected can be on the accelerator pedal 10, an injection system or otherwise a cheap Position on the internal combustion engine 1 are tapped.
  • the Brake signal 9 can binary, away or pressure proportional to Brake pedal or detected at a convenient location in the brake system be, for example, on the brake light.
  • the load reduction gradient and signals 9 from the brake system provide early exact values for controlling the engine braking torque.
  • the described Parameters can be used individually or in combination be to initiate and regulate the engine braking torque.
  • the engine braking torque is increased according to the invention by the Compression and / or the expansion work of the internal combustion engine 1 with the gas exchange valves 2, 3 converted into heat become.
  • Fig. 2 in Transition from Phase II to Phase III is shown either the gas inlet 2 or preferably the gas outlet valves 3rd re-activated while the other genre of gas exchange valves 2, 3 remains closed.
  • This is the opening process the gas outlet valves 3 of the respective cylinder 8 in the area initiated the top dead center.
  • the Opening process shortly before reaching top dead center initiated so that the gas outlet valve 3 after a certain Delay in the area of maximum compression 4 opens.
  • the opening process also in time in the area of top dead center be moved.
  • the closing process is preferably shortly before reaching the bottom dead center initiated by a lower Compression 5 characterized. This ensures that the complete cylinder stroke volume at bottom dead center with exhaust gas is filled from the exhaust tract before the compression phase starts.
  • the gas outlet valve opens 3 and the compression pressure 4 breaks down abruptly, so that the compression work is converted into heat and the engine braking power increases.
  • this process runs every 360 ° crank angle, i. at each Crankshaft revolution, once off.
  • the engine braking torque can be changed according to the invention, by the gas inlet 2 or the gas outlet valves 3 during single or multiple crankshaft revolutions of the internal combustion engine 1 and / or at one or more cylinders 8 all gas exchange valves 2, 3 remain closed.
  • the controller 11 detects signals indicative of the end of a Engine brake operation speak, such as an interruption of the brake signal 9, an undershooting of the limit speed or a load request, the gas outlet valves 3 no longer closed at bottom dead center, but only in top dead center to harmful residual gas in the cylinder 8 for a postpone subsequent incineration. Subsequently can then cylinder selective gas inlet valves 2 with the Injection and ignition are activated to the combustion operation continue (Fig. 2 Phase III to IV).

