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  • 法律状态
  • 优先权
    • 专利摘要:
    DieErfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschineeines Kraftfahrzeugs im Motorbremsbetrieb, in dem die Brennkraftmaschinemit zumindest einem nicht befeuerten Zylinder betrieben wird undwobei die Brennkraftmaschine variabel steuerbare Ventiltriebe für Einlass-und Auslassventile eines jeden Zylinders sowie eine Ladereinrichtungzur Erhöhungdes Druckes im Ansaugtrakt der Zylinder aufweist. Der Erfindungliegt das Problem zugrunde, das Motorbremsverhalten und das Wiederansprechender Ladereinrichtung eines Kraftfahrzeugs zu verbessern. Das Problem wirdgelöst,indem die Einlassventile und die Auslassventile zur Einstellungeines bestimmten durch Verdichtung der Luftmasse in jedem unbefeuertenZylinder einstellbaren Bremsmomentes angesteuert werden.
    公开号:DE102004011652A1
    申请号:DE200410011652
    申请日:2004-03-10
    公开日:2005-10-06
    发明作者:Fabian Balles；Gregor Dr. Rottenkolber
    申请人:Bayerische Motoren Werke AG；
    IPC主号:F02D13-04
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschineeines Kraftfahrzeugs im Motorbremsbetrieb gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs1.
    [0002] ImMotorbrems- bzw. Schubbetrieb, in welchem der Brennkraftmaschinekein weiterer Kraftstoff zugeführtwird und somit eine weitere Verbrennung unterbunden wird, erzieltjede Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs aufgrund der zu verrichtenden Ladungswechselarbeiteine gewisse Bremswirkung. Im Gegensatz zu konventionell gesteuertenBrennkraftmaschinen, die aufgrund ihrer mechanisch angesteuertenVentiltriebe mit festen Steuerzeiten und Ventilhüben über ein vorgegebenes in derRegel sehr geringes Bremsmoment verfügen, erzeugen Brennkraftmaschinenmit variabel einstellbaren Ventiltrieben (frei einstellbare Steuerzeiten),wie z.B. mit elektromagnetischen Ventiltrieben, ein variabel steuerbaresBremsmoment höherenAusmaßes.In der DE 195 46 652A1 wird ein Verfahren zur Reduzierung der Fahrgeschwindigkeiteines mit einem Kollisionsvermeidungssystem ausgerüsteten Fahrzeugsbeschrieben, bei dem eine abstandsabhängige Abbremsung des Fahrzeugsdadurch erfolgt, dass bei der mit variablem Ventiltrieb ausgestattetenBrennkraftmaschine mindestens ein Zylinder auf Kompressorbetriebumgesteuert wird.
    [0003] Fernerist aus der DE 10143 330 A1 eine Brennkraftmaschine mit elektrohydraulischerVentilsteuerung fürein Kraftfahrzeug bekannt, die zur Verbesserung des Gesamtwirkungsgradsder Brennkraftmaschine mit einem überschüssigen Hydraulikförderstromeiner Hydraulikpumpe zur Ansteuerung der Ventile weitere hydraulischeVerbraucher – wie eineLadereinrichtung zur Verdichtung der zur Verbrennung benötigten Luft – speist.
    [0004] DerErfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreibeneiner Brennkraftmaschine mit Ladereinrichtung bereitzustellen, mittelsdem eine einstellbare erhöhteMotorbremswirkung erreicht wird. In einer bevorzugten Weiterbildungder Erfindung soll ein spontanes Ansprechverhalten der Brennkraftmaschine,insbesondere im Schubbetrieb, gewährleistet werden.
    [0005] Erfindungsgemäß wird dieAufgabe durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Durchdie gesteuerte Verdichtung (Steuerung der Auslassventile) einereinstellbaren Luftmasse (Steuerung der Einlassventile) im Brennraumzumindest eines abgeschalteten (bzw. unbefeuerten, also eines zumindestnicht mit Kraftstoff versorgten Zylinderbrennraums) Zylinders kannein erhöhteseinstellbares Bremsmoment zur Abbremsung des Fahrzeugs generiertwerden.
