DE102013210597A1

DE102013210597A1 - Brennkraftmaschine mit Teilabschaltungund Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102013210597A1
Application number: DE201310210597
Authority: DE
Inventors: Guohui Chen; Leonhard Bartsch; Helmut Ruhland; Uwe Spaeder; Werner Willems
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2012-06-13
Filing date: 2013-06-07
Publication date: 2013-12-19
Also published as: CN103485900B; CN103485900A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine (100) mit mindestens zwei Zylindern (1, 2, 3, 4), bei der – jeder Zylinder (1, 2, 3, 4) mindestens eine Auslassöffnung aufweist, an die sich eine Abgasleitung (7a, 7b) zum Abführen der Abgase via Abgasabführsystem (8) anschließt, – jeder Zylinder (1, 2, 3, 4) mindestens eine Einlassöffnung aufweist, an die sich eine Ansaugleitung (5a, 5b) zum Zuführen von Ladeluft via Ansaugsystem (6) anschließt, – mindestens zwei Zylinder (1, 2, 3, 4) in der Art konfiguriert sind, dass sie mindestens zwei Gruppen mit jeweils mindestens einem Zylinder (1, 2, 3, 4) bilden, wobei der mindestens eine Zylinder (1, 4) einer ersten Gruppe ein auch bei Teilabschaltung der Brennkraftmaschine (100) in Betrieb befindlicher Zylinder (1, 4) ist und der mindestens eine Zylinder (2, 3) einer zweiten Gruppe als lastabhängig schaltbarer Zylinder (2, 3) ausgebildet ist, wobei – in der Ansaugleitung (5b) des mindestens einen lastabhängig schaltbaren Zylinders (2, 3) ein erstes Absperrelement (9) vorgesehen ist, welches die Ansaugleitung (5b) zum Zuführen von Ladeluft bei zugeschaltetem Zylinder (2, 3) freigibt und bei abgeschaltetem Zylinder (2, 3) versperrt, und – eine Rückführleitung (10, 10`) vorgesehen ist, die vom Abgasabführsystem (8) abzweigt und in die Ansaugleitung (5b) des mindestens einen lastabhängig schaltbaren Zylinders (2, 3) stromabwärts des ersten Absperrelementes (9) einmündet, wobei ein zweites Absperrelement (11) in der Rückführleitung (10, 10`) vorgesehen ist, das die Rückführleitung (10, 10`) bei abgeschaltetem Zylinder (2, 3) zum Rückführen von Abgas und Zuführen dieses Abgases zum abgeschaltetem Zylinder (2, 3) freigibt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Zylindern, bei der

– jeder Zylinder mindestens eine Auslassöffnung aufweist, an die sich eine Abgasleitung zum Abführen der Abgase via Abgasabführsystem anschließt,
– jeder Zylinder mindestens eine Einlassöffnung aufweist, an die sich eine Ansaugleitung zum Zuführen von Ladeluft via Ansaugsystem anschließt,
– mindestens zwei Zylinder in der Art konfiguriert sind, dass sie mindestens zwei Gruppen mit jeweils mindestens einem Zylinder bilden, wobei der mindestens eine Zylinder einer ersten Gruppe ein auch bei Teilabschaltung der Brennkraftmaschine in Betrieb befindlicher Zylinder ist und der mindestens eine Zylinder einer zweiten Gruppe als lastabhängig schaltbarer Zylinder ausgebildet ist.

Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine.
Eine Brennkraftmaschine der genannten Art wird als Kraftfahrzeugantrieb eingesetzt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfaßt der Begriff Brennkraftmaschine Dieselmotoren, aber auch Ottomotoren und Hybrid-Brennkraftmaschinen, d. h. Brennkraftmaschinen, die mit einem Hybrid-Brennverfahren betrieben werden.
Bei der Entwicklung von Brennkraftmaschinen ist es ein grundsätzliches Ziel, den Kraftstoffverbrauch zu minimieren, wobei ein verbesserter Gesamtwirkungsgrad im Vordergrund der Bemühungen steht.
Problematisch sind der Kraftstoffverbrauch und damit der Wirkungsgrad insbesondere bei Ottomotoren, d. h. bei einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine. Der Grund hierfür liegt im prinzipiellen Arbeitsverfahren des Ottomotors. Die Laststeuerung erfolgt in der Regel mittels einer im Ansaugsystem vorgesehenen Drosselklappe. Durch Verstellen der Drosselklappe kann der Druck der angesaugten Luft hinter der Drosselklappe mehr oder weniger stark reduziert werden. Je weiter die Drosselklappe geschlossen ist, d. h. je mehr diese den Ansaugsystem versperrt, desto höher ist der Druckverlust der angesaugten Luft über die Drosselklappe hinweg und desto geringer ist der Druck der angesaugten Luft stromabwärts der Drosselklappe und vor dem Einlaß in die mindestens zwei Zylinder, d. h. Brennräume. Bei konstantem Brennraumvolumen kann auf diese Weise über den Druck der angesaugten Luft die Luftmasse, d. h. die Quantität eingestellt werden. Dies erklärt auch, weshalb sich die Quantitätsregelung gerade im Teillastbetrieb als nachteilig erweist, denn geringe Lasten erfordern eine hohe Drosselung und Druckabsenkung im Ansaugsystem, wodurch die Ladungswechselverluste mit abnehmender Last und zunehmender Drosselung steigen. Da den Zylindern neben Frischluft grundsätzlich auch Abgas zugeführt werden kann, wird die den Zylindern zugeführte Luft im Folgenden auch als Ladeluft bezeichnet, wobei diese Ladeluft neben Frischluft einen mehr oder weniger großen Abgasanteil umfassen kann.
Um die beschriebenen Verluste zu senken, wurden verschiedene Strategien zur Entdrosselung einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine entwickelt.
Ein Lösungsansatz zur Entdrosselung des Ottomotors ist beispielsweise ein ottomotorisches Arbeitsverfahren mit Direkteinspritzung. Die direkte Einspritzung des Kraftstoffes ist ein geeignetes Mittel zur Realisierung einer geschichteten Brennraumladung. Die Direkteinspritzung des Kraftstoffes in den Brennraum ermöglicht damit in gewissen Grenzen eine Qualitätsregelung beim Ottomotor. Die Gemischbildung erfolgt durch die direkte Einspritzung des Kraftstoffes in die Zylinder bzw. in die in den Zylindern befindliche Luft und nicht durch äußere Gemischbildung, bei der der Kraftstoff im Ansaugsystem in die angesaugte Luft eingebracht wird.
