WO2013189698A1 - Verfahren zum betreiben einer nach dem selbstzündungsverfahren betriebenen brennkraftmaschine sowie brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren zum betreiben einer nach dem selbstzündungsverfahren betriebenen brennkraftmaschine sowie brennkraftmaschine Download PDF

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    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to a method for operating an internal combustion engine operated according to the auto-ignition method and to an internal combustion engine.
  • WO 2008/031555 A1 discloses an internal combustion engine in which at least two intake valves and at least one exhaust valve are assigned to each cylinder, wherein at least two camshafts are provided, of which at least one camshaft actuates both at least one intake valve and at least one exhaust valve. Furthermore, an adjuster is arranged on at least one camshaft, which actuates both at least one inlet valve and at least one outlet valve, which selectively adjusts valve timing of the intake and exhaust valves associated with this camshaft with respect to the valve timing of the at least one other camshaft early or late.
  • the full contents of the publication are hereby incorporated by reference.
  • the invention is based on the object, a method for operating a
  • the following method steps are carried out: a) at least one cylinder is switched off on the inlet side,
  • an intake-side cylinder deactivation system torque compensation and an adjustment of at least one exhaust valve of the deactivated cylinder are combined.
  • the inlet-side shutdown takes place in particular by deactivation of the inlet valves and the
  • Fuel supply For example, in an internal combustion engine, when two out of four cylinders are turned off, the non-deactivated cylinders may be operated at increased (eg, twice the load) to compensate for the requested engine torque. As a result, several effects occur. The temperature of the exhaust gas produced in the operated cylinders is increased, and the mass flow through the entire engine is reduced. The adjustment of the exhaust valves of non-operated cylinders furthermore leads to the fact that still hot exhaust-operated cylinders located in the internal combustion engine can get into the non-operated cylinders and thus counteract a cooling down of the non-operated cylinders.
  • the heating phase of the internal combustion engine and thus also the heating phase for a catalyst arranged in the exhaust system is shortened without disadvantages in terms of fuel consumption.
  • the method can be used to counteract excessive cooling of the exhaust gas temperature of an internal combustion engine operated for a relatively long period of time at low load.
  • the light off of a catalyst and the maintenance of the operating temperature of a catalyst are thus promoted by the inventive method.
  • the adjustment to early preferably takes place so far that the discharge phase of the deactivated cylinder takes place at least 40 percent, preferably at least 50 percent and particularly preferably at least 60 percent, between the ignition TDC and the subsequent UT. If a cylinder has a plurality of exhaust valves, the entire period of time in which at least one exhaust valve is open is regarded as the exhaust phase.
  • this is carried out in an internal combustion engine whose deactivatable cylinders each have at least two exhaust valves, wherein the opening time of at least one exhaust valve in the
  • this is carried out in an internal combustion engine whose deactivatable cylinders each have at least two exhaust valves, the opening time of all the exhaust valves being advanced in the expansion cycle.
  • this variant has the advantage that the opening times of the exhaust valves can be optimized with respect to the pressure level in the cylinder and these are in particular adjustable so that the pressure level in the region of top dead center the piston is kept approximately constant. As a result, charge exchange losses are kept low, which has a positive effect on the efficiency of the internal combustion engine.
  • the pressure level can be kept approximately constant in the region of the dead center, in particular, if the method is carried out in an internal combustion engine whose deactivatable cylinders each have at least two exhaust valves, wherein the
  • Opening times of the exhaust valves can be adjusted so that a first group of
  • Exhaust valves are provided and the maximum stroke of both exhaust valves is the same, the opening times are preferably selected so that the distance from top dead center to the Maximalhub the one exhaust valve (early) and the distance from top dead center to the maximum stroke of the other exhaust valve (after late) are equal.
  • the method according to the invention is carried out on an internal combustion engine with an even number of cylinders, wherein half of the cylinders are switched off, in particular 2 of 4 cylinders, 3 of 6 cylinders, 4 of 8 cylinders etc. are switched off.
  • the method is performed on an engine having a plurality of juxtaposed cylinders, it is with respect to
  • Temperature maintenance advantageous when only inboard cylinders are turned off, as these cylinders are held by the respective adjacent cylinder to temperature. Accordingly, in a series four-cylinder engine, the inner cylinders 2 and 3 are preferably turned off. In a series five-cylinder engine, the cylinders 2 and 4 are preferably switched off, since these are each surrounded by two non-deactivated cylinders.
  • the invention also relates to an internal combustion engine, operated by the compression ignition method, with a plurality of cylinders, in which at least the following elements are provided: a) shut-off means for shutting off at least one cylinder on the inlet side
  • Motor torque is at least partially compensated by increasing the load of at least one remaining cylinder and
  • Opening time of at least one exhaust valve of the at least one deactivated cylinder in the expansion cycle is adjustable to early.
