WO2022089903A1 - Verfahren zum betreiben einer verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines kraftfahrzeugs - Google Patents

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Marc Oliver Wagner
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    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to a method for operating an internal combustion engine, in particular a motor vehicle, according to the preamble of patent claim 1 and according to the preamble of patent claim 2.
  • the internal combustion engine has at least one cylinder and at least one piston, which is accommodated in the cylinder in a translationally movable manner. At least one exhaust valve and at least one intake valve are assigned to the at least one cylinder.
  • the internal combustion engine also has an output shaft designed as a crankshaft, via which the internal combustion engine can provide torques, in particular for driving the motor vehicle.
  • the internal combustion engine includes at least one intake camshaft that can be driven by the crankshaft and has at least one intake cam for actuating the at least one intake valve.
  • the internal combustion engine also includes at least one exhaust camshaft that can be driven by the crankshaft and has at least one exhaust cam and at least one decompression elevation for actuating the at least one exhaust valve.
  • the internal combustion engine is initially operated in a first operating state. In the first operating state, the internal combustion engine is operated in a combustion mode or fired mode.
  • a second operating state of the internal combustion engine which differs from the first operating state, is set in that the at least one exhaust camshaft is advanced by a value relative to the crankshaft in comparison to the first operating state.
  • the at least one exhaust valve by means of the exhaust cam and the at least one decompression elevation Actuated exhaust camshaft, after which in the second operating state of at least one cylinder takes over the function of a decompression brake, that is, operated in the manner of a decompression brake.
  • a decompression brake that is, operated in the manner of a decompression brake.
  • at least a first filling of the cylinder or a first cylinder filling is compressed within a respective working cycle of the internal combustion engine and then decompressed by means of a decompression stroke of the at least one exhaust valve in the region of a top gas exchange dead center, in particular in the manner of a well-known decompression brake.
  • the first charge enters the cylinder via the exhaust valve, which is opened by the exhaust cam.
  • the object of the present invention is to further develop a method of the type mentioned at the outset in such a way that a particularly advantageous engine braking mode of the internal combustion engine can be implemented.
  • the at least one intake camshaft in a first embodiment in the second operating state is retarded by a first value relative to the Crankshaft is adjusted, which is in a range of greater than 80 degrees crank angle and up to a maximum of 120 degrees crank angle after the gas exchange top dead center.
  • the at least one intake camshaft is retarded by more than 80 degrees and by at most 120 degrees relative to the crankshaft, in particular twisted.
  • phase adjustment or phase position This adjustment or twisting of the at least one intake camshaft relative to the crankshaft is also referred to as phase adjustment or phase position, the at least one intake camshaft being rotated or can be rotated relative to the crankshaft, for example by means of a phase adjuster known per se, also referred to as a camshaft adjuster.
  • a phase adjuster known per se
  • the at least one exhaust camshaft can be adjusted relative to the crankshaft by means of a further phase adjuster.
  • the at least one intake camshaft is retarded by a second value , which is in a range from 0 degrees crank angle to 20 degrees crank angle, in particular in a range from 1 degree crank angle to 20 degrees crank angle after the gas exchange top dead center.
  • a closed position of the exhaust valve following the first decompression stroke, in particular immediately or directly is reached at a crank angle of 40 degrees to a crank angle of 165 degrees after the gas exchange top dead center.
  • the at least one outlet valve is not closed during the first decompression stroke until the closed position directly following the first decompression stroke and within the working cycle.
  • a point in time occurring within the respective working cycle at which the at least one exhaust valve reaches its closed position immediately or directly following the first decompression stroke corresponds to a rotational position of the crankshaft.
  • the piston moves exactly twice to its top dead center and exactly twice to its bottom dead center, with the respective working cycle, in particular exactly, 720 degrees of crank angle, ie two complete revolutions of the crankshaft. Since the at least one piston reaches its top dead center twice, in particular exactly, within the respective working cycle, the top dead center occurs twice, in particular exactly, within the respective working cycle.
  • the first occurrence of the top dead center within the respective work cycle is referred to as the aforementioned top gas exchange dead center or gas exchange top dead center, since during fired operation in the area of the top gas exchange dead center, an exhaust gas from the internal combustion engine resulting from the combustion of the fuel-air mixture is at least one piston is pushed out of the at least one cylinder via the at least one outlet valve and then a cylinder charge comprising at least ambient air is sucked into the at least one cylinder via the at least one inlet valve or is introduced.
  • a second occurrence of top dead center is also referred to as top ignition dead center, since during fired operation of the internal combustion engine in the region of top ignition dead center, a fuel-air mixture in the cylinder is ignited and subsequently burned.
  • the respective intake valves and exhaust valves are actuated via respective intake cams and exhaust cams.
  • the internal combustion engine is preferably designed as a four-stroke engine, so that the respective work cycle has exactly four strokes.
  • a first of the strokes is a so-called intake stroke or inlet stroke, in which at least ambient air or air is introduced into the cylinder.
  • the piston moves from its top dead center, in particular from the top gas exchange dead center, to the bottom dead center.
  • a second of the clocks following the first clock is a so-called compression or compaction clock, which is also referred to as compression or compression phase.
  • the piston moves from its bottom dead center to the top dead center, in particular to the top dead center of ignition, with the cylinder charge previously introduced into the at least one cylinder being compressed in the cylinder by the piston.
  • a third of the strokes following the second stroke is also referred to as the power stroke, since during the power stroke the at least one piston is driven by an expansion or extension of the combusted fuel-air mixture resulting from the ignition and combustion of the fuel-air mixture and is thereby moved from the top dead center, in particular from the top ignition dead center, to the bottom dead center.
  • This drives the crankshaft because the piston is articulated to the crankshaft via a connecting rod.
  • the fourth stroke that follows the third stroke is also referred to as the exhaust stroke or exhaust phase, since during the fourth stroke the exhaust gas resulting from the combustion of the fuel-air mixture is expelled from the at least one piston via the at least one exhaust valve from the at least one cylinder is pushed out.
  • the first operating state corresponds, for example, to fired operation or the fired operation of the internal combustion engine can take place during the first operating state.
  • fuel can, for example, be injected directly into the cylinder to form the gaseous cylinder charge.
  • combustion processes take place in the cylinder, during which respective fuel-air mixtures are ignited and burned in the cylinder.
  • the internal combustion engine is preferably in its unfired mode during the second operating state, so that no fuel is introduced into the cylinder and no fuel/air mixture is formed.
  • an engine braking operation of the internal combustion engine can be implemented, so that the internal combustion engine in the engine braking operation as an engine brake and in particular operated as a compression release brake.
  • the decompression stroke of an exhaust valve of a cylinder at least one cylinder charge that was compressed beforehand, i.e. before the decompression stroke, for example during the exhaust stroke or during the compression stroke by means of the piston, can be decompressed and thus released from the cylinder.
  • the method according to the invention according to patent claim 1 can be used to implement a particularly advantageous engine braking torque, also referred to simply as a braking torque, by means of which the motor vehicle can be braked or its speed can be limited.
  • the braking torque can be set to a braking value which, although greater than 0, is sufficiently low.
  • an excessive braking effect caused by the engine brake can be avoided, which can be advantageous in many driving situations.
  • the method can be used to set a braking power of the engine brake precisely and variably in a wide braking torque range while keeping it as low as desired, in order to achieve a sufficient level by means of the engine brake To effect braking of the motor vehicle, but to be able to avoid excessive braking caused by the engine brake.
  • the method according to the invention according to patent claim 2 makes it possible to realize a particularly advantageous engine braking torque, also referred to simply as a braking torque, by means of which the motor vehicle can be braked particularly severely or its speed can be restricted.
  • a particularly high engine braking power can be achieved.
  • the invention thus makes it possible to switch between a particularly high engine braking power and a particularly low engine braking power as required.
  • the invention provides that a closed position of the exhaust valve following the first decompression stroke is reached at a crank angle of 40 degrees to 165 degrees after the gas exchange top dead center, the at least one exhaust valve is closed particularly late after the gas exchange dead center.
  • the first decompression stroke can be maintained for a particularly long time.
  • the outlet valve can be kept in the first decompression stroke or on the first decompression stroke for a particularly long time. This can be seen particularly well from a valve lift curve, according to which the at least one outlet valve is actuated and thus moved.
  • a late closing of the at least one exhaust valve and the long holding of the decompression stroke is reflected in the valve lift curve by a very long plateau, which extends over a particularly large crank angle range.
  • the decompression stroke of the outlet valve is set to be at least essentially constant. If the at least one outlet valve closes earlier, following the decompression stroke, no plateau or a shorter plateau forms.
  • the start of the first decompression stroke is, for example, between 100 degrees crank angle and 80 degrees, in particular between 90 degrees crank angle and 70 degrees crank angle, before the gas exchange top dead center, which is immediately followed by the first decompression stroke and finally transitions into the closed position.
  • the following advantages can be achieved by maintaining the first decompression stroke in the area of the top gas exchange dead center for a long time: By keeping the first decompression stroke open or maintained for a long time, pressure from an outlet port into which the exhaust gas can be expelled can be returned to the at least one cylinder, so that in Compared to conventional methods, only a lower boost pressure provided by an exhaust gas turbocharger or by another charging device is required. As a result, for example, the exhaust gas turbocharger, in particular its compressor, can work in a particularly advantageous efficiency range. Returning pressure from the exhaust port to the cylinder is also referred to as reverse charging. This recharging can keep the pressure prevailing in an exhaust tract, in particular in an exhaust port and thus, for example, with an exhaust manifold connected to the exhaust port, so that an uncontrolled opening of exhaust valves of other cylinders can be avoided.
  • the at least one piston during the compression stroke passes through a second cylinder charge on the way to its top dead center that was previously sucked in during the intake stroke and formed, for example, as fresh gas or ambient air pushes the still open intake valve back to an intake side of the internal combustion engine, also referred to as the fresh air side.
  • a second cylinder filling to be compressed in the cylinder can be kept low, so that less gas is decompressed during a second decompression, as a result of which the braking power can be kept sufficiently and advantageously low.
  • Conventional methods and solutions usually focus on achieving the highest possible braking performance.
  • a variation and in particular a setting of a sufficiently low braking power are regularly neglected, which is greater than 0 and can thus cause the motor vehicle to be braked, but is at the same time sufficiently low.
  • the method according to the invention particularly advantageously enables the braking power of the internal combustion engine to be variable over a larger range.
  • a particularly high braking performance can be generated.
  • the intake valve opens at or shortly after the gas exchange dead center, the decompression of the first cylinder charge being essentially completed beforehand.
  • the intake stroke already begins after the gas exchange dead center, so that recharging can be carried out via the outlet valve, which is still open, in the first decompression stroke and cylinder filling can be carried out via the inlet side via the open inlet valve.
  • a closed position of the exhaust valve immediately following the first decompression stroke is reached at a crank angle of more than 80 degrees and at the latest at a crank angle of 165 degrees after the gas exchange top dead center.
  • the at least one exhaust valve in the first decompression stroke is already closed in the intake stroke, so that a charge in the at least one cylinder is not pushed back into the exhaust and particularly effective recharging can take place, as a result of which an improved cylinder charge for a second decompression stroke can be achieved .
  • the at least one exhaust camshaft advances by a value in a range from 70 degrees crank angle to 110 degrees crank angle compared to the first operating state the gas exchange top dead center is advanced relative to the crankshaft.
  • This advance adjustment of the at least one exhaust camshaft makes it possible to allow exhaust gas to flow into the at least one cylinder from the exhaust port or from the exhaust manifold via the open, at least one exhaust valve during the power stroke and thus by means of the exhaust stroke caused by the at least one exhaust cam and then subsequently to compress the first cylinder charge in the exhaust stroke, ie in the crankshaft interval in which the exhaust stroke usually occurs.
