EP2191118A1 - Method for operating an internal combustion engine - Google Patents

Method for operating an internal combustion engine

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Publication number
EP2191118A1
EP2191118A1 EP08784645A EP08784645A EP2191118A1 EP 2191118 A1 EP2191118 A1 EP 2191118A1 EP 08784645 A EP08784645 A EP 08784645A EP 08784645 A EP08784645 A EP 08784645A EP 2191118 A1 EP2191118 A1 EP 2191118A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
engine
internal combustion
combustion engine
rpm
exhaust gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP08784645A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Dirk Hagelstein
Jens Kühlmeyer
Paul Gnegel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Volkswagen AG filed Critical Volkswagen AG
Publication of EP2191118A1 publication Critical patent/EP2191118A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F02D13/00Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing
    • F02D13/02Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing during engine operation
    • F02D13/0269Controlling the valves to perform a Miller-Atkinson cycle
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D13/00Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing
    • F02D13/02Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing during engine operation
    • F02D13/0223Variable control of the intake valves only
    • F02D13/0234Variable control of the intake valves only changing the valve timing only
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D23/00Controlling engines characterised by their being supercharged
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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0002Controlling intake air
    • F02D41/0007Controlling intake air for control of turbo-charged or super-charged engines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
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    • F02D2041/001Controlling intake air for engines with variable valve actuation
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    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to a method for operating an internal combustion engine, in particular Otto engine or diesel engine, in particular a motor vehicle, wherein the closing times of intake valves of working cylinders of the internal combustion engine are selected according to a Miller cycle and wherein a variable turbine geometry of an exhaust gas turbocharger for varying a compression capacity of the exhaust gas turbocharger is actuated , according to the preamble of claim 1.
  • VTG turbochargers with variable turbine geometry (VTG or VGT) also promises great potential for gasoline engines.
  • VTG technology There are two main ways of improving VTG technology: On the one hand, the low-end torque (LET) of the engine can be significantly improved compared to a conventional ATL, or on the other hand, a significant increase in power compared to a conventional ATL can be achieved. ATL, whereby the engine has a comparable LET thanks to the VTG technology.
  • VTG turbochargers which also have an integrated wastegate, are particularly suitable because they can be optimized very strongly for the lower engine speed range.
  • the well-known Miller / Atkinson process offers significant advantages in terms of full-load fuel consumption in gasoline engines.
  • the internal compression work of the engine is reduced by a late or early intake closing time related to the bottom dead center of a working piston. Since in the internal compression of the sucked cylinder filling one of the pressure increase occurring in the working cylinder corresponding heat arises, the compressed mixture has a high temperature at the ignition. The higher this temperature, the more sensitive the mixture is and the later it has to be ignited. However, the later the ignition angle has to be selected, the worse the engine efficiency becomes, which in turn leads to higher fuel consumption.
  • the typical Miller control times reduce the internal compression work of the engine, resulting in less heating and firing angles. To ensure that the engine delivers the same power, a higher charge pressure must be applied in front of the intake valves. This external compression work has the advantage that the charge air to be cooled in a charge air cooler
  • the "intake valve closes" (ES) time is delayed, for example.
  • ES intake valve closes
  • the charge pressure in the volume between the loader outlet and the engine inlet is to be controlled so that the boost pressure at each Miller operating point, i. each operating point in which the "Miller cycle” is used, the theoretical compression end pressure in the working cylinders of the internal combustion engine at the time intake valve closes corresponds.
  • control optionally also control, come pressure and / or temperature and / or mass flow sensors or useful combination sensors of the three types of sensor used.
  • DE 10 2006 003 842 A1 an internal combustion engine with an exhaust gas turbocharger with variable turbine geometry is known, which can also be operated with a Miller cycle.
  • DE 199 05 636 A1 discloses a method for operating an internal combustion engine according to the Miller cycle, which can also take place in conjunction with a variable turbine geometry.