  • the adjusting means has an adjustment range of 100 ° CA +/- 25 °, preferably 100 ° CA +/- 20 0 and, particularly preferably, 100 ° CA +/- 15 ", with an adjustment of this kind relative to the opening times of the exhaust valves with the cylinder not switched off, the best results are achieved, ie the temperature of the non-operated cylinders is increased most efficiently (after a cold start ), or the temperature decreases the least (at
  • At least one first exhaust valve and at least one second exhaust valve are associated with the at least one deactivated cylinder
  • the adjusting means comprise a shaft-in-shaft system with an inner shaft and an outer shaft arranged concentrically with the inner shaft, which with the first exhaust valve and are coupled to the second exhaust valve, that upon activation of the shutdown means the first at least one deactivated cylinder associated exhaust valve and / or the second at least one deactivated cylinder associated exhaust valve is adjustable so that there is a longest possible exhaust phase.
  • one of the exhaust valves is set to very early opening (shortly after ignition TDC, ie in a range of about 50 ° CA, preferably 40 ° CA, more preferably 30 ° CA and more preferably 20 ° CA after the ignition TDC which is adjustable without collision with the piston).
  • An intake valve and at least one exhaust valve is actuated, wherein on the one camshaft, which actuates both at least one inlet valve and at least one exhaust valve, an adjuster is arranged, which valve timing of the first camshaft
  • Fig. 1 is a schematic view of a known from WO 2008/031555 A1
  • Internal combustion engine 2 shows a schematic view of a known from WO 2008/031555 A1 camshaft assembly
  • FIG. 3 is a graphical representation of the valve movement of intake and exhaust valves of a deactivatable cylinder of another invention
  • Fig. 5 is a graphical representation of the valve movement of intake and exhaust valves of a disengageable cylinder of another invention
  • Fig. 6 is a graphical representation of the valve movement of inlet and outlet valves of a disengageable cylinder another of the invention
  • the internal combustion engine shown in FIG. 1 (prior art according to WO 2008/031555 A1) comprises a cylinder head 10, which limits not shown working cylinder (hereinafter referred to only as "cylinder") in which each a reciprocating piston (not shown) oscillating moves.
  • the cylinder head 10 has an exhaust side 12, at which exhaust gases are discharged from the cylinders, and an inlet side 14, at which the cylinders fresh gas is supplied.
  • Each cylinder is associated with two intake valves (not shown) and two exhaust valves (not shown), wherein a first camshaft 16 and a second camshaft 18 are provided.
  • the first camshaft 16 carries intake cams 20, each actuating an intake valve, and exhaust cams 22, each actuating an exhaust valve.
  • the second camshaft 18 carries intake cams 24, each actuating an intake valve, and exhaust cams 26, each actuating an exhaust valve.
  • Camshafts 16, 18 alternate seen in the longitudinal direction each intake cam 20, 24 and exhaust cams 22, 26 from. In this way, the two intake valves and
  • each of the camshafts 16, 18 is thus a so-called mixed camshaft, ie each camshaft 16, 18 actuates both intake and exhaust valves via corresponding intake cams 20, 24 and exhaust cams 22, 26, respectively.
  • Exhaust valves are fixed unchangeable.
  • an adjuster 28 is arranged, which changes the timing of the associated intake and exhaust valves with respect to the timing of the first camshaft 16 by the second
  • Camshaft 18 is rotated by the adjuster 28 relative to the first camshaft 16.
  • the first camshaft 16 is the camshaft which is driven via the drive element 30 by a crankshaft, not shown, of the internal combustion engine.
  • Camshaft 16 in turn drives the second camshaft 18 via gears 32.
  • FIGS. 3 to 6 a crank angle is plotted on a horizontal axis 34 and a lifting movement is plotted on a vertical axis 36.
  • On the horizontal axis 34 is at 38 a bottom dead center (UT) of the reciprocating piston before the charge change, at 40 an upper dead center (TDC) of the reciprocating piston during the charge cycle and at 42 a bottom dead center (UT) of the reciprocating piston applied after the charge cycle.
  • FIG. 4 shows the strokes of intake valves and exhaust valves of the internal combustion engine shown in FIG. 1, one position of the phaser 28 being shown at maximum displacement in the direction early.
  • a solid line graph 46 illustrates the stroke movement 36 across the
  • a dashed line graph 48 illustrates the lift 36 over the crank angle 34 for those exhaust valves that are used by the
  • a solid line graph 50 illustrates the lift motion 36 versus the crank angle 34 for those intake valves that are controlled by the intake cams 20 of the first camshaft 16.
  • a dashed line graph 52 illustrates the lift motion 36 versus the crank angle 34 for those intake valves that are controlled by the intake cams 24 of the second camshaft 18.
  • the graph 46 coincides with the graph 46 of FIG.
  • the exhaust valve shown with the graph 48 is adjusted by 90 ° KW to early compared to Figure 4.
  • Particularly suitable adjustment angles relative to the embodiment shown in FIG. 4 are for this outlet valve 75-100 ° CA, more preferably 80-95 ° CA.