Eine andere Möglichkeit, den Verbrennungsprozeß eines Ottomotors zu optimieren, besteht in der Verwendung eines zumindest teilweise variablen Ventiltriebs. Im Gegensatz zu konventionellen Ventiltrieben, bei denen sowohl der Hub der Ventile als auch die Steuerzeiten nicht veränderlich sind, können diese den Verbrennungsprozeß und damit den Kraftstoffverbrauch beeinflussenden Parameter mittels variabler Ventiltriebe mehr oder weniger stark variiert werden. Eine drosselfreie und damit verlustfreie Laststeuerung ist bereits möglich, wenn die Schließzeit des Einlaßventils und der Einlaßventilhub variiert werden können. Die während des Ansaugvorganges in den Brennraum einströmende Gemischmasse wird dann nicht mittels Drosselklappe, sondern über den Einlaßventilhub und die Öffnungsdauer des Einlaßventils gesteuert. Variable Ventiltriebe sind aber sehr kostenintensiv und daher für den Serieneinsatz häufig ungeeignet.
Ein weiterer Lösungsansatz zur Entdrosselung eines Ottomotors bietet die Zylinderabschaltung, d. h. die Abschaltung einzelner Zylinder in bestimmten Lastbereichen. Der Wirkungsgrad des Ottomotors im Teillastbetrieb kann durch eine Teilabschaltung verbessert, d. h. erhöht werden, denn die Abschaltung eines Zylinders einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine erhöht bei konstanter Motorleistung die Belastung der übrigen noch in Betrieb befindlichen Zylinder, so dass die Drosselklappe zum Einbringen einer größeren Luftmasse in diese Zylinder weiter geöffnet werden kann bzw. muß, wodurch insgesamt eine Entdrosselung der Brennkraftmaschine erreicht wird. Die ständig in Betrieb befindlichen Zylinder arbeiten während der Teilabschaltung im Bereich höherer Lasten, bei denen der spezifische Kraftstoffverbrauch niedriger ist. Das Lastkollektiv wird zu höheren Lasten hin verschoben.
Die während der Teilabschaltung weiter betriebenen Zylinder weisen zudem aufgrund der größeren zugeführten Luftmasse bzw. Gemischmasse eine verbesserte Gemischbildung auf und tolerieren höhere Abgasrückführraten.
Weitere Wirkungsgradvorteile ergeben sich dadurch, dass ein abgeschalteter Zylinder infolge der fehlenden Verbrennung keine Wandwärmeverluste infolge eines Wärmeüberganges von den Verbrennungsgasen an die Brennraumwände generiert.
Obwohl Dieselmotoren, d. h. selbstzündende Brennkraftmaschinen, aufgrund der angewandten Qualitätsregelung einen höheren Wirkungsgrad, d. h. einen niedrigeren Kraftstoffverbrauch, aufweisen als Ottomotoren, bei denen die Last – wie vorstehend beschrieben – mittels Drosselung bzw. Quantitätsregelung über die Füllung der Zylinder eingestellt wird, besteht auch bei Dieselmotoren Verbesserungspotential und Verbesserungsbedarf hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs bzw. Wirkungsgrades.
Ein Konzept zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs ist auch bei Dieselmotoren die Zylinderabschaltung, d. h. die Abschaltung einzelner Zylinder in bestimmten Lastbereichen. Der Wirkungsgrad des Dieselmotors im Teillastbetrieb kann durch eine Teilabschaltung verbessert, d. h. erhöht werden, denn die Abschaltung mindestens eines Zylinders einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine erhöht bei konstanter Motorleistung auch beim Dieselmotor die Belastung der übrigen noch in Betrieb befindlichen Zylinder, so dass diese Zylinder in Bereichen höherer Lasten arbeiten, bei denen der spezifische Kraftstoffverbrauch niedriger ist. Das Lastkollektiv im Teillastbetrieb des Dieselmotors wird zu höheren Lasten hin verschoben.
Die während der Teilabschaltung weiter betriebenen Zylinder tolerieren zudem aufgrund der größeren zugeführten Kraftstoffmasse, d. h. aufgrund des fetteren Gemisches, höhere Abgasrückführraten. Hinsichtlich der Wandwärmeverluste ergeben sich dieselben Vorteile wie beim Ottomotor, weshalb auf die entsprechenden Ausführungen Bezug genommen wird.
Die Teilabschaltung bei Dieselmotoren soll auch verhindern, dass das Kraftstoff-Luft-Gemisch im Rahmen der Qualitätsregelung bei abnehmender Last durch Verringerung der eingesetzten Kraftstoffmenge zu stark abmagert.
Die im Stand der Technik beschriebenen Mehrzylinder-Brennkraftmaschinen mit Teilabschaltung und die dazugehörigen Verfahren zum Betreiben dieser Brennkraftmaschinen weisen dennoch deutliches Verbesserungspotential auf, wie im Folgenden kurz und beispielhaft am Dieselmotor erläutert wird.
Wird bei einem direkteinspritzenden Dieselmotor zum Zwecke der Teilabschaltung die Kraftstoffzufuhr zu den abschaltbaren Zylindern unterbunden, d. h. eingestellt, nehmen die abgeschalteten Zylinder weiter am Ladungswechsel teil, falls der dazugehörige Ventiltrieb dieser Zylinder nicht deaktiviert wird bzw. nicht deaktiviert werden kann. Die dabei generierten Ladungswechselverluste mindern die durch die Teilabschaltung erzielten Verbesserungen hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs und Wirkungsgrades und stehen diesen entgegen, so dass der Nutzen der Teilabschaltung zumindest teilweise verloren geht, d. h. die Teilabschaltung in der Summe tatsächlich eine weniger deutliche Verbesserung mit sich bringt.
In der Praxis ist es nicht zielführend, den vorstehend beschriebenen nachteiligen Effekten dadurch abzuhelfen, dass schaltbare Ventiltriebe vorgesehen werden, da schaltbare Ventiltriebe wie variable Ventiltriebe sehr kostenintensiv sind und sich für den Serieneinsatz nicht eignen.