  • the invention is based on the object, a method of o.g. To improve the way of exploiting the benefits of the Miller cycle
  • a reduction of the effective compression ratio with correspondingly reduced combustion chamber temperature before ignition is achieved by selecting the closing time according to the Miller cycle such that at least one of the intake valves is closed after reaching a bottom dead center in the charge cycle of a working piston associated with this intake valve.
  • a phase length of the opening time of at least one inlet valve 190 is 0 KW to 220 0 KW.
  • a rotational speed n in [U / mi ⁇ ] is plotted on a horizontal axis 10
  • a related effective engine load in [%] is plotted on a vertical axis 12.
  • a first graph 14 limits a possible operating range of a conventional engine with the Miller cycle toward lowest engine load
  • a second graph 16 limits a possible operating range of a conventional engine with the Miller cycle in the direction of highest engine load for the respective speed.
  • the two graphs 14 and 16 enclose therebetween a first region 18 in which a conventional Miller cycle internal combustion engine can be operated such that the benefits of the Miller cycle, in particular reduced fuel consumption by offloading the compression work from the working cylinder, are usable.
  • the internal combustion engine with such closing times for respective intake valves of working cylinders of the internal combustion engine according to a Miller cycle and at the same time with such a setting for the variable turbine geometry of a Turbine of an exhaust gas turbocharger is operated, that in the speed range from 1000 rev / min to 3500 rev / min and operating points above the second graph 16 in a second region 20 can be achieved.
  • the Miller cycle and the VTG technology are optimally interconnected. Due to the potential for high boost pressures, which can be provided at a corresponding VTG design by a more efficient utilization of the exhaust gas energy compared to a conventional turbocharger, even from very low engine speeds ( ⁇ 1500 U / min), it is possible throughout Engine speed range to use the positive effects of the Miller cycle.
  • a camshaft valve with fixed valve lift is provided on the intake side, the cam shape being adapted to the corresponding Miller method.
  • the Miller method comes with late inlet closure (after UT of the working piston in the charge cycle), which leads to a phase length of 19O 0 KW to 220 0 KW.
  • inlet side gas exchange phase length up to 240 ° CA, cam switching device, etc.
  • the region 20 in the direction of low engine load 12 is limited by a first straight line 22, which corresponds to the equation

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Abstract

The invention relates to a method for operating an internal combustion engine, particularly an Otto motor or a diesel motor, particularly of a motor vehicle, wherein the closing times of inlet valves of operating cylinders of the internal combustion engine are selected in accordance with a Miller cycle and wherein a variable turbine geometry of an exhaust gas turbocharger is activated in order to alter a compression output of the exhaust gas turbocharger. At an engine speed n [rpm] of the internal combustion engine of 1,000 rpm ≤ n ≤ 3,000 rpm, as a function of a load requirement, the closing times of the inlet valves are selected in accordance with the Miller cycle and the variable turbine geometry of the exhaust gas turbocharger is set such that an effective motor load meff is attained relative to the maximum motor load in accordance with (I) of the maximum motor load.

Description

Beschreibung description
Verfahren zum Betreiben einer BrennkraftmaschineMethod for operating an internal combustion engine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere Ottomotor oder Dieselmotor, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wobei die Schließzeiten von Einlassventilen von Arbeitszylindern der Brennkraftmaschine gemäß einem Miller-Zyklus gewählt werden und wobei eine variable Turbinengeometrie eines Abgasturboladers zum Verändern einer Verdichtungsleistung des Abgasturboladers betätigt wird, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a method for operating an internal combustion engine, in particular Otto engine or diesel engine, in particular a motor vehicle, wherein the closing times of intake valves of working cylinders of the internal combustion engine are selected according to a Miller cycle and wherein a variable turbine geometry of an exhaust gas turbocharger for varying a compression capacity of the exhaust gas turbocharger is actuated , according to the preamble of claim 1.