  • the embodiment shown in Figure 5 can be realized, for example, that the camshaft 18 of the illustrated in Figures 1 and 2
  • Internal combustion engine is designed as a shaft-in-shaft system such that the exhaust cams associated with the exhaust cam compared to the remaining
  • Exhaust cams - as shown - are still further adjustable to early. Furthermore, a cylinder deactivation and a compensation circuit must be provided.
  • the graph 48 corresponds to the graph 48 of FIG.
  • the exhaust valve shown with the graph 46 is adjusted in comparison to Figure 5 by 120 ° KW to early.
  • Particularly suitable adjustment angles relative to the embodiment shown in FIG. 4 are for this outlet valve 100-125 ° CA, more preferably 105-120 ° CA.
  • the embodiment illustrated in FIG. 6 can be realized, for example, by virtue of the fact that the camshaft 16 is that shown in FIGS. 1 and 2
  • Internal combustion engine is designed as a wave-in-wave system such that the exhaust cams associated with the exhaust cams are independently adjustable independently of the remaining exhaust cams.
  • the exhaust valve associated with the graph 48 in Figure 6 may also be retarded further.
  • graphs 46, 50, 52 of an internal combustion engine with only two intake valves and only one exhaust valve are shown.
  • the exhaust valve is advanced so far that the graph 46 is arranged symmetrically around the area of the bottom dead center (UT) 38. This has the advantage that the pressure level in the cylinder is approximately constant in this range.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer nach dem Selbstzündungsverfahren betriebenen Brennkraftmaschine sowie eine Brennkraftmaschine. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine sowie eine Brennkraftmaschine zur Verfügung zu stellen, mit welchen die Aufheizphase der Brennkraftmaschine weiter verkürzt werden kann. Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern, die nach dem Selbstzündungsverfahren betrieben wird, werden folgende Verfahrensschritte durchgeführt: a) mindestens ein Zylinder wird abgeschaltet, b) die Last mindestens eines nicht abgeschalteten Zylinders wird zur mindestens teilweisen Kompensation des durch den mindestens einen abgeschalteten Zylinder entfallenen Motordrehmoments erhöht, c) der Öffnungszeitpunkt mindestens eines Auslassventils des mindestens einen abgeschalteten Zylinders wird im Expansionszyklus nach früh verstellt.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Betreiben einer nach dem Selbstzündungsverfahren betriebenen
Brennkraftmaschine sowie Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer nach dem Selbstzündungsverfahren betriebenen Brennkraftmaschine sowie eine Brennkraftmaschine.
Es ist allgemein bekannt, dass ein schnelles Aufheizen des Katalysators einer nach dem Selbstzündungsverfahren betriebenen Brennkraftmaschine dazu beiträgt, die Emissionen von Kohlenstoffmonoxid (CO) und Kohlenwasserstoffen (HC) gering zu halten. Eine aus der Praxis bekannte Möglichkeit hierzu ist die Reduktion des Massenstroms bei niedrigen Lasten bzw. Temperaturen des Abgases.
Aus DE 199 05 364 C1 sind verschiedene Verfahren zum Betreiben von Brennkraftmaschinen mit variablen Gaswechselsteuerzeiten bekannt. Mit diesen Verfahren soll die Aufheizphase von Brennkraftmaschinen durch Steuerung der Gaswechselventile, insbesondere während einer Aufheizphase der Brennkraftmaschine, verkürzt und so der Schadstoffausstoß verringert werden.
Aus WO 2008/031555 A1 ist eine Brennkraftmaschine bekannt, bei welcher jedem Zylinder mindestens zwei Einlassventile und mindestens ein Auslassventil zugeordnet ist, wobei mindestens zwei Nockenwellen vorgesehen sind, von denen mindestens eine Nockenwelle sowohl mindestens ein Einlassventil als auch mindestens ein Auslassventil betätigt. Ferner ist an mindestens einer Nockenwelle, die sowohl mindestens ein Einlassventil als auch mindestens ein Auslassventil betätigt, ein Versteller angeordnet, welcher Ventilsteuerzeiten der dieser Nockenwelle zugeordneten Ein- und Auslassventile gegenüber den Ventilsteuerzeiten der mindestens einen anderen Nockenwelle wahlweise nach früh oder spät verstellt. Auf die vollständigen Inhalte der Veröffentlichung wird hiermit ausdrücklich Bezug genommen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer
Brennkraftmaschine sowie eine Brennkraftmaschine zur Verfügung zu stellen, mit welchen die Aufheizphase der Brennkraftmaschine weiter verkürzt werden kann. Dies soll insbesondere unter Weiterentwicklung der in WO 2008/031555 A1 beschriebenen Brennkraftmaschine erfolgen.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bzw. 8.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern, die nach dem Selbstzündungsverfahren betrieben wird, werden folgende Verfahrensschritte durchgeführt: a) mindestens ein Zylinder wird einlassseitig abgeschaltet,
b) die Last mindestens eines nicht abgeschalteten Zylinders wird zur mindestens teilweisen Kompensation des durch den mindestens einen abgeschalteten Zylinder entfallenen Motordrehmoments erhöht,
c) der Öffnungszeitpunkt mindestens eines Auslassventils des mindestens einen abgeschalteten Zylinders wird im Expansionszyklus nach früh verstellt.
