EP3850205A1 - Method for operating an internal combustion engine - Google Patents

Method for operating an internal combustion engine

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EP3850205A1
EP3850205A1 EP19765707.5A EP19765707A EP3850205A1 EP 3850205 A1 EP3850205 A1 EP 3850205A1 EP 19765707 A EP19765707 A EP 19765707A EP 3850205 A1 EP3850205 A1 EP 3850205A1
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EP
European Patent Office
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cylinder
exhaust
internal combustion
combustion engine
stroke
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Application number
EP19765707.5A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Thomas Malischewski
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MAN Truck and Bus SE
Original Assignee
MAN Truck and Bus SE
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Publication date
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Abstract

The invention relates to a method for operating an internal combustion engine (10). The method includes generating a pressure pulse in an exhaust gas system (24) of the internal combustion engine (10). The method also includes supplying exhaust gas from a combustion chamber (16) of a cylinder (12) during an exhaust outlet stroke of the cylinder (12) into an inlet channel (14) of the cylinder (12) by propagating the pressure pulse from the exhaust gas system (24) into the combustion chamber (16) fo of the cylinder (12). The method further includes supplying the exhaust gas from the inlet channel (14) of the cylinder (12) into the combustion chamber (16) of the cylinder (12) during an intake stroke of the cylinder (12). By means of internal residual gas control (residucal exhaust gas control), the method permits the exhaust gas temperature to be raised in at low load without negatively influencing the full-load performance of the internal combustion engine (10).

Description

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine  Method for operating an internal combustion engine
Beschreibung description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine. The invention relates to a method for operating an internal combustion engine.
Um die Stickoxidumsatzraten eines SCR-Katalysators insbesondere unter Schwachlast einer Brennkraftmaschine anzuheben, kann es beispielsweise notwendig sein, eine Abgastempera- tur zu erhöhen. In order to increase the nitrogen oxide conversion rates of an SCR catalytic converter, in particular under low load of an internal combustion engine, it may be necessary, for example, to increase an exhaust gas temperature.
Herkömmlich kann über die Ventilüberschneidung die Restgasrate in der Schwachlast beein- flusst werden. Jedoch vertiefen sich hierdurch die Ventiltaschen im Kolben, die wiederum ver- brauchsrelevant sind. Die AT 005 783 U1 offenbart zur Durchführung einer internen Abgasrückführung in den Brenn- raum einer Diesel-Brennkraftmaschine, dass das Einlassventil während des Auspufftaktes kurzzeitig geöffnet wird. Um einerseits im niedrigen Drehzahlbereich, und andererseits im mitt- leren und hohen Drehzahlbereich eine Verbesserung der Emissionen zu erreichen, ist vorge- sehen, dass der Beginn des Einlassventilvorhubes im Bereich von 180° bis 210° Kurbelwinkel (KW) nach dem Oberen Totpunkt der Zündung erfolgt. Conventionally, the residual gas rate can be influenced in the low load via the valve overlap. However, this deepens the valve pockets in the piston, which in turn are relevant to consumption. In order to carry out internal exhaust gas recirculation in the combustion chamber of a diesel engine, AT 005 783 U1 discloses that the intake valve is opened briefly during the exhaust cycle. In order to achieve an improvement in emissions on the one hand in the low engine speed range and on the other hand in the medium and high engine speed range, provision is made for the beginning of the intake valve advance stroke in the range from 180 ° to 210 ° crank angle (KW) after the top dead center of the ignition he follows.
US 2009/0194080 A1 bezieht sich auf ein Verfahren zum Spülen von Restverbrennungsgas einer Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung, insbesondere eines Dieselmotors. Wenn der Motor unter niedrigen Drehzahlen und hohen Lastbedingungen läuft, wird während einer Se- quenz des Öffnens/Schließens von Auslassventilen während der Auslassphase des Motors mindestens eine Sequenz des Öffnens/Schließens von Einlassventilen durchgeführt, um eine Spülung des restlichen verbrannten Gases zu erreichen. US 2009/0194080 A1 relates to a method for purging residual combustion gas from an internal combustion engine with direct injection, in particular a diesel engine. When the engine is running at low speeds and high load conditions, during a sequence of opening / closing exhaust valves during the exhaust phase of the engine, at least one opening / closing sequence of intake valves is performed to purge the remaining burned gas.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zu schaffen, bei dem unter Schwach- last die Abgastemperatur angehoben werden kann. The invention is based on the object of providing a method in which the exhaust gas temperature can be raised under low load.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1. Vorteilhafte Wei- terbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung angegeben. The object is achieved by the features of independent claim 1. Advantageous further developments are specified in the dependent claims and the description.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (z. B. Viertakt- Brennkraftmaschine und/oder Mehrzylinder-Brennkraftmaschine). Das Verfahren weist ein Er- zeugen eines Druckpulses (z. B. signifikante und/oder plötzliche und/oder zeitlich begrenzte und/oder einmalige Druckerhöhung z. B. einer beispielsweise zyklischen Druckpulsation) in einem Abgasstrang der Brennkraftmaschine auf. Das Verfahren weist ein Zuführen von Abgas (z. B. Rest-Abgas) aus einer Verbrennungskammer eines Zylinders während eines Aus- lasstaktes des Zylinders in einen Einlasskanal des Zylinders durch eine Ausbreitung des Druckpulses aus dem Abgasstrang in die Verbrennungskammer des Zylinders auf. Das Ver- fahren weist ein Zuführen des Abgases aus dem Einlasskanal des Zylinders in die Verbren- nungskammer des Zylinders während eines Einlasstaktes des Zylinders auf. The invention relates to a method for operating an internal combustion engine (z. B. four-stroke internal combustion engine and / or multi-cylinder internal combustion engine). The method involves generating a pressure pulse (eg significant and / or sudden and / or time-limited and / or one-time pressure increase, eg a cyclical pressure pulsation, for example) an exhaust line of the internal combustion engine. The method comprises supplying exhaust gas (eg residual exhaust gas) from a combustion chamber of a cylinder during an exhaust stroke of the cylinder into an inlet channel of the cylinder by spreading the pressure pulse from the exhaust gas line into the combustion chamber of the cylinder. The method comprises supplying the exhaust gas from the inlet channel of the cylinder into the combustion chamber of the cylinder during an intake stroke of the cylinder.
Das Verfahren ermöglicht mittels interner Restgassteuerung (Rest-Abgassteuerung) die Ab- gastemperatur in der Schwachlast anzuheben, ohne die Volllastperformance der Brennkraft- maschine negativ zu beeinflussen. Hierdurch steigen die möglich Stickoxidumsatzraten eines SCR-Katalysators. Das Verfahren nutzt die Druckpulsationen im Abgasstrang, um Restgas aus der Verbrennungskammer in einen Einlasstrakt der Brennkraftmaschine zu fördern. Das Restgas wird dann im Einlasstakt zurück in die Verbrennungskammer des Zylinders gespült, wodurch sich die Frischluftmasse in der Verbrennungskammer des Zylinders um die Masse des Restgases verringert. Durch den reduzierten Luft- und somit auch Abgasmassenstrom steigt bei gleichbleibendem Motormoment die Abgastemperatur an, ohne die Ladungswech- selarbeit des Motors negativ zu beeinflussen. The process enables the exhaust gas temperature to be increased in the low load by means of internal residual gas control (residual exhaust gas control) without negatively influencing the full load performance of the internal combustion engine. This increases the possible nitrogen oxide conversion rates of an SCR catalytic converter. The method uses the pressure pulsations in the exhaust system to convey residual gas from the combustion chamber into an intake tract of the internal combustion engine. The residual gas is then flushed back into the combustion chamber of the cylinder in the intake stroke, whereby the mass of fresh air in the combustion chamber of the cylinder is reduced by the mass of the residual gas. Due to the reduced air and therefore also exhaust gas mass flow, the exhaust gas temperature rises with the engine torque remaining unchanged, without negatively influencing the engine's gas exchange work.
In einem Ausführungsbeispiel wird der Druckpuls in dem Abgasstrang durch Öffnen eines Aus- lassventils eines weiteren Zylinders der Brennkraftmaschine während eines Auslasstaktes des weiteren Zylinders erzeugt. In one embodiment, the pressure pulse in the exhaust line is generated by opening an exhaust valve of a further cylinder of the internal combustion engine during an exhaust stroke of the further cylinder.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird der weitere Zylinder phasenversetzt zu dem Zy - linder betrieben, vorzugsweise um ungefähr -120°KW phasenversetzt (z. B. bei Sechszylinder- Brennkraftmaschine) und/oder um -720°KW/Zylinderanzahl der Brennkraftmaschine. In a further exemplary embodiment, the further cylinder is operated out of phase with the cylinder, preferably out of phase by approximately -120 ° KW (eg in the case of a six-cylinder internal combustion engine) and / or by -720 ° KW / number of cylinders of the internal combustion engine.
