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WO2011113461A1 - Brennkraftmaschine und zugehöriges betriebsverfahren - Google Patents

Brennkraftmaschine und zugehöriges betriebsverfahren Download PDF

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Publication number
WO2011113461A1
WO2011113461A1 PCT/EP2010/007454 EP2010007454W WO2011113461A1 WO 2011113461 A1 WO2011113461 A1 WO 2011113461A1 EP 2010007454 W EP2010007454 W EP 2010007454W WO 2011113461 A1 WO2011113461 A1 WO 2011113461A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
valve
exhaust
crankshaft angle
exhaust gas
ventilhub
Prior art date
Application number
PCT/EP2010/007454
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Hermann
Jochen Hufendiek
Frank Otto
Klaus Rössler
Markus Schilling
Stephan Zentner
Original Assignee
Daimler Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daimler Ag filed Critical Daimler Ag
Publication of WO2011113461A1 publication Critical patent/WO2011113461A1/de

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    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
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    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
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    • Y02T10/40—Engine management systems

Definitions

  • the invention relates to a method for operating an internal combustion engine
  • the invention relates to an internal combustion engine, in particular operated according to such a method.
  • the present invention now deals with the problem, for a
  • Internal combustion engine in particular with direct fuel injection, with a plurality of adjustable piston in each cylinder and at least one inlet valve associated with each cylinder and at least one exhaust valve associated with each cylinder internal exhaust gas recirculation by premature opening of the inlet valve and / or delayed closing of the exhaust valve wherein a Ventilhub- / crankshaft angle curve of the prematurely opening intake valve and / or the late-closing exhaust valve has at least four inflection points.
  • Stratified charge operation can be used. Also, due to the longer open state of the valves, the flow and friction losses are reduced.
  • valve lift in the region of top dead center can be reduced in order to prevent a collision with the respective piston.
  • an internal combustion engine has a plurality of pistons which are arranged such that they can be adjusted in terms of stroke in each case in a cylinder, which pistons enclose a combustion chamber in each case together with the cylinder.
  • a cylinder In each case a cylinder, at least one inlet valve and at least one outlet valve are associated.
  • the combustion chamber is supplied via such an intake valve fresh air, while on such an exhaust valve, the exhaust gases of the combustion of the fuel-air mixture from the combustion chamber
  • a charge exchange of the combustion chamber is controlled by such an intake valve and by such an exhaust valve.
  • a stratification or stratified charge of the fuel-air mixture in the combustion chamber can be formed by a direct injection. In such a layer charge several zones are different in the combustion chamber
  • Fuel are at least reduced and the fuel consumption can be reduced in such a direct injection engine.
  • the fuel consumption can be reduced in such a direct injection engine.
  • Stratified charge operation are responsible for transporting the fuel to the spark plug. Relevant mechanisms can be the jet dynamics themselves, the
  • the injectors can be arranged approximately centrally in the combustion chamber.
  • piezoelectrically actuable injection valves can be used with outwardly opening nozzle, wherein the ignition can take place in the region of a recirculation area at the jet edge.
  • a timed injection can be habitually made, in which the injection of the fuel takes place with one or two interruptions.
  • Combustion chamber occurs in an internal combustion engine with direct charge generated by layer charge a high nitrogen oxide formation. This is especially true for spray-guided
  • exhaust gas recirculation is used to lower nitrogen oxide emissions.
  • exhaust gas is also supplied together with the fresh air of the combustion chamber.
  • the compatibility of the combustion process with respect to the exhaust gas recirculation is limited, so that the nitrogen oxide emission can be lowered even to a limited extent by the exhaust gas recirculation.
  • the binding of the nitrogen oxides to a nitrogen oxide storage catalyst takes place.
  • Such a nitrogen oxide storage catalyst adsorbs the nitrogen oxides formed during combustion temporarily and must be regenerated after complete occupancy of the catalyst material by nitrogen oxides. Since a high nitrogen oxide emission occurs in a direct injection with substoichiometric fuel ratio, a layer charge also requires frequent regeneration of the nitrogen oxide storage catalyst. This has a negative effect on the regeneration of the nitrogen oxide storage catalyst due to the high fuel consumption
  • an increase in the mixture temperature in the combustion chamber simultaneously leads to a higher exhaust gas compatibility of the combustion and to higher exhaust gas temperatures. Therefore, an increase in the mixture temperature in the combustion chamber is made at least in some operating conditions. This can be achieved for example by preheating the intake mixture and by a short and / or insulated exhaust gas recirculation line.
  • exhaust gas retention leads to an increase in the mixture temperature in the combustion chamber. The exhaust gas retention is not with the internal exhaust gas recirculation, which is also a way to
  • the internal exhaust gas recirculation is a proven method for raising the mixture temperature in the combustion chamber.