Der Einsatz von Abgasturboladern mit variabler Turbinengeometrie (VTG oder VGT) verspricht auch bei Ottomotoren ein großes Potential. Bei Anwendung der VTG-Technologie gibt es zunächst zwei Möglichkeiten für eine Verbesserung: Einerseits kann das Low-End-Torque (LET) des Motors gegenüber einem konventionellen ATL deutlich verbessert werden oder man verwendet andererseits zur deutlichen Leistungssteigerung gegenüber einem konventionellen ATL einen größeren VTG-ATL, wobei der Motor dank der VTG-Technik über ein vergleichbares LET verfügt. Speziell im ersten Fall lassen sich schon bei niedrigen Drehzahlen sehr hohe Aufladegrade realisieren. Für solche Anwendungen sind VTG-Turbolader, die zusätzlich über ein integriertes Wastegate verfügen, besonders geeignet, da sie sehr stark auf den unteren Drehzahlbereich des Motors optimiert werden können.The use of turbochargers with variable turbine geometry (VTG or VGT) also promises great potential for gasoline engines. There are two main ways of improving VTG technology: On the one hand, the low-end torque (LET) of the engine can be significantly improved compared to a conventional ATL, or on the other hand, a significant increase in power compared to a conventional ATL can be achieved. ATL, whereby the engine has a comparable LET thanks to the VTG technology. Especially in the first case, very high charging levels can be achieved even at low speeds. For such applications, VTG turbochargers, which also have an integrated wastegate, are particularly suitable because they can be optimized very strongly for the lower engine speed range.
Neben der VTG-Technologie können durch das bereits bekannte Miller-/Atkinson-Verfahren deutliche Vorteile bzgl. des Volllastverbrauches bei Ottomotoren erzielt werden. Hierbei wird durch einen auf den unteren Totpunkt eines Arbeitskolbens bezogenen späten oder frühen Einlassschluss-Zeitpunkt die innere Verdichtungsarbeit des Motors reduziert. Da bei der inneren Verdichtung der angesaugten Zylinderfüllung eine der im Arbeitszylinder erfolgenden Druckerhöhung entsprechende Wärme entsteht, besitzt das komprimierte Gemisch zum Zündzeitpunkt eine hohe Temperatur. Je höher diese Temperatur ist, desto klopfempfindlicher ist das Gemisch und desto später muss es gezündet werden. Je später allerdings der Zündwinkel gewählt werden muss, desto schlechter wird der motorische Wirkungsgrad, was wieder zu einem höheren Kraftstoffverbrauch führt. Durch die Miller-typischen Steuerzeiten wird die interne Kompressionsarbeit des Motors reduziert, wodurch eine geringere Erwärmung und bessere Zündwinkel realisiert werden können. Damit der Motor dennoch die gleiche Leistung abgibt, muss ein höherer Ladedruck vor den Einlassventilen anliegen. Diese externe Verdichtungsarbeit hat den Vorteil, dass die Ladeluft in einem Ladeluftkühler gekühlt werdenIn addition to the VTG technology, the well-known Miller / Atkinson process offers significant advantages in terms of full-load fuel consumption in gasoline engines. In this case, the internal compression work of the engine is reduced by a late or early intake closing time related to the bottom dead center of a working piston. Since in the internal compression of the sucked cylinder filling one of the pressure increase occurring in the working cylinder corresponding heat arises, the compressed mixture has a high temperature at the ignition. The higher this temperature, the more sensitive the mixture is and the later it has to be ignited. However, the later the ignition angle has to be selected, the worse the engine efficiency becomes, which in turn leads to higher fuel consumption. The typical Miller control times reduce the internal compression work of the engine, resulting in less heating and firing angles. To ensure that the engine delivers the same power, a higher charge pressure must be applied in front of the intake valves. This external compression work has the advantage that the charge air to be cooled in a charge air cooler
n \anmeldun\kuker2 (ab 11000)\k15136 doc kann, bevor sie in die Arbeitszylinder der Motoren gelangt. Je größer nun der positive Effekt durch einen angewandten Miller-Cycle sein soll, desto mehr interne Verdichtungsarbeit muss durch externe Verdichtungsarbeit substituiert werden. Hierzu ist ein geeignetes Aufladeverfahren notwendig.n \ anmeldun \ kuker2 (from 11000) \ k15136 doc can, before it gets into the working cylinder of the engines. The greater the positive effect of an applied Miller cycle, the more internal compaction work has to be substituted by external compaction work. For this purpose, a suitable charging process is necessary.