  • a further, second cylinder filling is compressed and then by means of a second decompression stroke of the at least one Exhaust valve is decompressed in a range of an ignition top dead center.
  • the engine braking power can be increased by means of the two decompression strokes and be influenced over a wide area.
  • the at least one exhaust valve Due to the phase adjustment of the at least one exhaust camshaft and thus the exhaust stroke caused by the at least one exhaust cam in an advanced direction relative to the crankshaft, the at least one exhaust valve opens during the exhaust stroke and remains closed to a significant extent during the power stroke, so that the first Cylinder filling can be compressed and can be decompressed in the gas exchange dead center.
  • the second charge in the cylinder is essentially formed via the open, at least one intake valve in the intake stroke, compressed in the compression stroke and decompressed at top dead center during the second decompression stroke of the at least one exhaust valve.
  • the respective decompression stroke of the at least one outlet valve is effected, for example, by means of an actuating element, in particular in its second position.
  • the movement of the actuating element from a first position into the second position is also referred to as activation, in particular as activation of at least one decompression stroke.
  • the at least one decompression stroke is effected, for example, by means of a brake rocker arm and the corresponding at least one decompression elevation, the decompression elevation causing the decompression stroke also being referred to as a brake cam or brake cam elevation.
  • the decompression lobe can be provided as an additional cam lobe on the exhaust cam.
  • the at least one decompression elevation as an additional cam next to the at least one exhaust cam on the at least one exhaust camshaft. Due to the respective compression and decompression of the first and the second cylinder filling within the respective work cycle, an advantageous braking performance can be realized through two corresponding decompression elevations.
  • the brake rocker arm can be provided next to an exhaust rocker arm and the actuating element or the brake rocker arm in its second position can transmit the respective stroke of the decompression elevations to one or two exhaust valves of a cylinder by means of a hydraulic device.
  • a further, second exhaust valve of the at least one cylinder is opened simultaneously by means of the exhaust cam and only the first exhaust valve of the at least one cylinder is opened by means of at least of a decompression stroke will.
  • a second exhaust valve is preferably assigned to the at least one cylinder, in particular at least or exactly one, wherein the second exhaust valve can be actuated or is actuated analogously by means of the at least one exhaust camshaft.
  • both exhaust valves of the cylinder each perform an exhaust stroke that is advanced relative to the crankshaft and that corresponds to the course of the exhaust stroke in the fired, first operating state.
  • only one of the two outlet valves and, for example, only the first outlet valve, in addition to the outlet stroke executes the respective at least one decompression stroke or the two additional decompression strokes within the respective working cycle .
  • the first and the second exhaust valve execute at least or exactly one exhaust stroke within the respective working cycle, with the actuating element in the second operating state only acting on the first exhaust valve in its second position and the first exhaust valve also executing the decompression strokes.
  • the second operating state is an advantageous braking operation, by means of which the braking power can be advantageously varied as required.
  • the engine braking operation can be adjusted particularly quickly and conveniently.
  • alternative switchover of the internal combustion engine from the first operating state to the second operating state provision is preferably made for the introduction, in particular an injection, of fuel into the cylinder to be ended in order to set the second operating state. After that, the at least one Inlet camshaft retarded and at the same time the at least one exhaust camshaft advanced. Finally, at least one decompression stroke of the at least one, first exhaust valve is effected.
  • alternative switchover of the internal combustion engine from the first operating state to the second operating state provision is preferably made for the introduction, in particular an injection, of fuel into the cylinder to be ended in order to set the second operating state. Thereafter, the at least one exhaust camshaft is advanced and then at least one intake camshaft is retarded. Finally, at least one decompression stroke of the at least one, first exhaust valve is effected.
  • the following advantages can be realized by the method according to the invention: significant increase and increased variability of the engine braking power compared to conventional methods by eliminating a retarder, in particular a cooling water retarder, secondary water retarder (SWR) or oil retarder, the manufacturing costs and the fuel consumption of the internal combustion engine can be reduced Simplified design compared to brake systems with increased performance
  • a retarder in particular a cooling water retarder, secondary water retarder (SWR) or oil retarder
  • Engine braking performance for a high-performance brake and for a standard brake can be built up in a modular manner. Increased backward charging and subsequent decompression increase the exhaust gas temperatures, which leads to a higher heat input into the exhaust system; this is advantageous for exhaust gas aftertreatment, and heat input into a cooling system can be reduced with comparable braking performance.
  • Retarders can be designed with less braking power, such as replacing a secondary water retarder (SWR) with an oil retarder
  • SWR secondary water retarder
  • FIG. 1 shows a diagram to illustrate a method according to the invention according to a first embodiment for operating an internal combustion engine, in particular a motor vehicle;
  • FIG. 2 shows a diagram to illustrate a second embodiment of the method
  • FIG. 3 shows a flowchart to illustrate the method.
  • the motor vehicle is designed, for example, as a motor vehicle, in particular as a commercial vehicle, and can be driven by means of the internal combustion engine, in particular when it is fired.
  • the internal combustion engine is designed as a reciprocating piston engine and has at least one cylinder and at least one piston, which is accommodated in the cylinder in a translationally movable manner.
  • the internal combustion engine has a plurality of cylinders in which combustion processes take place during the fired operation of the internal combustion engine. For example, first of the cylinders form a first group of cylinders, with second of the cylinders forming a second group of cylinders.
  • the first cylinder group includes the plurality of first cylinders
  • the second cylinder group includes the plurality of second cylinders.
  • the respective cylinder group is also referred to as a cylinder bank, for example.
  • the internal combustion engine can be designed as a V-engine, so that the cylinders or the cylinder banks can be arranged in a V-shape relative to one another.
  • the internal combustion engine can be designed as an in-line engine, so that the cylinder banks can be arranged next to one another.
  • the respective piston is accommodated in the respective cylinder in a translationally movable manner, with the piston being able to be moved translationally between a top dead center and a bottom dead center.
  • the internal combustion engine also has an output shaft in the form of a crankshaft, via which the internal combustion engine can provide torque for driving the motor vehicle.
  • the pistons are connected to the crankshaft in an articulated manner via respective connecting rods, so that the translational movements of the pistons are converted into a rotational movement of the crankshaft.
  • the cylinders with their respective pistons and a cylinder head each enclose a combustion chamber in which the combustion processes take place.
  • a respective working cycle of the internal combustion engine designed as a four-stroke engine comprises exactly two complete revolutions of the crankshaft and thus exactly 720 degrees of crank angle.
  • the crankshaft comes into different rotational positions or angles of rotation, the rotational positions or angles of rotation also being referred to as crank angle degrees.
  • the respective piston moves exactly twice to its top dead center and exactly twice to its bottom dead center, so that the top dead center occurs exactly twice within the respective work cycle.
  • the first appearance of the top dead center is, for example, a so-called top gas exchange dead center LWOT.
  • a second occurrence is, for example, an ignition top dead center ZOT.
  • each work cycle includes exactly four strokes.
  • a first of the strokes is an intake stroke, also known as the intake stroke, in which the respective piston moves from the gas exchange dead center LWOT to its respective bottom dead center UT and at least ambient air enters the cylinder via the intake valves and thus a cylinder charge introduced into the cylinder from the intake tract via the intake valves will.
  • the first bar is followed by a second of the bars.
  • the second stroke is a compression stroke, also referred to as a compression phase or compression stroke, in which the piston moves from bottom dead center UT to its top ignition dead center ZOT.
  • a third stroke following the second stroke is a working stroke in which the piston is driven and thereby moved from its top dead center ZOT to its bottom dead center UT.
  • a fuel-air mixture is ignited at top dead center ZOT. This drives the piston as described.
  • the fourth stroke that follows the third stroke is also referred to as the exhaust stroke or exhaust stroke or exhaust phase, since in the fourth stroke the combusted fuel-air mixture or exhaust gas is pushed out of the cylinder by the piston.
  • the internal combustion engine also includes at least one inlet valve per cylinder or several, in particular exactly two, inlet valves, via which, for example, at least ambient air or air or fresh air can be introduced or flow into the respective cylinder as cylinder filling. If the internal combustion engine is designed as a supercharged internal combustion engine, the cylinder charge is introduced into the cylinder via the intake valves, for example by means of a compressor of an exhaust gas turbocharger.
  • recirculated exhaust gas can also be contained in the cylinder charge, for example, with the recirculated exhaust gas being mixed with the ambient air compressed by the compressor, usually by means of HP-EGR (high-pressure exhaust gas recirculation) downstream of the compressor and/or by means of LP-EGR (Low-pressure exhaust gas recirculation) is mixed upstream of the compressor of the introduced ambient air.
  • the cylinder filling can flow from an intake manifold via intake channels of an intake tract of the internal combustion engine into the respective cylinder, in particular when the respective intake valve is open.
  • the internal combustion engine also has at least one intake camshaft that can be driven by the crankshaft and has at least one intake cam for actuating the at least one intake valve.
  • An internal combustion engine designed as a V engine can have an intake camshaft for each cylinder bank, by means of which the respective intake valves, in particular of the respective cylinder bank, can be actuated and thus opened. V engines with only one intake camshaft for the cylinder banks are also conceivable or executed.
  • An internal combustion engine designed as an in-line engine usually has only one intake camshaft for both banks of cylinders.
  • At least one exhaust valve of the internal combustion engine is also provided for each cylinder, with a plurality of exhaust valves usually being provided for each cylinder and, for example, exactly two exhaust valves.
  • a cylinder charge such as the aforementioned exhaust gas, can flow out of the cylinder via the respective exhaust valve and flow into an exhaust gas manifold, also referred to as an exhaust manifold, and thus into an exhaust tract or on an exhaust side of the internal combustion engine.
  • the internal combustion engine has at least one exhaust camshaft that can be driven by the crankshaft and has at least one exhaust cam and at least one decompression elevation for actuating the at least one exhaust valve.
  • the internal combustion engine has an exhaust camshaft, in particular for each cylinder bank of a V engine, by means of which the respective exhaust valves, in particular of the respective cylinder bank, can be actuated and thus opened.
  • V engines with only one exhaust camshaft for the cylinder banks are also conceivable or designed.
  • An internal combustion engine designed as an in-line engine usually has only one exhaust camshaft for both banks of cylinders.
  • the at least one intake camshaft and the at least one exhaust camshaft are also collectively referred to as camshafts, which can be driven by the crankshaft.
  • the intake valves and the exhaust valves are also collectively referred to as valves or gas exchange valves.
  • an exhaust gas aftertreatment device also referred to as an exhaust system, through which the exhaust gas can flow, is arranged in the exhaust tract. The exhaust gas can be after-treated by means of the exhaust gas system.
  • the diagram shown in FIG. 1 has an abscissa 10 on which the crank angle degrees are plotted.
  • the respective gas exchange valve can be moved in a translatory manner and thus executes a respective stroke within the respective working cycle, which is plotted on the ordinate 12 of the diagram.
  • the internal combustion engine is, for example, initially operated in a first operating state, in or during which the internal combustion engine is, for example, in its fired or in a motored operation known per se.
  • the respective intake valve is actuated or moved according to a valve lift curve 14 shown in FIG. 1 .
  • the valve lift curves 14 and 16 illustrate the movements or actuations of the gas exchange valves during fired operation or in the first operating state.
  • the internal combustion engine is switched over from the first operating state to the second operating state, so that the second operating state is set.
  • the second operating state is set in that the intake camshaft is retarded relative to the crankshaft in comparison to the first operating state.
  • the cylinder is operated as a decompression brake or in the manner of a decompression brake, in that a first cylinder charge is compressed in the cylinder within the respective working cycle of the internal combustion engine and then decompressed by means of a first decompression stroke DH1 of the first exhaust valve in the manner of a decompression brake.