  • the exhaust gas is temporarily discharged into the exhaust system and / or the intake system and subsequently sucked back into the combustion chamber together with fresh air via the intake system from the intake system and / or the exhaust system. This can be achieved, inter alia, by opening the inlet opening early during the exhaust stroke.
  • exhaust gas is expelled into the intake system and sucked back into the combustion chamber via the open intake valve in the subsequent intake stroke.
  • a late closing of the exhaust valve during the intake stroke is conceivable, whereby from the exhaust system exhaust back into the
  • Movement of the piston is transmitted to the drive by means of a crankshaft.
  • the position of the crankshaft is indicated with respect to a crankshaft angle which reflects the respective position of a piston.
  • a crankshaft angle of 180 ° represents the bottom dead center (UT) of the piston, in which the piston is maximally extended out of the cylinder.
  • a crankshaft angle of 360 ° thus represents a top dead center (TDC), in which the piston is retracted maximally into the cylinder.
  • TDC top dead center
  • the piston passes twice the bottom dead center and twice the top dead center, so that the crankshaft angle ranges from 0 to 720 °.
  • the exhaust stroke can be arranged in a crankshaft angle range of 180 ° to 360 °
  • the intake stroke can be arranged in a crankshaft range between 360 ° and 540 °.
  • the opening of the valves is usually controlled by a camshaft, wherein the camshaft has at least one respective cam associated with a valve, and wherein due to a rotation of the camshaft by the respective cam, the respective valve against, for example, a spring force is opened and closed.
  • a piston valve lift of the intake valve and / or the exhaust valve in dependence on the crankshaft angle in the form of a Ventilhub- / crankshaft angle curve in a diagram, on the Y-axis of the valve lift and on the X-axis of the crankshaft angle is worn away.
  • Standard cam profiles on a curve in the manner of a bell curve If a cam profile deviating from the standard cam profile is used, then a valve lift of the respective valve can be produced, in which the valve lift / crankshaft angle curve has, in addition to the two turning points customary for a standard cam profile, two additional turning points and thus four turning points.
  • an exhaust valve according to a standard cam profile can be opened by such a cam profile, while a closing of the exhaust valve takes place such that a Ventilhub- / crankshaft angle curve for closing the
  • Out exhaust valve has a plateau and is closed only after opening an intake valve.
  • the exhaust valve is not as usual in a range of the crankshaft angle of 360 °, but only at a much higher
  • Exhaust valve is recirculated at the same time open inlet valve exhaust gas from the exhaust passage in the combustion chamber, in this case, there is an internal exhaust gas recirculation.
  • the valve lift / crankshaft angle curve can also be used to close the
  • Outlet valve have arranged between two maxima minimum.
  • Another form of the internal exhaust gas recirculation succeeds by premature opening of the intake valve, so that the valve lift / crankshaft angle curve either in the region of opening the intake valve has a plateau or a minimum arranged between two maxima. Also in this case, the valve lift / crankshaft angle curve of the intake valve has four inflection points and the intake valve is not opened as usual in standard cam profiles in a Kurbeiweilwinkel Scheme of 360 °, but at much smaller crankshaft angles. This is also in this case in one
  • Both forms of internal exhaust gas recirculation can be used together or individually. Due to the longer open state of the respective valve, the valve lift at the top dead center of the piston or at a crankshaft angle of 360 ° can be made smaller by means of a corresponding cam profile.
  • Such a cam profile of a respective cam controlling an intake valve or an exhaust valve may be designed in the manner of a double cam profile, resulting in the previously described valve lift / crankshaft angle curves. Since not in each operating state in the internal combustion engine such an internal
  • Fig. 1 is a Ventilhub- / crankshaft angle curve of an exhaust valve with
  • Fig. 2 is a Ventilhub- / crankshaft angle curve of an intake valve
  • a version of the internal exhaust gas recirculation can be realized by a delayed closing of an exhaust valve.
  • an internal exhaust gas recirculation of the valve lift of the respective valve is removed in a diagram 1 on the Y-axis 2, while on the X-axis 3 of the
  • crankshaft angle is removed. Between a crankshaft angle of 180 to 360 ° takes place essentially an exhaust stroke IV, while between a
  • FIG. 1 a Ventilhub- / crankshaft angle curve 4 of the exhaust valve according to a standard cam profile shown, a valve lift / crankshaft angle curve 5 of an intake valve according to a standard cam profile and a Ventilhub- / crankshaft angle curve 6 of the exhaust valve with a plateau 7, and a Ventilhub- / crankshaft angle curve 8 of the exhaust valve with a minimum between two maxima 9, 9 'arranged minimum 10.