Darüber hinaus würden schaltbare Ventiltriebe bei mittels Abgasturbolaufladung aufgeladenen Brennkraftmaschinen zu weiteren Problemen führen, da die Turbine eines Abgasturboladers auf eine bestimmte Abgasmenge und damit auch auf eine bestimmte Anzahl an Zylindern auszulegen ist. Wird der Ventiltrieb eines abgeschalteten Zylinders deaktiviert, verringert sich der Gesamtmassenstrom durch die Zylinder der Brennkraftmaschine infolge des fehlenden Massenstroms durch die abgeschalteten Zylinder. Der durch die Turbine geführte Abgasmassenstrom nimmt ab und mit diesem das Turbinendruckverhältnis. Dies hat zur Folge, dass das Ladedruckverhältnis ebenfalls abnimmt, d. h. der Ladedruck sinkt, und den weiter in Betrieb befindlichen Zylindern nur wenig Frischluft bzw. Ladeluft zugeführt wird bzw. zugeführt werden kann. Der geringe Ladeluftstrom kann auch dazu führen, dass der Verdichter jenseits der Pumpgrenze arbeitet.
Die vorstehend beschriebenen Effekte führen zu einer Einschränkung der Anwendbarkeit der Teilabschaltung, nämlich zu einer Einschränkung des Lastbereiches, in welchem die Teilabschaltung eingesetzt werden kann. Die verminderte Ladeluftmenge, die den während der Teilabschaltung in Betrieb befindlichen Zylindern zugeführt wird, mindert die Effektivität bzw. Güte der Verbrennung und wirkt sich nachteilig auf den Kraftstoffverbrauch und die Schadstoffemissionen aus.
Der Ladedruck bei Teilabschaltung und damit die den noch in Betrieb befindlichen Zylindern zugeführte Ladeluftmenge könnte beispielsweise durch eine kleine Auslegung des Turbinenquerschnittes und gleichzeitiger Abgasabblasung erhöht werden, wodurch auch der für eine Teilabschaltung relevante Lastbereich wieder erweitert werden würde. Diese Vorgehensweise hat aber den Nachteil, dass das Aufladeverhalten unzureichend ist, wenn sämtliche Zylinder betrieben werden.
Der Ladedruck bei Teilabschaltung und damit die den noch in Betrieb befindlichen Zylindern zugeführte Ladeluftmenge könnte auch dadurch erhöht werden, dass die Turbine mit einer variablen Turbinengeometrie ausgestattet wird, die eine Anpassung des wirksamen Turbinenquerschnittes an den momentanen Abgasmassenstrom gestattet. Dann würde sich aber gleichzeitig der Abgasgegendruck im Abgasabführsystem stromaufwärts der Turbine erhöhen, was wiederum zu höheren Ladungswechselverlusten bei den noch in Betrieb befindlichen Zylindern führt.
Vor dem Hintergrund des zuvor Gesagten ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, die hinsichtlich ihrer Teilabschaltung optimiert ist.
Eine weitere Teilaufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine aufzuzeigen.
Gelöst wird die erste Teilaufgabe durch eine Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Zylindern, bei der

– jeder Zylinder mindestens eine Auslassöffnung aufweist, an die sich eine Abgasleitung zum Abführen der Abgase via Abgasabführsystem anschließt,
– jeder Zylinder mindestens eine Einlassöffnung aufweist, an die sich eine Ansaugleitung zum Zuführen von Ladeluft via Ansaugsystem anschließt,
– mindestens zwei Zylinder in der Art konfiguriert sind, dass sie mindestens zwei Gruppen mit jeweils mindestens einem Zylinder bilden, wobei der mindestens eine Zylinder einer ersten Gruppe ein auch bei Teilabschaltung der Brennkraftmaschine in Betrieb befindlicher Zylinder ist und der mindestens eine Zylinder einer zweiten Gruppe als lastabhängig schaltbarer Zylinder ausgebildet ist, und

– in der Ansaugleitung des mindestens einen lastabhängig schaltbaren Zylinders ein erstes Absperrelement vorgesehen ist, welches die Ansaugleitung zum Zuführen von Ladeluft bei zugeschaltetem Zylinder freigibt und bei abgeschaltetem Zylinder versperrt, und
– eine Rückführleitung vorgesehen ist, die vom Abgasabführsystem abzweigt und in die Ansaugleitung des mindestens einen lastabhängig schaltbaren Zylinders stromabwärts des ersten Absperrelementes einmündet, wobei ein zweites Absperrelement in der Rückführleitung vorgesehen ist, das die Rückführleitung bei abgeschaltetem Zylinder zum Rückführen von Abgas und Zuführen dieses Abgases zum abgeschaltetem Zylinder freigibt.

Bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine kann die Ladeluftzufuhr zu den abgeschalteten Zylindern bei Teilabschaltung unterbunden werden, ohne dass die schaltbaren Zylinder mit schaltbaren Ventiltrieben, die hohe Kosten verursachen, ausgestattet werden müssten. Hierzu wird in der Ansaugleitung jedes lastabhängig schaltbaren Zylinders ein Absperrelement vorgesehen. Dieses erste Absperrelement gibt die Ansaugleitung zum Zuführen von Ladeluft frei und versperrt diese bei Teilabschaltung, d. h. bei Abschaltung der schaltbaren Zylinder.
Wie bereits im Zusammenhang mit dem Stand der Technik beschrieben, nehmen die abgeschalteten Zylinder weiter am Ladungswechsel teil, da der dazugehörige Ventiltrieb dieser Zylinder weiter betätigt wird, d. h. arbeitet, und nicht zusammen mit den Zylindern abgeschaltet wird. Die Ladeluftzufuhr wird aber wie vorstehend beschrieben unterbunden. Es wird keine Ladeluft zugeführt, sondern vielmehr Abgas aus dem Abgasabführsystem entnommen und via Rückführleitung und Ansaugleitung in den mindestens einen abgeschalteten Zylinder eingeleitet, um die Ladungswechselverluste der abgeschalteten Zylinder zu reduzieren. Die Rückführleitung dient als Kurzschlußleitung und bewirkt – zumindest bei einigen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine – einen Druckausgleich zwischen der Einlaßseite und der Auslaßseite eines abgeschalteten Zylinders. Dies trägt maßgeblich zur Reduzierung der Ladungswechselverluste bei. Die abgeschalteten Zylinder pumpen das rückgeführte Abgas in der Art eines Kompressors von der Einlaßseite auf die Auslaßseite.