  • the at least one intake camshaft is retarded by a first value WE1 to set the second operating state, the first value WE1 being in a range of 80 degrees crank angle up to 120 degrees crank angle.
  • the first value WE1 is preferably greater than 80 crank angle degrees and at most 120 crank angle degrees. It is also provided that in the second operating state the first exhaust valve reaches its closed position S, which immediately or directly follows the first decompression stroke DH1, within the respective working cycle at a crank angle of 40 degrees to a crank angle of 165 degrees after the top gas exchange dead center of the piston.
  • the closed position S designates the state of the first exhaust valves of the respective cylinders when the first exhaust valves are not open, ie the exhaust valve lift is zero or a zero lift is present.
  • the at least one intake camshaft is retarded to set the second operating state, the, in particular all, intake valves assigned to the respective cylinders are moved or actuated during the second operating state according to a valve lift curve 18 shown in FIG.
  • the at least one intake camshaft is adjusted or rotated relative to the crankshaft using a phase adjuster known per se.
  • phase adjuster for the at least one intake camshaft can also be used to adjust the intake camshaft in the first operating state.
  • the at least one exhaust camshaft is advanced by a value WA relative to the crankshaft in comparison to the first operating state, the value WA being in a range from 70 degrees crank angle to 110 degrees crank angle located.
  • both exhaust valves are actuated or moved according to the valve lift curve 16 .
  • the valve lift curve 16 is brought about, for example, by means of the respective exhaust cam of a respective exhaust camshaft, so that the respective exhaust valve is actuated in the first operating state by means of the respective exhaust cam.
  • both exhaust valves of the respective cylinder continue to be actuated by means of the respective exhaust cam, so that in the second operating state both exhaust valves are actuated or moved according to a valve lift curve 20 shown in FIG. 1 .
  • the valve lift curve 20 corresponds to the valve lift curve 16 , the only difference being that the valve lift curve 20 is advanced or shifted relative to the valve lift curve 16 . This results from the advance adjustment of the at least one exhaust camshaft.
  • an actuating element assigned to the first exhaust valve is moved from the first position to a different second position, so that the first exhaust valve is actuated by means of the exhaust cam assigned to the first exhaust valve and also by means of a decompression elevation that is different from the first exhaust cam with the decompression stroke DH1 will.
  • the decompression elevation can be designed as an additional braking cam next to the exhaust cam or as an additional decompression elevation on the exhaust cam.
  • the first exhaust valve is actuated by the exhaust cam and the second exhaust valve is actuated at the same time according to the valve lift curve 20 into the second operating state.
  • actuation of the first exhaust valve by the decompression lifts causes the first exhaust valve to be actuated or moved into the second operating state according to a valve lift curve 21 and a valve lift curve 22 .
  • the first exhaust valve performs the decompression stroke DH1 according to the valve lift curve 21 as the first decompression stroke DH1 and a second decompression stroke DH2 according to the valve lift curve 22 within the respective working cycle.
  • the movement of the actuating element from the first position into the second position is also referred to as initiating the decompression strokes DH1 and DH2.
  • the activated decompression strokes DH1 and DH2 are linked to the exhaust stroke by their position on the crank circuit.
  • the linkage described above causes the exhaust stroke and the respective decompression stroke DH1 or decompression stroke DH2 to be shifted simultaneously, for example by a further phase adjuster in addition to the phase adjuster for the at least one intake camshaft.
  • the exhaust camshaft can be adjusted in the first operating state with the additional phase adjuster for the at least one exhaust camshaft.
  • the second exhaust valve is also actuated in the second operating state according to valve lift curve 21 and valve lift curve 22, so that the second exhaust valve also performs decompression strokes DH1 and DH2.
  • the first outlet valve only executes one of the two decompression strokes DH1, DH2, while the second outlet valve executes the other of the two decompression strokes DH1, DH2 or none of the decompression strokes DH1, DH2.
  • the at least one cylinder in the second operating state is operated as one or as the aforementioned decompression brake in such a way that within the respective working cycle of the internal combustion engine the aforementioned first cylinder filling is compressed in the cylinder and then by the first Decompression stroke DH1 of the first exhaust valve is decompressed.
  • the first cylinder charge is introduced into the respective cylinder during the power stroke by means of the piston via the open first outlet valve and via the open second outlet valve, and during the subsequent exhaust stroke by means of the piston in the cylinder it is at least partially compressed, i.e. compressed.
  • the compression of the first cylinder filling can take place because the exhaust valves close before the end of the exhaust stroke and the piston moves further in the direction of the gas exchange dead center LWOT.
  • the first cylinder filling is then decompressed in the manner of a decompression brake by means of the first decompression stroke DH1 of the first exhaust valve in the region of the gas exchange dead center LWOT.
  • a second cylinder filling is then introduced during the intake stroke by means of the piston via the intake valves from the intake tract into the cylinder and then compressed during the compression stroke and then decompressed by the second decompression stroke DH2 of the first exhaust valve in the manner of a decompression brake in the area of the ignition dead center ZOT. It is provided that in the second operating state the second decompression stroke DH2 according to the valve lift curve 22 within the respective working cycle at a crank angle of 70 degrees to 120 degrees crank angle, preferably at more than 90 degrees crank angle to 120 degrees crank angle, before top dead center (ZOT) begins.
  • the first cylinder charge essentially comes from the exhaust tract, with the second cylinder charge essentially originating from the intake tract.
  • so-called reverse charging or reverse charging of the respective cylinder is provided for the first decompression stroke DH1, forward charging or forward charging of the respective cylinder being provided for the second decompression stroke DH2.
  • the at least one intake camshaft is retarded by a second value WE2, which is in a range from 0 degrees crank angle to 20 degrees crank angle, in particular in a range from 1 degree crank angle to 20 degrees crank angle, after the gas exchange top dead center LWOT.
  • WE2 a second value
  • the at least one exhaust camshaft is adjusted analogously to the first embodiment.
  • the second operating state can only be set for one of the two banks of cylinders or for both banks of cylinders.
  • Each of the two intake camshafts and each of the two exhaust camshafts has its own phase adjuster. It is also conceivable that different values of a phase adjustment can be set with the respective intake camshafts and exhaust camshafts of the two banks of cylinders.
  • FIG. 3 shows a flowchart that is used to describe a particularly advantageous sequence for switching from the first operating state to the second operating state.
  • a first step S1 an introduction, in particular an injection, of fuel into the cylinder is ended.
  • the at least one intake camshaft is retarded.
  • the at least one exhaust camshaft is advanced.
  • at least one decompression stroke DH1, DH2 of the at least one outlet valve is effected.
  • the third step S3 is carried out before the second step S2.
  • the third step S3 and the second step S2 are carried out simultaneously.

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Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine, bei welchem die Verbrennungskraftmaschine zunächst in einem ersten Betriebszustand betrieben wird und ein von dem ersten Betriebszustand unterschiedlicher zweiter Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine eingestellt wird, indem eine Auslassnockenwelle im Vergleich zu dem ersten Betriebszustand um einen Wert nach früh relativ zu der Kurbelwelle verstellt wird und ein Auslassventil mittels eines Auslassnockens und einer Dekompressionserhebung der Auslassnockenwelle betätigt wird, wonach in dem zweiten Betriebszustand zumindest ein Zylinder die Funktion einer Dekompressionsbremse übernimmt, indem in dem mindestens einen Zylinder innerhalb eines jeweiligen Arbeitsspiels der Verbrennungskraftmaschine mindestens eine erste Zylinderfüllung komprimiert wird und danach mittels eines ersten Dekompressionshubs des mindestens einen Auslassventils in einem Bereich eines oberen Ladungswechseltotpunkts dekomprimiert wird, wobei im zweiten Betriebszustand die mindestens eine Einlassnockenwelle um einen ersten Wert nach spät relativ zur Kurbelwelle verstellt wird.

Description

Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 und gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 2.
Ein solches Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, ist beispielsweise bereits der EP 3 077 647 B1 als bekannt zu entnehmen. Bei dem Verfahren weist die Verbrennungskraftmaschine mindestens einen Zylinder und mindestens einen Kolben auf, welcher translatorisch bewegbar in dem Zylinder aufgenommen ist. Dem mindestens einen Zylinder sind mindestens ein Auslassventil und mindestens ein Einlassventil zugeordnet. Die Verbrennungskraftmaschine weist darüber hinaus eine als Kurbelwelle ausgebildete Abtriebswelle auf, über welche die Verbrennungskraftmaschine Drehmomente, insbesondere zum Antreiben des Kraftfahrzeugs, bereitstellen kann. Außerdem umfasst die Verbrennungskraftmaschine mindestens eine von der Kurbelwelle antreibbare Einlassnockenwelle mit mindestens einem Einlassnocken zum Betätigen des mindestens einen Einlassventils. Die Verbrennungskraftmaschine umfasst ferner mindestens eine von der Kurbelwelle antreibbare Auslassnockenwelle mit mindestens einem Auslassnocken und mindestens einer Dekompressionserhebung zum Betätigen des mindestens einen Auslassventils. Bei dem Verfahren wird die Verbrennungskraftmaschine zunächst in einem ersten Betriebszustand betrieben. Im ersten Betriebszustand wird die Verbrennungskraftmaschine in einem Verbrennungsbetrieb bzw. befeuerten Betrieb betrieben. Dabei wird ein von dem ersten Betriebszustand unterschiedlicher zweiter Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine eingestellt, indem die mindestens eine Auslassnockenwelle im Vergleich zu dem ersten Betriebszustand um einen Wert nach früh relativ zu der Kurbelwelle verstellt wird. Dabei wird das mindestens eine Auslassventil mittels des Auslassnockens und der mindestens einen Dekompressionserhebung der Auslassnockenwelle betätigt, wonach in dem zweiten Betriebszustand der mindestens eine Zylinder die Funktion einer Dekompressionsbremse übernimmt, das heißt nach Art einer Dekompressionsbremse, betrieben wird. Dabei wird in dem mindestens einen Zylinder innerhalb eines jeweiligen Arbeitsspiels der Verbrennungskraftmaschine mindestens eine erste Füllung des Zylinders bzw. eine erste Zylinderfüllung komprimiert und danach mittels eines Dekompressionshubs des mindestens einen Auslassventils im Bereich eines oberen Ladungswechseltotpunkts, insbesondere nach Art einer hinlänglich bekannten Dekompressionsbremse, dekomprimiert. Die erste Füllung gelangt über das mittels des Auslassnockens geöffneten Auslassventils in den Zylinder.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders vorteilhafter Motorbremsbetrieb der Verbrennungskraftmaschine realisiert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und mit den Merkmalen des Patentanspruchs 2 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Um ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders vorteilhafter Motorbremsbetrieb der Verbrennungskraftmaschine realisiert werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass in einer ersten Ausführungsform im zweiten Betriebszustand die mindestens eine Einlassnockenwelle um einen ersten Wert nach spät relativ zur Kurbelwelle verstellt wird, welcher in einem Bereich von größer als 80 Grad Kurbelwinkel ist und bis höchstens 120 Grad Kurbelwinkel nach dem oberen Ladungswechseltotpunkt liegt. Mit anderen Worten wird die mindestens eine Einlassnockenwelle um mehr als 80 Grad und um höchstens 120 Grad nach spät relativ zu der Kurbelwelle verstellt, insbesondere verdreht. Dieses Verstellen beziehungsweise Verdrehen der mindestens einen Einlassnockenwelle relativ zur Kurbelwelle wird auch als Phasenverstellung oder Phasenstellung bezeichnet, wobei die mindestens eine Einlassnockenwelle beispielsweise mittels eines auch als Nockenwellenverstellers bezeichneten, an sich bekannten, Phasenstellers relativ zu der Kurbelwelle verdreht wird beziehungsweise verdreht werden kann. Analog zur mindestens einen Einlassnockenwelle kann die mindestens eine Auslassnockenwelle mittels eines weiteren Phasenstellers relativ zur Kurbelwelle verstellt werden. Um ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 2 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders vorteilhafter Motorbremsbetrieb der Verbrennungskraftmaschine realisiert werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass in einer zweiten Ausführungsform im zweiten Betriebszustand die mindestens eine Einlassnockenwelle um einen zweiten Wert nach spät verstellt wird, welcher in einem Bereich von 0 Grad Kurbelwinkel bis 20 Grad Kurbelwinkel, insbesondere in einem Bereich von 1 Grad Kurbelwinkel bis 20 Grad Kurbelwinkel nach dem oberen Ladungswechseltotpunkt, liegt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindungen gemäß Patentanspruch 1 und gemäß Patentanspruch 2 ist es vorgesehen, dass eine auf den ersten Dekompressionshub, insbesondere unmittelbar beziehungsweise direkt, folgende Schließstellung des Auslassventils bei 40 Grad Kurbelwinkel bis 165 Grad Kurbelwinkel nach dem oberen Ladungswechseltotpunkt erreicht wird. Damit wird das mindestens eine Auslassventil während dem ersten Dekompressionshub bis zur direkt auf den ersten Dekompressionshub folgenden und innerhalb des Arbeitsspiels liegenden Schließstellung, nicht geschlossen. Ein innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels auftretender Zeitpunkt, zu welchem das mindestens eine Auslassventil seine unmittelbar beziehungsweise direkt auf den ersten Dekompressionshub folgende Schließstellung erreicht, entspricht, beziehungsweise korrespondiert, mit einer Drehstellung der Kurbelwelle.
Innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels der Verbrennungskraftmaschine bewegt sich der Kolben genau zweimal in seinen oberen Totpunkt und genau zweimal in seinen unteren Totpunkt, wobei das jeweilige Arbeitsspiel, insbesondere genau, 720 Grad Kurbelwinkel, das heißt zwei vollständige Umdrehungen der Kurbelwelle, umfasst. Da der mindestens eine Kolben innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels, insbesondere genau, zweimal in seinen oberen Totpunkt kommt, tritt der obere Totpunkt innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels, insbesondere genau, zweimal auf. Der erste Auftritt des oberen Totpunkts innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels wird als der zuvor genannte, obere Ladungswechseltotpunkt oder als oberer Gaswechseltotpunkt bezeichnet, da während des befeuerten Betriebs im Bereich des oberen Ladungswechseltotpunkts ein aus der Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches resultierendes Abgas der Verbrennungskraftmaschine mittels des mindestens einen Kolbens über das mindestens eine Auslassventil aus dem mindestens einen Zylinder ausgeschoben sowie anschließend über das mindestens eine Einlassventil eine zumindest Umgebungsluft umfassende Zylinderfüllung in den mindestens einen Zylinder eingesaugt beziehungsweise eingebracht wird. Ein zweiter der Auftritte des oberen Totpunkts wird auch als oberer Zündtotpunkt bezeichnet, da während eines befeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine im Bereich des oberen Zündtotpunkts ein sich im Zylinder befindendes Kraftstoff-Luft-Gemisch gezündet und in der Folge verbrannt wird. Die jeweiligen Einlassventile und Auslassventile werden bekanntermaßen über jeweilige Einlassnocken bzw. Auslassnocken betätigt.
Die Verbrennungskraftmaschine ist dabei vorzugsweise als Vier-Takt-Motor ausgebildet, sodass das jeweilige Arbeitsspiel genau vier Takte aufweist. In den auf den befeuerten Betrieb bezogenen Takten der Verbrennungskraftmaschine ist ein erster der Takte ein sogenannter Ansaugtakt oder Einlasstakt, in welchem zumindest Umgebungsluft bzw. Luft in den Zylinder eingebracht wird. Während des Ansaugtakts bewegt sich der Kolben aus seinem oberen Totpunkt, insbesondere aus dem oberen Ladungswechseltotpunkt, in den unteren Totpunkt. Ein sich an den ersten Takt anschließender zweiter der Takte ist ein sogenannter Kompressions- oder Verdichtungstakt, welcher auch als Verdichtungsoder Kompressionsphase bezeichnet wird. Während des Verdichtungstakts bewegt sich der Kolben aus seinem unteren Totpunkt in den oberen Totpunkt, insbesondere in den oberen Zündtotpunkt, wobei die zuvor in den mindestens einen Zylinder eingebrachte Zylinderfüllung mittels des Kolbens im Zylinder verdichtet wird. Ein sich an den zweiten Takt anschließender dritter der Takte wird auch als Arbeitstakt bezeichnet, da während des Arbeitstakts der mindestens eine Kolben durch eine aus der Zündung und Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches resultierende Expansion beziehungsweise Ausdehnung des verbrannten Kraftstoff-Luft-Gemisches angetrieben und dabei aus dem oberen Totpunkt, insbesondere aus dem oberen Zündtotpunkt, in den unteren Totpunkt bewegt wird. Hierdurch wird die Kurbelwelle angetrieben, da der Kolben über ein Pleuel gelenkig mit der Kurbelwelle gekoppelt ist. Der sich an den dritten Takt anschließende vierte Takt wird auch als Ausschiebetakt oder Ausschiebephase bezeichnet, da während des vierten Takts das Abgas, welches aus der Verbrennung des Kraftstoff-Luft- Gemisches resultiert, mittels des mindestens einen Kolbens über das mindestens eine Auslassventile aus dem mindestens einen Zylinder ausgeschoben wird. Der erste Betriebszustand entspricht beispielsweise einem befeuerten Betrieb beziehungsweise während des ersten Betriebszustands kann der befeuerte Betrieb der Verbrennungskraftmaschine stattfinden. Dabei kann während des ersten Taktes und/oder des zweiten Taktes und/oder dritten Taktes Kraftstoff beispielsweise direkt in den Zylinder zu der gasförmigen Zylinderfüllung eingespritzt werden. Während des befeuerten Betriebs laufen in dem Zylinder Verbrennungsvorgänge ab, in deren Rahmen jeweilige Kraftstoff-Luft-Gemische in dem Zylinder gezündet und verbrannt werden. Vorzugsweise befindet sich die Verbrennungskraftmaschine während des zweiten Betriebszustands in ihrem unbefeuerten Betrieb, sodass kein Kraftstoff in den Zylinder eingebracht wird und kein Kraftstoff-Luft-Gemisch gebildet wird.
Wie bereits hinlänglich aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt ist, kann durch Betreiben eines Zylinders als eine Dekompressionsbremse, beziehungsweise der Übernahme eines Zylinders der Funktion einer Dekompressionsbremse, ein Motorbremsbetrieb der Verbrennungskraftmaschine realisiert werden, sodass die Verbrennungskraftmaschine in dem Motorbremsbetrieb als eine Motorbremse und dabei insbesondere als eine Dekompressionsbremse betrieben wird. Durch Ausführen beziehungsweise Bewirken des Dekompressionshubs eines Auslassventils eines Zylinders kann mindestens eine Zylinderfüllung, welches zuvor, das heißt vor dem Dekompressionshub, beispielsweise während des Ausschiebetakts oder während des Verdichtungstakts mittels des Kolbens verdichtet wurde, dekomprimiert und somit aus dem Zylinder entlassen werden. Hierdurch geht in der verdichteten Zylinderfüllung enthaltene Verdichtungsenergie, welche zuvor von der Verbrennungskraftmaschine geleistet wurde, um die Zylinderfüllung zu verdichten, zumindest zum überwiegenden Teil ungenutzt verloren, sodass die in der Zylinderfüllung enthaltene Verdichtungsenergie zumindest zum überwiegenden Teil nicht genutzt werden kann, um den Kolben nach dem Verdichten der Zylinderfüllung wieder aus seinem oberen Totpunkt in seinen unteren Totpunkt zu bewegen. Durch diesen Betrieb des Zylinders als Dekompressionsbremse kann ein mit der Verbrennungskraftmaschine ausgestattetes Kraftfahrzeug abgebremst werden oder es kann vermieden werden, dass es zu einer übermäßigen Geschwindigkeitszunahme des Kraftfahrzeugs kommt.
Dabei wurde gefunden, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren gemäß Patentanspruch 1 ein besonders vorteilhaftes und einfach auch als Bremsmoment bezeichnetes Motorbremsmoment realisiert werden kann, mittels welchem das Kraftfahrzeug abgebremst beziehungsweise in seiner Geschwindigkeit eingeschränkt werden kann. Insbesondere kann durch das erfindungsgemäße Verfahren das Bremsmoment auf einen Bremswert eingestellt werden, welcher zwar größer als 0, jedoch hinreichend gering ist. Somit kann durch das erfindungsgemäße Verfahren gemäß Patentanspruch 1 eine übermäßige, durch die Motorbremse bewirkte Bremswirkung vermieden werden, was in vielerlei Fahrsituationen vorteilhaft sein kann. Mit anderen Worten kann durch das Verfahren eine Bremsleistung der Motorbremse präzise und variabel in einem weiten Bremsmomentbereich eingestellt und dabei jedoch gewünscht geringgehalten werden, um zwar mittels der Motorbremse ein hinreichendes Abbremsen des Kraftfahrzeugs zu bewirken, jedoch ein übermäßiges, durch die Motorbremse bewirktes Abbremsen vermeiden zu können.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren gemäß Patentanspruch 2 kann ein besonders vorteilhaftes und einfach auch als Bremsmoment bezeichnetes Motorbremsmoment realisiert werden kann, mittels welchem das Kraftfahrzeug besonders stark abgebremst beziehungsweise in seiner Geschwindigkeit eingeschränkt werden kann. Es kann eine besonders hohe Motorbremsleistung realisiert werden.
Die Erfindungen ermöglicht es somit, bedarfsgerecht zwischen einer besonders hohen Motorbremsleistung und einer besonders geringen Motorbremsleistung umzuschalten.
Dadurch, dass es erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass eine auf den ersten Dekompressionshub folgende Schließstellung des Auslassventils bei 40 Grad Kurbelwinkel bis 165 Grad Kurbelwinkel nach dem oberen Ladungswechseltotpunkt erreicht wird, wird das mindestens eine Auslassventil nach dem Ladungswechseltotpunkt besonders spät geschlossen. Dadurch kann der erste Dekompressionshub besonders lange beibehalten werden. Mit anderen Worten kann das Auslassventil besonders lange in dem ersten Dekompressionshub beziehungsweise auf dem ersten Dekompressionshub gehalten werden. Dies ist besonders gut aus einer Ventilerhebungskurve ersichtlich, gemäß welcher das mindestens eine Auslassventil betätigt und somit bewegt wird. Ein spätes Schließen des mindestens einen Auslassventils und das lange Halten des Dekompressionshubs äußert sich in der Ventilerhebungskurve durch ein sehr langes Plateau, welches sich über einen besonders großen Grad Kurbelwinkel-Bereich erstreckt. Während dieses Plateaus ist zumindest im Wesentlichen konstant der Dekompressionshub des Auslassventils eingestellt. Bei einem früheren, an den Dekompressionshub anschließenden, Schließen des mindestens einen Auslassventils bildet sich kein Plateau oder weniger langes Plateau aus. Ein Beginn des ersten Dekompressionshubs liegt beispielsweise zwischen 100 Grad Kurbelwinkel und 80 Grad, insbesondere zwischen 90 Grad Kurbelwinkel und 70 Grad Kurbelwinkel, vor dem oberen Ladungswechseltotpunkt, an welchen sich die sich unmittelbar der erste Dekompressionshub anschließt und schließlich in die Schließstellung übergeht. Durch das lange Beibehalten des ersten Dekompressionshubs im Bereich des oberen Ladungswechseltotpunkts können folgende Vorteile erzielt werden: Durch das lange Offenhalten beziehungsweise Beibehalten des ersten Dekompressionshubs kann Druck aus einem Auslasskanal, in welchen das Abgas ausschiebbar ist, in den mindestens einen Zylinder zurückgeführt werden, sodass im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren ein nur geringerer, von einem Abgasturbolader oder von einer anderweitigen Aufladeeinrichtung bereitstellender Ladedruck benötigt wird. Dadurch kann beispielsweise der Abgasturbolader, insbesondere dessen Verdichter, in einem besonders vorteilhaften Wirkungsgradbereich arbeiten. Das Zurückführen von Druck aus dem Auslasskanal in den Zylinder wird auch als Rückaufladung bezeichnet. Durch diese Rückaufladung kann in einem Auslasstrakt, insbesondere in einem Auslasskanal und somit beispielsweise mit einem den Auslasskanal verbundenen Abgaskrümmer herrschender Druck besonders geringgehalten werden, sodass ein unkontrolliertes Öffnen von Auslassventilen weiterer Zylinder vermieden werden kann.