Beim bekannten Miller/Atkinson-Zyklus wird der Zeitpunkt "Einlassventil schließt" (ES) beispielsweise nach spät verschoben. Auf diese Weise wird bereits im Arbeitszylinder befindliches Frischgas z.T. wieder ausgeschoben. Dies bedeutet einen Füllungsnachteil, der aber über eine Aufladung mit einem geeigneten Ladedruck kompensiert werden kann. Dabei ist der Ladedruck im Volumen zwischen Laderausgang und Motoreinlass so zu regeln, dass der Ladedruck in jedem Miller-Betriebspunkt, d.h. jeder Betriebspunkt in dem der "Miller-Zyklus" zur Anwendung kommt, dem theoretischen Verdichtungsenddruck in den Arbeitszylindern der Brennkraftmaschine zum Zeitpunkt Einlassventil schließt entspricht. Für die Regelung, wahlweise auch Steuerung, kommen Druck- und/oder Temperatur- und/oder Massenstromsensoren oder sinnvolle Kombisensoren der drei angesprochenen Sensortypen zum Einsatz.For example, in the familiar Miller / Atkinson cycle, the "intake valve closes" (ES) time is delayed, for example. In this way, already located in the working cylinder fresh gas z.T. pushed out again. This means a filling disadvantage, which can be compensated but via a charge with a suitable boost pressure. In this case, the charge pressure in the volume between the loader outlet and the engine inlet is to be controlled so that the boost pressure at each Miller operating point, i. each operating point in which the "Miller cycle" is used, the theoretical compression end pressure in the working cylinders of the internal combustion engine at the time intake valve closes corresponds. For the control, optionally also control, come pressure and / or temperature and / or mass flow sensors or useful combination sensors of the three types of sensor used.
Der positive Effekt des Miller/Atkinson-Zyklus mittels frühem oder spätem Zeitpunkt für das Schließen des Einlassventils auf die NOx-Emission und Homogenisierbarkeit des Dieselgemischs ist bekannt. Weiterhin kann bei ottomotorischen Anwendungen die Klopfneigung bei Hochaufladung deutlich reduziert werden.The positive effect of the Miller / Atkinson cycle on early or late intake valve closure on NO x emission and homogeneity of the diesel mixture is known. Furthermore, in the case of Otto engine applications, the tendency to knock when being supercharged can be significantly reduced.
Bei herkömmlichen Turbomotoren mit Standard-ATL können die Vorteile eines Miller-Zyklus allerdings erst bei höheren Motordrehzahlen erzielt werden, wenn in einem ausreichenden Maß Abgasenergie für die externe Verdichtungsarbeit zur Verfügung steht. Bei niedrigen Motordrehzahlen wird der gesamte, zur Verfügung stehende Ladedruck in das effektive Motormoment umgesetzt. Hier ergibt sich die Möglichkeit durch entsprechende Variabilitäten auf der Einlassseite das Potential des Miller-Zyklus im oberen Teil des Drehzahlbandes zu erschließen.However, in conventional turbocharged engines with standard ATL, the benefits of a Miller cycle can only be achieved at higher engine speeds, if there is sufficient exhaust gas energy available for external compaction work. At low engine speeds, the total available boost pressure is converted into the effective engine torque. This gives rise to the possibility of opening up the potential of the Miller cycle in the upper part of the speed band by means of corresponding variabilities on the inlet side.
Aus der DE 10 2006 003 842 A1 ist ein Verbrennungsmotor mit einem Abgasturbolader mit variabler Turbinengeometrie bekannt, der auch mit einem Miller-Zyklus betrieben werden kann. Die DE 199 05 636 A1 offenbart ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine gemäß Miller-Zyklus das auch in Verbindung mit einer variabler Turbinengeometrie erfolgen kann.From DE 10 2006 003 842 A1 an internal combustion engine with an exhaust gas turbocharger with variable turbine geometry is known, which can also be operated with a Miller cycle. DE 199 05 636 A1 discloses a method for operating an internal combustion engine according to the Miller cycle, which can also take place in conjunction with a variable turbine geometry.