  • Ventilhub- / crankshaft angle curves 6, 8 of the exhaust valve either a plateau 7 or between two maxima 9, 9' have arranged minimum 10, these Ventilhub- / crankshaft angle curves 6, 8 are equipped with two additional turning points and thus four turning points compared to the equipped with two turning points Ventilhub- / crankshaft angle curves 4, 5.
  • An exhaust valve having such a valve lift / crankshaft angle curve 6, 8 is not continuously closed according to a valve lift / crank angle curve 4 of the exhaust valve but, in the case of the valve lift / crank angle curve 8, is opened a little more again after an initial closing, thereby causing in the valve lift / crankshaft angle curve 8 results in a minimum 10 between two maxima 9, 9 '.
  • the valve lift / crankshaft angle curve 6 is by holding the partially closed
  • FIG. 1 Another variant of the internal exhaust gas recirculation is shown in FIG.
  • 5 of the exhaust valve and the intake valve according to a standard cam profile are still a Ventilhub- / Kurbelwellenwinkelkurve 12 of the intake valve with a between two maxima 13, 13 'arranged minimum 14 and a Ventilhub- / Kurbelwellenwinkelkurve 15 of the intake valve represented with a plateau 16.
  • a partial opening of the intake valve is interrupted by a partial closing of the intake valve, so that between two maxima 13, 13 'arranged minimum 14 in the curve of the valve lift / crankshaft angle curve 12 occurs .
  • the partially opened intake valve is maintained at a predetermined valve lift level 17, so that the plateau 16 occurs in the course of the valve lift / crankshaft angle curve 15.
  • Both of the methods illustrated in FIGS. 1 and 2 may be created by a corresponding cam profile of the respective cam associated with the intake and exhaust valves.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere mit Kraftstoffdirekteinspritzung, mit mehreren in jeweils einem Zylinder hubverstellbar angeordneten Kolben mit zumindest einem jeweils einem Zylinder zugeordneten Einlassventil und mit zumindest einem jeweils einem Zylinder zugeordneten Auslassventil, bei dem eine interne Abgasrückführung durch ein verfrühtes Öffnen des Einlassventils und/oder ein verspätetes Schließen des Auslassventils durchgeführt wird. Durch eine geschickte Ausbildung des jeweiligen dem Ventil zugeordneten Nockenprofils lässt sich eine Ventilhub-/Kurbelwellenwinkelkurve (6, 8, 12, 15) erzeugen, die zumindest vier Wendepunkte aufweist und entweder mit einem Plateau (7, 16) oder mit einem zwischen zwei Maxima (9, 9'; 13, 13') angeordnetem Minimum (10, 14) ausgestattet ist.

Description

Brennkraftmaschine und zugehöriges Betriebsverfahren
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine,
insbesondere mit Kraftstoffdirekteinspritzung. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine, insbesondere betrieben nach einem solchen Verfahren.
Aus der DE 10 2008 053 243 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine bekannt, bei dem während eines Schichtladungsbetriebes die Auslassventile beim Ladungswechsel vor einem oberen Totpunkt schließen und die Einlassventile nach einem oberen Totpunkt öffnen. Dadurch wird beim Ladungswechselvorgang Abgas im
Brennraum zurückbehalten und dieses heiße Restgas im Schichtladungsbetrieb genutzt. Insofern handelt es sich bei diesen Verfahren um eine sogenannte Abgasrückhaltung, bei der Abgas im Verbrennungsraum zurückbehalten wird.
Aus der DE 10 2009 034 763 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einer internen Abgasrückführung bekannt. Zu diesem Zweck wird ein Einlassventil ein zweites Mal geöffnet, um während des Ausstoßtaktes einen Teil des Abgases in den Zuleitungskanal hinauszudrücken und während eines Ansaugtaktes dieses Abgas wieder in die Brennkammer hineinzusaugen und/oder durch ein zweites öffnen und Schließen des Auslassventils während eines Ansaugtaktes in den Abgaskanal hinausgedrücktes Abgas in die Brennkammer zurückzusaugen.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich nun mit dem Problem, für eine
Brennkraftmaschine und für ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere mit Kraftstoffdirekteinspritzung, eine verbesserte oder zumindest eine andere Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine vereinfachte interne Abgasrückführung mit reduzierten Strömungs- und Reibungsverlusten
auszeichnet.
Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einem Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine und einer mit einem solchen Verfahren betreibbaren,
Brennkraftmaschine, insbesondere mit Kraftstoffdirekteinspritzung, mit mehreren in jeweils einem Zylinder hubverstellbar angeordneten Kolben und mit zumindest einem jeweils einem Zylinder zugeordneten Einlassventil und mit zumindest einem jeweils einem Zylinder zugeordneten Auslassventil eine interne Abgasrückführung durch ein verfrühtes Öffnen des Einlassventils und/oder ein verspätetes Schließen des Auslassventils durchzuführen, wobei eine Ventilhub-/Kurbelwellenwinkelkurve des verfrüht öffnenden Einlassventils und/oder des verspätet schließenden Auslassventils zumindest vier Wendepunkte aufweist. Durch Rücksaugen von heißem Abgas durch die Einlass- bzw. die Auslassventile im Zuge einer inneren Abgasrückführung steigt im Vergleich zu einer äußeren Abgasrückführung die mittlere Gastemperatur im Brennraum deutlich an.
Dadurch sind höhere Abgasanteile realisierbar und die Stickoxidemission kann abgesenkt werden. Des Weiteren ist die Gasdichte durch den Temperaturanstieg reduziert und somit kann auch der Luftdurchsatz verringert und die Abgastemperatur erhöht werden. Dadurch wird wiederum ein Kennfeldbereich für eine Schichtladung ausgeweitet und die
Absenkung der Stickoxidemission als auch die Abgastemperaturerhöhung können letztlich zu einer Absenkung des Kraftstoffverbrauchs infolge eines erweiterten
Schichtladungsbetriebes genutzt werden. Ebenfalls sind aufgrund des längeren geöffneten Zustandes der Ventile die Strömungs- und Reibungsverluste verringert.
Vorteilhaft kann dabei der Ventilhub im Bereich des oberen Totpunktes reduziert werden, um eine Kollision mit dem jeweiligen Kolben zu verhindern.
Üblicherweise weist eine Brennkraftmaschine mehrere in jeweils einem Zylinder hubverstellbar angeordnete Kolben auf, die jeweils zusammen mit dem Zylinder eine Brennkammer umschließen. Jeweils einem Zylinder sind zumindest ein Einlassventil und zumindest ein Auslassventil zugeordnet. Hauptsächlich wird der Brennkammer über ein solches Einlassventil Frischluft zugeführt, während über ein solches Auslassventil die Abgase der Verbrennung des Kraftstoff-Luftgemisches aus der Brennkammer
ausgestoßen werden. Letztlich wird durch ein solches Einlassventil und durch ein solches Auslassventil ein Ladungswechsel der Brennkammer gesteuert. Bei Otto-Motoren bzw. Benzin-Motoren kann durch eine Direkteinspritzung eine Schichtung bzw. Schichtladung des Kraftstoff-Luftgemisches in der Brennkammer ausgebildet werden. Bei einer solchen Schichtladung sind in der Brennkammer mehrere Zonen unterschiedlicher
Kraftstoffkonzentrationen angeordnet. Durch die Schichtladung besteht die Möglichkeit, zum Beispiel durch eine späte Einspritzung des Kraftstoffes während der Verdichtung, ein gut brennbares Kraftstoff-Luftgemisch im Bereich der Zündkerze zu erzeugen, während der übrige Brennraum der Brennkammer eine deutlich geringere Kraftstoffkonzentration aufweist. Dabei wird durch Zünden des gut brennbaren Kraftstoff-Luftgemisches im Bereich der Zündkerze die Verbrennung des Kraftstoffes auch in Zonen geringerer Kraftstoffkonzentration angefacht. Somit ist durch eine Schichtladung in der Brennkammer ein sogenannter Magerbetrieb ermöglicht. Im Magerbetrieb weist das in der Brennkammer befindliche Kraftstoff-Luftgemisch eine über alle Zonen der Brennkammer gemittelte, unterstöchiometrische Kraftstoffkonzentration mit einem hohen Luftüberschuss bzw. Sauerstoffüberschuss auf. Dadurch kann eine unvollständige Verbrennung des
Kraftstoffes zumindest reduziert werden und der Kraftstoffverbrauch bei einer solchen Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung verringert werden. Zudem sind die
Emissionswerte verbessert.
Man unterscheidet strahlgeführte, wandgeführte und luftgeführte Schichtladungs- bzw. Brennverfahren. Diese Einteilung erfolgt anhand der Mechanismen, die im
Schichtladungsbetrieb für den Transport des Kraftstoffes zur Zündkerze verantwortlich sind. Maßgebliche Mechanismen können dabei die Strahldynamik selbst, die
Strahlumlenkung an einer Wand der Brennkammer und die Ladungsbewegung selbst sein, wobei üblicherweise eine Kombination der Verfahren zur Anwendung kommt. Bei einem strahlgeführten Schichtladungs- bzw. Brennverfahren können die Injektoren etwa mittig in der Brennkammer angeordnet werden. Üblicherweise können piezoelektrisch betätigbare Einspritzventile mit nach außen öffnender Düse eingesetzt werden, wobei die Entflammung im Bereich eines Rezirkulationsgebietes am Strahlrand erfolgen kann. Des Weiteren kann gewohnheitsmäßig eine getaktete Einspritzung vorgenommen werden, bei der die Einspritzung des Kraftstoffes mit einer oder zwei Unterbrechungen erfolgt.