Darüber hinaus kann durch das Verstellen der mindestens einen Einlassnockenwelle gemäß Patentanspruch 1 nach spät erreicht werden, dass der mindestens eine Kolben während des Verdichtungstakts eine zuvor während des Ansaugtakts angesaugte und beispielsweise als Frischgas bzw. Umgebungsluft ausgebildete zweite Zylinderfüllung auf dem Weg zu seinem oberen Totpunkt durch das noch offenstehende Einlassventil zurück auf eine auch als Frischluftseite bezeichnete Einlassseite der Verbrennungskraftmaschine zurückschiebt. Dadurch kann eine zu komprimierende zweite Zylinderfüllung in dem Zylinder geringgehalten werden, so dass während einer zweiten Dekompression weniger Gas dekomprimiert wird, wodurch die Bremsleistung hinreichend und vorteilhaft gering gehalten werden kann. Üblicherweise fokussieren sich herkömmliche Verfahren und Lösungen auf die Realisierung einer möglichst hohen Bremsleistung. Dabei werden regelmäßig eine Variation und insbesondere eine Einstellung einer hinreichend geringen Bremsleistung vernachlässigt, welche zwar größer als 0 ist und somit ein Abbremsen des Kraftfahrzeugs bewirken kann, jedoch gleichzeitig hinreichend gering ist. Durch das erfindungsgemäße Verfahren besonders vorteilhaft eine in einem größeren Bereich variable Bremsleistung der Verbrennungskraftmaschine realisiert werden.
Darüber hinaus kann durch das Verstellen der mindestens einen Einlassnockenwelle gemäß Patentanspruch 2 nach spät erreicht werden, dass eine besonders hohe Bremsleistung erzeugt wird. Das Einlassventil öffnet am oder kurz nach dem Ladungswechseltotpunkt, wobei zuvor die Dekompression der ersten Zylinderfüllung im Wesentlichen abgeschlossen ist. Vorteilhafterweise beginnt nach dem Ladungswechseltotpunkt bereits der Ansaugtakt, so dass über das weiterhin geöffnete Auslassventil im ersten Dekompressionshub eine Rückaufladung und das geöffnete Einlassventil eine Zylinderfüllung über die Einlassseite vorgenommen werden kann, wodurch durch das relativ frühe Schließen der Einlassventils im Verdichtungstakt kein wesentlicher Anteil der Zylinderfüllung in den Einlass zurückgeschoben wird und eine besonders große Zylinderfüllung zu einer erhöhten Motorbremsleistung während eines zweiten Dekompressionshubs im oberen Zündtotpunkt führt.
Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn eine auf den ersten Dekompressionshub unmittelbar folgende Schließstellung des Auslassventils bei mehr als 80 Grad Kurbelwinkel und spätestens bei 165 Grad Kurbelwinkel nach dem oberen Ladungswechseltotpunkt erreicht wird. Vorteilhafterweise wird das mindestens eine Auslassventil im ersten Dekompressionshub bereits im Ansaugtakt geschlossen, so dass es nicht zu einem Zurückschieben einer Füllung im mindestens einen Zylinder in den Auslass kommt und eine besonders effektive Rückaufladung stattfinden kann, wodurch eine verbesserte Zylinderfüllung für einen zweiten Dekompressionshub erreicht werde kann.
Um die Bremsleistung auf einen besonders vorteilhaften Wert einstellen zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass im zweiten Betriebszustand die mindestens eine Auslassnockenwelle im Vergleich zu dem ersten Betriebszustand um den Wert in einem Bereich von 70 Grad Kurbelwinkel bis 110 Grad Kurbelwinkel vor dem oberen Ladungswechseltotpunkt nach früh relativ zu der Kurbelwelle verstellt wird. Durch diese Verstellung der mindestens einen Auslassnockenwelle nach früh ist es möglich, Abgas aus dem Auslasskanal beziehungsweise aus dem Abgaskrümmer über das geöffnete, mindestens eine Auslassventil während des Arbeitstakts und somit mittels des durch den mindestens einen Auslassnocken bewirkten Auslasshubs in den mindestens einen Zylinder einströmen zu lassen und dann anschließend in dem Ausschiebetakt die erste Zylinderfüllung, das heißt in dem Kurbelwellenintervall, in dem gewöhnlich der Ausschiebetakt erfolgt, zu komprimieren.
Um schließlich einen besonders vorteilhaften Motorbremsbetrieb realisieren zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass in dem zweiten Betriebszustand in dem mindestens einen Zylinder innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels der Verbrennungskraftmaschine eine weitere, zweite Zylinderfüllung komprimiert und danach mittels eines zweiten Dekompressionshubs des mindestens einen Auslassventils in einem Bereich eines oberen Zündtotpunkts dekomprimiert wird. Dies bedeutet, dass pro Arbeitsspiel, insbesondere genau, zweimal dekomprimiert wird. Vorteilhafterweise kann die Motorbremsleistung mittels der beiden Dekompressionenshübe gesteigert werden und in einem weiten Bereich beeinflusst werden. Durch die Phasenverstellung der mindestens einen Auslassnockenwelle und damit des mittels des mindestens einen Auslassnockens bewirkten Auslasshubs Richtung früh relativ zur Kurbelwelle, öffnet das mindestens eine Auslassventil während des Ausstoßtaktes und bleibt zu einem wesentlichen Teil während des Arbeitstaktes geschlossen, so dass die während des Arbeitstaktes gebildete erste Zylinderfüllung komprimiert werden kann und im Ladungswechseltotpunkt dekomprimiert werden kann. Die zweite Füllung im Zylinder wird im Wesentlichen über das geöffnete, mindestens eine Einlassventil im Ansaugtakt gebildet, im Verdichtungstakt komprimiert und im oberen Zündtotpunkt während des zweiten Dekompressionshubs des mindestens einen Auslassventils dekomprimiert.
Der jeweilige Dekompressionshub des mindestens einen Auslassventils wird beispielsweise mittels eines Betätigungselements, insbesondere in dessen zweiter Stellung, bewirkt. Das Bewegen des Betätigungselements aus einer ersten Stellung in die zweite Stellung wird auch als Aufschalten, insbesondere als Aufschalten mindestens eines Dekompressionshubs, bezeichnet. Der mindestens eine Dekompressionshub wird beispielsweise mittels eines Bremskipphebels und der entsprechenden, mindestens eine Dekompressionserhebung bewirkt, wobei die den Dekompressionshub bewirkende Dekompressionserhebung auch als Bremsnocke oder Bremsnockenerhebung bezeichnet wird. Die Dekompressionserhebung kann als zusätzliche Nockenerhebung auf dem Auslassnocken vorgesehen werden. Es ist auch denkbar, die mindestens eine Dekompressionserhebung als zusätzlichen Nocken neben dem mindestens einen Auslassnocken auf der mindestens einen Auslassnockenwelle vorzusehen. Durch das jeweilige Verdichten und Dekomprimieren der ersten und der zweiten Zylinderfüllung innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels kann eine vorteilhafte Bremsleistung durch zwei entsprechende Dekompressionserhebungen realisiert werden. In an sich bekannten Motorbremsvorrichtungen kann beispielsweise der Bremskipphebel neben einem Auslasskipphebel vorgesehen sein und das Betätigungselement bzw. der Bremskipphebel in seiner zweiten Stellung mittels einer hydraulischen Vorrichtung den jeweiligen Hub der Dekompressionserhebungen auf einen oder zwei Auslassventile eines Zylinders übertragen.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass im zweiten Betriebszustand neben dem mindestens einen, ersten Auslassventil des mindestens einen Zylinders ein weiteres, zweites Auslassventil des mindesten einen Zylinders mittels des Auslassnockens gleichzeitig geöffnet werden und lediglich das erste Auslassventil des mindestens einen Zylinders mittels mindestens eines Dekompressionshubs geöffnet wird. Vorzugsweise ist dem mindestens einen Zylinder, insbesondere mindestens oder genau, ein zweites Auslassventil zugeordnet, wobei das zweite Auslassventil analog mittels der mindestens einen Auslassnockenwelle betätigbar ist beziehungsweise betätigt wird. Bei der Verstellung der mindestens einen Auslassnockenwelle nach früh werden beide Auslassventile gleichzeitig beeinflusst und somit während des zweiten Betriebszustands im Vergleich zu dem ersten Betriebszustand früher geöffnet und früher geschlossen. Damit führen beide Auslassventile des Zylinders jeweils einen relativ zur Kurbelwelle nach früh verschobenen Auslasshub aus, der dem Verlauf des Auslasshubs im befeuerten, ersten Betriebszustand entspricht. Allerdings führt in einer bevorzugten Ausführung der Erfindung bezogen auf das erste Auslassventil und bezogen auf das zweite Auslassventil nur eines der beiden Auslassventile und dabei beispielsweise nur das erste Auslassventil zusätzlich zum Auslasshub den jeweiligen, mindestens einen Dekompressionshub beziehungsweise die beiden zusätzlichen Dekompressionshübe innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels aus. Somit führen während des zweiten Betriebszustands das erste und das zweite Auslassventil innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels mindestens oder genau einen Auslasshub aus, wobei das Betätigungselement im zweiten Betriebszustand lediglich das erste Auslassventil in seiner zweiten Stellung beaufschlagt und das erste Auslassventil zusätzlich die Dekompressionshübe ausführt. Der zweite Betriebszustand ist ein vorteilhafter Bremsbetrieb, mittels welchen die Bremsleistung vorteilhaft und bedarfsgerecht variiert werden kann.
Um eine besonders vorteilhafte Umschaltung der Verbrennungskraftmaschine von dem ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand zu realisieren, ist es vorzugsweise vorgesehen, dass zum Einstellen des zweiten Betriebszustands zunächst eine Einbringung, insbesondere eine Einspritzung, von Kraftstoff in den Zylinder beendet wird. Danach wird die mindestens eine Einlassnockenwelle nach spät verstellt und anschließend die mindestens eine Auslassnockenwelle nach früh verstellt. Schließlich wird zumindest ein Dekompressionshub des mindestens einen, ersten Auslassventils bewirkt. Hierdurch kann beispielsweise der Motorbremsbetrieb besonders schnell und komfortabel eingestellt werden.