Mit anderen Worten ausgedrückt, werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein einlassseitiges Zylinderabschaltsystem, eine Momentenkompensation und eine Verstellung mindestens eines Auslassventils des abgeschalteten Zylinders kombiniert. Die einlassseitige Abschaltung erfolgt insbesondere durch Deaktivierung der Einlassventile und der
Kraftstoffzufuhr. Beispielsweise können bei einer Brennkraftmaschine, wenn zwei von vier Zylindern abgeschaltet werden, die nicht abgeschalteten Zylinder mit erhöhter (z.B. doppelter Last) betrieben werden, um das angeforderte Motormoment zu kompensieren. Dadurch treten mehrere Effekte ein. Die Temperatur des in den betriebenen Zylindern erzeugten Abgases wird angehoben, und der Massenstrom durch den Gesamtmotor wird verringert. Die Verstellung der Auslassventile nicht betriebener Zylinder führt ferner dazu, dass in der Brennkraftmaschine befindliches, noch heißes Abgas betriebener Zylinder in die nicht betriebenen Zylinder gelangen kann und somit einem Auskühlen der nicht betriebenen Zylindern entgegenwirkt. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird daher die Aufheizphase der Brennkraftmaschine und damit ebenfalls die Aufheizphase für einen im Abgassystem angeordneten Katalysator ohne Nachteile hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs verkürzt. Ferner kann mit dem Verfahren einem zu starken Abkühlen der Abgastemperatur einer über einen längeren Zeitraum mit geringer Last betriebenen Brennkraftmaschine entgegengewirkt werden. Das Anspringen (light off) eines Katalysators sowie die Erhaltung der Betriebstemperatur eines Katalysators werden somit durch das erfindungsgemäße Verfahren begünstigt. Die Verstellung nach früh erfolgt vorzugsweise so weit, dass die Auslassphase der abgeschalteten Zylinder zu mindestens 40 Prozent, bevorzugt mindestens 50 Prozent und besonders bevorzugt zu mindestens 60 Prozent, zwischen dem Zündungs-OT und dem darauffolgenden UT stattfindet. Sofern ein Zylinder mehrere Auslassventile aufweist, wird als Auslassphase die gesamte Zeitdauer angesehen, in welcher mindestens ein Auslassventil geöffnet ist.
In einer praktischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dieses bei einer Brennkraftmaschine durchgeführt, deren abschaltbare Zylinder jeweils mindestens zwei Auslassventile aufweisen, wobei die Öffnungszeit mindestens eines Auslassventils im
Expansionszyklus nicht nach früh verstellt wird. Dies hat zum einen den Vorteil, dass sich aufgrund der Phasenverschiebung zwischen mindestens zwei Auslassventilen in einem Zylinder insgesamt eine relativ lange Auslassphase ergibt. Zum anderen kann ein solches Verfahren in bestehende Brennkraftmaschinen mit relativ geringem konstruktivem Aufwand realisiert werden. Dies gilt insbesondere in Bezug auf die in WO 2008/031555 A1 beschriebenen Varianten von Brennkraftmaschinen.
In einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dieses bei einer Brennkraftmaschine durchgeführt, deren abschaltbare Zylinder jeweils mindestens zwei Auslassventile aufweisen, wobei die Öffnungszeit aller Auslassventile im Expansionszyklus nach früh verstellt werden. Der für die Realisierung dieser Variante erforderliche konstruktive Aufwand ist zwar etwas höher, diese Variante hat jedoch den Vorteil, dass die Öffnungszeiten der Auslassventile in Bezug auf das Druckniveau im Zylinder optimierbar ist und diese insbesondere so einstellbar sind, dass das Druckniveau im Bereich des oberen Totpunkts des Kolbens annähernd konstant gehalten wird. Dadurch werden Ladungswechselverluste gering gehalten, was sich positiv auf den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine auswirkt.
Das Druckniveau kann im Bereich des Totpunkts insbesondere dann annähernd konstant gehalten werden, wenn das Verfahren bei einer Brennkraftmaschine durchgeführt wird, deren abschaltbare Zylinder jeweils mindestens zwei Auslassventile aufweisen, wobei die
Öffnungszeiten der Auslassventile so eingestellt werden, dass eine erste Gruppe von
Auslassventilen ihren Maximalhub vor dem unteren Totpunkt und eine zweite Gruppe von Auslassventilen ihren Maximalhub nach dem unteren Totpunkt erreichen. Wenn zwei
Auslassventile vorgesehen sind und der Maximalhub beider Auslassventile gleich ist, werden die Öffnungszeiten vorzugsweise so gewählt, dass der Abstand vom oberen Totpunkt zu dem Maximalhub des einen Auslassventils (nach früh) und der Abstand vom oberen Totpunkt zu dem Maximalhub des anderen Auslassventils (nach spät) gleich groß sind.
