WO2001036797A1

WO2001036797A1 - Verfahren zum betreiben einer kolbenbrennkraftmaschine mit steuerbarem abgasturbolader sowie kolbenbrennkraftmaschine zur durchführung des verfahrens

Info

Publication number: WO2001036797A1
Application number: PCT/EP2000/011064
Authority: WO
Inventors: Martin Pischinger; Thomas Esch
Original assignee: Fev Motorentechnik Gmbh
Priority date: 1999-11-15
Filing date: 2000-11-09
Publication date: 2001-05-25
Also published as: JP2003515028A; DE19955090A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Kolbenbrennkraftmaschine mit Abgasturbolader (8, 9), zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, die je Zylinder (I, II, III, IV) ein erstes Gasauslassventil (3.1) und wenigstens ein weiteres Gasauslassventil (3.2) aufweist und bei der die Gasauslassventile (3) jeweils mit einem eigenen über eine Motorsteuerung (6) steuerbaren Ventiltrieb (5) verbunden sind, wobei über die ersten Gasauslassventile (3.1) ein erster Abgasstrom erzeugt wird, der die Laderturbine (8) beaufschlagt, und durch die weiteren Gasauslassventile (3.2) ein zweiter Abgasstrom erzeugt wird, der mit dem ersten Abgasstrom in Strömungsrichtung gesehen hinter der Laderturbine (8) mit dem ersten Abgasstrom zusammengeführt wird, so dass durch eine wahlweise Ansteuerung der ersten Gasauslassventile und/oder der zweiten Gasauslassventile eine zumindest teilweise katalytisch wirkende Abgasreinigungseinrichtung mit dem ersten und/oder dem zweiten Abgasstrom beaufschlagt wird.

Description

Bezeichnung: Verfahren zum Betreiben einer Kolbenbrennkraftmaschine mit steuerbarem Abgasturbolader sowie Kolbenbrennkraftmaschine zur Durchführung des Verfahrens

Beschreibung

_Zumindest beim Einsatz für Kraftfahrzeuge werden Kolbenbrenn- kraftmaschinen mit Einrichtungen zur Abgasreinigung versehen. Versieht man eine derart ausgerüstete Kolbenbrennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader, dann besteht das Bedürfnis, für den Abgasturbolader in gewissem Umfang eine Regelung vorzusehen, die in etwa an die Lastanforderungen angepaßt ist, d. h. es ist wünschenswert, daß bei geringerer Lastanforderung auch die Aufladung über den Abgasturbolader entsprechend reduziert ist.

Die Anordnung von Regeleinrichtung, die eine regelbare Aufteilung des heißen Abgasstromes auf die Laderturbine einer- seits und die Abgasreinigungseinrichtung andererseits ermöglichen, sind im Hinblick auf die sehr hohen Abgastemperaturen im Bereich vor dem Turbolader konstruktiv sehr schwierig darzustellen.

Sowohl die Laderturbine selbst als auch ein entsprechender Bypaß zur Laderturbine mit einer vorgeschalteten Regeleinrichtung zur Veränderung des die Laderturbine beaufschlagenden Abgasstromes, stellen in Verbindung mit einer zumindest teilweise katalytisch arbeitenden Abgasreinigungseinrichtung insbesondere für den Kaltstart ein Problem dar.

Während man grundsätzlich bemüht ist, über entsprechende Führungen des Verbrennungsprozesses und/oder durch die zusätzliche Zugabe von Kraftstoff und Luft in den Abgaskanal die Ab- gasreinigungseinrichtung schnellstmöglich auf Betriebstemperatur zu bringen, so daß schon in kürzester Zeit im Anschluß an den Motorstart eine weitgehende Abgasreinigung stattfin- _det, stellt sowohl die Laderturbine als auch eine etwaige By- paßweiche eine nicht zu vernachlässigende "kalte Masse" dar, die der Abgasreinigungseinrichtung vorgeschaltet ist und dem _Abgas während des Startvorganges entsprechende Wärmemengen entzieht, so daß die Abgasreinigungseinrichtung spürbar später ihre Arbeitstemperatur erreicht und somit über einen längeren Zeitraum mit den Abgasen der Kolbenbrennkraftmaschine Schadstoffe an die Umgebung abgegeben werden.

Dieser Nachteil kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb einer Kolbenbrennkraftmaschine mit Abgasturbolader, die je Zylinder ein erstes Gasauslaßventil und wenigstens ein weiteres Gasauslaßventil aufweist und bei der die Gasauslaßventile jeweils mit einem eigenen, über eine Motorsteuerung steuerbaren Ventiltrieb verbunden sind, dadurch vermieden werden, daß über die ersten Gasauslaßventile ein erster Abgasstrom erzeugt wird, der die Laderturbine beaufschlagt, und durch die weiteren Gasauslaßventile ein zweiter Abgasstrom erzeugt wird, der mit dem ersten Abgasstrom in Strömungsrich- tung gesehen hinter der Laderturbine mit dem ersten Abgasstrom zusammengeführt wird, so daß durch eine wahlweise Ansteuerung der ersten Gasauslaßventile und/oder der zweiten Gasauslaßventile eine zumindest teilweise katalytisch wirkende Abgasreinigungseinrichtung mit dem ersten und/oder dem zweiten Abgasstrom beaufschlagt wird. Bei einer Kolbenbrennkraftmaschine mit steuerbaren Ventiltrieben, insbesondere unabhängig steuerbaren Ventiltrieben, ist die Möglichkeit gegeben, über die Motorsteuerung die Gaswechselventile zumindest in ihrer Öffnungsdauer und der Phasenlage ihrer Öffnungszeit in bezug auf die Kurbelwellenstellung frei zu betätigen. Damit ist es möglich, die Motorsteuerung so auszurichten, daß zumindest die ersten Gasauslaßventile im Motorbetrieb über einen oder mehrere Arbeitszyklen an einem, mehreren oder auch allen Zylindern so anzusteuern, daß sie entweder vollständig geschlossen bleiben oder von einer nur kurzzeitigen Öffnung bis zu vollen Öffnung je Arbeitszyklus angesteuert werden. Durch die erfindungsgemäße Aufteilung des Abgasstromes auf 1 1 1 TJ 1 i-l 1 d ^•H d 1 d 4-1 m cn P ^ d