Mit einem mechanisch angetriebenem Lader können zwar auch bei niedrigen Motordrehzahlen hühe Ladedi ücke reaiisiert werden, allerdings wird die Antriebsleistung für den Lader direkt von der Kurbelwelle abgezweigt. Mit zunehmend notwendiger Verdichtungsarbeit am mechanisch angetriebenem Lader, wird daher eine zunehmend hohe Antriebsleistung von der Kurbelwelle abgeführt. Diese Leistung reduziert die effektiv vom Motor abgegebene Leistung, was zwar dazu führt das der Motor thermodynamisch effektiver betrieben wird, nach außen aber kein positiver Effekt abgeführt werden kann.With a mechanically driven supercharger, it is still possible to react to high load pressures even at low engine speeds, but the drive power for the supercharger is diverted directly from the crankshaft. With increasingly necessary compaction work on the mechanical driven loader, therefore, an increasingly high drive power is dissipated from the crankshaft. This power reduces the actual power output from the engine, which in turn means that the engine is operated thermodynamically more effectively, but can be dissipated to the outside no positive effect.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der o.g. Art hinsichtlich der Ausnutzung der Vorteile des Miller-Zyklus zu verbessernThe invention is based on the object, a method of o.g. To improve the way of exploiting the benefits of the Miller cycle
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der o.g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.This object is achieved by a method of o.g. Art solved with the features characterized in claim 1. Advantageous embodiments of the invention are described in the further claims.
Dazu ist es bei einem Verfahren der o.g. Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass bei einer Drehzahl n [U/min] der Brennkraftmaschine von 1.000 U/min < n ≤ 3.000 U/min in Abhängigkeit von einer Lastanforderung die Schließzeitpunkte der Einlassventile gemäß dem Miller-Zyklus derart gewählt werden und die variable Turbinengeometrie des Abgasturboladers derart eingestellt wird, dass eine auf die maximale Motorlast bezogene effektive Motorlast metf gemäßFor this purpose, it is provided according to the invention in a method of the aforementioned type that at a speed n [rpm] of the internal combustion engine of 1,000 rpm <n ≦ 3,000 rpm as a function of a load request, the closing times of the intake valves according to the Miller cycle are selected and the variable turbine geometry of the exhaust gas turbocharger is set such that an effective engine load m etf related to the maximum engine load m etf
m,ft ≥ n * — — + 10% der maximalen Motorlast eJf 2000 Xn erzielt wird.m, ft ≥ n * - - + 10% of the maximum motor load e Jf 2000 X n is achieved.
Dies hat den Vorteil, dass bereits bei niedrigen Drehzahlen mit hohen Motorleistungen trotz niedrigem Abgasmassenstrom die Vorteile des Miller-Zyklus durch die Verlagerung der Verdichtungsarbeit aus dem Arbeitszylinder heraus, wie niedrige Temperatur im Brennraum und reduzierter Kraftstoffverbrauch, genutzt werden können. Hierbei kann zusätzlich schon bei niedrigen Drehzahlen der Brennkraftmaschine von kleiner oder gleich 1.500 U/min eine effektive Motorlast von 70% bis 100% der maximalen Motorlast erzielt werden. Mit dem Ladedruckpotential des Abgasturboladers mit variabler Turbinengeometrie wird der Miller- Zyklus deutlich effektiver als dies bei herkömmlichen Aufladeverfahren der Fall ist.This has the advantage that even at low speeds with high engine outputs, despite low exhaust gas mass flow, the advantages of the Miller cycle can be exploited by shifting the compression work out of the working cylinder, such as low temperature in the combustion chamber and reduced fuel consumption. In this case, an effective engine load of 70% to 100% of the maximum engine load can additionally be achieved even at low engine speeds of less than or equal to 1,500 rpm. With the boost pressure potential of the variable turbocharger exhaust gas turbocharger, the Miller cycle becomes significantly more effective than conventional charging methods.