Dadurch, dass heißes Abgas während der Teilabschaltung durch die abgeschalteten Zylinder geleitet wird, können diese Zylinder nicht auskühlen. Vorteile hat dies insbesondere hinsichtlich der Schadstoffemissionen, insbesondere hinsichtlich der Emissionen an unverbrannten Kohlenwasserstoffen, da die abgeschalteten Zylinder unmittelbar nach Beendigung der Teilabschaltung wieder ihre Betriebstemperatur erreichen bzw. aufweisen.
Das Rückführen heißen Abgases in die abgeschalteten Zylinder erhöht zwar nicht den Massenstrom durch die Brennkraftmaschine, da das rückgeführte Abgas aus den während der Teilabschaltung noch in Betrieb befindlichen Zylindern stammt. Dennoch ergeben sich bei mittels Abgasturbolaufladung aufgeladenen Brennkraftmaschinen weitere Vorteile. Im Gegensatz zu den im Stand der Technik beschriebenen Konzepten, bei denen den abgeschalteten Zylindern lediglich Ladeluft bzw. infolge eines abgeschalteten Ventiltriebs keine Ladeluft während der Teilabschaltung zugeführt wird, wird mit dem erfindungsgemäßen Einleiten von heißem Abgas in die abgeschalteten Zylinder eine höhere Abgastemperatur bzw. ein höherer Abgasdruck in dem im Abgasabführsystem befindlichen Abgas generiert. Beides resultiert in einer höheren Abgasenthalpie, welche maßgeblich vom Abgasdruck und der Abgastemperatur bestimmt wird. Die höhere Abgasenthalpie, d. h. die größere Abgasenergie, die an der Turbine des Abgasturboladers bereitgestellt wird, kann zur Erhöhung des Ladedrucks und damit der Ladeluftmenge genutzt werden. Dies erweitert die Anwendbarkeit der Teilabschaltung, nämlich den Lastbereich, in dem die Teilabschaltung eingesetzt werden kann, und verbessert die Güte der Verbrennung und damit das Verbrauchs- und Emissionsverhalten der Brennkraftmaschine. Zudem erreichen im Abgasabführsystem angeordnete Abgasnachbehandlungssysteme aufgrund der heißeren Abgase schneller ihre Betriebstemperatur bzw. Anspringtemperatur.
Mit der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine wird eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitgestellt, die hinsichtlich ihrer Teilabschaltung optimiert ist. Damit wird die erste der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst.
Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine hat mindestens zwei Zylinder bzw. mindestens zwei Gruppen mit jeweils mindestens einem Zylinder. Insofern sind Brennkraftmaschinen mit drei Zylindern, die in drei Gruppen mit jeweils einem Zylinder konfiguriert sind, oder Brennkraftmaschinen mit sechs Zylindern, die in drei Gruppen mit jeweils zwei Zylindern konfiguriert sind, ebenfalls erfindungsgemäße Brennkraftmaschinen. Die drei Zylindergruppen können im Rahmen einer Teilabschaltung sukzessive zugeschaltet bzw. abgeschaltet werden, wodurch auch ein zweimaliges Schalten realisiert werden kann. Die Teilabschaltung wird dadurch weiter optimiert. Die Zylindergruppen können auch eine unterschiedliche Anzahl an Zylindern umfassen.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Brennkraftmaschine optimiert den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine im Teillastbetrieb, d. h. bei niedrigen Lasten, wobei eine niedrige Last T_low vorzugsweise eine Last ist, die weniger als 50%, vorzugsweise weniger als 30% der maximalen Last T_max,n bei der momentan vorliegenden Drehzahl n beträgt.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Brennkraftmaschine werden in Zusammenhang mit den Unteransprüchen erörtert.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen das erste Absperrelement und/oder das zweite Absperrelement stufenlos verstellbar sind/ist.
Insbesondere die Ausgestaltung des zweiten Absperrelementes als stufenlos verstellbares Ventil gestattet die genaue Dosierung der in die abgeschalteten Zylinder rückgeführten Abgasmenge; ähnlich der Einstellung der Rückführrate einer Abgasrückführung mittels AGR-Ventil. Die Bemessung der rückgeführten Abgasmenge kann betriebspunktspezifisch erfolgen, insbesondere im Hinblick auf möglichst geringe Ladungswechselverluste.
Das erste in der Ansaugleitung angeordnete Absperrelement soll hingegen lediglich die Ansaugleitung eines abgeschaltetem Zylinders versperren und nach Beendigung der Teilabschaltung zum Zuführen von Ladeluft wieder freigeben, weshalb ein zweistufig schaltbares Absperrelement grundsätzlich ausreicht.
Vorteilhaft sind daher auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen das erste Absperrelement und/oder das zweite Absperrelement zweistufig schaltbar sind/ist.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen das erste Absperrelement und/oder das zweite Absperrelement ein Ventil oder eine verschwenkbare Klappe bzw. eine Drosselklappe ist.
Das erste Absperrelement bzw. das zweite Absperrelement können elektrisch, hydraulisch, pneumatisch, mechanisch oder magnetisch steuerbar sein, vorzugsweise mittels Motorsteuerung.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen mindestens ein Abgasturbolader vorgesehen ist, der eine im Abgasabführsystem angeordnete Turbine und einen im Ansaugsystem angeordneten Verdichter umfaßt.
Der Vorteil des Abgasturboladers beispielsweise im Vergleich zu einem mechanischen Lader besteht darin, dass keine mechanische Verbindung zur Leistungsübertragung zwischen Lader und Brennkraftmaschine erforderlich ist. Während ein mechanischer Lader die für seinen Antrieb benötigte Energie vollständig von der Brennkraftmaschine bezieht und somit die bereitgestellte Leistung mindert und auf diese Weise den Wirkungsgrad nachteilig beeinflußt, nutzt der Abgasturbolader die Abgasenergie der heißen Abgase.