Um eine besonders vorteilhafte, alternative Umschaltung der Verbrennungskraftmaschine von dem ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand zu realisieren, ist es vorzugsweise vorgesehen, dass zum Einstellen des zweiten Betriebszustands zunächst eine Einbringung, insbesondere eine Einspritzung, von Kraftstoff in den Zylinder beendet wird. Danach wird die mindestens eine Einlassnockenwelle nach spät verstellt und gleichzeitig die mindestens eine Auslassnockenwelle nach früh verstellt. Schließlich wird zumindest ein Dekompressionshub des mindestens einen, ersten Auslassventils bewirkt. Um eine besonders vorteilhafte weitere, alternative Umschaltung der Verbrennungskraftmaschine von dem ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand zu realisieren, ist es vorzugsweise vorgesehen, dass zum Einstellen des zweiten Betriebszustands zunächst eine Einbringung, insbesondere eine Einspritzung, von Kraftstoff in den Zylinder beendet wird. Danach wird die die mindestens eine Auslassnockenwelle nach früh verstellt und anschließend mindestens eine Einlassnockenwelle nach spät verstellt. Schließlich wird zumindest ein Dekompressionshub des mindestens einen, ersten Auslassventils bewirkt.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren können insbesondere die folgenden Vorteile realisiert werden: erhebliche Steigerung und gesteigerte Variabilität der Motorbremsleistung im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren durch Entfall eines Retarders, insbesondere eines Kühlwasserretarders, Sekundärwasserretarders (SWR) oder Ölretarders, können die Herstellkosten und der Kraftstoffverbrauch der Verbrennungskraftmaschine reduziert werden vereinfachte Konstruktion im Vergleich zu leistungsgesteigerten Bremssystemen deutliche Anhebung der Abgastemperatur bei minimalem Schleppmoment mit der Option, durch Nockenwellenverstellung den Wärmeeintrag in das Abgassystem gezielt einzustellen hoher Gleichteilegrad zwischen Standard- und Hochleistungs-Bremse verstärkte Rückaufladung führt zu höheren Abgastemperaturen und reduziertem Auskühlen des Abgassystems
Motorbremsleistung für eine Hochleistungsbremse und für eine Standardbremse ließen sich modular aufbauen durch verstärkte Rückwärtsladung und anschließender Dekompression erhöhen sich die Abgastemperaturen, was zu einem höheren Wärmeeintrag in das Abgassystem führt; dies ist vorteilhaft für eine Abgasnachbehandlung, und ein Wärmeeintrag in ein Kühlsystem kann bei vergleichbarer Bremsleistung reduziert werden.
Retarder kann mit geringerer Bremsleistung ausgeführt werden, wie beispielsweise bei der Substitution eines Sekundärwasserretarders (SWR) durch einen Ölretarder Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in:
Fig. 1 ein Diagramm zum Veranschaulichen eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs;
Fig. 2 ein Diagramm zum Veranschaulichen einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens; und
Fig. 3 ein Flussdiagramm zum Veranschaulichen des Verfahrens.
In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt ein Diagramm, anhand dessen im Folgenden eine erste Ausführungsform eines Verfahrens zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs veranschaulicht wird. Das Kraftfahrzeug ist beispielsweise als Kraftwagen, insbesondere als Nutzfahrzeug, ausgebildet und mittels der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere in deren befeuerten Betrieb, antreibbar. Die Verbrennungskraftmaschine ist als eine Hubkolbenmaschine ausgebildet und weist mindestens einen Zylinder und mindestens einen Kolben auf, welcher translatorisch bewegbar in dem Zylinder aufgenommen ist. Insbesondere weist die Verbrennungskraftmaschine mehrere Zylinder auf, in denen während des befeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine Verbrennungsvorgänge ablaufen. Erste der Zylinder bilden beispielsweise eine erste Zylindergruppe, wobei zweite der Zylinder eine zweite Zylindergruppe bilden. Somit umfasst beispielsweise die erste Zylindergruppe die mehreren ersten Zylinder, und die zweite Zylindergruppe umfasst die mehreren zweiten Zylinder. Die jeweilige Zylindergruppe wird beispielsweise auch als Zylinderbank bezeichnet. Insbesondere kann die Verbrennungskraftmaschine als V-Motor ausgebildet sein, sodass die Zylinder beziehungsweise die Zylinderbänke V-förmig relativ zueinander angeordnet sein können. Des Weiteren kann die Verbrennungskraftmaschine als Reihen-Motor ausgebildet sein, so dass die Zylinderbänke nebeneinander zueinander angeordnet sein können.
In dem jeweiligen Zylinder ist der jeweilige Kolben translatorisch bewegbar aufgenommen, wobei der Kolben zwischen einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt translatorisch bewegt werden kann. Die Verbrennungskraftmaschine weist darüber hinaus eine als Kurbelwelle ausgebildete Abtriebswelle auf, über welche die Verbrennungskraftmaschine Drehmomente zum Antreiben des Kraftfahrzeugs bereitstellen kann. Die Kolben sind über jeweilige Pleuel gelenkig mit der Kurbelwelle verbunden, sodass die translatorischen Bewegungen der Kolben in eine rotatorische Bewegung der Kurbelwelle umgewandelt werden. Die Zylinder mit ihren jeweiligen Kolben und ein Zylinderkopf schließen einen jeweils Brennraum ein, in dem die Verbrennungsvorgänge ablaufen.
Ein jeweiliges Arbeitsspiel der als Vier-Takt-Motor ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine umfasst genau zwei vollständige Umdrehungen der Kurbelwelle und somit genau 720 Grad Kurbelwinkel. Während der Umdrehungen kommt die Kurbelwelle in jeweilige, unterschiedliche Drehstellungen oder Drehwinkel, wobei die Drehstellungen beziehungsweise Drehwinkel auch als Grad Kurbelwinkel bezeichnet werden. Innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels bewegt sich der jeweilige Kolben genau zweimal in seinen oberen Totpunkt und genau zweimal in seinen unteren Totpunkt, sodass innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels der obere Totpunkt genau zweimal auftritt. Der erste Auftritt des oberen Totpunkts ist beispielsweise ein sogenannter oberer Ladungswechseltotpunkt LWOT. Ein zweiter der Auftritte ist beispielsweise ein oberer Zündtotpunkt ZOT.
Da die Verbrennungskraftmaschine als Vier-Takt- Motor ausgebildet ist, umfasst das jeweilige Arbeitsspiel genau vier Takte. In dem beziehungsweise bezogen auf den befeuerten Betrieb ist beispielsweise ein erster der Takte ein auch als Einlasstakt bezeichneter Ansaugtakt, bei welchem sich der jeweilige Kolben vom Ladungswechseltotpunkt LWOT in seinem jeweiligen unteren Totpunkt UT bewegt und zumindest Umgebungsluft über die Einlassventile in den Zylinder und somit eine Zylinderfüllung aus dem Einlasstrakt über die Einlassventile in den Zylinder eingebracht wird. An den ersten Takt schließt sich ein zweiter der Takte an. Der zweite Takt ist ein auch als Kompressionsphase oder Kompressionstakt bezeichneter Verdichtungstakt, bei welchem sich der Kolben aus dem unteren Totpunkt UT in seinem oberen Zündtotpunkt ZOT bewegt. Hierdurch wird in dem befeuerten Betrieb die zuvor in den Zylinder eingebrachte Zylinderfüllung mittels des Kolbens verdichtet, das heißt komprimiert. Ein sich an den zweiten Takt anschließender dritter Takt ist ein Arbeitstakt, bei welchem der Kolben angetrieben und dadurch aus seinem oberen Totpunkt ZOT in seinen unteren Totpunkt UT bewegt wird. Im oberen Zündtotpunkt ZOT wird ein Kraftstoff-Luft-Gemisch gezündet. Hierdurch wird der Kolben wie beschrieben angetrieben. Der sich an den dritten Takt anschließende vierte Takt wird auch als Ausschiebetakt oder Auslasshub oder Ausschiebehub oder Auslassphase bezeichnet, da bei dem vierten Takt das verbrannte Kraftstoff-Luft-Gemisch beziehungsweise Abgas mittels des Kolbens aus dem Zylinder ausgeschoben wird.
Die Verbrennungskraftmaschine umfasst darüber hinaus je Zylinder mindestens ein Einlassventil oder mehrere, insbesondere genau zwei, Einlassventile, über welche ein beispielsweise zumindest Umgebungsluft bzw. Luft beziehungsweise Frischluft als Zylinderfüllung in den jeweiligen Zylinder eingebracht beziehungsweise einströmen kann. Ist die Verbrennungskraftmaschine als aufgeladene Verbrennungskraftmaschine ausgebildet, so wird die Zylinderfüllung über die Einlassventile in den Zylinder beispielsweise mittels eines Verdichters eines Abgasturboladers eingebracht. Neben der Umgebungsluft kann beispielsweise zusätzlich rückgeführtes Abgas in der Zylinderfüllung enthalten sein, wobei üblicherweise mittels eine HD-AGR (Hochdruck- Abgas-Rückführung) stromabwärts des Verdichters das rückgeführte Abgas der mittels des Verdichters verdichteten Umgebungsluft zugemischt wird und/oder mittels einer ND- AGR (Niederdruck-Abgas-Rückführung) stromaufwärts des Verdichters der eingebrachten Umgebungsluft zugemischt wird. Insbesondere kann die Zylinderfüllung von einem Einlasskrümmer über Einlasskanäle eines Einlasstrakts der Verbrennungskraftmaschine in den jeweiligen Zylinder einströmen, insbesondere dann, wenn das jeweilige Einlassventil geöffnet ist. Die Verbrennungskraftmaschine weist auch mindestens eine von der Kurbelwelle antreibbare Einlassnockenwelle mit mindestens einen Einlassnocken zum Betätigen des mindestens einen Einlassventils auf. Übliche Verbrennungskraftmaschinen sind als V-Motor oder Reihenmotor ausgeführt. Dabei kann eine als V-Motor ausgeführte Verbrennungskraftmaschine für jede Zylinderbank jeweils eine Einlassnockenwelle aufweisen, mittels welcher die jeweiligen Einlassventile, insbesondere der jeweiligen Zylinderbank, betätigt und somit geöffnet werden können. Es sind auch V-Motoren mit nur einer Einlassnockenwelle für die Zylinderbänke denkbar beziehungsweise ausgeführt. Üblicherweise weist eine Verbrennungskraftmaschine, die als ein Reihenmotor ausgebildet ist, lediglich eine Einlassnockenwelle für beide Zylinderbänke auf.
Je Zylinder ist auch mindestens ein Auslassventil der Verbrennungskraftmaschine vorgesehen, wobei üblicherweise je Zylinder mehrere Auslassventile und dabei beispielsweise genau zwei Auslassventile vorgesehen sind. Über das jeweilige Auslassventil kann eine Zylinderfüllung wie beispielsweise das zuvor genannte Abgas aus dem Zylinder ausströmen und beispielsweise in einen auch als Auslasskrümmer bezeichneten Abgaskrümmer und somit in einen Abgastrakt beziehungsweise auf einer Auslassseite der Verbrennungskraftmaschine einströmen beziehungsweise strömen. Dabei weist die Verbrennungskraftmaschine mindestens eine von der Kurbelwelle antreibbare Auslassnockenwelle mit mindestens einen Auslassnocken und mindestens einer Dekompressionserhebung zum Betätigen des mindestens einen Auslassventils auf. Insbesondere weist die Verbrennungskraftmaschine insbesondere für jede Zylinderbank eines V-Motors eine Auslassnockenwelle auf, mittels welcher die jeweiligen Auslassventile, insbesondere der jeweiligen Zylinderbank, betätigt und somit geöffnet werden können. Es sind auch V-Motoren mit lediglich einer Auslassnockenwelle für die Zylinderbänke denkbar beziehungsweise ausgeführt. Üblicherweise weist eine Verbrennungskraftmaschine, die als ein Reihenmotor ausgebildet ist, lediglich eine Auslassnockenwelle für beide Zylinderbänke auf.