Zweckmäßig kann der Druckpuls beispielsweise über eine Abgasturbine geleitet wird, z. B. von einer Abgassammelleitung über die Abgasturbine zu einer anderen Abgassammelleitung. The pressure pulse can expediently be conducted, for example, via an exhaust gas turbine, e.g. B. from an exhaust manifold via the exhaust gas turbine to another exhaust manifold.
Beispielsweise kann der Abgasstrang einflutige, d. h. mit einer Abgassammelleitung, oder mehrflutig, d. h. mit mehreren Abgassammelleitungen, ausgestattet sein. For example, the exhaust line can be single-flow, i.e. H. with an exhaust manifold, or multi-flow, d. H. be equipped with several exhaust manifolds.
In einer Ausführungsform wird das Zuführen von Abgas aus der Verbrennungskammer des Zylinders erst durch eine Erhöhung eines Zylinderdrucks in der Verbrennungskammer des Zy- linders durch den Druckpuls bewirkt. Vorzugsweise kann der Zylinderdruck über einen Lade- druck im Einlasskanal des Zylinders und/oder der Brennkraftmaschine erhöht werden. In einer weiteren Ausführungsform breitet sich der Druckpuls durch ein (z. B. bereits zuvor) geöffnetes Auslassventil des Zylinders, vorzugsweise während eines Auslasstaktes des Zylin ders, aus dem Abgasstrang in die Verbrennungskammer des Zylinders aus. In one embodiment, the supply of exhaust gas from the combustion chamber of the cylinder is only brought about by an increase in a cylinder pressure in the combustion chamber of the cylinder by the pressure pulse. The cylinder pressure can preferably be increased via a boost pressure in the inlet channel of the cylinder and / or the internal combustion engine. In a further embodiment, the pressure pulse propagates through an (e.g. already previously) opened exhaust valve of the cylinder, preferably during an exhaust stroke of the cylinder, from the exhaust gas line into the combustion chamber of the cylinder.
In einer Ausführungsvariante erfolgt das Zuführen von Abgas aus der Verbrennungskammer des Zylinders in den Einlasskanal des Zylinders durch den Druckpuls mittels Öffnen eines Einlassventils des Zylinders, vorzugsweise während eines Auslasstaktes des Zylinders und/o- der während des Druckpulses. In one embodiment variant, exhaust gas is fed from the combustion chamber of the cylinder into the inlet channel of the cylinder by the pressure pulse by opening an inlet valve of the cylinder, preferably during an exhaust stroke of the cylinder and / or during the pressure pulse.
In einer weiteren Ausführungsvariante erfolgt das Zuführen des Abgases aus dem Einlasska- nal des Zylinders in die Verbrennungskammer des Zylinders während eines Einlasstaktes des Zylinders durch ein Öffnen eines Einlassventils des Zylinders. In a further embodiment variant, the exhaust gas is fed from the inlet channel of the cylinder into the combustion chamber of the cylinder during an intake stroke of the cylinder by opening an inlet valve of the cylinder.
In einem Ausführungsbeispiel öffnet das Einlassventil des Zylinders erst, wenn sich der Druck- puls in die Verbrennungskammer des Zylinders ausbreitet. Alternativ oder zusätzlich öffnet das Einlassventil des Zylinders erst, wenn sich der Zylinderdruck in der Verbrennungskammer des Zylinders durch den Druckpuls über einen Ladedruck im Einlasskanal des Zylinders und/o- der der Brennkraftmaschine erhöht. In one exemplary embodiment, the inlet valve of the cylinder only opens when the pressure pulse propagates into the combustion chamber of the cylinder. As an alternative or in addition, the inlet valve of the cylinder only opens when the cylinder pressure in the combustion chamber of the cylinder increases due to the pressure pulse via a boost pressure in the inlet channel of the cylinder and / or the internal combustion engine.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel schließt das Einlassventil des Zylinders, wenn oder bevor der Zylinderdruck in der Verbrennungskammer des Zylinders wieder unter einen Lade- druck im Einlasskanal des Zylinders und/oder der Brennkraftmaschine sinkt. In a further exemplary embodiment, the inlet valve of the cylinder closes if or before the cylinder pressure in the combustion chamber of the cylinder again drops below a boost pressure in the inlet channel of the cylinder and / or the internal combustion engine.
In einer Ausführungsform öffnet das Einlassventil des Zylinders zu Beginn des Auslasstaktes des weiteren Zylinders und/oder das Einlassventil des Zylinders öffnet bei Öffnung des Aus- lassventils des weiteren Zylinders. Alternativ oder zusätzlich öffnet das Einlassventil des Zy- linders im Auslasstakt des Zylinders und/oder schließt vor Ende des Auslasstaktes des Zylin- ders. In one embodiment, the inlet valve of the cylinder opens at the beginning of the outlet stroke of the further cylinder and / or the inlet valve of the cylinder opens when the outlet valve of the further cylinder opens. Alternatively or additionally, the intake valve of the cylinder opens in the exhaust stroke of the cylinder and / or closes before the end of the exhaust stroke of the cylinder.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Einlassventil des Zylinders in einem Bereich zwi- schen 100°KW nach UT (unterer Totpunkt einer Kolbenbewegung eines Kolbens, der dem Zylinder zugeordnet ist) im Arbeitstakt des Zylinders und 150°KW nach UT (unterer Totpunkt der Kolbenbewegung des Kolbens, der dem Zylinder zugeordnet ist) im Auslasstakt des Zylin ders offen. In a further embodiment, the inlet valve of the cylinder is in a range between 100 ° KW after UT (bottom dead center of a piston movement of a piston which is assigned to the cylinder) in the working cycle of the cylinder and 150 ° KW nach UT (bottom dead center of the piston movement of the Piston, which is assigned to the cylinder) open in the exhaust stroke of the cylinder.
In einer Ausführungsvariante öffnet das Einlassventil des Zylinders bei ungefähr oder nach 100°KW nach UT (unterer Totpunkt einer Kolbenbewegung eines Kolbens, der dem Zylinder zugeordnet ist) im Auslasstakt des Zylinders, und/oder das Einlassventil des Zylinders schließt bei ungefähr oder vor 150°KW nach UT (unterer Totpunkt einer Kolbenbewegung eines Kol- bens, der dem Zylinder zugeordnet ist) im Auslasstakt des Zylinders. In one embodiment variant, the inlet valve of the cylinder opens at approximately or after 100 ° KW after UT (bottom dead center of a piston movement of a piston that the cylinder is assigned) in the exhaust stroke of the cylinder, and / or the inlet valve of the cylinder closes at approximately or before 150 ° CA after UT (bottom dead center of a piston movement of a piston which is assigned to the cylinder) in the exhaust stroke of the cylinder.
In einer weiteren Ausführungsvariante ist das Einlassventil des Zylinders im Auslasstakt des Zylinders für ungefähr oder weniger als 50°KW offen. In a further embodiment variant, the intake valve of the cylinder is open for approximately or less than 50 ° KW in the exhaust stroke of the cylinder.
In einem Ausführungsbeispiel ist ein Maximalhub des Einlassventils des Zylinders während des Auslasstaktes des Zylinders kleiner als ein Maximalhub des Einlassventils des Zylinders während eines Einlasstaktes des Zylinders. In one embodiment, a maximum stroke of the intake valve of the cylinder during the exhaust stroke of the cylinder is smaller than a maximum stroke of the intake valve of the cylinder during an intake stroke of the cylinder.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist ein Maximalhub des Einlassventils des Zylinders während des Auslasstaktes des Zylinders kleiner als 1/3 oder kleiner als 1/4 eines Maximal- hubs des Einlassventils des Zylinders während eines Einlasstaktes des Zylinders. In a further exemplary embodiment, a maximum stroke of the intake valve of the cylinder during the exhaust stroke of the cylinder is less than 1/3 or less than 1/4 of a maximum stroke of the intake valve of the cylinder during an intake stroke of the cylinder.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist ein Maximalhub des Einlassventils des Zylinders während des Auslasstaktes des Zylinders kleiner als 3 mm, vorzugsweise zwischen 1 mm und 2 mm. Beispielsweise kann ein Maximalhub des Einlassventils des Zylinders während des Einlasstaktes des Zylinders rund 10 mm betragen. In a further exemplary embodiment, a maximum stroke of the intake valve of the cylinder during the exhaust stroke of the cylinder is less than 3 mm, preferably between 1 mm and 2 mm. For example, a maximum stroke of the intake valve of the cylinder during the intake stroke of the cylinder can be around 10 mm.
In einer Ausführungsform ist eine Ventilsteuerkurve des Einlassventils des Zylinders unverän- derlich und/oder eine Ventilsteuerkurve des Einlassventils des Zylinders ist durch einen nicht- schaltbaren und/oder starren Nocken einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine bewirkt. In one embodiment, a valve control curve of the intake valve of the cylinder is invariable and / or a valve control curve of the intake valve of the cylinder is brought about by a non-switchable and / or rigid cam of a camshaft of the internal combustion engine.