Aufgeladene Brennkraftmaschinen werden vorzugsweise mit einer Ladeluftkühlung ausgestattet, mit der die komprimierte Verbrennungsluft vor Eintritt in die Zylinder gekühlt wird. Dadurch erhöht sich die Dichte der zugeführten Ladeluft weiter. Die Kühlung trägt auf diese Weise ebenfalls zu einer Verdichtung und besseren Füllung der Brennräume, d. h. zu einem verbesserten Füllungsgrad, bei. Es kann vorteilhaft sein, den Ladeluftkühler mit einer Bypaßleitung auszustatten, um den Ladeluftkühler im Bedarfsfall, beispielsweise nach einem Kaltstart umgehen zu können.
Die Aufladung ist ein geeignetes Mittel, bei unverändertem Hubraum die Leistung einer Brennkraftmaschine zu steigern, oder bei gleicher Leistung den Hubraum zu reduzieren. In jedem Fall führt die Aufladung zu einer Erhöhung der Bauraumleistung und einer günstigeren Leistungsmasse. Bei gleichen Fahrzeugrandbedingungen läßt sich so das Lastkollektiv zu höheren Lasten hin verschieben, bei denen der spezifische Kraftstoffverbrauch niedriger ist.
Schwierigkeiten bereitet die Auslegung der Abgasturboaufladung, wobei grundsätzlich eine spürbare Leistungssteigerung in allen Drehzahlbereichen angestrebt wird. Nach dem Stand der Technik wird häufig ein starker Drehmomentabfall bei Unterschreiten einer bestimmten Drehzahl beobachtet. Die Drehmomentcharakteristik einer aufgeladenen Brennkraftmaschine kann durch unterschiedliche Maßnahmen verbessert werden, beispielsweise dadurch, dass mehrere Lader – Abgasturbolader und/oder mechanische Lader – parallel und/oder in Reihe angeordnet im Abgasabführsystem vorgesehen werden.
Bei mittels Abgasturboaufladung aufgeladenen Brennkraftmaschinen sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine vorteilhaft, die dadurch gekennzeichnet sind, dass die Rückführleitung stromaufwärts der Turbine vom Abgasabführsystem abzweigt.
Diese Ausführungsform unterstützt den Druckausgleich zwischen der Einlaßseite und der Auslaßseite eines abgeschalteten Zylinders und sorgt damit für eine weitestgehende Verminderung der Ladungswechselverluste dieser Zylinder.
Vorteilhaft können in diesem Zusammenhang aber auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine sein, bei denen die Rückführleitung stromabwärts der Turbine vom Abgasabführsystem abzweigt.
Bei dieser Ausführungsform wird via Rückführleitung ein Druckausgleich zwischen der Einlaßseite eines abgeschalteten Zylinders und dem Abgasabführsystem stromabwärts der Turbine herbeigeführt. Zwar trägt dies nicht in dem Umfang zur Reduzierung der Ladungswechselverluste der abgeschalteten Zylinder bei wie die vorstehende Ausführungsform es tut. Anderseits wird das Abgas vorliegend stromabwärts der Turbine und damit nach Durchströmen der Turbine dem Abgasabführsystem entnommen, so dass es vor seiner Rückführung in die abgeschalteten Zylinder noch für die Generierung eines ausreichend hohen Ladedrucks auf der Einlaßseite der in Betrieb befindlichen Zylinder genutzt wird.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen mindestens ein Abgasnachbehandlungssystem im Abgasabführsystem vorgesehen ist; beispielsweise ein Oxidationskatalysator, ein Dreiwegekatalysator, ein Speicherkatalysator, ein selektiver Katalysator und/oder ein Partikelfilter.
Bei Brennkraftmaschinen mit vier in Reihe angeordneten Zylindern sind Ausführungsformen vorteilhaft, die dadurch gekennzeichnet sind, dass die zwei außenliegenden Zylinder und die zwei innenliegenden Zylinder jeweils eine Gruppe bilden.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen mindestens eine zusätzliche Abgasrückführung vorgesehen ist, die eine Leitung umfaßt, welche vom Abgasabführsystem abzweigt und in das Ansaugsystem einmündet.
Die Abgasrückführung, d. h. die Rückführung von Verbrennungsgasen, ist ein geeignetes Mittel die Stickoxidemissionen zu reduzieren, wobei mit zunehmender Abgasrückführrate die Stickoxidemissionen deutlich gesenkt werden können. Die Abgasrückführrate x_AGR bestimmt sich dabei zu x_AGR = m_AGR / (m_AGR + m_Frischluft), wobei m_AGR die Masse an zurückgeführtem Abgas und m_Frischluft die zugeführte und gegebenenfalls durch einen Verdichter geführte und komprimierte Frischluft bezeichnet. Um eine deutliche Senkung der Stickoxidemissionen zu erreichen, sind hohe Abgasrückführraten erforderlich, die in der Größenordnung von x_AGR ≈ 60% bis 70% liegen können.
Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen in der Leitung der zusätzlichen Abgasrückführung ein Ventil zur Einstellung der rückgeführten Abgasmenge angeordnet ist.
Bei Brennkraftmaschinen mit mindestens einem Abgasturbolader und Abgasrückführung sind Ausführungsformen vorteilhaft, bei denen die Leitung der zusätzlichen Abgasrückführung stromaufwärts der Turbine des mindestens einen Abgasturboladers vom Abgasabführsystem abzweigt und stromabwärts des Verdichters in das Ansaugsystem einmündet. Bei dieser sogenannten Hochdruck-AGR wird das Abgas stromaufwärts der Turbine aus dem Abgasabführsystem entnommen und stromabwärts des Verdichters in das Ansaugsystem eingespeist, weshalb das Abgas vor Rückführung keiner Abgasnachbehandlung unterzogen, insbesondere keinem Partikelfilter zugeführt werden muß, da eine Verschmutzung des Verdichters nicht zu befürchten ist.