In einer weiteren praktischen Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Verfahren bei einer Brennkraftmaschine mit einer geraden Anzahl von Zylindern durchgeführt, wobei die Hälfte der Zylinder abgeschaltet werden, insbesondere werden 2 von 4 Zylindern, 3 von 6 Zylindern, 4 von 8 Zylindern etc. abgeschaltet. Wenn das Verfahren bei einem Motor mit einer Vielzahl von nebeneinander angeordneten Zylindern durchgeführt wird, ist es in Bezug auf die
Temperaturerhaltung vorteilhaft, wenn ausschließlich innen liegende Zylinder abgeschaltet werden, da diese Zylinder durch die jeweils benachbarten Zylinder auf Temperatur gehalten werden. Bei einem Reihen-Vierzylindermotor werden demzufolge vorzugsweise die inneren Zylinder 2 und 3 abgeschaltet. Bei einem Reihen-Fünfzylindermotor werden bevorzugt die Zylinder 2 und 4 abgeschaltet, da diese jeweils von zwei nicht abgeschalteten Zylindern umgeben sind.
Die Erfindung betrifft auch eine Brennkraftmaschine, betrieben nach dem Selbstzündungsverfahren, mit mehreren Zylindern, bei welcher mindestens folgende Elemente vorgesehen sind: a) Abschaltmittel, um mindestens einen Zylinder einlassseitig abschalten zu
können,
b) eine Kompensationssteuerung, welche bei Aktivierung der Abschaltmittel das durch den mindestens einen abgeschalteten Zylinder entfallene
Motordrehmoment durch Erhöhung der Last mindestens eines verbleibenden Zylinders mindestens teilweise kompensiert und
c) ein Verstellmittel, mittels welchem bei Aktivierung des Abschaltmittels der
Öffnungszeitpunkt mindestens eines Auslassventils des mindestens einen abgeschalteten Zylinders im Expansionszyklus nach früh verstellbar ist.
Auf die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Einstellmöglichkeiten und Vorteile, die ebenfalls für die Brennkraftmaschine gelten, wird hiermit verwiesen.
Bei einer besonders praktischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine weist das Verstellmittel einen Verstellbereich von 100° KW +/-25°, bevorzugt 100° KW +/-200 und besonders bevorzugt 100° KW +/-15", nach früh auf. Bei einer derartigen Verstellung gegenüber den Öffnungszeiten der Auslassventile bei nicht abgeschaltetem Zylinder werden die besten Ergebnisse erzielt, d.h. die Temperatur der nicht betriebenen Zylinder wird so am effizientesten erhöht (nach Kaltstart), bzw. die Temperatur sinkt am wenigsten ab (bei
Abschaltung von Zylindern nach erreichter Betriebstemperatur).
Gemäß einer weiteren praktischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Brennkraftmaschine sind dem mindestens einen abgeschalteten Zylinder mindestens ein erstes Auslassventil und mindestens ein zweites Auslassventil zugeordnet, wobei die Verstellmittel ein Welle-in-Welle-System mit einer Innenwelle und einer konzentrisch zu der Innenwelle angeordneten Außenwelle umfassen, die so mit dem ersten Auslassventil und dem zweiten Auslassventil gekoppelt sind, dass bei Aktivierung der Abschaltmittel das erste dem mindestens einen abgeschalteten Zylinder zugeordnete Auslassventil und/oder das zweite dem mindestens einen abgeschalteten Zylinder zugeordnete Auslassventil derart verstellbar ist, dass sich eine möglichst lange Auslassphase ergibt. Dazu wird insbesondere eines der Auslassventile auf sehr frühes Öffnen gestellt (kurz nach Zündungs-OT, d.h. in einem Bereich von ca. 50° KW, bevorzugt 40° KW, weiter bevorzugt 30° KW und besonders bevorzugt 20° KW nach dem Zündungs-OT, der ohne Kollision mit dem Kolben einstellbar ist).
Unter Bezugnahme auf WO 2008/031555 A1 wird ferner auf eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine hingewiesen, bei welcher jedem Zylinder mindestens zwei Einlassventile und mindestens ein Auslassventil zugeordnet sind, wobei mindestens zwei Nockenwellen vorgesehen sind, von denen eine Nockenwelle sowohl mindestens ein
Einlassventil als auch mindestens ein Auslassventil betätigt, wobei an der einen Nockenwelle, die sowohl mindestens ein Einlassventil als auch mindestens ein Auslassventil betätigt, ein Versteller angeordnet ist, welcher Ventilsteuerzeiten der dieser ersten Nockenwelle
zugeordneten Einlassventile und Auslassventile gegenüber den Ventilsteuerzeiten der zweiten Nockenwelle wahlweise nach früh oder spät verstellt.