In einer weiteren Ausführungsform ist eine Betätigungsvorrichtung, vorzugsweise ein Ventil trieb, zum Betätigen des Einlassventils des Zylinders starr und/oder nicht-schaltbar. Alternativ oder zusätzlich ist eine Ventilsteuerkurve des Einlassventils des Zylinders unter Schwachlast der Brennkraftmaschine wie unter Mittellast und/oder unter Volllast der Brennkraftmaschine. In a further embodiment, an actuating device, preferably a valve, is rigid and / or non-switchable for actuating the inlet valve of the cylinder. Alternatively or additionally, a valve control curve of the intake valve of the cylinder is under low load of the internal combustion engine, such as under medium load and / or under full load of the internal combustion engine.
In einer Ausführungsvariante weist das Verfahren ferner ein Betreiben der Brennkraftmaschine unter Schwachlast während des Erzeugens des Druckpulses, des Zuführens von Abgas aus der Verbrennungskammer und/oder des Zuführens des Abgases aus dem Einlasskanal auf. In an embodiment variant, the method further comprises operating the internal combustion engine under low load during the generation of the pressure pulse, the supply of exhaust gas from the combustion chamber and / or the supply of the exhaust gas from the inlet duct.
In einer weiteren Ausführungsvariante weist das Verfahren ferner ein Betreiben der Brenn- kraftmaschine in einem Bereich bis 30 %, bis 35 % und/oder bis 40% Last (Teillast bzw. % einer Nennlast der Brennkraftmaschine) und/oder in einem Niedrigdrehzahlbereich, vorzugs- weise zwischen 800 U/min und 1400 U/min, während des Erzeugens des Druckpulses, des Zuführens von Abgas aus der Verbrennungskammer und/oder des Zuführens des Abgases aus dem Einlasskanal auf. In a further embodiment variant, the method furthermore operates the internal combustion engine in a range up to 30%, up to 35% and / or up to 40% load (partial load or% of a nominal load of the internal combustion engine) and / or in a low speed range, preferably as between 800 U / min and 1400 U / min, during the generation of the pressure pulse, the Supplying exhaust gas from the combustion chamber and / or supplying the exhaust gas from the inlet duct.
In einem Ausführungsbeispiel wird das Verfahren zum Erhöhen einer Abgastemperatur in dem Abgasstrang, vorzugsweise unter Schwachlast der Brennkraftmaschine, durchgeführt, vor- zugsweise zum Steigern einer Umsatzrate eines SCR-Katalysators in dem Abgasstrang. In one exemplary embodiment, the method for increasing an exhaust gas temperature in the exhaust line, preferably under low load of the internal combustion engine, is carried out, preferably for increasing a conversion rate of an SCR catalytic converter in the exhaust line.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die Brennkraftmaschine eine Mehrzahl von Zy - lindern (z. B. 4, 6, 8, 10, 12 oder mehr) auf und das Verfahren wird für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine angewendet. In a further exemplary embodiment, the internal combustion engine has a plurality of cylinders (for example 4, 6, 8, 10, 12 or more) and the method is used for each cylinder of the internal combustion engine.
Die Erfindung betrifft auch eine Brennkraftmaschine oder ein Nutzfahrzeug (z. B. Omnibus oder Lastkraftwagen) mit einer Brennkraftmaschine, die zum Ausführen eines Verfahrens wie hierin ausgebildet ist. The invention also relates to an internal combustion engine or a commercial vehicle (eg bus or lorry) with an internal combustion engine, which is designed to carry out a method as herein.
Es ist auch möglich, das Verfahren wie hierin offenbart für Personenkraftwagen, Großmotoren, gelandegängige Fahrzeuge, stationäre Motoren, Marinemotoren usw. zu verwenden. It is also possible to use the method as disclosed herein for automobiles, large engines, off-road vehicles, stationary engines, marine engines, etc.
Die zuvor beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen und Merkmale der Erfindung sind beliebig miteinander kombinierbar. Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen: The preferred embodiments and features of the invention described above can be combined with one another as desired. Further details and advantages of the invention are described below with reference to the accompanying drawings. Show it:
Figur 1 eine schematische Brennkraftmaschine, die zum Ausführen eines Verfahrens ge- mäß der vorliegenden Offenbarung geeignet ist; FIG. 1 shows a schematic internal combustion engine that is suitable for carrying out a method according to the present disclosure;
Figur 2 ein Diagramm, das verschiedene Druckwerte über einen Kurbelwellenwinkel einer Figure 2 is a diagram showing various pressure values over a crankshaft angle
Brennkraftmaschine zeigt;  Shows internal combustion engine;
Figur 3 ein Diagramm, das verschiedene Druckwerte und Ventilsteuerkurven über einen Figure 3 is a diagram showing various pressure values and valve control curves over a
Kurbelwellenwinkel einer Brennkraftmaschine gemäß der vorliegenden Offenba- rung zeigt; und  Shows crankshaft angle of an internal combustion engine according to the present disclosure; and
Figur 4 ein schematisches Ablaufdiagramm für ein beispielhaftes Verfahrens gemäß der vorliegenden Offenbarung. Figure 4 is a schematic flow diagram for an exemplary method according to the present disclosure.
Die in den Figuren gezeigten Ausführungsformen stimmen zumindest teilweise überein, so dass ähnliche oder identische Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind und zu deren Erläuterung auch auf die Beschreibung der anderen Ausführungsformen bzw. Figuren verwiesen wird, um Wiederholungen zu vermeiden. The embodiments shown in the figures are at least partially identical, so that similar or identical parts are provided with the same reference numerals the explanation of which is also referred to the description of the other embodiments or figures in order to avoid repetitions.
Die Figur 1 zeigt eine Brennkraftmaschine 10. Die Brennkraftmaschine 10 ist als eine Mehrzy- linder-Brennkraftmaschine ausgeführt, vorzugsweise als Sechszylinder-Reihenmotor. Die Brennkraftmaschine kann allerdings auch mehr oder weniger Zylinder und/oder eine andere Anordnung von Zylindern aufweisen. Vorzugsweise ist die Brennkraftmaschine 10 als Viertakt- Brennkraftmaschine ausgebildet. Vorzugsweise kann die Brennkraftmaschine 10 als eine Die- sel-Brennkraftmaschine ausgebildet sein. Zweckmäßig kann die Brennkraftmaschine 10 in ei- nem Kraftfahrzeug, vorzugsweise einem Nutzfahrzeug (zum Beispiel Lastkraftwagen oder Omnibus, umfasst sein. FIG. 1 shows an internal combustion engine 10. The internal combustion engine 10 is designed as a multi-cylinder internal combustion engine, preferably as a six-cylinder in-line engine. However, the internal combustion engine can also have more or fewer cylinders and / or another arrangement of cylinders. The internal combustion engine 10 is preferably designed as a four-stroke internal combustion engine. The internal combustion engine 10 can preferably be designed as a diesel internal combustion engine. The internal combustion engine 10 can expediently be comprised in a motor vehicle, preferably a commercial vehicle (for example a truck or bus).
Die beispielhafte Brennkraftmaschine 10 weist einen ersten bis sechsten Zylinder 12 auf. Die Zylinder 12 werden um 120° Kurbelwellenwinkel (KW) phasenversetzt zueinander betrieben. Beispielsweise kann der fünfte Zylinder der mehreren Zylinder 12 um -120° KW phasenver- setzt zu dem ersten Zylinder der mehreren Zylinder 12 sein, usw.. Während beispielsweise beim fünften Zylinder der Zylinder 12 der Auslasstakt beginnt, befindet sich der erste Zylinder der mehreren Zylinder 12 bereits mitten im Auslasstakt. Weist die Brennkraftmaschine 10 eine andere Anzahl an Zylindern auf, sind die Zylinder dementsprechend anders zueinander Pha- sen versetzt, zum Beispiel -720°KW / Anzahl der Zylinder. The exemplary internal combustion engine 10 has a first to sixth cylinder 12. The cylinders 12 are operated out of phase with one another by 120 ° crankshaft angle (KW). For example, the fifth cylinder of the plurality of cylinders 12 may be out of phase with the first cylinder of the plurality of cylinders 12 by -120 ° KW, etc. While, for example, the exhaust stroke begins in the fifth cylinder 12, the first cylinder of the plurality of cylinders is located 12 already in the middle of the exhaust stroke. If the internal combustion engine 10 has a different number of cylinders, the cylinders are accordingly differently offset from one another in phases, for example -720 ° KW / number of cylinders.