Aufgrund lokaler Zonen mit etwa stöchiometrischem Kraftstoff-Luftgemisch in der
Brennkammer tritt bei einer Brennkraftmaschine mit durch Direkteinspritzung erzeugter Schichtladung eine hohe Stickoxidbildung auf. Dies gilt gerade für strahlgeführte
Schichtladungsverfahren. Typischerweise wird zur Absenkung der Stickoxidemission die Abgasrückführung (AGR) angewendet. Dabei wird zusammen mit der Frischluft der Brennkammer auch Abgas zugeführt. Die Verträglichkeit des Verbrennungsprozesses gegenüber der Abgasrückführung ist allerdings begrenzt, so dass die Stickoxidemission sich auch nur in begrenztem Umfang durch die Abgasrückführung absenken lässt. Nachfolgend erfolgt im Zuge der Abgasnachbehandlung die Bindung der Stickoxide an einem Stickoxidspeicher-Katalysator. Ein solcher Stickoxidspeicher-Katalysator adsorbiert die während der Verbrennung entstandenen Stickoxide temporär und muss nach vollständiger Belegung des Katalysatormaterials durch Stickoxide regeneriert werden. Da bei einer Direkteinspritzung mit unterstöchiometrischem Kraftstoffverhältnis eine hohe Stickoxidemission auftritt, erfordert eine Schichtladung auch eine häufige Regeneration des Stickoxidspeicher-Katalysators. Dies wirkt sich infolge des hohen Kraftstoffverbrauchs der Regeneration des Stickoxidspeicher-Katalysators nachteilig auf den
Gesamtwirkungsgrad der Brennkraftmaschine aus. Des Weiteren können die erniedrigten Abgastemperaturen insbesondere während eines Niederlastbetrieb zu Problemen führen, da die Abgastemperaturen gegebenenfalls nicht ausreichen, um die Funktion der Katalysatoren zu erhalten. Demzufolge muss auf den Betrieb mit einem homogenen, stöchiometrischen Gemisch mit erhöhtem Kraftstoffverbrauch umgeschaltet werden. Dies führt ebenfalls zu einem Absenken des Gesamtwirkungsgrads der Brennkraftmaschine.
Vorteilhafterweise führt eine Erhöhung der Gemischtemperatur in der Brennkammer gleichzeitig zu einer höheren Abgasverträglichkeit der Verbrennung und zu höheren Abgastemperaturen. Deshalb wird zumindest in einigen Betriebszuständen eine Erhöhung der Gemischtemperatur in der Brennkammer vorgenommen. Dies kann zum Beispiel durch eine Vorwärmung des Ansauggemisches sowie durch eine kurze und/oder isolierte Abgasrückführungsleitung erreicht werden. Ebenso führt eine Abgasrückhaltung zu einer Erhöhung der Gemischtemperatur in der Brennkammer. Dabei ist die Abgasrückhaltung nicht mit der internen Abgasrückführung, die ebenfalls eine Möglichkeit zur
Gemischtemperaturerhöhung in der Brennkammer darstellt, zu verwechseln, da im Falle der Abgasrückhaltung die Abgase die Brennkammer nicht verlassen. Die
Abgasrückhaltung ist in der Regel hinsichtlich der Gemischtemperatursteigerung als die effektivste Variante anzusehen. Allerdings ergeben sich gegebenenfalls Einschränkungen durch Erhöhung der Ladungswechselarbeit, insbesondere durch die
Abgaszwischenkompression, und Nachteile infolge abnehmender Ladungsbewegung insgesamt. Dabei kann aufgrund einer geringeren Turbulenz eine schlechtere
Vermischung von Frischluft und Abgas auftreten, wodurch die
Flammfortschrittsgeschwindigkeit verringert ist. Deshalb ist zusätzlich oder auch ausschließlich die innere Abgasrückführung ein probates Verfahren zur Anhebung der Gemischtemperatur in der Brennkammer. Bei der inneren Abgasrückführung wird das Abgas temporär in das Abgassystem und/oder das Einlasssystem ausgestoßen und anschließend zusammen mit Frischluft über das Einlasssystem aus dem Einlasssystem und/oder dem Abgassystem in die Brennkammer zurückgesaugt. Dies kann unter anderem dadurch bewerkstelligt werden, dass die Einlassöffnung schon während des Ausstoßtaktes früh geöffnet wird. Somit wird Abgas in das Einlasssystem ausgestoßen und im nachfolgenden Ansaugtakt über das geöffnete Einlassventil wieder zurück in die Brennkammer gesaugt. Ebenso ist ein spätes Schließen des Auslassventiles während des Ansaugtaktes denkbar, wodurch aus dem Abgassystem Abgas zurück in die
Brennkammer gesaugt wird. Um eine innere Abgasrückführung zu realisieren, können beide oben beschriebenen Varianten miteinander kombiniert werden.