    [0006] DesWeiteren kann durch die Erzeugung eines Druckimpulses, der aufgrundder gezielten Ansteuerung der Auslassventile zur spontanen Freigabeder zuvor verdichteten Luftmasse (in Abhängigkeit der Ansteuerung derEinlassventile) erzeugt wird sowie der gezielten Beaufschlagungeiner Ladereinrichtung mit diesem Druckimpuls zu jeder Zeit einspontanes Ansprechverhalten der Brennkraftmaschine gewährleistetwerden. Durch den in jedem Arbeitszyklus erzeugten Druckimpuls kanndie Turbine der Ladereinrichtung stets auf einer deutlich erhöhten Drehzahlgehalten werden. Das trägeAnlaufverhalten der herkömmlichenBrennkraftmaschinen mit Ladereinrichtung, deren Turbinen ausgehendvon einer sehr niedrigen Drehzahl beschleunigt werden müssen, wirddurch den Gegenstand der Erfindung erfolgreich vermieden.
    [0007] Ineiner bevorzugten Weiterbildung der Erfindung werden zur Erzeugungeines Impulses maximalen Druckes alle Einlassventile aller zur Erzeugung derBremswirkung eingebundenen Zylinder (vorzugsweise aller Zylinder)derart angesteuert, dass eine größtmögliche Luftmassein den Zylinderbrennraum angesaugt wird (dies entspricht in etwaeiner Ansteuerung der Einlassventile gemäß einem Volllastbetrieb) unddie Auslassventile aller Zylinder derart angesteuert, dass eineFreigabe der komprimierten Luftmasse erst kurz vor dem oberen Totpunktdes Kolbens (OT) erfolgt.
    [0008] DieEinstellung des gewünschtenBremsmoments erfolgt mit Vorteil durch die Art der Ansteuerung derVentile, kann alternativ oder zusätzlich aber auch durch dieUmschaltung zwischen verschiedenen Motorbetriebsarten (2-Taktbetrieb, 4-Taktbetrieb oderdergleichen) und/oder durch die variierbare Anzahl der für den Bremsbetriebverwendeten Zylinder erfolgen.
    [0009] DieEinstellung des Bremsmoments durch die Ansteuerung der Ventile kannrealisiert werden, indem in einer ersten Ausgestaltung die Einlassventilegemäß einemVolllastbetrieb (Einlass der größtmöglichenLuftmasse) und die Auslassventile zur Einstellung des Kompressionsgradesder durch die Einlassventile bereitgestellten Luftmasse variabel angesteuertwerden. In einer zweiten Ausgestaltung ist vorgesehen, bei möglichstspät vorOT öffnenden Auslassventilendie Einlassventile variabel zur Einstellstellung des Bremsdruckesanzusteuern. Eine dritte Ausführungsmöglichkeitsieht schließlichvor sowohl Einlassventile als auch Auslassventile für die Einstellungeines gewünschtenBremsmoments variabel anzusteuern.
    [0010] ZurEinstellung des gewünschtenBremsmoments mittels unterschiedlicher Betriebsarten können dienicht befeuerten Zylinder beispielsweise zwischen einem Zweitaktbetriebund einem Viertaktbetrieb hin- und hergeschaltet werden und/oderdie Anzahl der nicht befeuerten Zylinder variiert werden. Da imViertaktbetrieb je eine Kompression und eine Expansion zwischenzwei aufeinanderfolgenden Bremstakten stattfindet und diese nichtnennenswert zur Bremswirkung beitragen, ist eine optimale Kombinationaus zu erreichender Bremswirkung und hoher Drehzahl der Ladereinrichtungim Zweitaktbetrieb zu erzielen.
    [0011] ImFolgenden wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Eszeigen:
    [0012] 1:die schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit elektromagnetischemVentiltrieb und Ladereinrichtung,
    [0013] 2:ein Diagramm mit Kurven fürdie Ansteuerung von Ein- und Auslassventilen eines Zylinders imViertaktbetrieb,
    [0014] 3a:ein Diagramm – darstellendden Verlauf der Ventilhübevon Einlass- und Auslassventilen bei Ansteuerung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahrenim Viertaktbetrieb und der hieraus resultierenden Abgasdynamik,
    [0015] 3b:ein p-V-Zustandsdiagramm gemäß dem Betriebszustandin 3a,
    [0016] 4a:ein Diagramm mit dem Verlauf der Ventilhübe von Einlass- und Auslassventilenbei Ansteuerung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahrenim Zweitaktbetrieb und der hieraus resultierenden Abgasdynamik,und
    [0017] 4b:ein p-V-Zustandsdiagramm gemäß dem Betriebszustandin 4a.