Die Zylinder 12 weisen jeweils mindestens einen Einlasskanal 14, eine Verbrennungskammer 16 und mindestens einen Auslasskanal 18 auf. Die Einlasskanäle 14 und die Auslasskanäle 16 können beispielsweise in einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine 10 angeordnet sein. Über die Einlasskanäle 16 kann z. B. Ladeluft zu den Verbrennungskammern 16 zugeführt werden. Über die Auslasskanäle 18 kann Abgas aus den Verbrennungskammern 16 abgeführt werden. The cylinders 12 each have at least one inlet duct 14, a combustion chamber 16 and at least one outlet duct 18. The inlet channels 14 and the outlet channels 16 can be arranged, for example, in a cylinder head of the internal combustion engine 10. About the inlet channels 16 z. B. charge air to the combustion chambers 16 are supplied. Exhaust gas can be discharged from the combustion chambers 16 via the outlet channels 18.
Die Zylinder 12 weisen zudem jeweils mindestens ein Einlassventil 20 und mindestens ein Auslassventil 22 auf, vorzugsweise jeweils zwei Einlassventile 20 und zwei Auslassventile 22 je Zylinder 12. Mittels der Einlassventile 20 kann eine Fluidverbindung zwischen den Einlass- kanälen 14 und den jeweiligen Verbrennungskammer 16 der Zylinder 12 hergestellt werden. Mittels der Auslassventile 22 kann eine Fluidverbindung zwischen den Verbrennungskammern 16 und den jeweiligen Auslasskanälen hergestellt werden. Die Einlassventile 20 und Auslass- ventile 22 können in einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine 10 angeordnet sein. Bei- spielsweise können die Einlassventile 20 und die Auslassventile 22 als Tellerventile ausgebil- det sein. The cylinders 12 also each have at least one intake valve 20 and at least one exhaust valve 22, preferably two intake valves 20 and two exhaust valves 22 per cylinder 12. The intake valves 20 can be used to establish a fluid connection between the intake channels 14 and the respective combustion chamber 16 of the cylinders 12 are manufactured. Using the exhaust valves 22, a fluid connection can be established between the combustion chambers 16 and the respective exhaust channels. The intake valves 20 and exhaust Valves 22 can be arranged in a cylinder head of internal combustion engine 10. For example, the inlet valves 20 and the outlet valves 22 can be designed as poppet valves.
Die Brennkraftmaschine 10 weist einen Abgasstrang 24 auf. Der Abgasstrang 24 ist beispiels- weise zweiflutig ausgebildet, wie dargestellt ist, mit einer ersten Abgassammelleitung 26 und einer zweiten Abgassammelleitung 28. Die erste Abgassammelleitung 26 verbindet die Aus- lasskanäle 18 der ersten drei Zylinder der mehreren Zylinder 12 mit einer Abgasturbine 30 eines Abgasturboladers. Die erste Abgassammelleitung 26 führt Abgas aus den ersten drei Zylindern der mehreren Zylinder 12 zu der Abgasturbine 30 zu. Die zweite Abgassammellei- tung 28 verbindet die anderen drei Zylinder der mehreren Zylinder 12 mit der Abgasturbine 30, um Abgas zu der Abgasturbine 30 zuzuführen. Der Abgasstrang 24 kann auch mehr oder weniger Abgasfluten oder Abgassammelleitungen aufweisen. The internal combustion engine 10 has an exhaust line 24. The exhaust line 24 is configured, for example, as a double flow, as shown, with a first exhaust manifold 26 and a second exhaust manifold 28. The first exhaust manifold 26 connects the exhaust ports 18 of the first three cylinders of the plurality of cylinders 12 to an exhaust gas turbine 30 of an exhaust gas turbocharger. The first exhaust manifold 26 supplies exhaust gas from the first three cylinders of the plurality of cylinders 12 to the exhaust gas turbine 30. The second exhaust manifold 28 connects the other three cylinders of the plurality of cylinders 12 to the exhaust turbine 30 to supply exhaust gas to the exhaust turbine 30. The exhaust line 24 can also have more or less exhaust gas flows or exhaust manifolds.
Diejenigen Zylinder der mehreren Zylinder 12, deren Auslasskanäle 18 direkt mit einer ge- meinsamen Abgassammelleitung 26 oder 28 verbunden sind, können insbesondere jeweils um 240°KW phasenversetzt betrieben werden. Those cylinders of the plurality of cylinders 12, the outlet channels 18 of which are connected directly to a common exhaust gas manifold 26 or 28, can in particular be operated out of phase by 240 ° KW.
Stromabwärts der Abgasturbine 30 kann eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung 32 angeord- net sein. Die Abgasnachbehandlungsvorrichtung 32 kann insbesondere eine Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden im Abgas bzw. eine SCR-Katalysatorvor- richtung (engl. SCR = selective catalytic reduction) 34 aufweisen. Eine Stickoxidumsetzungs- rate der SCR-Katalysatorvorrichtung 34 kann temperaturabhängig sein. Insbesondere bei niedrigen Abgastemperaturen, z. B. beim Motorstart oder beim Schwachlastbetrieb der Brenn- kraftmaschine 10, kann eine Abgastemperatur zu niedrig für eine gewünschte Stickoxidumset- zungsrate sein. An exhaust gas aftertreatment device 32 can be arranged downstream of the exhaust gas turbine 30. The exhaust gas aftertreatment device 32 can in particular have a device for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides in the exhaust gas or an SCR catalytic converter device (SCR = selective catalytic reduction) 34. A nitrogen oxide conversion rate of the SCR catalyst device 34 can be temperature-dependent. Especially at low exhaust gas temperatures, e.g. For example, when starting the engine or during low-load operation of the internal combustion engine 10, an exhaust gas temperature may be too low for a desired nitrogen oxide conversion rate.
Das hierin offenbarte Verfahren sowie eine Brennkraftmaschine, die das hierin offenbarte Ver- fahren ausführt, sind in der Lage, unter Ausnutzung eines Druckpulses im Abgasstrang und mittels eines zweifachen Einlassventilhubs eine Abgastemperatur beim Schwachlastbetrieb anzuheben. The method disclosed herein and an internal combustion engine that executes the method disclosed herein are able to raise an exhaust gas temperature during low-load operation using a pressure pulse in the exhaust system and by means of a double intake valve lift.
Die Figur 2 zeigt unterschiedliche Druckverläufe während eines Arbeitstaktes der Brennkraft- maschine 10 bezogen auf einen der mehreren Zylinder 12 (nachfolgend der„betrachtete Zy- linder 12“) für einen Schwachlastbetriebspunkt. Die strichpunktierte Kurve A entspricht einem beispielhaften Druckverlauf in dem Einlasskanal 14 des betrachteten Zylinders 12. Die gepunktete Kurve B entspricht einem beispielhaften Druckverlauf in dem jeweiligen Auslasskanal 18 des betrachteten Zylinders 12. Die durchge- zogene Kurve C entspricht einem beispielhaften Druckverlauf eines Zylinderdrucks in der Ver- brennungskammer 16 des betrachteten Zylinders 12. FIG. 2 shows different pressure profiles during an operating cycle of the internal combustion engine 10 in relation to one of the several cylinders 12 (hereinafter the “cylinder 12 in question”) for a low-load operating point. The dash-dotted curve A corresponds to an exemplary pressure curve in the inlet channel 14 of the cylinder 12 in question. The dotted curve B corresponds to an exemplary pressure curve in the respective outlet channel 18 of the cylinder 12 in question. The solid curve C corresponds to an exemplary pressure curve of a cylinder pressure in the ver combustion chamber 16 of the cylinder 12 in question.
Die Kurve A zeigt, dass der Druck im Einlasskanal 14 des betrachteten Zylinders 12 im We- sentlichen konstant ist. Der Druck sinkt leicht ab, wenn das Einlassventil 20 des betrachteten Zylinders 12 im Ansaugtakt bzw. Einlasstakt offen ist. Im Ansaugtakt strömt Ladeluft in die Verbrennungskammer 16 des betrachteten Zylinders 12. Während der anderen Takte ist der Druck im Einlasskanal 14 im Wesentlichen gleichbleibend, mit leichten Schwankungen, die beispielsweise durch das Öffnen und Schließen anderer Einlassventile 20 anderer Zylinder 12 bewirkt werden. Beispielsweise kann der Druck im Einlasskanal 14 zwischen 1 ,3 bar und 1 ,4 bar betragen, wenn die Brennkraftmaschine 10 unter Schwachlast betrieben wird, wie beispiel- haft dargestellt ist. Curve A shows that the pressure in the inlet duct 14 of the cylinder 12 under consideration is essentially constant. The pressure drops slightly when the intake valve 20 of the cylinder 12 under consideration is open in the intake stroke. In the intake stroke, charge air flows into the combustion chamber 16 of the cylinder 12 under consideration. During the other strokes, the pressure in the intake port 14 is essentially constant, with slight fluctuations, which are caused, for example, by opening and closing other intake valves 20 of other cylinders 12. For example, the pressure in the inlet duct 14 can be between 1.3 bar and 1.4 bar when the internal combustion engine 10 is operated under low load, as is shown by way of example.