Aufgrund der Verbrennung des Luft-/Brennstoff-/Abgasgemisches in der Brennkammer tritt eine Expansion des in der Brennkammer angeordneten Fluidgemisches auf, wodurch wiederum der in der Brennkammer angeordnete Kolben angetrieben wird. Diese
Bewegung des Kolbens wird mittels einer Kurbelwelle auf den Antrieb übertragen. Die Stellung der Kurbelwelle wird bezüglich eines Kurbelwellenwinkels angegeben, der die jeweilige Stellung eines Kolbens reflektiert. Dabei stellt ein Kurbelwellenwinkel von 180° den unteren Totpunkt (UT) des Kolbens dar, in dem der Kolben maximal aus dem Zylinder ausgefahren ist. Ein Kurbelwellenwinkel von 360° stellt demzufolge einen oberen Totpunkt (OT) dar, bei dem der Kolben maximal in den Zylinder eingefahren ist. Im Falle eines Viertaktmotors, bei dem jeweils nachfolgend ein Ansaugtakt, ein Kompressionstakt, ein Expansionstakt und ein Ausstoßtakt auftritt, durchfährt der Kolben zweimal den unteren Totpunkt und zweimal den oberen Totpunkt, so dass der Kurbelwellenwinkel von 0 bis 720° reicht. Dabei kann der Ausstoßtakt in einem Kurbelwellenwinkelbereich von 180° bis 360° angeordnet sein, während der Ansaugtakt in einem Kurbelwellenbereich zwischen 360° und 540° angeordnet sein kann.
Das Öffnen der Ventile wird üblicherweise über eine Nockenwelle gesteuert, wobei die Nockenwelle zumindest einen jeweils einem Ventil zugeordneten Nocken aufweist, und wobei aufgrund einer Rotation der Nockenwelle durch den jeweiligen Nocken das jeweilige Ventil gegen zum Beispiel eine Federkraft geöffnet und geschlossen wird. Um nun das Öffnen und Schließen der Ventile im Zusammenhang mit den jeweiligen
Kolbenbewegungen zu verdeutlichen, lässt sich jeweils für einen Kolben der Ventilhub des Einlassventiles und/oder des Auslassventiles in Abhängigkeit zum Kurbelwellenwinkel in Form einer Ventilhub-/Kurbelwellenwinkelkurve in einem Diagramm darstellen, auf dessen Y-Achse der Ventilhub und auf dessen X-Achse der Kurbelwellenwinkel abgetragen ist. Dabei weist eine Ventilhub-/Kurbelwellenwinkelkurve eines
Standardnockenprofiles einen Kurvenverlauf in Art einer Glockenkurve auf. Wird nun ein von dem Standardnockenprofil abweichendes Nockenprofil verwendet, so lässt sich ein Ventilhub des jeweiligen Ventiles erzeugen, bei dem die Ventilhub- /Kurbelwellenwinkelkurve anstatt der zwei bei einem Standardnockenprofil üblichen Wendepunkt zusätzliche zwei Wendepunkte und somit vier Wendepunkte aufweist. Dabei kann durch ein derartiges Nockenprofil ein Auslassventil gemäß einem Standard- Nockenprofil geöffnet werden, während ein Schließen des Auslassventiles derart stattfindet, dass eine Ventilhub-/Kurbelwellenwinkelkurve zum Schließen des
Auslassventils hin ein Plateau aufweist und erst nach dem öffnen eines Einlassventils geschlossen wird. Somit wird das Auslassventil nicht wie üblich in einem Bereich des Kurbelwellenwinkels von 360°, sondern erst bei einem deutlich höheren
Kurbelwellenwinkel geschlossen. Da in diesem Fall aufgrund des geöffneten
Auslassventils bei gleichzeitig geöffnetem Einlassventil Abgas aus dem Auslasskanal in die Brennkammer zurückgeführt wird, liegt in diesem Fall eine innere Abgasrückführung vor. Dabei kann die Ventilhub-/Kurbelwellenwinkelkurve auch zum Schließen des
Auslassventils hin ein zwischen zwei Maxima angeordnetes Minimum aufweisen.