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine und eine Brennkraftmaschine zum Durchführen des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Im Schubbetrieb können zwei grundsätzlich entgegengesetzte Aufgaben unterschieden werden, und zwar ein möglichst kleines Motorbremsmoment zu erreichen, um beispielsweise verbrauchsoptimal den Schwung des Fahrzeugs auszunutzen, und ein angemessenes Motorbremsmoment, um beispielsweise im Gefälle die übrigen Bremsfunktionen zu unterstützen.
Diese Aufgaben werden durch eine aus der DE 3428627 A1 bekannten Brennkraftmaschine gelöst. Das Motorbremsmoment ist durch eine die Abgase stauende Drosselklappe auf der Auslaßseite regelbar. Ferner ist jedem Gasauslaßventil eine Begrenzungseinrichtung zugeordnet, die verhindert, daß die Gasauslaßventile vollständig schließen. Die Gasauslaßventile werden nur soweit geschlossen, daß eine Bremswirkung erzielt wird. Die Begrenzungseinrichtung und die Drosselklappe sind durch ein bremspedalwegabhängiges verstellbares Wegeventil betätigbar.
Abweichend davon ist aus der DE 42 36 009 A1 ein Verfahren bekannt, bei dem der Luftdurchsatz durch die Brennkraftmaschine abhängig von einem ermittelten Fahrzustand und unabhängig von einem Kraftstoffdurchsatz steuerbar ist, um das Motorbremsmoment einzustellen. Im Schubbetrieb wird mit dem Verfahren bei Schubabschaltung ein sehr geringes Motorbremsmoment mit einer offenen Drosselklappe auf der Einlassseite erreicht. Ist ein großes Motorbremsmoment gewünscht, wird die Drosselklappe und eventuell ein Leerlaufluft-Bypass vollständig geschlossen.
Ferner kann mit dem Verfahren bei einer Brennkraftmaschine mit frei wählbaren Ventilsteuerzeiten, beispielsweise mit hydraulisch oder elektromagnetisch angesteuerten Gaswechselventilen, ein sehr geringes Motorbremsmoment erzielt werden, wenn alle Gaswechselventile dauernd geschlossen sind. Wird ein hohes Motorbremsmoment gewünscht, werden bei jeder Saugbewegung des Kolbens alle Gaswechselventile geschlossen gehalten, im unteren Totpunkt werden alle Gaswechselventile kurz geöffnet, um die Verbrennungskammer mit Gas zu füllen, nachfolgend werden sofort alle Gaswechselventile des Zylinders wieder geschlossen, um das angesaugte Gas zum oberen Totpunkt hin zu komprimieren. Im oberen Totpunkt werden alle Gaswechselventile kurz geöffnet, damit der Kolben schon bei der nächsten Bewegung vom oberen Totpunkt wieder Expansionsarbeit verrichten muss.
Schließlich ist aus der US 5 088 460 A ein Bremssystem für eine Brennkraftmaschine bekannt, bei dem im Bremsbetrieb im Ansaugverteilerrohr ein Ventil geöffnet und die Steuerung der Auslassventile abgeschaltet wird, indem die Steuermittel in Längsrichtung verschoben werden, so dass die Betätigungsstößel außer Eingriff gelangen und die Auslassventile geschlossen bleiben.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art, die Emissionswerte zu verbessern und die Gefahr zu reduzieren, dass ein vorhandener Katalysator auskühlt und mit schädlichem Sauerstoff beladen wird.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass Kraftstoff auf Wandungen der Einlassseite gelangt und dort einen Wandfilm bildet. Dieser baut sich mit einem Luftdurchsatz ab, wenn im Schubbetrieb die Kraftstoffzufuhr unterbrochen wird und gelangt mit dem Luftdurchsatz durch die Brennkraftmaschine in das Abgassystem. Dies führt zu einer erhöhten Konzentration an unverbranntem Kohlenwasserstoff, der die Umwelt belastet.
Dadurch, daß gemäß der Erfindung im gesamten Schubbetrieb ein Luftdurchsatz durch die Brennkraftmaschine vermieden wird, indem stets zumindest die Gaseinlaß- oder die Gasauslaßventile geschlossen sind, gelangt kein erhöhter Anteil an unverbrannten Kohlenwasserstoffen in die Umwelt. Ferner gelangt keine Frischluft in den Katalysator, die diesen auskühlen und mit einer schädlichen Sauerstoffmenge beladen könnte.
Weitere Einzelheiten der Erfindung sowie die daraus resultierenden Vorteile sind der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels zu entnehmen.
In der Beschreibung und in den Ansprüchen sind zahlreiche Merkmale im Zusammenhang dargestellt und beschrieben. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu weiteren sinnvollen Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen:
  • Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer Motorsteuerung,
  • Fig. 2 einen Zylinderdruckverlauf synchron zu zwei Steuerzeitverläufen von Gaseinlaß- und Gasauslaßventilen.
    • Fig. 1 zeigt eine Brennkraftmaschine 1 mit vier Zylindern 8, die aus einem Luftsammelrohr 17 über Ansaugstutzen 18 und über Gaseinlaßventile 2 ein Kraftstoffluftgemisch ansaugen und über Gasauslaßventile 3 und über Abgasrohre 19 Abgase ausschieben. Es sind mehrere Zylinder 8 mit jeweils mehreren Gaseinlaß- 2 und Gasauslaßventilen 3 denkbar. Die Gaseinlaß- 2 und Gasauslaßventile 3 eines Zylinders 8 sind gemeinsam oder vorzugsweise einzeln von einem Steuergerät 11 ansteuerbar.
    In Fig. 2 ist ein Zylinderdruckverlauf 14 eines Zylinders 8 und synchron dazu ein Steuerzeitverlauf 7 der Gaseinlaßventile 2 und ein Steuerzeitverlauf 6 der Gasauslaßventile 3 über vier Betriebsphasen dargestellt, wobei die Phase IV im wesentlichen der Phase I entspricht. Die Phase I betrifft den normalen Fahrbetrieb mit einer aktivierten Kraftstoffeinspritzung und Zündung und besitzt Zünddruckspitzen 15 im Zylinder 8.