Die Kurve B zeigt, dass ein Druck im Auslasskanal 18 des betrachteten Zylinders 12 während eines Zyklus vergleichsweise stark schwankt. Bei Öffnung des Auslassventils 22 des betrach- teten Zylinders 12 zum Ende des Expansionstaktes hin steigt der Druck stark an und wird allmählich abgebaut, entsprechend einem Zylinderdruckverlauf C in diesem Bereich. Daneben kommt es zu weiteren Druckpulsationen im Auslasskanal 18 des betrachteten Zylinders 12, und zwar alle 120°KW. Die Druckpositionen werden bewirkt durch die Öffnung der Auslass- ventile 22 der anderen Zylinder 12. Im dargestellten Beispiel werden die hohen Druckpulse während des Verdichtungstaktes und des Ansaugtakt durch diejenigen Zylinder 12 bewirkt, die an der gleichen Abgassammelleitung 26 oder 28 angeschlossen sind, wie der betrachtete Zy- linder 12. Die niedrigeren Druckpulse während des Expansionstaktes, des Ausschiebetaktes und am Ende des Ansaugtaktes bis in den Verdichtungstakt hinein werden durch diejenigen Zylinder 12 bewirkt, die an der anderen Abgassammelleitung 26 oder 28 angeschlossen sind als der betrachtete Zylinder 12. Die Weiterleitung der niedrigeren Druckpulse erfolgt über eine Verbindung der Abgassammelleitungen 26 und 28 durch die Abgasturbine 30. Diese Verbin- dung ist rein schematisch durch eine gepunktete Linie in Figur 1 angedeutet und mit der Be- zugszeichen 36 versehen. Curve B shows that a pressure in the outlet channel 18 of the cylinder 12 under consideration fluctuates comparatively strongly during a cycle. When the outlet valve 22 of the cylinder 12 under consideration opens at the end of the expansion stroke, the pressure rises sharply and is gradually reduced, corresponding to a cylinder pressure curve C in this area. In addition, there are further pressure pulsations in the outlet channel 18 of the cylinder 12 under consideration, namely every 120 ° KW. The pressure positions are caused by the opening of the exhaust valves 22 of the other cylinders 12. In the example shown, the high pressure pulses during the compression stroke and the intake stroke are caused by those cylinders 12 which are connected to the same exhaust manifold 26 or 28 as the one under consideration Cylinder 12. The lower pressure pulses during the expansion stroke, the push-out stroke and at the end of the intake stroke into the compression stroke are brought about by those cylinders 12 which are connected to the other exhaust manifold 26 or 28 than the cylinder 12 under consideration Lower pressure pulses take place via a connection of the exhaust gas manifolds 26 and 28 through the exhaust gas turbine 30. This connection is indicated purely schematically by a dotted line in FIG. 1 and provided with the reference number 36.
Die Kurve C zeigt, dass ein Zylinderdruck während des Expansionstaktes stark erhöht ist. Zu- sätzlich ist in einem Bereich D dargestellt, dass sich der Zylinderdruck in der zweiten Hälfte des Ausschiebetaktes (Auslasstaktes) nochmals erhöht. Der Grund für die Erhöhung liegt in der Wirkung des Druckpulses im Auslasskanal 18 des betrachteten Zylinders 12 (siehe Kurve B). Dieser Druckpuls wird durch die Öffnung des Auslassventils 22 eines um -120°KW pha- senversetzt betriebenen Zylinders der mehren Zylinder 12 bewirkt. Dieser um -120°KW pha- senversetzt betriebene Zylinder ist in diesem Zeitraum beginnt zu Beginn des Zeitraums sei- nen Auslasstakt, in dem Abgas durch das geöffnete Auslassventil 22 ausgeschoben wird. Curve C shows that a cylinder pressure is greatly increased during the expansion stroke. In addition, it is shown in a region D that the cylinder pressure increases again in the second half of the push-out cycle (exhaust cycle). The reason for the increase is in the effect of the pressure pulse in the exhaust port 18 of the cylinder 12 under consideration (see curve B). This pressure pulse is brought about by the opening of the outlet valve 22 of a cylinder of the several cylinders 12 which is operated in a phase-shifted manner by -120 ° KW. This cylinder, which is operated with a phase shift of -120 ° KW, begins its exhaust stroke in this period at the beginning of the period in which exhaust gas is pushed out through the opened exhaust valve 22.
Es wurde erkannt, dass sich die durch den Druckpuls im Abgasstrang 24 bewirkte Zylinder- druckerhöhung im betrachteten Zylinder 12 derart auswirken kann, dass der Zylinderdruck (Kurve C) durch den Druckpuls (Kurve B) höher ansteigt als der Ladeluftdruck (Kurve A). Im Ausführungsbeispiel mit der sechszylindrigen Brennkraftmaschine ist der Zylinderdruck des betrachteten Zylinders 12 während des Ausschiebetaktes in einem Bereich von ca. 280°KW und 330°KW höher als der Ladedruck. It was recognized that the increase in cylinder pressure caused by the pressure pulse in the exhaust line 24 in the cylinder 12 under consideration can have an effect such that the cylinder pressure (curve C) rises higher than the charge air pressure (curve A) due to the pressure pulse (curve B). In the exemplary embodiment with the six-cylinder internal combustion engine, the cylinder pressure of the cylinder 12 under consideration is higher than the boost pressure in a range of approximately 280 ° KW and 330 ° KW during the push-out cycle.
Diese Erkenntnis kann genutzt werden, um, bewirkt durch den Druckpuls, Restgas aus der Verbrennungskammer 16 des betrachteten Zylinders 12 in den Einlasskanal 14 des betrach- teten Zylinders 12 zu fördern. Es wird vorgeschlagen, das Einlassventil 20 des betrachteten Zylinders 12 während dieser Phase im Auslasstakt, zusätzlich zum Standard-Einlasshub wäh- rend des Ansaugtaktes, zu öffnen, wie in Figur 3 ergänzt ist. This knowledge can be used to convey residual gas, caused by the pressure pulse, from the combustion chamber 16 of the cylinder 12 in question into the inlet channel 14 of the cylinder 12 in question. It is proposed to open the intake valve 20 of the cylinder 12 under consideration during this phase in the exhaust stroke, in addition to the standard intake stroke during the intake stroke, as supplemented in FIG. 3.
Die Figur 3 zeigt zusätzlich zu den Kurven von Figur 2 noch eine Ventilsteuerkurve des Aus- lassventils 22 des betrachteten Zylinders 12 als gepunktete Kurve E und eine Ventilsteuer- kurve des Einlassventils 20 des betrachteten Zylinders 12 als strichpunktierte Kurve F. In addition to the curves in FIG. 2, FIG. 3 also shows a valve control curve of the exhaust valve 22 of the cylinder 12 in question as a dotted curve E and a valve control curve of the inlet valve 20 of the cylinder 12 in question as a dash-dotted curve F.
Die Kurve E zeigt, dass das Auslassventil 22 des betrachteten Zylinders 12 während des Aus- lasstaktes geöffnet ist. Curve E shows that the exhaust valve 22 of the cylinder 12 under consideration is open during the exhaust stroke.
Die Kurve 1 1 zeigt, dass das Einlassventil 20 des betrachteten Zylinders 12 einen Doppelhub ausführt. Das Einlassventil 20 öffnet ein erstes Mal im Auslasstakt und zwar genau während der Druckpuls den Zylinderdruck in der Verbrennungskammer 16 des betrachteten Zylinders 12 über den Ladedruck im Einlasskanal 14 erhöht. Durch das geöffnete Einlassventil 20 strömt dann Restgas in den Einlasskanal 14 des betrachteten Zylinders 12. Das Einlassventil 20 des betrachteten Zylinders 12 schließt dann, bevor der Zylinderdruck in der Verbrennungskammer 16 des betrachteten Zylinders wieder unter den Ladedruck fällt. Das Einlassventil 20 des be- trachteten Zylinders 12 öffnet dann wieder normal im Ansaugtakt. Aus dem Einlasskanal 14 wird im Ansaugtakt Restgas zurück in die Verbrennungskammer 16 des betrachteten Zylinders 21 gespült. Gleichzeitig reduziert sich die Frischluftmasse in der Verbrennungskammer 16 des io Curve 11 shows that the intake valve 20 of the cylinder 12 under consideration performs a double stroke. The intake valve 20 opens for the first time in the exhaust cycle, specifically while the pressure pulse increases the cylinder pressure in the combustion chamber 16 of the cylinder 12 under consideration via the boost pressure in the intake duct 14. Residual gas then flows through the opened inlet valve 20 into the inlet channel 14 of the cylinder 12 in question. The inlet valve 20 of the cylinder 12 in question then closes before the cylinder pressure in the combustion chamber 16 of the cylinder in question falls below the boost pressure again. The inlet valve 20 of the cylinder 12 under consideration then opens again normally in the intake stroke. Residual gas is flushed back from the inlet duct 14 into the combustion chamber 16 of the cylinder 21 under consideration in the intake stroke. At the same time, the fresh air mass in the combustion chamber 16 of the is reduced io
betrachteten Zylinders 12 um die Masse des Restgases. Durch den reduzierten Luft- und somit auch Abgasmassenstrom steigt bei gleichbleibendem Motormoment die Abgastemperatur an, ohne die Ladungswechselarbeit des Motors negativ zu beeinflussen. Die Restgasspülung kann dazu verwendet werden, eine Abgastemperaturerhöhung in dem Abgasstrang 24 unter Schwachlast der Brennkraftmaschine 10 zu bewirken, um eine Stickoxidumsatzrate der SCR- Katalysatorvorrichtung 34 zu erhöhen. considered cylinder 12 around the mass of the residual gas. Due to the reduced air and therefore exhaust gas mass flow, the exhaust gas temperature rises with the engine torque remaining the same, without negatively influencing the engine's gas exchange work. The residual gas purge can be used to bring about an increase in the exhaust gas temperature in the exhaust line 24 under low load of the internal combustion engine 10 in order to increase a nitrogen oxide conversion rate of the SCR catalytic converter device 34.