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als mechanische Ventiltriebe ausgebildet sein, die ein entsprechendes An- und Abschalten und ggf. eine Veränderung der Ventilsteuerzeiten ermöglichen. Die Motorsteuerung 6 erlaubt es hierbei, entsprechend dem Lastwunsch (Pedal 6.1) und unter Berücksichtigung gemessener und/oder integrierter Kennfelder von vorgegebenen Betriebdaten die Gaswechselventile 2 und 3 über die zugehörigen Ventiltriebe 4 und 5 anzusteuern.

"Unabhängige Ansteuerung" bedeutet, daß die Gaswechselventile jedes für sich, aber auch je Zylinder unterschiedlich ansteuerbar sind, so daß, wie für den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, zumindest die Gasauslaßventile von einem, mehreren oder auch allen Zylinder I - IV über entsprechende Vorgaben durch die Motorsteuerung 6 angesteuert werden können.

Für die während des Betriebs anfallenden Abgase sind die ersten Gasauslaßventile 3.1 mit einem ersten Abgaskanal 7.1 verbunden und die zweiten Gasauslaßventile 3.2 mit einem zweiten Abgaskanal 7.2 verbunden.

Der erste Abgaskanal 7.1 beaufschlagt eine Laderturbine 8, die einen Turboverdichter 9 antreibt, durch den Verbrennungsluft oder Frischgemisch in den Luftzufuhrkanal 10 unter Druck eingeführt wird.

Der zweite Abgaskanal 7.2 ist in Strömungsrichtung gesehen hinter der Laderturbine 8 mit dem ersten Abgaskanal 7.1 zu einem Hauptkanal 7.3 zusammengeführt, der mit einer Abgasreinigungseinrichtung 11 verbunden ist.

Werden nun bei einem Kaltstart über die Motorsteuerung 6 die ersten Gasauslaßventile 3.1 geschlossen gehalten, so daß der gesamte Abgasstrom über den zweiten Abgaskanal 7.2 geführt wird, bleibt der aus Laderturbine 8 und Turboverdichter 9 ge- bildete Abgasturbolader außer Funktion, so daß der gesamte anfallende Abgasstrom direkt zur Abgasreinigungseinrichtung 11 geführt wird und bei entsprechender Konditionierung der _Abgase über eine entsprechende Steuerung des Motorprozesses, ggf. durch Verstellung des Zündzeitpunktes und/oder der Ventilsteuerzeiten oder dergl., die Temperatur des Abgases im _Abgastrakt für den Kaltstart gezielt erhöht wird. Damit wird eine sehr schnelle Aufheizung der Abgasreinigungseinrichtung 11 in einer Zeit von nur wenigen Sekunden erzielt.

Sobald die Abgasreinigungseinrichtung 11 ihre Betriebstemperatur erreicht hat, werden die ersten Gasauslaßventile 3.1 mit in die Ansteuerung einbezogen, so daß dann ein entsprechender Abgasström auch über die Laderturbine 8 geführt wird und der Ladeverdichter 9 entsprechend angetrieben wird. Der über den zweiten Abgaskanal 7.2 geführte heiße Abgasstrom reicht in dieser Phase aus, um die Abgasreinigungseinrichtung auf Betriebstemperatur zu halten, während durch den über den ersten Gaskanal 7.1 geführten heißen Abgasstrom die Laderturbine 8 aufgeheizt wird, ohne daß die hierdurch bewirkte Temperaturabsenkung die Funktionsfähigkeit der Abgasreinigungseinrichtung beeinträchtigt.

Werden während der Startphase und ggf . in der Warmlaufphase nur einzelne Zylinder betrieben, d. h. ein Teil der Zylinder wird durch Abschaltung der Zündung, Abschaltung von Gaswechselventilen und der Kraftstoffzufuhr, insbesondere der Kraft- stoffeinspritzung stillgesetzt, dann werden üblicherweise die Zylinder entsprechend der Zündfolge abwechselnd befeuert, um hier zu einer gleichmäßigen Aufwärmung des Motors zu gelangen. Es ist auch möglich, in zyklischer Vertauschung jeweils einen der Zylinder außer Betrieb zu nehmen und die übrigen Zylinder zu befeuern. In allen Fällen werden jedoch für den Startvorgang die ersten Gasauslaßventile 3.1 geschlossen gehalten, um so den gesamten Abgasstrom zunächst über die Abgasreinigungseinrichtung 11 zu führen.

Die Erfindung ist anwendbar bei Kolbenbrennkraftmaschinen mit beliebiger Zylinderzahl und ist nicht beschränkt auf Kolben- brennkraftmaschinen mit je zwei Gaseinlaßventilen und zwei Gasauslaßventilen je Zylinder, wie am Beispiel dargestellt. Auch andere Ventilanordnungen sind möglich. Wichtig ist jedoch, daß wenigstens zwei Gasauslaßventile je Zylinder vorhanden sind, die die vorstehend beschriebene geteilte Abgas- führung bis zur Abgasreinigungseinrichtung 11 ermöglichen.

Claims

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