Zweckmäßigerweise wird bei einer Drehzahl n [U/min] von 1.000 U/min < n ≤ 1.500 U/min gleichzeitig die Motorlast meff gemäßConveniently, at a speed n [rpm] of 1,000 rpm <n ≦ 1,500 rpm, the engine load m eff simultaneously
mftr ≤ n * — + 10% der maximalen Motorlast ff 500 %,„ erzielt. Eine Expansion des Verbrennungsgemisches mit entsprechender Abkühlung erzielt man dadurch, dass der Schließzeitpunkt gemäß dem Millerzyklus derart gewählt wird, dass wenigstens eines der Einlassventile vor dem Erreichen eines unteren Totpunktes im Ladungswechselhub eines diesem Einlassventil zugeordneten Arbeitskolbens geschlossen wird.m ftr ≤ n * - + 10% of the maximum engine load f f 500%, "achieved. An expansion of the combustion mixture with appropriate cooling is achieved in that the closing time is selected according to the Miller cycle such that at least one of the intake valves is closed before reaching a bottom dead center in the charge cycle of a working piston associated with this intake valve.
Eine Reduktion des effektiven Verdichtungsverhältnisses mit entsprechend erniedrigter Brennraumtemperatur vor der Zündung erzielt man dadurch, dass der Schließzeitpunkt gemäß dem Millerzyklus derart gewählt wird, dass wenigstens eines der Einlassventile nach dem Erreichen eines unteren Totpunktes im Ladungswechselhub eines diesem Einlassventil zugeordneten Arbeitskolbens geschlossen wird.A reduction of the effective compression ratio with correspondingly reduced combustion chamber temperature before ignition is achieved by selecting the closing time according to the Miller cycle such that at least one of the intake valves is closed after reaching a bottom dead center in the charge cycle of a working piston associated with this intake valve.
In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt eine Phasenlänge der Öffnungszeit von wenigstens einem Einlassventil 1900KW bis 2200KW.In a preferred embodiment, a phase length of the opening time of at least one inlet valve 190 is 0 KW to 220 0 KW.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in der einzigen Fig. ein Last-Drehzahl-Kennfeld einer Brennkraftmaschine, welche gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben wird.The invention will be explained in more detail below with reference to the drawing. This shows in the only Fig. A load-speed map of an internal combustion engine, which is operated according to the inventive method.
In der einzigen Fig. ist auf einer horizontalen Achse 10 eine Drehzahl n in [U/miπ] und auf einer vertikalen Achse 12 eine bezogene effektive Motorlast in [%] aufgetragen. Ein erster Graph 14 begrenzt einen möglichen Betriebsbereich einer herkömmlichen Brennkraftmaschine mit dem Miller-Zyklus in Richtung niedrigster Motorlast und ein zweiter Graph 16 begrenzt einen möglichen Betriebsbereich einer herkömmlichen Brennkraftmaschine mit dem Miller-Zyklus in Richtung höchster Motorlast für die jeweilige Drehzahl. Die beiden Graphen 14 und 16 schließen zwischen sich einen ersten Bereich 18 ein, in dem eine herkömmliche Brennkraftmaschine mit einem Millerzyklus derart betrieben werden kann, dass die Vorteile des Miller-Zyklus, wie insbesondere ein reduzierter Kraftstoffverbrauch durch Auslagern der Verdichtungsarbeit aus dem Arbeitszylinder heraus, nutzbar sind. Es ist unmittelbar ersichtlich, dass die volle Motorlast (meff = 100%) erst ab einer Drehzahl von 3.500 U/min erzielt wird. Oberhalb des zweiten Graphen 16 bei Drehzahlen n von kleiner 3.500 U/min liefert der Abgasturbolader nicht genügend Verdichtungsleistung, um das geringere effektive Verdichtungsverhältnis in den Arbeitszylindern der Brennkraftmaschine durch den Miller-Zyklus ausgleichen zu können.In the only FIGURE, a rotational speed n in [U / miπ] is plotted on a horizontal axis 10, and a related effective engine load in [%] is plotted on a vertical axis 12. A first graph 14 limits a possible operating range of a conventional engine with the Miller cycle toward lowest engine load, and a second graph 16 limits a possible operating range of a conventional engine with the Miller cycle in the direction of highest engine load for the respective speed. The two graphs 14 and 16 enclose therebetween a first region 18 in which a conventional Miller cycle internal combustion engine can be operated such that the benefits of the Miller cycle, in particular reduced fuel consumption by offloading the compression work from the working cylinder, are usable. It is immediately apparent that the full engine load (m eff = 100%) is only achieved from a speed of 3,500 rpm. Above the second graph 16 at speeds n of less than 3,500 rpm, the exhaust gas turbocharger does not provide sufficient compression power to compensate for the lower effective compression ratio in the working cylinders of the internal combustion engine through the Miller cycle can.
Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass die Brennkraftmaschine mit derartigen Schließzeiten für jeweilige Einlassventile von Arbeitszylindern der Brennkraftmaschine gemäß einem Miller- Zyklus und gleichzeitig mit derartiger Einstellung für die variable Turbinengeometrie einer Turbine eines Abgasturboladers betrieben wird, dass im Drehzahlbereich von 1000 U/min bis 3.500 U/min auch Betriebspunkte oberhalb des zweiten Grafen 16 in einem zweiten Bereich 20 erreicht werden können.According to the invention it is provided that the internal combustion engine with such closing times for respective intake valves of working cylinders of the internal combustion engine according to a Miller cycle and at the same time with such a setting for the variable turbine geometry of a Turbine of an exhaust gas turbocharger is operated, that in the speed range from 1000 rev / min to 3500 rev / min and operating points above the second graph 16 in a second region 20 can be achieved.
Erfindungsgemäß werden der Miller-Zyklus und die VTG-Technologie optimal miteinander verbunden. Durch das Potential zu hohen Ladedrücken, die bei einer entsprechenden VTG- Auslegung durch eine effizientere Ausnutzung der Abgasenergie im Vergleich zu einem konventionellen Abgasturbolader, schon ab sehr niedrigen Motordrehzahlen (<1500 U/min) bereit gestellt werden können, ist es möglich, im gesamten Drehzahlband der Brennkraftmaschine die positiven Effekte des Miller-Zyklus zu nutzen.According to the invention, the Miller cycle and the VTG technology are optimally interconnected. Due to the potential for high boost pressures, which can be provided at a corresponding VTG design by a more efficient utilization of the exhaust gas energy compared to a conventional turbocharger, even from very low engine speeds (<1500 U / min), it is possible throughout Engine speed range to use the positive effects of the Miller cycle.
Beispielsweise ist einlassseitig ein Nockenwellensteller mit festem Ventilhub vorgesehen, wobei die Nockenform dem entsprechenden Millerverfahren angepasst ist. Vorzugsweise kommt das Millerverfahren mit spätem Einlassschluss (nach UT des Arbeitskolbens im Ladungswechselhub) zur Anwendung, was zu einer Phasenlänge von 19O0KW bis 2200KW führt. Mit weiteren Variabilitäten bzgl. des einlassseitigen Gaswechsels (Phasenlänge bis zu 240°KW, Nockenumschalteinrichtung, etc.) können weitere Potentiale des Miller-Zyklus erschlossen werden.For example, a camshaft valve with fixed valve lift is provided on the intake side, the cam shape being adapted to the corresponding Miller method. Preferably, the Miller method comes with late inlet closure (after UT of the working piston in the charge cycle), which leads to a phase length of 19O 0 KW to 220 0 KW. With further variabilities regarding the inlet side gas exchange (phase length up to 240 ° CA, cam switching device, etc.) further potentials of the Miller cycle can be developed.