Über die Hublänge und Hubhöhe des Einlassventils 20 während des Auslasstaktes kann die Restgasmenge im Schwachlastbereich voreingestellt werden. Es ist möglich, dass sich der Zusatzhub des Einlassventils 20 auf die maximal mögliche Nennleistung der Brennkraftma- schine auswirkt. Serienmotoren haben in der Regel in der Nennleistung ein deutlich negatives Spülgefälle, d. h., der Abgasgegendruck ist deutlich höher als der Ladedruck. Dies führt auch in der Nennleistung zu erhöhten Restgasraten. Daher muss die Hubgröße und Hublänge des Zusatzhubs des Einlassventils 20 richtig ausgelegt werden, um die Nennleistung nicht zu re- duzieren. The amount of residual gas in the low-load range can be preset via the stroke length and stroke height of the inlet valve 20 during the exhaust stroke. It is possible that the additional stroke of the inlet valve 20 has an effect on the maximum possible nominal power of the internal combustion engine. Series engines generally have a clearly negative purge gradient in nominal power, i.e. that is, the exhaust gas back pressure is significantly higher than the boost pressure. This also leads to increased residual gas rates in the nominal output. Therefore, the stroke size and stroke length of the additional stroke of the intake valve 20 must be designed correctly in order not to reduce the nominal output.
Bezüglich der Hublänge wird für die beispielhafte Sechszylinder-Brennkraftmaschine 10 vor- geschlagen, dass das Einlassventil 20 des betrachteten Zylinders 12 in einem Bereich zwi- schen 100°KW nach UT im Auslasstakt des betrachteten Zylinders 12 und 150° KW nach UT im Auslasstakt des betrachteten Zylinders 12 offen ist. With regard to the stroke length, it is proposed for the exemplary six-cylinder internal combustion engine 10 that the inlet valve 20 of the cylinder 12 under consideration in a range between 100 ° KW after UT in the exhaust stroke of the cylinder 12 under consideration and 150 ° KW after UT in the exhaust stroke of the considered Cylinder 12 is open.
Bezüglich eines Maximalhubs des Einlassventils 20 des betrachteten Zylinders 12 wird vorge- schlagen, dass dieser während des Auslasstaktes des betrachteten Zylinders 12 kleiner als 1/3 oder kleiner als 1/4 eines Maximalhubs des Einlassventils 20 des betrachteten Zylinders 12 während eines Einlasstaktes des betrachteten Zylinders 12 ist, z. B. rund 1 mm bis 2 mm, wie dargestellt ist. With regard to a maximum stroke of the inlet valve 20 of the cylinder 12 in question, it is proposed that this be less than 1/3 or less than 1/4 of a maximum stroke of the inlet valve 20 of the cylinder 12 in question during the intake stroke of the cylinder 12 in question during an intake stroke of the cylinder in question 12, e.g. B. around 1 mm to 2 mm, as shown.
Damit wurde die Lage, Länge und Höhe des Zusatzhubes so gelegt, das im Sehwachlastbe- reich möglichst viel Restgas in den Einlasskanal 14 gespült wird und bei höheren Motorlasten im Hauptfahrbereich nur eine geringe Veränderung zu„normalen" Steuerzeiten erfolgt. In this way, the position, length and height of the additional stroke were arranged in such a way that as much residual gas as possible is flushed into the intake duct 14 in the visual load range and only a slight change occurs at “normal” control times in the case of higher engine loads in the main driving range.
Durch die vorteilhafte Auslegung des Zusatzhubs des Einlassventils 20 im Auslasstakt wird erreicht, dass der Zusatzhub sowohl unter Teillast als auch unter Volllast durchgeführt werden kann, ohne sich signifikant negativ unter Volllast auszuwirken. Damit muss kein schaltbares System zum wahlweisen Zuschalten des Zusatzhubs des Einlassventils 20 vorgesehen sein. Stattdessen reicht es, wenn das Einlassventil 20 von einem robusten, starren, nicht-schaltba- ren Nocken einer Nockenwelle, oder allgemein über einen starren, nicht-schaltbaren Ventil trieb, betätigt ist, der die gleiche Ventilsteuerkurve für sämtliche Lastbereiche bewirkt. Somit ist die Ventilsteuerkurve des Einlassventils 20 unter Schwachlast der Brennkraftmaschine 10 identisch wie unter Mittellast und unter Volllast der Brennkraftmaschine 10. The advantageous design of the additional stroke of the inlet valve 20 in the exhaust stroke means that the additional stroke can be carried out both under partial load and under full load without having a significantly negative effect under full load. This means that there is no need to provide a switchable system for selectively connecting the additional stroke of the inlet valve 20. Instead, it is sufficient if the inlet valve 20 is actuated by a robust, rigid, non-switchable cam of a camshaft, or generally driven by a rigid, non-switchable valve, which effects the same valve control curve for all load ranges. Thus, the valve control curve of the intake valve 20 under the light load of the internal combustion engine 10 is identical to that under the medium load and under the full load of the internal combustion engine 10.
Aus dem obigen Prinzip der Ausnutzung der Druckpulsationen im Abgasstrang 24 der Brenn- kraftmaschine 10 wurde ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine zum Erhöhen einer Abgastemperatur abgeleitet, das nachfolgend stark vereinfacht unter Bezugnahme auf Figur 4 in Verbindung mit den Figuren 1 bis 3 beschrieben ist. From the above principle of utilizing the pressure pulsations in the exhaust line 24 of the internal combustion engine 10, a method for operating an internal combustion engine for increasing an exhaust gas temperature was derived, which is described in a highly simplified manner below with reference to FIG. 4 in connection with FIGS. 1 to 3.
In einem Verfahrensschritt S10 wird ein Druckpuls in dem Abgasstrang 24 der Brennkraftma- schine 10 erzeugt. Beispielsweise kann der Druckpuls in dem Abgasstrang 24 durch Öffnen des Auslassventils 22 eines der mehreren Zylinder 12 während eines Auslasstaktes dieses Zylinders bewirkt werden, wie unter Bezugnahme auf die Figuren 2 und 3 beschrieben ist. Es ist allerdings im Rahmen der Lehre der vorliegenden Offenbarung möglich, jedweden anderen Druckpuls im Abgasstrang 24 auszunutzen und/oder einen Druckpuls auf andere Art und Weise zu erzeugen. In a method step S10, a pressure pulse is generated in the exhaust line 24 of the internal combustion engine 10. For example, the pressure pulse in the exhaust line 24 can be brought about by opening the exhaust valve 22 of one of the plurality of cylinders 12 during an exhaust stroke of this cylinder, as described with reference to FIGS. 2 and 3. However, within the scope of the teaching of the present disclosure, it is possible to use any other pressure pulse in the exhaust line 24 and / or to generate a pressure pulse in another way.
In einem Verfahrensschritt S12 breitet sich der Druckpuls im Abgasstrang 24 aus. Der Druck- puls dringt durch ein bereits im Auslasstakt geöffnetes Auslassventil 22 eines der mehreren Zylinder 12 in dessen Verbrennungskammer 16 ein und erhöht dort den Zylinderdruck. Der Zylinderdruck wird über den Ladedruck im Einlasskanal 14 desselben Zylinders 12 erhöht (siehe Bereich D in Figur 2 und 3). In a method step S12, the pressure pulse spreads in the exhaust line 24. The pressure pulse penetrates one of the several cylinders 12 into its combustion chamber 16 through an exhaust valve 22 which is already open in the exhaust stroke and increases the cylinder pressure there. The cylinder pressure is increased via the boost pressure in the inlet duct 14 of the same cylinder 12 (see area D in FIGS. 2 and 3).