    [0018] 1 zeigteine Brennkraftmaschine 2 mit elektromagnetischem Ventiltrieb 4 undeiner Steuereinrichtung 6 zur gezielten Ansteuerung deselektromagnetischen Ventiltriebs 4. Die Brennkraftmaschine 2 istdabei abgasseitig übereine Abgasleitung 10 und ansaugseitig über eine Ansaugleitung 20 miteiner Ladereinrichtung 8 verbunden. Durch den von der Brennkraftmaschine 2 erzeugtenAbgasstrom ist die Ladereinrichtung 8 über ihr Turbinenrad 8a antreibbar.Das Turbinenrad 8a der Ladereinrichtung 8 ist über eineWelle 8c mit einem Verdichterrad 8b verbunden,so dass durch den Antrieb des Turbinenrades 8a und dendamit zwangsweise verbundenen Antrieb des Verdichterrades 8b Frischluftvon außen angesaugtund im Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine 2 verdichtetwird. Hierdurch sind deutliche Leistungssteigerungen der Brennkraftmaschinegerade in mittleren Drehzahlbereichen möglich. Da der im Leerlauf oderim Schubbetrieb entstehende Abgasstrom bei einem Betrieb der Brennkraftmaschine gemäß dem Standder Technik nicht ausreicht, um die Ladereinrichtung 8 aufeine entsprechende vorgehaltene Drehzahl zu beschleunigen bzw. beschleunigtzu halten, muss bislang fürjeden Beschleunigungsvorgang aus einem Schubbetrieb heraus die Trägheit derLadereinrichtung erneut überwundenwerden. Dies spürtder Benutzer des Fahrzeugs durch das sogenannte Turboloch, aufgrund desseneine verstärkteLeistungsentfaltung erst merklich verspätet einsetzt.
    [0019] Durchdas erfindungsgemäße Verfahren,bei dem im Brems- bzw. Schubbetrieb gezielt Bremsmoment durch Ansteuerungder Einlass- und der Auslassventile aufgebaut wird, kann im Vergleichzum Betrieb gemäß dem Standder Technik ein deutlich höheresBremsmoment aufgebaut werden. Durch die gezielte Ansteuerung derEinlassventile (insbesondere bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrensbei ungedrosselten Motoren – d.h.bei Motoren ohne Drosselklappe) kann im Schub- bzw. Bremsbetriebbeispielsweise deutlich mehr Luft (z.B. Luftbefüllung gemäß Volllast) als im Normalfallzur Verdichtung in den Brennraum eingelassen werden und durch diegezielte Ansteuerung der Auslassventile, beispielsweise durch die Öffnung derAuslassventile kurz vor Erreichen des oberen Totpunktes für den Kolben,die im Brennraum zur Verdichtung (und damit zur Erzeugung des Bremsmoments)zur Verfügungstehende Luftmasse im größtmöglichenAusmaß komprimiertund so ein maximales Bremsmoment erreicht werden.
    [0020] Ineiner bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird die verdichteteLuftmasse, die fürden Aufbau des Bremsmoments benötigtwurde gezielt freigesetzt derart, dass ein Druckimpuls über denAbgastrakt auf die Ladereinrichtung 8 geführt unddie Ladereinrichtung 8 so während des Motorbremsvorgangsbereits auf eine erhöhteDrehzahl vorbeschleunigt wird. Hierdurch ist ein deutlich verbessertesAnsprechverhalten der Brennkraftmaschine realisierbar, bei dem bereitszu einem erheblich früheren Zeitpunktdie Leistungssteigerung der Ladereinrichtung 8 wirksamwird.
    [0021] Daserfindungsgemäße Verfahrenist sowohl im Zweitaktbetrieb als auch im Viertaktbetrieb oder in Betriebsartenmit anderen Taktraten anwendbar. Eine bevorzugte Anwendung findetdas erfindungsgemäße Verfahrenin Verbindung mit einer Ventilansteuerung der nicht befeuerten Zylindergemäß einemZweitaktbetrieb. Hier kann im Gegensatz zum Viertaktbetrieb jederKompressionsvorgang in ein zusätzlichesBremsmoment und einen an die Ladereinrichtung 8 weiterleitbarenDruckimpuls umgesetzt werden.
    [0022] Umden Überdruckim Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine 2 unter Aufrechterhaltungder Drehzahl der Ladereinrichtung 8 zu begrenzen findet vorzugsweiseein in der Ansaugleitung 20 angeordnetes Umluftventil 22 Verwendung.Dieses Umluftventil ist übereine Motorsteuereinrichtung MSE entsprechend ansteuerbar, so dassder Druck im Ansaugtrakt bei Aufrechterhaltung der Laderdrehzahl regulierbarist. Darüberhinaus kann ein Ladedruckbegrenzungsventil 12 in der Abgasleitung 12 oderin der Ladereinrichtung 8 selbst vorhanden sein, welchesebenfalls überdie Motorsteuereinrichtung MSE ansteuerbar ist.