Erfindungsgemäß ist der Bereich 20 in Richtung niedrige Motorlast 12 begrenzt durch eine erste Gerade 22, welche der GleichungAccording to the invention, the region 20 in the direction of low engine load 12 is limited by a first straight line 22, which corresponds to the equation
meff ≥ n * — — — + 10% für 1.000 U/min < n ≤ 3.000 U/min efr 2000 %,„m eff ≥ n * - - - + 10% for 1,000 rpm <n ≤ 3,000 rpm e fr 2000%, "
folgt, wobei mΘff eine Motorlast in % der maximal möglichen Motorlast und n die Drehzahl der Brennkraftmaschine ist. In Richtung hohe Motorlast 12 ist der Bereich 20 begrenzt durch die maximale Motorlast bei 100% bzw. durch eine zweite Gerade 24, welche der Gleichungfollows, where m Θff an engine load in% of the maximum possible engine load and n is the speed of the internal combustion engine. In the direction of high engine load 12, the range 20 is limited by the maximum engine load at 100% or by a second straight line 24 which corresponds to the equation
mefr < n * — — + 10% für 1.000 U/min < n ≤ 1.500 U/min ff 500 <//..„m efr <n * - - + 10% for 1,000 rpm <n ≤ 1,500 rpm f f 500 < / / .. "
folgt. follows.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere Ottomotor oder Dieselmotor, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wobei die Schließzeiten von Einlassventilen von Arbeitszylindern der Brennkraftmaschine gemäß einem Miller-Zyklus gewählt werden und wobei eine variable Turbinengeometrie eines Abgasturboladers zum Verändern einer Verdichtungsleistung des Abgasturboladers betätigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Drehzahl n [U/min] der Brennkraftmaschine von1. A method for operating an internal combustion engine, in particular gasoline engine or diesel engine, in particular a motor vehicle, wherein the closing times of intake valves of working cylinders of the internal combustion engine are selected according to a Miller cycle and wherein a variable turbine geometry of an exhaust gas turbocharger for varying a compression capacity of the exhaust gas turbocharger is actuated thereby characterized in that at a speed n [rpm] of the internal combustion engine of
1.000 U/min ≤ n < 3.000 U/min in Abhängigkeit von einer Lastanforderung die Schließzeitpunkte der Einlassventile gemäß dem Miller-Zyklus derart gewählt werden und die variable Turbinengeometrie des Abgasturboladers derart eingestellt wird, dass eine auf die maximale Motorlast bezogene effektive Motorlast meff gemäß1,000 rpm ≦ n <3,000 rpm in response to a load request, the closing timings of the intake valves are selected according to the Miller cycle and the variable turbine geometry of the exhaust gas turbocharger is set such that an effective engine load m eff according to the maximum engine load
m - > n * hlθ% der maximalen Motorlast ff 2000 %m erzielt wird.m -> n * hlθ% of the maximum engine load f f 2000% m is achieved.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Drehzahl n [U/min] von 1.000 U/min ≤ n ≤ 1.500 U/min gleichzeitig die Motorlast metf gemäß2. The method according to claim 1, characterized in that at a speed n [rev / min] of 1,000 rev / min ≤ n ≤ 1,500 rev / min simultaneously the engine load m etf according to
m ~ ≤ n * hlθ% der maximalen Motorlast ff 500 %m erzielt wird.m ~ ≤ n * hlθ% of the maximum engine load f f 500% m is achieved.
3. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schließzeitpunkt gemäß dem Millerzyklus derart gewählt wird, dass wenigstens eines der Einlassventile vor dem Erreichen eines unteren Totpunktes im Ladungswechselhub eines diesem Einlassventil zugeordneten Arbeitskolbens geschlossen wird.3. The method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the closing time is selected in accordance with the Millerzyklus such that at least one of the intake valves is closed before reaching a bottom dead center in the charge cycle of this intake valve associated working piston.
4. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schließzeitpunkt gemäß dem Millerzyklus derart gewählt wird, dass wenigstens eines der Einlassventile nach dem Erreichen eines unteren Totpunktes im Ladungswechselhub eines diesem Einlassventil zugeordneten Arbeitskolbens Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Phasenlänge der Öffnungszeit von wenigstens einem Einlassventil 1900KW bis 2200KW beträgt. 4. The method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the closing time is selected according to the Miller cycle such that at least one of the intake valves after reaching a bottom dead center in the charge cycle of a valve associated with this intake valve working piston Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that a phase length of the opening time of at least one inlet valve 190 is 0 KW to 220 0 KW.
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