In einem Verfahrensschritt S14 wird Abgas bzw. Restgas aus der Verbrennungskammer 16 in den Einlasskanal 14 zugeführt. Die Zuführung wird ermöglicht durch den Zusatzhub des Ein- lassventils 20 des Zylinders während des Auslasstaktes (siehe Figur 3). Das Einlassventil 20 wird erst geöffnet, nachdem der Zylinderdruck über den Ladedruck erhöht wurde. Das Einlass- ventil 20 wird geschlossen, bevor der Zylinderdruck unter den Ladedruck fällt. In a method step S14, exhaust gas or residual gas is fed from the combustion chamber 16 into the inlet duct 14. The supply is made possible by the additional stroke of the intake valve 20 of the cylinder during the exhaust stroke (see FIG. 3). The inlet valve 20 is only opened after the cylinder pressure has been increased above the boost pressure. The intake valve 20 is closed before the cylinder pressure falls below the boost pressure.
In einem Verfahrensschritt S16 wird das Abgas aus dem Einlasskanal 14 in die Verbrennungs- kammer des Zylinders 12 während des Einlasstaktes zurückgespült. Wie zuvor erklärt, kann dadurch eine Abgastemperatur in der Schwachlast erhöht werden, um eine Stickoxidumset- zungsrate der SCR-Katalysatorvorrichtung zu erhöhen. Auch wenn das Verfahren nur für einen der Zylinder 12 beschrieben ist, kann es prinzipiell für jeden der mehreren Zylinder 12 angewendet werden. Dann bewirkt beispielsweise jeweils ein anderer, phasenversetzt betriebener Zylinder den Druckpuls im Abgasstrang 24. In a method step S16, the exhaust gas is flushed back from the intake duct 14 into the combustion chamber of the cylinder 12 during the intake stroke. As previously explained, this may increase an exhaust gas temperature in the low load to increase a nitrogen oxide conversion rate of the SCR catalyst device. Even if the method is only described for one of the cylinders 12, it can in principle be used for each of the plurality of cylinders 12. Then, for example, a different cylinder operated out of phase causes the pressure pulse in the exhaust line 24.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen. Insbesondere beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von den in Bezug genommenen Ansprüchen. Insbesondere sind die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 unabhängig voneinander offenbart. Zu- sätzlich sind auch die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von sämtlichen Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 offenbart. Alle Bereichsangaben hierin sind derart offenbart zu verstehen, dass gleichsam alle in den jeweiligen Bereich fallenden Werte einzeln offenbart sind, z. B. auch als jeweilige bevorzugte Außengrenzen des jeweiligen Bereichs. The invention is not restricted to the preferred exemplary embodiments described above. Rather, a large number of variants and modifications are possible which also make use of the inventive idea and therefore fall within the scope of protection. In particular, the invention also claims protection for the subject and the features of the subclaims independently of the claims referred to. In particular, the features of independent claim 1 are disclosed independently of one another. In addition, the features of the subclaims are also disclosed independently of all the features of independent claim 1. All of the range indications herein are to be understood as meaning that, as it were, all values falling within the respective range are disclosed individually, e.g. B. also as the respective preferred external borders of the respective area.
Bezugszeichenliste Reference list
10 Brennkraftmaschine 10 internal combustion engine
12 Zylinder  12 cylinders
14 Einlasskanäle  14 inlet channels
16 Verbrennungskammern 16 combustion chambers
18 Auslasskanäle  18 outlet channels
20 Einlassventile 20 intake valves
22 Auslassventile 22 exhaust valves
24 Abgasstrang 24 exhaust system
26 Erste Abgassammelleitung 28 Zweite Abgassammelleitung 30 Abgasturbine 26 First exhaust manifold 28 Second exhaust manifold 30 Exhaust turbine
32 Abgasnachbehandlungsvorrichtung 34 SCR-Katalysatorvorrichtung 36 Verbindung 32 exhaust gas aftertreatment device 34 SCR catalytic device 36 connection
A-C Druckverläufe A-C pressure curves
D Druckpuls  D pressure pulse
E-F Ventilsteuerkurven  E-F valve timing curves

Claims

Patentansprüche Claims
1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (10), aufweisend: 1. A method for operating an internal combustion engine (10), comprising:
Erzeugen eines Druckpulses in einem Abgasstrang (24) der Brennkraftmaschine Generating a pressure pulse in an exhaust line (24) of the internal combustion engine
(10); (10);
Zuführen von Abgas aus einer Verbrennungskammer (16) eines Zylinders (12) während eines Auslasstaktes des Zylinders (12) in einen Einlasskanal (14) des Zylinders (12) durch eine Ausbreitung des Druckpulses aus dem Abgasstrang (24) in die Verbren- nungskammer (16) des Zylinders (12); und  Feeding exhaust gas from a combustion chamber (16) of a cylinder (12) during an exhaust stroke of the cylinder (12) into an inlet channel (14) of the cylinder (12) by spreading the pressure pulse from the exhaust gas line (24) into the combustion chamber ( 16) of the cylinder (12); and
Zuführen des Abgases aus dem Einlasskanal (14) des Zylinders (12) in die Ver- brennungskammer (16) des Zylinders (12) während eines Einlasstaktes des Zylinders (12).  Feeding the exhaust gas from the inlet channel (14) of the cylinder (12) into the combustion chamber (16) of the cylinder (12) during an intake stroke of the cylinder (12).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei: 2. The method of claim 1, wherein:
der Druckpuls in dem Abgasstrang (24) durch Öffnen eines Auslassventils (22) ei- nes weiteren Zylinders (12) der Brennkraftmaschine (10) während eines Auslasstaktes des weiteren Zylinders (12) erzeugt wird.  the pressure pulse in the exhaust line (24) is generated by opening an exhaust valve (22) of a further cylinder (12) of the internal combustion engine (10) during an exhaust stroke of the further cylinder (12).
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei: 3. The method of claim 2, wherein:
der weitere Zylinder (12) phasenversetzt zu dem Zylinder (12) betrieben wird, vor- zugsweise um ungefähr -120°KW phasenversetzt und/oder um -720°KW/Zylinderanzahl der Brennkraftmaschine (10).  the further cylinder (12) is operated out of phase with the cylinder (12), preferably out of phase by approximately -120 ° KW and / or by -720 ° KW / number of cylinders of the internal combustion engine (10).
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei: 4. The method according to any one of the preceding claims, wherein:
das Zuführen von Abgas aus der Verbrennungskammer (16) des Zylinders (12) erst durch eine Erhöhung eines Zylinderdrucks in der Verbrennungskammer (16) des Zylinders (12) durch den Druckpuls bewirkt wird, vorzugsweise durch eine Erhöhung über einen Ladedruck im Einlasskanal (14) des Zylinders (12) und/oder der Brennkraftmaschine (10).  the supply of exhaust gas from the combustion chamber (16) of the cylinder (12) is brought about only by an increase in a cylinder pressure in the combustion chamber (16) of the cylinder (12) by the pressure pulse, preferably by an increase in the boost pressure in the inlet duct (14) of the cylinder (12) and / or the internal combustion engine (10).
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei: 5. The method according to any one of the preceding claims, wherein:
der Druckpuls sich durch ein geöffnetes Auslassventil (22) des Zylinders (12), vor- zugsweise während eines Auslasstaktes des Zylinders (12), aus dem Abgasstrang (24) in die Verbrennungskammer (16) des Zylinders (12) ausbreitet. the pressure pulse propagates through an open exhaust valve (22) of the cylinder (12), preferably during an exhaust stroke of the cylinder (12), from the exhaust line (24) into the combustion chamber (16) of the cylinder (12).
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei: 6. The method according to any one of the preceding claims, wherein:
das Zuführen von Abgas aus der Verbrennungskammer (16) des Zylinders (12) in den Einlasskanal (14) des Zylinders (12) durch den Druckpuls mittels Öffnen eines Ein- lassventils (20) des Zylinders (12), vorzugsweise während eines Auslasstaktes des Zylin- ders (12) und/oder während des Druckpulses, erfolgt; und/oder  the supply of exhaust gas from the combustion chamber (16) of the cylinder (12) into the inlet channel (14) of the cylinder (12) by the pressure pulse by opening an inlet valve (20) of the cylinder (12), preferably during an exhaust stroke of the cylinder - The (12) and / or during the pressure pulse takes place; and or
das Zuführen des Abgases aus dem Einlasskanal (14) des Zylinders (12) in die Verbrennungskammer (16) des Zylinders (12) während eines Einlasstaktes des Zylinders (12) durch ein Öffnen eines Einlassventils (20) des Zylinders (12) erfolgt.  the exhaust gas is fed from the inlet channel (14) of the cylinder (12) into the combustion chamber (16) of the cylinder (12) during an intake stroke of the cylinder (12) by opening an inlet valve (20) of the cylinder (12).