Weitere Ausgestaltung und Vorteile der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer aus WO 2008/031555 A1 bekannten
Brennkraftmaschine, Fig. 2 eine schematische Ansicht einer aus WO 2008/031555 A1 bekannten Nockenwellenanordnung,
Fig. 3 eine graphische Darstellung der Ventilbewegung von Einlass- und Auslassventilen eines abschaltbaren Zylinders einer weiteren erfindungsgemäßen
Brennkraftmaschine während der Abschaltung,
Fig. 4 eine graphische Darstellung der Ventilbewegung von Einlass- und Auslassventilen eines Zylinders einer aus WO 2008/031555 A1 bekannten Brennkraftmaschine (Stand der Technik),
Fig. 5 eine graphische Darstellung der Ventilbewegung von Einlass- und Auslassventilen eines abschaltbaren Zylinders einer weiteren erfindungsgemäßen
Brennkraftmaschine während der Abschaltung,
Fig. 6 eine graphische Darstellung der Ventilbewegung von Einlass- und Auslassventilen eines abschaltbaren Zylinders einer weiteren erfindungsgemäßen
Brennkraftmaschine während der Abschaltung.
Die in Fig. 1 dargestellte Brennkraftmaschine (Stand der Technik gemäß WO 2008/031555 A1 ) umfasst einen Zylinderkopf 10, welcher nicht näher dargestellte Arbeitszylinder (nachfolgend nur noch als "Zylinder" bezeichnet) begrenzt, in denen sich jeweils ein Hubkolben (nicht dargestellt) oszillierend bewegt. Der Zylinderkopf 10 weist eine Auslassseite 12 auf, an der Abgase aus den Zylindern abgeführt werden, und eine Einlassseite 14 auf, an der den Zylindern Frischgas zugeführt wird. Jedem Zylinder sind zwei Einlassventile (nicht dargestellt) und zwei Auslassventile (nicht dargestellt) zugeordnet, wobei eine erste Nockenwelle 16 und eine zweite Nockenwelle 18 vorgesehen sind. Die erste Nockwelle 16 trägt Einlassnocken 20, die jeweils ein Einlassventil betätigen, und Auslassnocken 22, die jeweils ein Auslassventil betätigen. Ebenso trägt die zweite Nockenwelle 18 Einlassnocken 24, die jeweils ein Einlassventil betätigen, und Auslassnocken 26, die jeweils ein Auslassventil betätigen. Auf beiden
Nockenwellen 16, 18 wechseln sich in Längsrichtung gesehen jeweils Einlassnocken 20, 24 und Auslassnocken 22, 26 ab. Auf diese Weise werden die beiden Einlassventile und
Auslassventile eines jeden Zylinders von verschiedenen Nockenwellen 16, 18 betätigt. Wie insbesondere zusätzlich aus Fig. 2 hervorgeht, ist somit jede der Nockenwellen 16, 18 eine sogenannte gemischte Nockenwelle, d.h. jede Nockenwelle 16, 18 betätigt sowohl Einlass- als auch Auslassventile über entsprechende Einlassnocken 20, 24 bzw. Auslassnocken 22, 26.
Die Steuerzeiten der ersten Nockenwelle 16 für die dieser zugeordneten Einlass- und
Auslassventile sind unveränderbar festgelegt. An der zweiten Nockenwelle 18 ist ein Versteller 28 angeordnet, welcher die Steuerzeiten der dieser zugeordneten Einlass- und Auslassventile gegenüber den Steuerzeiten der ersten Nockenwelle 16 verändert, indem die zweite
Nockenwelle 18 durch den Versteller 28 relativ zur ersten Nockenwelle 16 verdreht wird. Die erste Nockenwelle 16 ist diejenige Nockenwelle, die über das Antriebselement 30 von einer nicht dargestellten Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetrieben wird. Die erste
Nockenwelle 16 treibt dann ihrerseits über Zahnräder 32 die zweite Nockenwelle 18 an.
In den Fig. 3 bis Fig. 6 ist auf einer horizontalen Achse 34 ein Kurbelwinkel und auf einer vertikalen Achse 36 eine Hubbewegung aufgetragen. Auf der horizontalen Achse 34 ist bei 38 ein unterer Totpunkt (UT) des Hubkolbens vor dem Ladungswechsel, bei 40 ein oberer Totpunkt (OT) des Hubkolbens während des Ladungswechsels und bei 42 ein unterer Totpunkt (UT) des Hubkolbens nach dem Ladungswechsel aufgetragen. Ein erster Graph 44
veranschaulicht die Hubbewegung 36 über den Kurbelwinkel 34 für den Kolben.