Eine weitere Form der inneren Abgasrückführung gelingt durch ein verfrühtes Öffnen des Einlassventils, so dass die Ventilhub-/Kurbelwellenwinkelkurve entweder im Bereich des Öffnen des Einlassventiles ein Plateau oder ein zwischen zwei Maxima angeordnetes Minimum aufweist. Auch in diesem Fall weist die Ventilhub-/Kurbelwellenwinkelkurve des Einlassventils vier Wendepunkte auf und das Einlassventil wird nicht wie bei Standard- Nockenprofilen üblich in einem Kurbeiweilenwinkelbereich von 360° geöffnet, sondern bei deutlich kleineren Kurbelwellenwinkeln. Dadurch ist auch in diesem Fall in einem
Kurbeiweilenwinkelbereich von kleiner 360° bis 360° ein Zustand vorhanden, in dem beide Ventile geöffnet sind. Somit wird während des Ausstoßtaktes ein Teil des Abgases in den Einlasskanal hinausgeschoben und während des Ansaugtaktes durch das geöffnete Einlassventil wieder in die Brennkammer rückgesaugt.
Beide Formen der inneren Abgasrückführung können gemeinsam oder jeweils einzeln angewendet werden. Aufgrund des längeren geöffneten Zustandes des jeweiligen Ventils kann mit Hilfe eines dementsprechenden Nockenprofiles der Ventilhub im oberen Totpunkt des Kolbens respektive bei einem Kurbelwellenwinkel von 360° geringer ausgeführt werden.
Ein solches Nockenprofil eines jeweiligen ein Einlassventil oder ein Auslassventil steuernden Nockens kann in Art eines Doppelnockenprofiles ausgebildet werden, so dass sich die vorhergehend beschriebenen Ventilhub-/Kurbelwellenwinkelkurven ergeben. Da nicht in jedem Betriebszustand in der Brennkraftmaschine eine solche innere
Abgasrückführung gewünscht ist, ist es denkbar, die Nockenwelle mit mehreren Nocken unterschiedlicher Nockenprofile auszustatten, so dass zum Beispiel ein Nocken ein Standard-Nockenprofil aufweist, während ein weiterer dem gleichen Ventil zuordenbarer Nocken ein wie vorhergehend beschriebenes Nockenprofil aufweist. Dabei wäre in Abhängigkeit des Betriebszustandes oder anderer Betriebsparameter der
Brennkraftmaschine die Auswahl des jeweiligen zu dem Betriebszustand zuordenbaren Nockens denkbar.
Dabei zeigen, jeweils schematisch:
Fig. 1 eine Ventilhub-/Kurbelwellenwinkelkurve eines Auslassventils mit
verspätetem Schließen des Auslassventils,
Fig. 2 eine Ventilhub-/Kurbelwellenwinkelkurve eines Einlassventils mit
verfrühtem Öffnen des Einlassventils.
Wie in Fig. 1 dargestellt, kann eine Version der inneren Abgasrückführung durch ein verspätetes Schließen eines Auslassventils realisiert werden. Zur Verdeutlichung dieser Variante einer inneren Abgasrückführung ist in einem Diagramm 1 auf der Y-Achse 2 der Ventilhub des jeweiligen Ventils abgetragen, während auf der X-Achse 3 der
Kurbelwellenwinkel abgetragen ist. Zwischen einem Kurbelwellenwinkel von 180 bis 360° findet im Wesentlichen ein Ausstoßtakt IV statt, während zwischen einem
Kurbelwellenwinkel von 360° bis 540° ein Ansaugtakt I anzutreffen ist. Des Weiteren ist in dem Diagramm 1 eine Ventilhub-/Kurbelwellenwinkelkurve 4 des Auslassventils gemäß einem Standard-Nockenprofil dargestellt, ein Ventilhub-/Kurbelwellenwinkelkurve 5 eines Einlassventiles gemäß eines Standard-Nockenprofils und eine Ventilhub- /Kurbelwellenwinkelkurve 6 des Auslassventils mit einem Plateau 7, sowie eine Ventilhub- /Kurbelwellenwinkelkurve 8 des Auslassventils mit einem zwischen zwei Maxima 9, 9' angeordneten Minimum 10. Im Falle der Ventilhub-/Kurbelwellenwinkelkurven 6, 8 des Auslassventils, die entweder ein Plateau 7 oder ein zwischen zwei Maxima 9, 9' angeordnetes Minimum 10 aufweisen, sind diese Ventilhub-/Kurbelwellenwinkelkurven 6, 8 im Vergleich zu den mit zwei Wendepunkten ausgestatteten Ventilhub- /Kurbelwellenwinkelkurven 4, 5 mit zwei zusätzlichen Wendepunkten und somit mit vier Wendepunkten ausgestattet. Ein Auslassventil, das eine solche Ventilhub- /Kurbelwellenwinkelkurve 6, 8 aufweist, wird nicht gemäß einer Ventilhub- /Kurbelwellenwinkelkurve 4 des Auslassventils kontinuierlich geschlossen, sondern wird im Falle der Ventilhub-/Kurbelwellenwinkelkurve 8 nach einem anfänglichen Schließen wieder etwas stärker geöffnet, wodurch sich in der Ventilhub-/Kurbelwellenwinkelkurve 8 ein Minimum 10 zwischen zwei Maxima 9, 9' ergibt. Im Fall der Ventilhub- /Kurbelwellenwinkelkurve 6 wird durch ein Halten des teilweise geschlossenen
Auslassventils auf einem vorbestimmten Ventilhub Niveau 11 das Plateau 7 der
Ventilhub-/Kurbelwellenwinkelkurve 6 des Auslassventils erzeugt.