    [0023] Daserfindungsgemäße Verfahrenist unabhängigvon speziellen Wirkprinzipien der variablen Ventilsteuerung – wesentlichist lediglich, dass die Ventilsteuerzeiten von Einlass- und Auslassventilen, variabelzu steuern sind. Bevorzugt findet das Verfahren Anwendung bei elektromagnetischenVentiltrieben mit Hub- oder Drehaktuatoren.
    [0024] Ausgehendvon einer durchschnittlichen Brennkraftmaschine, bei der im Schubbetriebabhängigvon der jeweiligen Brennkraftmaschine Laderdrehzahlen definierterGröße realisiertwerden, kann diese Drehzahl durch Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrensbereits im Viertaktbetrieb auf Laderdrehzahlen gesteigert werden,die im Bereich von 60% bis 70% der Drehzahl bei Volllast liegen.Im Zweitaktbetrieb sind noch erheblich höhere Laderdrehzahlen im Motorbremsbetrieberzielbar.
    [0025] Die 2 veranschaulichtschematisch die Ansteuerung von Einlass- und Auslassventilen eines Zylindersim Viertaktbetrieb. Die durchgehend dargestellten Kurvenverläufe EV sinddabei den Einlassventilen und die strichpunktierten Kurvenverläufe AV denAuslassventilen zugeordnet. Im oberen Diagramm ist das Ansteuerverhaltenbzw. der Wegverlauf der angesteuerten Ein- und Auslassventile ineinem befeuerten Betrieb füreinen EVT-Motor (Motor mit elektromagnetischen Ventiltrieb) dargestellt.Im unteren Diagramm ist das Ansteuerverhalten bzw. der Wegverlaufder angesteuerten Ein- und Auslassventile in einem zumindest zumTeil unbefeuerten Betrieb eines EVT-Motors (Bremsbetrieb) dargestellt, wobeidie Einstellung der Motorbremswirkung durch eine veränderte Ansteuerungder Ein- und Auslassventile bewerkstelligt werden kann.
    [0026] Gemäß der Erfindungwerden zusätzlichzur verzögerten Öffnung derAuslassventile im Brems- bzw. Schubbetrieb die Einlassventile desfür die Bremswirkungverwendeten Zylinders angesteuert derart, dass entweder eine Befüllung desZylinderbrennraums mit einer erhöhtenLuftmasse (Verlängerungder Ventilöffnungszeit)erfolgt und/oder die Öffnungder Einlassventile verzögerterfolgt, so dass ein zusätzlichesBremsmoment generiert wird. Durch die Doppelpfeile in den vorderenund hinteren Flanken der Kurven soll lediglich angedeutet werden,dass die Öffnungbzw. Schließungder Ein- und Auslassventile durch die erfindungsgemäße Ansteuerungzeitlich sowohl vor als auch nach hinten verlagert werden kann.
    [0027] Imdargestellten Beispiel ist die vordere Flanke zur Einleitung des Öffnungsvorgangsjedes Einlassventils eines im Viertakt betriebenen Zylinders beibehaltenworden, so dass ausgehend vom oberen Totpunkt des Kolbens die Luftbefüllung desBrennraums eingeleitet wird. Die hintere Flanke der Kurve, die dieEinleitung des Schließvorgangsder Einlassventile darstellt, ist verzögert worden, so dass die Luftbefüllung über einenverlängertenZeitraum erfolgen kann. Somit steht ein größeres Luftvolumen zur Komprimierungzur Verfügung.Durch das erhöhte Luftvolumen,welches komprimiert wird, in Verbindung mit einer spätest möglichen Öffnung derAuslassventile, kann ein deutlich erhöhtes Bremsmoment im Schubbetrieberzeugt werden.