Es wird im Folgenden zunächst auf Figur 4 Bezug genommen, welche die Hubbewegungen von Einlassventilen und Auslassventilen der in Figur 1 gezeigten Brennkraftmaschine zeigt, wobei eine Stellung des Verstellers 28 bei maximaler Verstellung in Richtung früh dargestellt ist. Ein Graph 46 mit durchgezogener Linie veranschaulicht die Hubbewegung 36 über den
Kurbelwinkel 34 für diejenigen Auslassventile, die von den Auslassnocken 22 der ersten Nockenwelle 16 gesteuert werden. Ein Graph 48 mit gestrichelter Linie veranschaulicht die Hubbewegung 36 über den Kurbelwinkel 34 für diejenigen Auslassventile, die von den
Auslassnocken 26 der zweiten Nockenwelle 18 gesteuert werden, Ein Graph 50 mit durchgezogener Linie veranschaulicht die Hubbewegung 36 über den Kurbelwinkel 34 für diejenigen Einlassventile, die von den Einlassnocken 20 der ersten Nockenwelle 16 gesteuert werden. Und ein Graph 52 mit gestrichelter Linie veranschaulicht die Hubbewegung 36 über den Kurbelwinkel 34 für diejenigen Einlassventile, die von den Einlassnocken 24 der zweiten Nockenwelle 18 gesteuert werden.
Ausgehend von der mit der in Figur 4 beschriebenen Situation, die mit der in WO 2008/031555 A1 beschriebenen Brennkraftmaschine darstellbar und somit Stand der Technik ist, werden nachfolgend anhand der Figuren 5 und 6 zwei Varianten des erfindungsgemäßen Verfahren und erfindungsgemäßer Brennkraftmaschinen erläutert. Anschließend wird anhand von Figur 3 noch eine weitere, besonders einfache Variante der Erfindung erläutert. In allen Figuren werden für funktionsgleiche Elemente die gleichen Bezugszeichen verwendet, d.h. die Bezugszeichen der Graphen 46, 48, 50, 52 stimmen ggf. nur hinsichtlich deren Zuordnung zu den
Einlassventilen und Auslassventilen überein, nicht hinsichtlich deren Position im Achssystem. Hierauf wird nachfolgend noch näher Bezug genommen.
Allen nachfolgend beschriebenen Erfindungsvarianten ist gemeinsam, dass die Einlassventile der abgeschalteten Zylinder keine Hubbewegung ausführen. Die Graphen 50, 52 verlaufen daher beide auf der horizontalen Achse 34.
In der in Figur 5 dargestellten Ausführungsform stimmt der Graph 46 mit dem Graph 46 aus Figur 4 überein. Das mit dem Graph 48 dargestellte Auslassventil hingegen ist im Vergleich zu Figur 4 um 90° KW nach früh verstellt. Besonders geeignete Verstellwinkel gegenüber der in Figur 4 gezeigten Ausführungsform sind für dieses Auslassventil 75-100° KW, weiter bevorzugt 80-95° KW. Die in Figur 5 dargestellte Ausführungsform lässt sich beispielsweise dadurch realisieren, dass die Nockenwelle 18 der in den Figuren 1 und 2 dargestellten
Brennkraftmaschine derart als Welle-in-Welle-System ausgebildet wird, dass die den abschaltbaren Zylindern zugeordneten Auslassnocken gegenüber den verbleibenden
Auslassnocken - wie dargestellt - noch weiter nach früh verstellbar sind. Ferner muss eine Zylinderabschaltung und eine Kompensationsschaltung vorgesehen sein.
In der in Figur 6 dargestellten Ausführungsform stimmt der Graph 48 mit dem Graph 48 aus Figur 4 überein. Das mit dem Graph 46 dargestellte Auslassventil ist hingegen im Vergleich zu Figur 5 um 120°KW nach früh verstellt. Besonders geeignete Verstellwinkel gegenüber der in Figur 4 gezeigten Ausführungsform sind für dieses Auslassventil 100-125° KW, weiter bevorzugt 105-120° KW. Die in Figur 6 dargestellte Ausführungsform lässt sich beispielsweise dadurch realisieren, dass die Nockenwelle 16 der in den Figuren 1 und 2 dargestellten
Brennkraftmaschine derart als Welle-in-Welle-System ausgebildet wird, dass die den abschaltbaren Zylindern zugeordneten Auslassnocken unabhängig von den verbleibenden Auslassnocken nach früh verstellbar sind. Um die Auslassphase weiter zu verlängern, kann das in Figur 6 dem Graph 48 zugeordnete Auslassventil auch weiter nach spät verstellt werden.
In der in Figur 3 gezeigten Ausführungsform sind Graphen 46, 50, 52 einer Brennkraftmaschine mit nur zwei Einlassventilen und nur einem Auslassventil dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist, wie mit dem Graph 46 dargestellt, das Auslassventil so weit nach früh verstellt, dass der Graph 46 symmetrisch um den Bereich des unteren Totpunkts (UT) 38 angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass das Druckniveau im Zylinder in diesem Bereich annähernd konstant ist.