Beide Verfahren hinsichtlich der Ventilhub-/Kurbelwellenwinkelkurve des Auslassventils führen zu einem verspäteten Schließen des Auslassventils, wodurch hier eine Form der inneren Abgasrückführung realisiert wird, nämlich das Rücksaugen von Abgas aus dem Abgaskanal.
Eine weitere Variante der inneren Abgasrückführung ist in Fig. 2 dargestellt. Neben den Ventilhub-/Kurbelwellenwinkelkurven 4, 5 des Auslassventils und des Einlassventils gemäß eines Standard-Nockenprofils sind noch eine Ventilhub-/Kurbelwellenwinkelkurve 12 des Einlassventils mit einem zwischen zwei Maxima 13, 13' angeordnetem Minimum 14 und einem Ventilhub-/Kurbelwellenwinkelkurve 15 des Einlassventils mit einem Plateau 16 dargestellt. Dabei wird während des Öffnens des Einlassventils im Falle der Ventilhub-/Kurbelwellenwinkelkurve 12 ein teilweise Öffnen des Einlassventils von einem teilweisen Schließen des Einlassventils unterbrochen, so dass ein zwischen zwei Maxima 13, 13' angeordnetes Minimum 14 im Kurvenverlauf der Ventilhub- /Kurbelwellenwinkelkurve 12 auftritt. Im Falle der Ventilhub-/Kurbelwellenwinkelkurve 15 wird das teilweise geöffnete Einlassventil auf einem vorbestimmten Ventilhubniveau 17 gehalten, so dass das Plateau 16 im Kurvenverlauf der Ventilhub- /Kurbelwellenwinkelkurve 15 auftritt.
Beide in Fig. 1 und 2 dargestellte Verfahren können durch ein dementsprechendes Nockenprofil des jeweiligen zu dem Einlass- und Auslassventil zugeordneten Nockens erzeugt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere mit
Kraftstoffdirekteinspritzung, mit mehreren in jeweils einem Zylinder hubverstellbar angeordneten Kolben und mit zumindest einem jeweils einem Zylinder
zugeordneten Einlassventil und mit zumindest einem jeweils einem Zylinder zugeordneten Auslassventil, bei dem eine interne Abgasrückführung durch ein verfrühtes Öffnen des Einlassventils und/oder ein verspätetes Schließen des Auslassventils durchgeführt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Ventilhub-/Kurbelwellenwinkelkurve (12, 15; 6, 8) des verfrüht öffnenden Einlassventil und/oder des verspätet schließenden Auslassventils zumindest vier Wendepunkte aufweist.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Ventilhub des jeweiligen Ventils im Bereich eines oberen Totpunktes des Kolbens gegenüber dem Maximum (9,13') des Ventilhubes reduziert wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Ventilhub-/Kurbelwellenwinkelkurve (12, 15; 6, 8) des verfrüht öffnenden Einlassventil und/oder des verspätet schließenden Auslassventils ein Plateau (16, 7) aufweist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Ventilhub-/Kurbelwellenwinkelkurve (12, 5, 6, 8) des verfrüht öffnenden Einlassventil und/oder des verspätet schließenden Auslassventils ein zwischen zwei Maxima (13, 13'; 9, 9') angeordnetes Minimum (14, 10) aufweist.
5. Brennkraftmaschine, insbesondere betrieben durch ein Verfahren nach einer der vorhergehenden Ansprüche, mit einer mehrere die Auslassventile und die
Einlassventile steuernde Nocken aufweisenden Nockenwelle, wobei ein
Nockenprofil eines jeweiligen Nocken so ausgebildet ist, dass eine Ventilhub- /Kurbelwellenwinkelkurve (6, 8, 12, 15) eines verspätet schließenden Auslassventils und/oder eines verfrüht öffnenden Einlassventils zumindest vier Wendepunkte aufweist.
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