Die mindestens eine Einlassnockenwelle und die mindestens eine Auslassnockenwelle werden zusammenfassend auch als Nockenwellen bezeichnet, welche von der Kurbelwelle angetrieben werden können. Darüber hinaus werden die Einlassventile und die Auslassventile zusammenfassend auch als Ventile oder Gaswechselventile bezeichnet. In dem Abgastrakt ist beispielsweise eine auch als Abgassystem bezeichnete Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordnet, welche von dem Abgas durchströmt werden kann. Mittels des Abgassystems kann das Abgas nachbehandelt werden.
Dabei weist das in Fig. 1 gezeigte Diagramm eine Abszisse 10 auf, auf welcher die Grad Kurbelwinkel aufgetragen sind. Das jeweilige Gaswechselventil ist translatorisch bewegbar und führt somit innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels einen jeweiligen Hub aus, welcher auf der Ordinate 12 des Diagramms aufgetragen ist.
Im Rahmen des Verfahrens wird die Verbrennungskraftmaschine beispielsweise zunächst in einem ersten Betriebszustand betrieben, in beziehungsweise während welchem sich die Verbrennungskraftmaschine beispielsweise in ihrem befeuerten oder in einem an sich bekannten geschleppten Betrieb befindet. In dem ersten Betriebszustand beziehungsweise während des ersten Betriebszustands wird das jeweilige Einlassventil gemäß einer in Fig. 1 gezeigten Ventilerhebungskurve 14 betätigt beziehungsweise bewegt. Bei dem in Fig. 1 veranschaulichten Ausführungsbeispiel sind dem jeweiligen Zylinder genau zwei Einlassventile und genau zwei Auslassventile zugeordnet, wobei eines der Auslassventile auch als erstes Auslassventil und das andere der Auslassventile auch als zweites Auslassventil bezeichnet wird. Beispielsweise werden in dem ersten Betriebszustand sowohl das erste Auslassventil als auch das zweite Auslassventil gemäß einer in Fig. 1 gezeigte Ventilerhebungskurve 16 betätigt beziehungsweise bewegt. Somit veranschaulichen beispielsweise die Ventilerhebungskurven 14 und 16 die Bewegungen beziehungsweise Betätigungen der Gaswechselventile während des befeuerten Betriebs beziehungsweise in dem ersten Betriebszustand.
Bei dem Verfahren wird die Verbrennungskraftmaschine von dem ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand umgeschaltet, sodass der zweite Betriebszustand eingestellt wird. Der zweite Betriebszustand wird dabei eingestellt, indem die Einlassnockenwelle im Vergleich zu dem ersten Betriebszustand nach spät relativ zu der Kurbelwelle verstellt wird. Außerdem wird in dem zweiten Betriebszustand der Zylinder als eine beziehungsweise nach Art einer Dekompressionsbremse betrieben, indem in dem Zylinder innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels der Verbrennungskraftmaschine eine erste Zylinderfüllung komprimiert und danach mittels eines ersten Dekompressionshubs DH1 des ersten Auslassventils nach Art einer Dekompressionsbremse dekomprimiert wird.
Um dabei einen besonders vorteilhaften Betrieb, insbesondere einen besonders vorteilhaften Motorbremsbetrieb, der Verbrennungskraftmaschine realisieren zu können, wird zum Einstellen des zweiten Betriebszustands die mindestens eine Einlassnockenwelle um einen ersten Wert WE1 nach spät verstellt, wobei der erste Wert WE1 in einem Bereich von 80 Grad Kurbelwinkel bis 120 Grad Kurbelwinkel liegt. Vorzugsweise ist der erste Wert WE1 größer als 80 Grad Kurbelwinkel und höchstens 120 Grad Kurbelwinkel. Außerdem ist es vorgesehen, dass in dem zweiten Betriebszustand das erste Auslassventil seine auf den ersten Dekompressionshub DH1 unmittelbar beziehungsweise direkt folgende Schließstellung S innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels bei 40 Grad Kurbelwinkel bis 165 Grad Kurbelwinkel nach dem oberen Ladungswechseltotpunkt des Kolbens erreicht. Mit anderen Worten befindet sich die Kurbelwelle dann, wenn das erste Auslassventil seine unmittelbar auf den ersten Dekompressionshub DH1 folgende Schließstellung S erreicht, bei 40 Grad Kurbelwinkel bis 165 Grad Kurbelwinkel, vorzugsweise bei einem Wert größer als 80 Grad Kurbelwinkel bis spätestens 165 Grad Kurbelwinkel wie in Fig.1 dargestellt, nach dem oberen Ladungswechseltotpunkt LWOT des Kolbens. Die Schließstellung S bezeichnet den Zustand der ersten Auslassventile der jeweiligen Zylinder, wenn die ersten Auslassventile nicht geöffnet sind, d.h. der Auslassventilhub Null ist bzw. ein Nullhub vorliegt.
Da zum Einstellen des zweiten Betriebszustands die mindestens eine Einlassnockenwelle nach spät verstellt wird, werden die, insbesondere alle, den jeweiligen Zylindern zugeordneten Einlassventile während des zweiten Betriebszustands gemäß einer in Fig. 1 gezeigten Ventilerhebungskurve 18 bewegt beziehungsweise betätigt. Die mindestens eine Einlassnockenwelle wird mit einem an sich bekannten Phasensteller gegenüber der Kurbelwelle verstellt beziehungsweise verdreht.
Selbstverständlich kann mit dem Phasensteller für die mindestens eine Einlassnockenwelle die Einlassnockenwelle auch im ersten Betriebszustand verstellt werden.
Des Weiteren ist es vorgesehen, dass zum Einstellen des zweiten Betriebszustands die mindestens eine Auslassnockenwelle im Vergleich zu dem ersten Betriebszustand um einen Wert WA nach früh relativ zu der Kurbelwelle verstellt wird, wobei der Wert WA in einem Bereich von 70 Grad Kurbelwinkel bis 110 Grad Kurbelwinkel liegt. In dem ersten Betriebszustand werden beide Auslassventile gemäß der Ventilerhebungskurve 16 betätigt beziehungsweise bewegt. Die Ventilerhebungskurve 16 wird beispielsweise mittels des jeweiligen Auslassnockens einer jeweiligen Auslassnockenwelle bewirkt, sodass das jeweilige Auslassventil in dem ersten Betriebszustand mittels des jeweiligen Auslassnockens betätigt wird.
In dem zweiten Betriebszustand werden beide Auslassventile des jeweiligen Zylinders weiterhin mittels des jeweiligen Auslassnockens betätigt, sodass in dem zweiten Betriebszustand beide Auslassventile gemäß einer in Fig. 1 gezeigten Ventilerhebungskurve 20 betätigt beziehungsweise bewegt werden. Die Ventilerhebungskurve 20 entspricht dabei der Ventilerhebungskurve 16, lediglich mit dem einzigen Unterschied, dass die Ventilerhebungskurve 20 gegenüber der Ventilerhebungskurve 16 nach früh verstellt beziehungsweise verschoben ist. Dies resultiert aus der Verstellung der mindestens einen Auslassnockenwelle nach früh. Zum Einstellen des zweiten Betriebszustands wird beispielsweise ein dem ersten Auslassventil zugeordnetes Betätigungselement aus der ersten Stellung in eine davon unterschiedliche zweite Stellung bewegt, sodass das erste Auslassventil mittels des dem ersten Auslassventil zugeordneten Auslassnockens und dabei zusätzlich mittels vom ersten Auslassnocken unterschiedlichen Dekompressionserhebung mit dem Dekompressionshub DH1 betätigt wird. Die Dekompressionserhebung kann bekanntermaßen als zusätzlicher Bremsnocken neben dem Auslassnocken oder als zusätzliche Dekompressionserhebung auf dem Auslassnocken ausgeführt sein. Dabei wird eine durch den Auslassnocken bewirkte Betätigung des ersten Auslassventils und gleichzeitig des zweiten Auslassventils gemäß der Ventilerhebungskurve 20 in den zweiten Betriebszustand durchgeführt. Zusätzlich wird eine Betätigung des ersten Auslassventils durch die Dekompressionserhebungen bewirkt, dass das erste Auslassventil in den zweiten Betriebszustand gemäß einer Ventilerhebungskurve 21 und einer Ventilerhebungskurve 22 betätigt beziehungsweise bewegt wird. Hierdurch führt das erste Auslassventil innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels den Dekompressionshub DH1 gemäß der Ventilerhebungskurve 21 als ersten Dekompressionshub DH1 sowie einen zweiten Dekompressionshub DH2 gemäß der Ventilerhebungskurve 22 aus. Dies wird im Folgenden näher erläutert. Das Bewegen des Betätigungselements aus der ersten Stellung in die zweite Stellung wird auch als Aufschalten der Dekompressionshübe DH1 und DH2 bezeichnet. Die aufgeschalteten Dekompressionshübe DH1 und DH2 sind von deren Position auf dem Kurbelkreis fest mit dem Auslasshub verknüpft. Durch die zuvor beschriebene Verknüpfung werden der Auslasshub und der jeweilige Dekompressionshub DH1 beziehungsweise Dekompressionshub DH2 gleichzeitig, beispielsweise durch einen weiteren Phasensteller, neben den Phasensteller für die mindestens eine Einlassnockenwelle, verschoben. Selbstverständlich kann mit dem weiteren Phasensteller für die mindestens eine Auslassnockenwelle die Auslassnockenwelle im ersten Betriebszustand verstellt werden. Es ist auch denkbar, dass neben dem ersten Auslassventil auch das zweite Auslassventil in dem zweiten Betriebszustand gemäß der Ventilerhebungskurve 21 und der Ventilerhebungskurve 22 betätigt wird, so dass das zweite Auslassventil auch die Dekompressionshübe DH1 und DH2 ausführt. Es ist weiterhin denkbar, dass das erste Auslassventil lediglich einen der beiden Dekompressionshübe DH1, DH2 ausführt, während das zweite Auslassventil den anderen der beiden Dekompressionshübe DH1, DH2 oder keinen der Dekompressionshübe DH1 , DH2 ausführt. Bei der ersten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass in dem zweiten Betriebszustand der mindestens eine Zylinder als eine beziehungsweise als die zuvor genannte Dekompressionsbremse derart betrieben wird, dass innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels der Verbrennungskraftmaschine in dem Zylinder die zuvor genannte erste Zylinderfüllung komprimiert und danach durch den ersten Dekompressionshub DH1 des ersten Auslassventils dekomprimiert wird. Die erste Zylinderfüllung wird während des Arbeitstakts mittels des Kolbens über das geöffnete erste Auslassventil und über das geöffnete zweite Auslassventil in den jeweiligen Zylinder eingebracht, und während des sich daran anschließenden Ausschiebetakts mittels des Kolbens in dem Zylinder zumindest teilweise verdichtet, das heißt komprimiert. Die Kompression der ersten Zylinderfüllung kann erfolgen, da die Auslassventile vor dem Ende Ausschiebetaktes schließen und der Kolben sich weiter in Richtung des Ladungswechseltotpunktes LWOT bewegt. Anschließend wird die erste Zylinderfüllung nach Art einer Dekompressionsbremse mittels des ersten Dekompressionshubs DH1 des ersten Auslassventils im Bereich des Ladungswechseltotpunkts LWOT dekomprimiert. Daran anschließend wird eine zweite Zylinderfüllung während des Ansaugtakts mittels des Kolbens über die Einlassventile aus dem Einlasstrakt in den Zylinder eingebracht und danach während des Verdichtungstakts verdichtet und anschließend durch den zweiten Dekompressionshub DH2 des ersten Auslassventils nach Art einer Dekompressionsbremse im Bereich des Zündtotpunkts ZOT dekomprimiert. Dabei ist es vorgesehen, dass in dem zweiten Betriebszustand der zweite Dekompressionshub DH2 gemäß der Ventilerhebungskurve 22 innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels bei 70 Grad Kurbelwinkel bis 120 Grad Kurbelwinkel, vorzugsweise bei mehr als 90 Grad Kurbelwinkel bis 120 Grad Kurbelwinkel, vor dem oberen Zündtotpunkt (ZOT) beginnt. Die erste Zylinderfüllung stammt dabei im Wesentlichen aus dem Abgastrakt, wobei die zweite Zylinderfüllung im Wesentlichen aus dem Einlasstrakt stammt. Dadurch ist für den ersten Dekompressionshub DH1 eine sogenannte Rückwärtsladung oder Rückwärtsaufladung des jeweiligen Zylinders vorgesehen, wobei für den zweiten Dekompressionshub DH2 eine Vorwärtsladung oder Vorwärtsaufladung des jeweiligen Zylinders vorgesehen ist.
Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform des zweiten Betriebszustands. Dabei wird die mindestens eine Einlassnockenwelle um einen zweiten Wert WE2 nach spät verstellt, welcher in einem Bereich von 0 Grad Kurbelwinkel bis 20 Grad Kurbelwinkel, insbesondere in einem Bereich von 1 Grad Kurbelwinkel bis 20 Grad Kurbelwinkel, nach dem oberen Ladungswechseltotpunkt LWOT liegt. Die mindestens eine Auslassnockenwelle wird analog zur ersten Ausführungsform verstellt. Der zweite Betriebszustand kann bei Verbrennungskraftmaschinen mit beispielweise zwei Zylinderbänken mit jeweils eigener Einlassnockenwelle und eigener Auslassnockenwelle nur für eine der beiden Zylinderbänke oder für beide Zylinderbänke eingestellt werden. Dabei verfügt jede der beiden Einlassnockenwellen und jede der beiden Auslassnockenwellen über jeweils einen eigenen Phasensteller. Dabei ist auch denkbar, dass mit den jeweiligen Einlassnockenwellen und Auslassnockenwellen der beiden Zylinderbänke unterschiedliche Werte einer Phasenverstellung eingestellt werden können.
Fig. 3 zeigt ein Flussdiagramm, anhand dessen eine besonders vorteilhafte Reihenfolge zum Umschalten von dem ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand beschrieben wird. Beispielsweise wird zum Einstellen des zweiten Betriebszustands bei einem ersten Schritt S1 zunächst eine Einbringung, insbesondere eine Einspritzung, von Kraftstoff in den Zylinder beendet. Danach wird beispielsweise bei einem zweiten Schritt S2 die mindestens eine Einlassnockenwelle nach spät verstellt. Danach wird beispielsweise bei einem dritten Schritt S3 die mindestens eine Auslassnockenwelle nach früh verstellt. Danach wird beispielsweise bei einem vierten Schritt S4 zumindest ein Dekompressionshub DH1, DH2 des mindestens einen Auslassventils bewirkt. Es ist auch denkbar bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel der dritte Schritt S3 vor dem zweiten Schritt S2 durchgeführt wird. Des Weiteren ist es denkbar, dass der dritte Schritt S3 und der zweite Schritt S2 gleichzeitig durchgeführt werden.
Bezugszeichenliste
10 Abszisse
12 Ordinate
14 Ventilerhebungskurve
16 Ventilerhebungskurve
18 Ventilerhebungskurve
20 Ventilerhebungskurve
22 Ventilerhebungskurve
DH1 erster Dekompressionshub
DH2 zweiter Dekompressionshub
LWOT oberer Ladungswechseltotpunkt
S Schließstellung
S1 erster Schritt
S2 zweiter Schritt
S3 dritter Schritt
S4 vierter Schritt
UT unterer Totpunkt
WA Wert
WE1 erster Wert
WE2 zweiter Wert
ZOT oberer Zündtotpunkt

Claims

22 Daimler AG Patentansprüche
1. Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine, bei welchem:
- die Verbrennungskraftmaschine mindestens einen Zylinder und mindestens einen Kolben aufweist, welcher translatorisch bewegbar in dem Zylinder aufgenommen ist;
- dem mindestens einen Zylinder mindestens ein Auslassventil und mindestens ein Einlassventil zugeordnet sind;
- die Verbrennungskraftmaschine eine Kurbelwelle aufweist, über welche von der Verbrennungskraftmaschine Drehmomente bereitstellbar sind;
- die Verbrennungskraftmaschine mindestens eine von der Kurbelwelle antreibbare Einlassnockenwelle mit mindestens einen Einlassnocken zum Betätigen des mindestens einen Einlassventils aufweist;
- die Verbrennungskraftmaschine mindestens eine von der Kurbelwelle antreibbare Auslassnockenwelle mit mindestens einen Auslassnocken und mindestens einer Dekompressionserhebung zum Betätigen des mindestens einen Auslassventils aufweist;
- die Verbrennungskraftmaschine zunächst in einem ersten Betriebszustand betrieben wird;
- ein von dem ersten Betriebszustand unterschiedlicher zweiter Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine eingestellt wird, indem die mindestens eine Auslassnockenwelle im Vergleich zu dem ersten Betriebszustand um einen Wert (WA) nach früh relativ zu der Kurbelwelle verstellt wird;
- das mindestens eine Auslassventil mittels des Auslassnockens und der mindestens einen Dekompressionserhebung der mindestens einen Auslassnockenwelle betätigt wird, wonach in dem zweiten Betriebszustand der mindestens eine Zylinder die Funktion einer Dekompressionsbremse übernimmt, indem in dem mindestens einen Zylinder innerhalb eines jeweiligen Arbeitsspiels der Verbrennungskraftmaschine mindestens eine erste Zylinderfüllung komprimiert wird und danach mittels eines ersten Dekompressionshubs (DH1) des mindestens einen Auslassventils in einem Bereich eines oberen Ladungswechseltotpunkts (LWOT) dekomprimiert wird; dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Betriebszustand die mindestens eine Einlassnockenwelle um einen ersten Wert (WE1) nach spät relativ zur Kurbelwelle verstellt wird, welcher in einem Bereich von größer als 80 Grad Kurbelwinkel und bis höchstens 120 Grad Kurbelwinkel nach dem oberen Ladungswechseltotpunkt (LWOT) liegt. Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine, bei welchem:
- die Verbrennungskraftmaschine mindestens einen Zylinder und mindestens einen Kolben aufweist, welcher translatorisch bewegbar in dem Zylinder aufgenommen ist;
- dem mindestens einen Zylinder mindestens ein Auslassventil und mindestens ein Einlassventil zugeordnet sind;
- die Verbrennungskraftmaschine eine Kurbelwelle aufweist, über welche von der Verbrennungskraftmaschine Drehmomente bereitstellbar sind;
- die Verbrennungskraftmaschine mindestens eine von der Kurbelwelle antreibbare Einlassnockenwelle mit mindestens einen Einlassnocken zum Betätigen des mindestens einen Einlassventils aufweist;
- die Verbrennungskraftmaschine mindestens eine von der Kurbelwelle antreibbare Auslassnockenwelle mit mindestens einen Auslassnocken und mindestens einer Dekompressionserhebung zum Betätigen des mindestens einen Auslassventils aufweist;
- die Verbrennungskraftmaschine zunächst in einem ersten Betriebszustand betrieben wird;
- ein von dem ersten Betriebszustand unterschiedlicher zweiter Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine eingestellt wird, indem die mindestens eine Auslassnockenwelle im Vergleich zu dem ersten Betriebszustand um einen Wert (WA) nach früh relativ zu der Kurbelwelle verstellt wird;
- das mindestens eine Auslassventil mittels des Auslassnockens und der mindestens einen Dekompressionserhebung der mindestens einen Auslassnockenwelle betätigt wird, wonach in dem zweiten Betriebszustand der mindestens eine Zylinder die Funktion einer Dekompressionsbremse übernimmt, indem in dem mindestens einen Zylinder innerhalb eines jeweiligen Arbeitsspiels der Verbrennungskraftmaschine mindestens eine erste Zylinderfüllung komprimiert wird und danach mittels eines ersten Dekompressionshubs (DH1) des mindestens einen Auslassventils in einem Bereich eines oberen Ladungswechseltotpunkts (LWOT) dekomprimiert wird; dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Betriebszustand die mindestens eine Einlassnockenwelle um einen zweiten Wert (WE2) nach spät verstellt wird, welcher in einem Bereich von 0 Grad Kurbelwinkel bis 20 Grad Kurbelwinkel, insbesondere in einem Bereich von 1 Grad Kurbelwinkel bis 20 Grad Kurbelwinkel, nach dem oberen Ladungswechseltotpunkt (LWOT) liegt. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine auf den ersten Dekompressionshub (DH1) folgende Schließstellung (S) des mindestens einen Auslassventils bei 40 Grad Kurbelwinkel bis 165 Grad Kurbelwinkel nach dem oberen Ladungswechseltotpunkt (LWOT) erreicht wird. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine auf den ersten Dekompressionshub (DH1) folgende Schließstellung (S) des mindestens einen Auslassventils bei mehr als 80 Grad Kurbelwinkel und spätestens bei 165 Grad Kurbelwinkel nach dem oberen Ladungswechseltotpunkt (LWOT) erreicht wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Auslassnockenwelle um den Wert (WA) in einem Bereich von 70 Grad Kurbelwinkel bis 110 Grad Kurbelwinkel vor dem oberen Ladungswechseltotpunkt (LWOT) nach früh relativ zu der Kurbelwelle verstellt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 25 in dem zweiten Betriebszustand in dem mindestens einen Zylinder innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels der Verbrennungskraftmaschine eine weitere, zweite Zylinderfüllung komprimiert und danach mittels eines zweiten Dekompressionshubs (DH2) des mindestens einen Auslassventils in einem Bereich eines oberen Zündtotpunkts (ZOT) dekomprimiert wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Betriebszustand neben dem mindestens einen ersten Auslassventil des mindestens einen Zylinders ein zweites Auslassventil des mindesten einen Zylinders mittels des Auslassnockens gleichzeitig geöffnet werden und lediglich das erste Auslassventil des mindestens einen Zylinders mittels mindestens eines Dekompressionshubs (DH1 , DH2) geöffnet wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einstellen des zweiten Betriebszustands zunächst eine Einbringung, insbesondere eine Einspritzung, von Kraftstoff in den Zylinder beendet wird (Schritt
51), danach die mindestens eine Einlassnockenwelle nach spät verstellt (Schritt
52) und anschließend die mindestens eine Auslassnockenwelle nach früh verstellt wird (Schritt S3). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einstellen des zweiten Betriebszustands zunächst eine Einbringung, insbesondere eine Einspritzung, von Kraftstoff in den Zylinder beendet wird (Schritt
51), danach die mindestens eine Einlassnockenwelle nach spät verstellt (Schritt
52) und gleichzeitig die mindestens eine Auslassnockenwelle nach früh verstellt wird (Schritt S3). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einstellen des zweiten Betriebszustands zunächst eine Einbringung, insbesondere eine Einspritzung, von Kraftstoff in den Zylinder beendet wird (Schritt S1), danach die mindestens eine Auslassnockenwelle nach früh verstellt wird 26
(Schritt S3) und anschließend die mindestens eine Einlassnockenwelle nach spät verstellt wird (Schritt S2). Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass nach den jeweiligen Schritten (S1 bis S3) zumindest ein Dekompressionshub (DH1 , DH2) des mindestens einen Auslassventils bewirkt wird (Schritt 4).
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