Bezugszeichenliste
Zylinderkopf
Auslassseite
Einlassseite
Nockenwelle
Nockenwelle
Einlassnocken
Auslassnocken
Einlassnocken
Auslassnocken
Versteller
Antriebselement
Zahnräder
horizontale Achse
vertikale Achse
unterer Totpunkt (UT)
oberer Totpunkt (OT)
unterer Totpunkt (UT)
Graph (Kolben)
Graph (Auslassventil)
Graph (Auslassventil)
Graph (Einlassventil)
Graph (Einlassventil)

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern, betrieben nach dem Selbstzündungsverfahren, dadurch gekennzeichnet, dass a) mindestens ein Zylinder einlassseitig abgeschaltet wird,
b) die Last mindestens eines nicht abgeschalteten Zylinders zur mindestens teilweisen Kompensation des durch den mindestens einen abgeschalteten Zylinder entfallenen Motordrehmoments erhöht wird,
c) der Öffnungszeitpunkt mindestens eines Auslassventils des mindestens einen abgeschalteten Zylinders im Expansionszyklus nach früh verstellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungszeitpunkt so weit nach früh verstellt wird, dass die Auslassphase des mindestens einen abgeschalteten Zylinders zu mindestens 40 Prozent zwischen dem Zündungs-OT und dem
darauffolgenden UT (38) stattfindet.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren bei einer Brennkraftmaschine durchgeführt wird, deren abschaltbare Zylinder jeweils mindestens zwei Auslassventile aufweisen, wobei die Öffnungszeit mindestens eines Auslassventils im Expansionszyklus nicht nach früh verstellt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren bei einer Brennkraftmaschine durchgeführt wird, deren abschaltbare Zylinder jeweils mindestens zwei Auslassventile aufweisen, wobei die Öffnungszeit aller Auslassventile im Expansionszyklus nach früh verstellt wird.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das Verfahren bei einer Brennkraftmaschine durchgeführt wird, deren abschaltbare Zylinder jeweils mindestens zwei Auslassventile aufweisen, wobei die Öffnungszeiten der Auslassventile so eingestellt werden, dass eine erste Gruppe von Auslassventilen ihren Maximalhub vor dem unteren Totpunkt (38) und eine zweite Gruppe von Auslassventilen ihren Maximalhub nach dem unteren Totpunkt (38) erreichen.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das Verfahren bei einer Brennkraftmaschine mit einer geraden Anzahl von Zylindern durchgeführt wird und die Hälfte der Zylinder abgeschaltet wird.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das Verfahren bei einem Motor mit einer Vielzahl nebeneinander angeordneten Zylindern durchgeführt wird und ausschließlich innen liegende Zylinder abgeschaltet werden.
8. Brennkraftmaschine, betrieben nach dem Selbstzündungsverfahren, mit mehreren
Zylindern, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens folgende Elemente vorgesehen sind: a) Abschaltmittel, um mindestens einen Zylinder einlassseitig abschalten zu können,
b) eine Kompensationssteuerung, welche bei Aktivierung der Abschaltmittel das durch den mindestens einen abgeschalteten Zylinder entfallene
Motordrehmoment durch Erhöhung der Last mindestens eines verbleibenden Zylinders mindestens teilweise kompensiert und
c) ein Verstellmittel, mittels welchem bei Aktivierung des Abschaltmittels der Öffnungszeitpunkt mindestens eines Auslassventils des mindestens einen abgeschalteten Zylinders im Expansionszyklus nach früh verstellbar ist.
9. Brennkraftmaschine nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstellmittel einen Verstellbereich von 100° KW +/-25° nach früh aufweist.
10. Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem mindestens einen abgeschalteten Zylinder mindestens ein erstes Auslassventil und mindestens ein zweites Auslassventil zugeordnet sind, wobei die Verstellmittel ein Welle-in-Welle-System mit einer Innenwelle und einer konzentrisch zu der Innenwelle angeordneten Außenwelle umfassen, die so mit dem ersten Auslassventil und dem zweiten Auslassventil gekoppelt sind, dass bei Aktivierung der Abschaltmittel das erste dem mindestens einen abgeschalteten Zylinder zugeordnete Auslassventil und/oder das zweite dem mindestens einen abgeschalteten Zylinder zugeordnete Auslassventil derart verstellbar ist, dass sich eine möglichst lange Auslassphase ergibt. 1. Brennkraftmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Zylinder mindestens zwei Einlassventile und mindestens ein Auslassventil zugeordnet sind, wobei mindestens zwei Nockenwellen vorgesehen sind, von denen eine Nockenwelle sowohl mindestens ein Einlassventil als auch mindestens ein Auslassventil betätigt, wobei an der einen Nockenwelle, die sowohl mindestens ein Einlassventil als auch mindestens ein Auslassventil betätigt, ein Versteller angeordnet ist, welcher Ventilsteuerzeiten der dieser ersten Nockenwelle zugeordneten Einlassventile und Auslassventile gegenüber den Ventilsteuerzeiten der zweiten Nockenwelle wahlweise nach früh oder spät verstellt.
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