    Wird in der Phase I von einem Fahrer 12 oberhalb einer durch einen Drehzahlgeber 13 erfaßten Grenzdrehzahl, welche im Bereich des Motorleerlaufs liegt, die Lastanforderung an die Brennkraftmaschine 1 über ein Gaspedal 10 in den Bereich von Leergas zurückgenommen, erkennt das Steuergerät 11 eine Schubabschaltung. Vorteilhaft wird die Schubabschaltung vom Steuergerät 11 in Abhängigkeit der Motortemperatur der Brennkraftmaschine 1 durch einen Temperaturfühler 16 gemessen und aktiviert.
    Dabei werden die Gaseinlaß- 2 und die Gasauslaßventile 3 aller Zylinder 8 sofort bzw. nach Abschluß eines gerade noch laufenden Ansaug- bzw. Verbrennungsvorgangs mit dem Ende des Ausschiebevorgangs in der geschlossenen Stellung gehalten. Gleichzeitig wird mit der Stillegung der Gaseinlaßventile 2 die Kraftstoffeinspritzung und die Zündung unterbrochen. Dies ist in Fig. 2 im Übergang von Phase I nach Phase II zu erkennen.
    Sind alle Gaswechselventile 2, 3 geschlossen, findet kein Luftdurchsatz durch die Zylinder 8 statt. Es wird nur noch das eingeschlossene Zylindervolumen komprimiert und expandiert, wodurch die Volumenänderungsarbeit bis auf thermische Verluste erhalten bleibt. Der Zünddruck 15 ist aufgrund fehlender Zündung auf einen Kompressionsdruck 4 am oberen Totpunkt abgefallen. Das Motorbremsmoment wird hauptsächlich durch mechanische Reibung von Kurbeltrieb und Nebenaggregaten bestimmt. Die kinetische Energie der Fahrzeugmasse wird unwesentlich durch ein Motorbremsmoment verringert, ohne daß der Antriebsstrang durch eine Kupplung, z.B. durch einen Freilauf, aufgetrennt wird.
    Ein erhöhtes Motorbremsmoment und damit ein wirksamer Motorbremsbetrieb kann abhängig von verschiedenen Fahrzeugparametern eingeleitet und geregelt werden, beispielsweise abhängig von Drehzahl, Geschwindigkeit, Neigung des Fahrzeugs usw.. Erfindungsgemäß wird zudem ein Lastrücknahmegradient und/oder ein Bremssignal 9 erfaßt. Der Lastrücknahmegradient kann am Gaspedal 10, an einer Einspritzanlage oder sonst einer günstigen Stelle an der Brennkraftmaschine 1 abgegriffen werden. Das Bremssignal 9 kann binär, weg- oder druckproportional am Bremspedal oder an einer günstigen Stelle im Bremssystem erfaßt werden, beispielsweise auch am Bremslicht. Der Lastrücknahmegradient und Signale 9 aus dem Bremssystem liefern frühzeitig exakte Werte zur Regelung des Motorbremsmoments. Die beschriebenen Parameter können einzeln oder in Kombination genutzt werden, das Motorbremsmoment einzuleiten und zu regeln.
    Das Motorbremsmoment wird erfindungsgemäß erhöht, indem die Kompressions- und/oder die Expansionsarbeit der Brennkraftmaschine 1 mit den Gaswechselventilen 2, 3 in Wärme umgewandelt werden.
    Wird ein Motorbremsbetrieb eingeleitet, wie dies in Fig. 2 im Übergang von Phase II zu Phase III gezeigt ist, werden entweder die Gaseinlaß- 2 oder vorzugsweise die Gasauslaßventile 3 wieder aktiviert, während die andere Gattung der Gaswechselventile 2, 3 geschlossen bleibt. Dabei wird der Öffnungsvorgang der Gasauslaßventile 3 des jeweiligen Zylinders 8 im Bereich des oberen Totpunktes eingeleitet. Vorzugsweise wird der Öffnungsvorgang kurz vor Erreichen des oberen Totpunktes eingeleitet, damit das Gasauslaßventil 3 nach einer gewissen Verzögerung im Bereich des maximalen Kompressionsdrucks 4 öffnet. Um das Motorbremsmoment einzustellen, kann der Öffnungsvorgang auch zeitlich im Bereich des oberen Totpunktes verschoben werden.
    Der Schließvorgang wird vorzugsweise kurz vor Erreichen des unteren Totpunktes eingeleitet, der sich durch einen unteren Kompressionsdruck 5 auszeichnet. Dadurch ist gewährleistet, daß das komplette Zylinderhubvolumen im unteren Totpunkt mit Abgas aus dem Abgastrakt befüllt wird bevor die Verdichtungsphase beginnt. Im Bereich des oberen Totpunktes öffnet das Gasauslaßventil 3 und der Kompressionsdruck 4 baut sich schlagartig ab, so daß die Kompressionsarbeit in Wärme umgewandelt wird und sich die Motorbremsleistung erhöht. Im Ausführungsbeispiel läuft dieser Vorgang alle 360° Kurbelwinkel, d.h. bei jeder Kurbelwellenumdrehung, einmal ab.
    Denkbar ist auch, daß im Bereich jedes oberen und jedes unteren Totpunkts kurz geöffnet und anschließend sofort wieder geschlossen wird, um die Kompressions- und die Expansionsarbeit in Wärme umzuwandeln und damit ein noch größeres Motorbremsmoment zu erhalten.
    Das Motorbremsmoment kann erfindungsgemäß verändert werden, indem die Gaseinlaß- 2 oder die Gasauslaßventile 3 während einzelner oder mehrerer Kurbelwellenumdrehungen der Brennkraftmaschine 1 und/oder bei einem oder bei mehreren Zylindern 8 alle Gaswechselventile 2, 3 geschlossen bleiben.
    Erfaßt das Steuergerät 11 Signale, die für das Ende eines Motorbremsbetriebs sprechen, wie beispielsweise eine Unterbrechung des Bremssignals 9, eine Unterschreitung der Grenzdrehzahl oder eine Lastanforderung, werden die Gasauslaßventile 3 nicht mehr im unteren Totpunkt geschlossen, sondern erst im oberen Totpunkt, um schädliches Restgas im Zylinder 8 für eine nachfolgende Verbrennungseinleitung auszuschieben. Anschließend können dann zylinderselektiv die Gaseinlaßventile 2 mit der Einspritzung und Zündung aktiviert werden, um den Verbrennungsbetrieb fortzusetzen (Fig. 2 Phase III nach IV).