Beim Betrieb einer Brennkraftmaschine mit Abgasturboaufladung und gleichzeitiger Verwendung einer Hochdruck-AGR kann sich aber ein Konflikt ergeben, denn das rückgeführte Abgas steht nicht mehr zum Antrieb der Turbine zur Verfügung. Bei einer Steigerung der Abgasrückführrate nimmt der in die Turbine eingeleitete Abgasstrom ab. Der verminderte Abgasmassenstrom durch die Turbine bedingt ein kleineres Turbinendruckverhältnis, wodurch das Ladedruckverhältnis ebenfalls abnimmt, was gleichbedeutend ist mit einem kleineren Ladeluftstrom.
Eine Lösung hierfür bietet die sogenannte Niederdruck-AGR. Im Gegensatz zur Hochdruck-AGR wird bei der Niederdruck-AGR Abgas in das Ansaugsystem eingeleitet, welches die Turbine bereits durchströmt hat. Hierzu verfügt die Niederdruck-AGR über eine Rückführleitung, die stromabwärts der Turbine aus dem Abgasabführsystem abzweigt und stromaufwärts des Verdichters in das Ansaugsystem mündet.
Das mittels Niederdruck-AGR auf die Einlaßseite zurückgeführte Abgas wird stromaufwärts des Verdichters mit Frischluft gemischt. Die auf diese Weise erzeugte Mischung aus Frischluft und rückgeführtem Abgas bildet die Ladeluft, die dem Verdichter zugeführt und verdichtet wird.
Da im Rahmen der Niederdruck-AGR Abgas durch den Verdichter hindurchgeführt wird, muß dieses zuvor einer Abgasnachbehandlung, insbesondere im Partikelfilter, unterzogen werden. Ablagerungen im Verdichter, welche die Geometrie des Verdichters, insbesondere die Strömungsquerschnitte, verändern und auf diese Weise den Wirkungsgrad des Verdichters verschlechtern, sind zu vermeiden.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen jeder Zylinder zum Einbringen von Kraftstoff mit einer Direkteinspritzung ausgestattet ist.
Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen, bei denen jeder Zylinder zum Zwecke der Direkteinspritzung mit einer Einspritzdüse ausgestattet ist.
Die Kraftstoffzufuhr läßt sich zum Zwecke der Teilabschaltung bei direkteinspritzenden Brennkraftmaschinen schneller und zuverlässiger deaktivieren als bei Brennkraftmaschinen mit Saugrohreinspritzung, bei denen Kraftstoffreste im Saugrohr zu ungewollten Verbrennungen im abgeschalteten Zylinder führen können.
Nichtsdestotrotz können Ausführungsformen der Brennkraftmaschine vorteilhaft sein, bei denen zum Zwecke einer Kraftstoffversorgung eine Saugrohreinspritzung vorgesehen ist.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen das zweite Absperrelement die Rückführleitung bei zugeschaltetem Zylinder versperrt. Die Rückführleitung dient dem Rückführen heißer Abgase in die abgeschalteten Zylinder bei Teilabschaltung. Nach Beendigung der Teilabschaltung sollte diese Rückführleitung selbst vorzugsweise durch Schließen des zweiten Absperrelementes deaktiviert werden.
Eine Abgasrückführung im eigentlichen Sinne, d.h. zur Reduzierung der Stickoxidemissionen, sollte dann vorzugsweise mittels einer zusätzlichen Abgasrückführung erfolgen.
Die zweite der Erfindung zugrunde liegende Teilaufgabe, nämlich ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine einer zuvor beschriebenen Art aufzuzeigen, wird mit einem Verfahren gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der mindestens eine schaltbare Zylinder der zweiten Gruppe in Abhängigkeit von der Last T der Brennkraftmaschine geschaltet wird, in der Art, dass dieser mindestens eine schaltbare Zylinder bei Unterschreiten einer vorgebbaren Last T_down abgeschaltet wird und bei Überschreiten einer vorgebbaren Last T_up zugeschaltet wird, wobei

– zur Abschaltung die Ansaugleitung des mindestens einen schaltbaren Zylinders mittels erstem Absperrelement versperrt wird, und
– Abgas aus dem Abgasabführsystem via Rückführleitung in den mindestens einen abgeschalteten Zylinder eingeleitet wird.

Das bereits für die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine Gesagte gilt auch für das erfindungsgemäße Verfahren, weshalb an dieser Stelle im Allgemeinen Bezug genommen wird auf die vorstehend hinsichtlich der Brennkraftmaschine gemachten Ausführungen. Die verschiedenen Brennkraftmaschinen erfordern teils unterschiedliche Verfahrensvarianten.
Die für das Unterschreiten bzw. Überschreiten vorgegebenen Grenzlasten T_down und T_up können gleich groß, aber auch verschieden groß sein. Bei in Betrieb befindlicher Brennkraftmaschine sind die Zylinder der ersten Zylindergruppe ständig in Betrieb befindliche Zylinder. Es erfolgt ein Schalten der zweiten Zylindergruppe, d. h. ein Zuschalten bzw. Abschalten dieser zweiten Gruppe.
Vorteilhaft sind Verfahrensvarianten, bei denen der mindestens eine Zylinder der zweiten Gruppe abgeschaltet wird, sobald die vorgegebene Last T_down unterschritten wird und die momentane Last für eine vorgebbare Zeitspanne Δt₁ niedriger ist als diese vorgegebene Last T_down.
Die Einführung einer zusätzlichen Bedingung für das Abschalten der Zylinder der zweiten Gruppe, d. h. die Teilabschaltung, soll ein zu häufiges Zu- und Abschalten verhindern, insbesondere eine Teilabschaltung, wenn die Last nur kurzzeitig die vorgegebene Last T_down unterschreitet und dann wieder steigt bzw. um den vorgegebenen Wert für die Last T_down schwankt, ohne dass das Unterschreiten eine Teilabschaltung rechtfertigen bzw. erfordern würde.
Aus diesen Gründen sind ebenfalls Verfahrensvarianten vorteilhaft, bei denen der mindestens eine Zylinder der zweiten Gruppe zugeschaltet wird, sobald die vorgegebene Last T_up überschritten wird und die momentane Last für eine vorgebbare Zeitspanne Δt₂ höher ist als diese vorgegebene Last T_up.