    [0028] Inden 3a, 3b; 4a, 4b sind dieErgebnisse des erfindungsgemäßen Verfahrens beientsprechender Ansteuerung der Einlass- und Auslassventile im Motorbremsbetriebveranschaulicht. Die 3a und 4a zeigenden Ventilhub bzw. die Ansteuerung von Einlass- und Auslassventilensowie jeweils die hieraus resultierende Abgasdynamik bzw. den hierdurchgenerierten Druckimpuls. Die 3b und 4b veranschaulichenjeweils den durch die Verdichtung der Luftmassen in den unbefeuertenZylindern aufgebauten Druckverlauf in einem p-V-Diagramm. Durchdie aufgrund der Pfeile angedeutete Zuordnung einzelner Zeitpunktewird gezeigt, dass bereits kurz nach der Öffnung der Auslassventile imZeitpunkt T1 bzw. kurz vor Erreichen des maximalen Öffnungshubesder Auslassventile im Zeitpunkt T3 im Zeitpunkt T2 in der Abgasleitung 10 dergewünschteDruckimpuls generiert wird. Naturgemäß wird bei Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrensin Kombination mit einem Viertaktverfahren lediglich im Zeitpunktjedes vierten Taktes (also alle 720° Kurbel-Winkelgrad) ein entsprechenderDruckimpuls generiert und eine entsprechende Bremswirkung erzeugt,währendbei Kombination mit einem Zweitaktverfahren im Zeitpunkt jedes zweiten Taktesein entsprechender Druckimpuls erzeugt wird und somit eine Verdoppelungder Bremswirkung bzw. des erzeugten Motorbremsmoments (also alle360° Kurbel-Winkelgrad)und eine erhöhteAntriebskraft fürdie Ladereinheit 8 bereitgestellt wird. So ist in 3b während derersten zwei Takte eine Kurve (Kurvenabschnitte K1.1, K1.2) lautp-V-Diagramm erzeugt, die nur eine sehr geringe Fläche einschließt, da derDruckverlauf bei nicht geöffnetenAuslassventilen nahezu mit dem gleichen Kurvenverlauf wieder zuseinem Ausgangspunkt zurückkehrt.Erst währendder letzten beiden Takte wird durch Öffnung der Auslassventile einabweichender Kurvenverlauf (Kurvenabschnitte K1.3, K1.4) zum Ausgangspunktund somit eine Kurve mit größeren einschließenden Flächenteilenerreicht. Im Vergleich hierzu ist deutlich erkennbar, dass bei Verwendungeines Zweitaktverfahrens zwei nahezu gleiche Kurvenverläufe über insgesamtvier Takte erreicht werden (4b). Dadie von den Kurvenabschnitten eingeschlossen Flächeteile äquivalent zu den bewusst erzeugtenLadungswechselverlusten (Ladungswechselarbeit) sind, ist leicht erkennbar,dass durch das erfindungsgemäße Verfahrenbei Verwendung eines Zweitaktverfahrens im Vergleich zu der Verwendungeines Viertaktverfahrens die i.w. doppelte Bremswirkung erzielbarist.
    权利要求:
    Claims (6)
    [1] Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine(2) eines Kraftfahrzeugs im Motorbremsbetrieb in dem dieBrennkraftmaschine (2) mit zumindest einem nicht befeuertenZylinder betrieben wird und wobei die Brennkraftmaschine (2)variabel steuerbare Ventiltriebe (4) für Einlass- und Auslassventile einesjeden Zylinders sowie eine Ladereinrichtung (8) zur Erhöhung Druckesim Ansaugtrakt der Zylinder aufweist, dadurch gekennzeichnet,dass – dieEinlassventile und die Auslassventile zur Einstellung eines bestimmtendurch Verdichtung der Luftmasse in jedem unbefeuerten Zylinder einstellbarenBremsmomentes angesteuert werden.
    [2] Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass die Ladereinrichtung (8) mit einem Druckimpuls beaufschlagtwird, der durch die gezielte Ansteuerung der Auslassventile undder hierdurch freigegebenen, zuvor verdichteten Luftmasse erzeugtwird.
    [3] Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,dass die Einlassventile jedes nicht befeuerten Zylinders derartangesteuert werden, dass eine größtmögliche Luftmassein den Zylinderbrennraum angesaugt wird.
    [4] Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (2) zur Einstellungeines gewünschten Bremsmomentszwischen einem Zweitaktbetrieb und einem Viertaktbetrieb hin- undhergeschaltet wird.
    [5] Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass die Einstellung eines gewünschten Bremsmoments durchAnsteuerung der Auslassventile erfolgt.
    [6] Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass durch die gesteuerte Öffnung eines Umluftventils(22) der Überdruckim Saugrohr des Ansaugtraktes begrenzt wird.
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2005-10-06| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
    2007-03-15| 8364| No opposition during term of opposition|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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