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei: 7. The method of claim 6, wherein:
das Einlassventil (20) des Zylinders (12) erst öffnet, wenn sich der Druckpuls in die Verbrennungskammer (16) des Zylinders (12) ausbreitet; und/oder  the inlet valve (20) of the cylinder (12) only opens when the pressure pulse propagates into the combustion chamber (16) of the cylinder (12); and or
das Einlassventil (20) des Zylinders (12) erst öffnet, wenn der Zylinderdruck in der Verbrennungskammer (16) des Zylinders (12) durch den Druckpuls über einen Ladedruck im Einlasskanal (14) des Zylinders (12) und/oder der Brennkraftmaschine (10) erhöht ist; und/oder  the inlet valve (20) of the cylinder (12) only opens when the cylinder pressure in the combustion chamber (16) of the cylinder (12) is triggered by the pressure pulse via a boost pressure in the inlet channel (14) of the cylinder (12) and / or the internal combustion engine (10 ) is increased; and or
das Einlassventil (20) des Zylinders (12) schließt, wenn oder bevor der Zylinder- druck in der Verbrennungskammer (16) des Zylinders (12) wieder unter einen Ladedruck im Einlasskanal (14) des Zylinders (12) und/oder der Brennkraftmaschine (10) sinkt.  the inlet valve (20) of the cylinder (12) closes if or before the cylinder pressure in the combustion chamber (16) of the cylinder (12) again falls below a boost pressure in the inlet channel (14) of the cylinder (12) and / or the internal combustion engine ( 10) drops.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, wobei: 8. The method of claim 6 or claim 7, wherein:
das Einlassventil (20) des Zylinders (12) zu Beginn des Auslasstaktes des weiteren Zylinders (12) öffnet; und/oder  the inlet valve (20) of the cylinder (12) opens at the beginning of the exhaust stroke of the further cylinder (12); and or
das Einlassventil (20) des Zylinders (12) bei Öffnung des Auslassventils (22) des weiteren Zylinders (12) öffnet; und/oder  the inlet valve (20) of the cylinder (12) opens when the outlet valve (22) of the further cylinder (12) opens; and or
das Einlassventil (20) des Zylinders (12) im Auslasstakt des Zylinders (12) öffnet und vor Ende des Auslasstaktes des Zylinders (12) schließt.  the inlet valve (20) of the cylinder (12) opens in the exhaust stroke of the cylinder (12) and closes before the end of the exhaust stroke of the cylinder (12).
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei: 9. The method according to any one of claims 6 to 8, wherein:
das Einlassventil (20) des Zylinders (12) in einem Bereich zwischen 100°KW nach UT im Arbeitstakt des Zylinders (12) und 150° KW nach UT im Auslasstakt des Zylinders (12) offen ist; und/oder  the inlet valve (20) of the cylinder (12) is open in a range between 100 ° KW after UT in the working cycle of the cylinder (12) and 150 ° KW after UT in the exhaust stroke of the cylinder (12); and or
das Einlassventil (20) des Zylinders (12) bei ungefähr oder nach 100°KW nach UT im Auslasstakt des Zylinders (12) öffnet; und/oder  the inlet valve (20) of the cylinder (12) opens at approximately or after 100 ° CA after UT in the exhaust stroke of the cylinder (12); and or
das Einlassventil (20) des Zylinders (12) bei ungefähr oder vor 150°KW nach UT im Auslasstakt des Zylinders (12) schließt; und/oder das Einlassventil (20) des Zylinders (12) im Auslasstakt des Zylinders (12) für un- gefähr oder weniger als 50°KW offen ist. the inlet valve (20) of the cylinder (12) closes at approximately or before 150 ° CA after UT in the exhaust stroke of the cylinder (12); and or the inlet valve (20) of the cylinder (12) in the exhaust stroke of the cylinder (12) is open for approximately or less than 50 ° KW.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei: 10. The method according to any one of claims 6 to 9, wherein:
ein Maximalhub des Einlassventils (20) des Zylinders (12) während des Auslasstak- tes des Zylinders (12) kleiner als ein Maximalhub des Einlassventils (20) des Zylinders (12) während eines Einlasstaktes des Zylinders (12) ist; und/oder  a maximum stroke of the intake valve (20) of the cylinder (12) during the exhaust stroke of the cylinder (12) is less than a maximum stroke of the intake valve (20) of the cylinder (12) during an intake stroke of the cylinder (12); and or
ein Maximalhub des Einlassventils (20) des Zylinders (12) während des Auslasstak- tes des Zylinders (12) kleiner als 1/3 oder kleiner als 1/4 eines Maximalhubs des Einlass- ventils (20) des Zylinders (12) während eines Einlasstaktes des Zylinders (12) ist; und/oder ein Maximalhub des Einlassventils (20) des Zylinders (12) während des Auslasstak- tes des Zylinders (12) kleiner als 3 mm, vorzugsweise zwischen 1 mm und 2 mm, ist.  a maximum stroke of the inlet valve (20) of the cylinder (12) during the exhaust stroke of the cylinder (12) is less than 1/3 or less than 1/4 of a maximum stroke of the inlet valve (20) of the cylinder (12) during an intake stroke of the cylinder (12); and / or a maximum stroke of the inlet valve (20) of the cylinder (12) during the exhaust stroke of the cylinder (12) is less than 3 mm, preferably between 1 mm and 2 mm.
1 1. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei: 1 1. The method according to any one of claims 6 to 10, wherein:
eine Ventilsteuerkurve des Einlassventils (20) des Zylinders (12) unveränderlich ist; und/oder  a valve timing curve of the intake valve (20) of the cylinder (12) is invariable; and or
eine Ventilsteuerkurve des Einlassventils (20) des Zylinders (12) durch einen nicht- schaltbaren und/oder starren Nocken einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine (10) be- wirkt ist, und/oder  a valve control curve of the inlet valve (20) of the cylinder (12) is effected by a non-switchable and / or rigid cam of a camshaft of the internal combustion engine (10), and / or
eine Betätigungsvorrichtung, vorzugsweise ein Ventiltrieb, zum Betätigen des Ein- lassventils (20) des Zylinders (12) starr und/oder nicht-schaltbar ist; und/oder  an actuating device, preferably a valve train, for actuating the inlet valve (20) of the cylinder (12) is rigid and / or non-switchable; and or
eine Ventilsteuerkurve des Einlassventils (20) des Zylinders (12) unter Schwachlast der Brennkraftmaschine (10) wie unter Mittellast und/oder unter Volllast der Brennkraftma- schine (10) ist.  is a valve control curve of the inlet valve (20) of the cylinder (12) under low load of the internal combustion engine (10) as under medium load and / or under full load of the internal combustion engine (10).
12. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner aufweisend: 12. The method according to any one of the preceding claims, further comprising:
Betreiben der Brennkraftmaschine (10) unter Schwachlast während des Erzeugens des Druckpulses, des Zuführens von Abgas aus der Verbrennungskammer (16) und des Zuführens des Abgases aus dem Einlasskanal (14); und/oder  Operating the internal combustion engine (10) under low load during the generation of the pressure pulse, the supply of exhaust gas from the combustion chamber (16) and the supply of the exhaust gas from the inlet duct (14); and or
Betreiben der Brennkraftmaschine (10) in einem Bereich bis 30 %, bis 35 % und/o- der bis 40% Last und/oder in einem Niedrigdrehzahlbereich, vorzugsweise zwischen 800 U/min und 1400 U/min, während des Erzeugens des Druckpulses, des Zuführens von Ab- gas aus der Verbrennungskammer (16) und des Zuführens des Abgases aus dem Ein- lasskanal (14).  Operating the internal combustion engine (10) in a range up to 30%, up to 35% and / or up to 40% load and / or in a low speed range, preferably between 800 rpm and 1400 rpm, during the generation of the pressure pulse, supplying exhaust gas from the combustion chamber (16) and supplying the exhaust gas from the inlet duct (14).
13. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei: das Verfahren zum Erhöhen einer Abgastemperatur in dem Abgasstrang (24), vor- zugsweise unter Schwachlast der Brennkraftmaschine (10), durchgeführt wird, vorzugs- weise zum Steigern einer Umsatzrate einer SCR-Katalysatorvorrichtung (34) in dem Ab- gasstrang (24). 13. The method according to any one of the preceding claims, wherein: the method for increasing an exhaust gas temperature in the exhaust line (24) is carried out, preferably under low load of the internal combustion engine (10), preferably for increasing a conversion rate of an SCR catalyst device (34) in the exhaust line (24).
14. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei: 14. The method according to any one of the preceding claims, wherein:
die Brennkraftmaschine (10) eine Mehrzahl von Zylindern (12) aufweist und das Verfahren für jeden Zylinder (12) der Brennkraftmaschine (10) angewendet wird.  the internal combustion engine (10) has a plurality of cylinders (12) and the method is used for each cylinder (12) of the internal combustion engine (10).
15. Brennkraftmaschine (10) oder Nutzfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine (10), die zum Ausführen eines Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche ausgebildet ist. 15. Internal combustion engine (10) or commercial vehicle with an internal combustion engine (10) which is designed to carry out a method according to one of the preceding claims.
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