Vorteilhaft sind Verfahrensvarianten, bei denen die Kraftstoffversorgung des mindestens einen schaltbaren Zylinders bei Abschaltung deaktiviert wird. Es ergeben sich Vorteile in Bezug auf den Kraftstoffverbrauch und die Schadstoffemissionen, was die Zielsetzung, die mit der Teilabschaltung verfolgt wird, nämlich den Kraftstoffverbrauch zu mindern und den Wirkungsgrad zu verbessern, unterstützt. Bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen kann es sogar erforderlich werden, die Kraftstoffversorgung zu deaktivieren, um sicher eine Zündung des im Zylinder befindlichen Gemisches zu verhindern.
Vorteilhaft sind Verfahrensvarianten, bei denen der mindestens eine in Betrieb befindliche Zylinder mittels Selbstzündung gezündet wird.
Die vorstehende Verfahrensvariante bezieht sich auf Verfahren, bei denen die Verbrennung mittels Selbstzündung eingeleitet wird, und damit auch auf Arbeitsverfahren, wie sie üblicherweise bei Dieselmotoren eingesetzt werden.
Vorteilhaft sind auch Verfahrensvarianten, bei denen jeder Zylinder zur Einleitung einer Fremdzündung mit einer Zündvorrichtung ausgestattet wird, wobei die Zündvorrichtung des mindestens einen schaltbaren Zylinders bei Abschaltung vorzugsweise deaktiviert wird.
Die vorstehende Verfahrensvariante betrifft die Anwendung des Verfahrens bei einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine, beispielsweise einem direkteinspritzenden Ottomotor, dessen Zylinder zur Einleitung einer Fremdzündung jeweils mit einer Zündvorrichtung ausgestattet sind.
Es besteht aber auch die Möglichkeit, ein Hybrid-Brennverfahren mit Selbstzündung zum Betreiben eines Ottomotors einzusetzen, beispielweise das sogenannte HCCI-Verfahren (Homogenous-Charge Compression-Ignition), welches auch als Raumzündverfahren oder als CAI-Verfahren (Controlled Auto-Ignition) bezeichnet wird. Dieses Verfahren basiert auf einer kontrollierten Selbstzündung des dem Zylinder zugeführten Kraftstoffes. Dabei wird der Kraftstoff – wie bei einem Dieselmotor – unter Luftüberschuß, also überstöchiometrisch, verbrannt. Der mager betriebene Ottomotor weist aufgrund der niedrigen Verbrennungstemperaturen vergleichsweise geringe Stickoxidemissionen NO_x auf und ebenfalls infolge des mageren Gemisches keine Rußemissionen. Darüber hinaus führt das HCCI-Verfahren zu einem hohen thermischen Wirkungsgrad. Der Kraftstoff kann dabei sowohl direkt in die Zylinder als auch in das Ansaugrohr eingebracht werden.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen die vorgebbare Last T_down und/oder T_up von der Drehzahl n der Brennkraftmaschine abhängig ist. Dann gibt es nicht nur eine konkrete Last, bei deren Unterschreiten oder Überschreiten unabhängig von der Drehzahl n geschaltet wird. Vielmehr wird drehzahlabhängig vorgegangen und ein Bereich im Kennfeld definiert, in dem teilabgeschaltet wird.
Grundsätzlich können weitere Betriebsparameter der Brennkraftmaschine als Kriterium für eine Teilabschaltung herangezogen werden, beispielsweise die Motortemperatur oder die Kühlmitteltemperatur nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Ausführungsform einer selbstzündenden Brennkraftmaschine gemäß der 1 näher erläutert. Hierbei zeigt:
1 schematisch eine erste Ausführungsform einer selbstzündenden Brennkraftmaschine.
1 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform einer selbstzündenden Brennkraftmaschine 100.
Es handelt sich um einen Vier-Zylinder-Reihenmotor 100 mit Direkteinspritzung, bei dem die vier Zylinder 1, 2, 3, 4 entlang der Längsachse des Zylinderkopfes, d. h. in Reihe, angeordnet und jeweils mit einem Injektor zur Einspritzung von Kraftstoff ausgestattet sind, wobei die eingespritzte Kraftstoffmenge der Einstellung des Luftverhältnisses λ dient (nicht dargestellt).
Jeder Zylinder 1, 2, 3, 4 verfügt über eine Ansaugleitung 5a, 5b zum Zuführen von Ladeluft via Ansaugsystem 6 und eine Abgasleitung 7a, 7b zum Abführen der Abgase via Abgasabführsystem 8.
Die Brennkraftmaschine 100 ist zum Zwecke der Aufladung mit einem Abgasturbolader 12 ausgestattet, wobei in einer Gesamtabgasleitung 18 des Abgasabführsystems 8 die Turbine 12a und in einer Gesamtansaugleitung 16 des Ansaugsystems 6 der Verdichter 12b angeordnet sind. Die der Brennkraftmaschine 100 zugeführte Frischluft wird im Verdichter 12b komprimiert, wozu die Enthalpie des Abgasstroms in der Turbine 12a genutzt wird. Zur Nachbehandlung des Abgases ist in der Gesamtabgasleitung 18 stromabwärts der Turbine 12a ein als Abgasnachbehandlungssystem 13 dienender Partikelfilter 14 vorgesehen.
Die Brennkraftmaschine 100 ist des Weiteren mit einer Abgasrückführung 15 ausgestattet und zwar mit einer Hochdruck-AGR. Hierzu zweigt eine Leitung 17 zur Rückführung von Abgas stromaufwärts der Turbine 12a aus dem Abgasabführsystem 8 ab und mündet stromabwärts des Verdichters 12b in das Ansaugsystem 6 ein. In der Leitung 17 der zusätzlichen Abgasrückführung 15 ist ein Ventil 19 zur Einstellung der rückgeführten Abgasmenge angeordnet.
Die vier Zylinder 1, 2, 3, 4 sind konfiguriert und bilden zwei Gruppen mit jeweils zwei Zylindern 1, 2, 3, 4, wobei die beiden außenliegenden Zylinder 1, 4 eine erste Gruppe bilden, deren Zylinder 1,4 auch bei Teilabschaltung der Brennkraftmaschine 100 in Betrieb sind, und die beiden innenliegenden Zylinder 2, 3 eine zweite Gruppe bilden, deren Zylinder als lastabhängig schaltbare Zylinder 2, 3 ausgebildet sind, die im Rahmen einer Teilabschaltung abgeschaltet werden.