    Claims (9)

    1. Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine (1) für Fahrzeuge, die mit einer Schubabschaltung arbeitet und eine variable Ventilsteuerung besitzt, bei der abhängig vom Fahrzustand des Fahrzeugs im Schubbetrieb ein Motorbremsmoment über Gaseinlass- (2) und Gasauslassventile (3) von einem Steuergerät (11) eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verbesserung der Emissionswerte sowie zur Minderung der Gefahr, dass ein vorhandener Katalysator auskühlt und mit schädlichem Sauerstoff beladen wird, im Schubbetrieb stets eine Ventilgattung, alle Gaseinlass- (2) oder alle Gasauslassventile (3), dauernd geschlossen ist, die einzeln oder gemeinsam von dem Steuergerät (11) angesteuert werden.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die andere Ventilgattung, entweder die Gaseinlass- (2) oder die Gasauslassventile (3) im Bereich eines oberen Totpunktes einer Kolbenbewegung geöffnet und im Bereich eines unteren Totpunktes wieder geschlossen werden, während die anderen Gaswechselventile (2, 3) geschlossen bleiben.
    3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ventilgattung im Bereich des oberen Totpunktes und im Bereich des unteren Totpunktes der Kolbenbewegung kurz geöffnet und anschließend sofort wieder geschlossen wird.
    4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schubbetrieb bei einem oder mehreren Zylindern (8) alle Gaswechselventile (2, 3) geschlossen sind.
    5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Öffnen der Gaseinlass- (2) oder der Gasauslassventile (3) einzelne oder mehrere Umdrehungen übersprungen werden können.
    6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Motorbremsmoment abhängig von einem Lastrücknahmegradienten geregelt ist.
    7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Motorbremsmoment abhängig von einem Bremssignal (9) geregelt ist.
    8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Restgas bei einer erneuten Lastwiederaufnahme der Brennkraftmaschine (1) ausgeschoben wird.
    9. Brennkraftmaschine (1) zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Schubabschaltung, eine variable Ventilsteuerung und ein Steuergerät (11) aufweist, das die Gaswechselventile (2, 3) einzeln oder gemunsam in Abhängigkeit von Verschiedenen Fahrzeugparametern derart ansteuert, dass in Schubbetrieb stets zumindest alle Gaseinlassventile (2) oder alle Gasauslassventile (3) geschlossen sind.
    EP98105362A 1997-04-23 1998-03-25 Brennkraftmaschine und Betriebsverfahren Expired - Lifetime EP0874135B1 (de)

    Applications Claiming Priority (2)

    Application Number Priority Date Filing Date Title
    DE19717068 1997-04-23
    DE19717068A DE19717068C1 (de) 1997-04-23 1997-04-23 Brennkraftmaschine

    Publications (3)

    Publication Number Publication Date
    EP0874135A2 EP0874135A2 (de) 1998-10-28
    EP0874135A3 EP0874135A3 (de) 1999-05-12
    EP0874135B1 true EP0874135B1 (de) 2004-08-18

    Family

    ID=7827448

    Family Applications (1)

    Application Number Title Priority Date Filing Date
    EP98105362A Expired - Lifetime EP0874135B1 (de) 1997-04-23 1998-03-25 Brennkraftmaschine und Betriebsverfahren

    Country Status (3)

    Country Link
    EP (1) EP0874135B1 (de)
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