In den Ansaugleitungen 5b der beiden innenliegenden Zylinder 2, 3 sind als erste Absperrelemente 9 dienende Klappen 9 vorgesehen, welche die Ansaugleitungen 5b zum Zuführen von Ladeluft freigeben, wenn die innenliegenden Zylindern 2, 3 zugeschaltet sind, bzw. versperren, falls die beiden innenliegenden Zylinder 2, 3 zum Zwecke der Teilabschaltung der Brennkraftmaschine 100 abgeschaltet werden bzw. sind.
Eine Rückführleitung 10, die stromaufwärts der Turbine 12a vom Abgasabführsystem 8 abzweigt und zu den Ansaugleitungen 5b der beiden innenliegenden Zylinder 2, 3 führt, mündet jeweils stromabwärts des ersten Absperrelements 9 in die Ansaugleitung 5b ein und dient dazu, während der Teilabschaltung Abgas in die abgeschalteten Zylinder 2, 3 einzuleiten. Ein in der Rückführleitung 10 vorgesehenes zweites Absperrelement 11 dient der Dosierung der dabei eingeleiteten Abgasmenge.
Zweigt die Rückführleitung 10, wie vorliegend und in 1 dargestellt, stromaufwärts der Turbine 12a vom Abgasabführsystem 8 ab, führt dies zu einem Druckausgleich zwischen der Einlaßseite und der Auslaßseite der abgeschalteten Zylinder 2, 3, wodurch die Ladungswechselverluste dieser Zylinder 2, 3 bei Teilabschaltung minimiert werden.
Alternativ kann die Rückführleitung 10` stromabwärts der Turbine 12a vom Abgasabführsystem 8 abzweigen (gestrichelt angedeutet). Das Abgas wird dabei erst nach Durchströmen der Turbine 12a dem Abgasabführsystem 8 entnommen und trägt somit noch zum Aufbau des Ladedrucks im Ansaugsystem 6 bei.
Die Zylinder 2, 3 der zweiten Gruppe sind vorliegend als zuschaltbare Zylinder 2, 3 ausgebildet, die im Teillastbetrieb bei Unterschreiten einer vorgebbaren Last abgeschaltet werden und zwar durch Versperren ihrer Ansaugleitungen 5b mittels Klappen 9 und Deaktivieren der Kraftstoffeinspritzung. Dadurch erhöht sich die Lastanforderung an die weiter in Betrieb befindlichen Zylinder 1, 4 der ersten Gruppe, die dann bei höheren Lasten mit geringerem spezifischem Kraftstoffverbrauch arbeiten. Eine Verbesserung des Wirkungsgrades ist die Folge.
Bezugszeichenliste

1: erster Zylinder, außenliegender Zylinder
2: zweiter Zylinder, innenliegender Zylinder, schaltbarer Zylinder
3: dritter Zylinder, innenliegender Zylinder, schaltbarer Zylinder
4: vierter Zylinder, außenliegender Zylinder
5a: Ansaugleitung eines Zylinders der ersten Gruppe
5b: Ansaugleitung eines Zylinders der zweiten Gruppe, d. h. eines schaltbaren Zylinders
6: Ansaugsystem
7a: Abgasleitung eines Zylinders der ersten Gruppe
7b: Abgasleitung eines Zylinders der zweiten Gruppe, d. h. eines schaltbaren Zylinders
8: Abgasabführsystem
9: erstes Absperrelement, Klappe
10: Rückführleitung
10`: alternative Rückführleitung
11: zweites Absperrelement, Ventil
12: Abgasturbolader
12a: Turbine
12b: Verdichter
13: Abgasnachbehandlungssystem
14: Partikelfilter
15: Abgasrückführung
16: Gesamtansaugleitung
17: Leitung
18: Gesamtabgasleitung
19: AGR-Ventil
100: Brennkraftmaschine, Vier-Zylinder-Reihenmotor
n: Drehzahl der Brennkraftmaschine
T: Last
T_down: vorgebbare Last für das Unterschreiten einer Last
T_low: Last im unteren Teillastbereich
T_max,n: maximale Last bei einer vorliegenden Drehzahl n
T_up: vorgebbare Last für das Überschreiten einer Last
Δt₁: vorgebbare Zeitspanne
Δt₂: vorgebbare Zeitspanne

Claims

Brennkraftmaschine (100) mit mindestens zwei Zylindern (1, 2, 3, 4), bei der – jeder Zylinder (1, 2, 3, 4) mindestens eine Auslassöffnung aufweist, an die sich eine Abgasleitung (7a, 7b) zum Abführen der Abgase via Abgasabführsystem (8) anschließt, – jeder Zylinder (1, 2, 3, 4) mindestens eine Einlassöffnung aufweist, an die sich eine Ansaugleitung (5a, 5b) zum Zuführen von Ladeluft via Ansaugsystem (6) anschließt, – mindestens zwei Zylinder (1, 2, 3, 4) in der Art konfiguriert sind, dass sie mindestens zwei Gruppen mit jeweils mindestens einem Zylinder (1, 2, 3, 4) bilden, wobei der mindestens eine Zylinder (1, 4) einer ersten Gruppe ein auch bei Teilabschaltung der Brennkraftmaschine (100) in Betrieb befindlicher Zylinder (1, 4) ist und der mindestens eine Zylinder (2, 3) einer zweiten Gruppe als lastabhängig schaltbarer Zylinder (2, 3) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass – in der Ansaugleitung (5b) des mindestens einen lastabhängig schaltbaren Zylinders (2, 3) ein erstes Absperrelement (9) vorgesehen ist, welches die Ansaugleitung (5b) zum Zuführen von Ladeluft bei zugeschaltetem Zylinder (2, 3) freigibt und bei abgeschaltetem Zylinder (2, 3) versperrt, und – eine Rückführleitung (10, 10`) vorgesehen ist, die vom Abgasabführsystem (8) abzweigt und in die Ansaugleitung (5b) des mindestens einen lastabhängig schaltbaren Zylinders (2, 3) stromabwärts des ersten Absperrelementes (9) einmündet, wobei ein zweites Absperrelement (11) in der Rückführleitung (10, 10`) vorgesehen ist, das die Rückführleitung (10, 10`) bei abgeschaltetem Zylinder (2, 3) zum Rückführen von Abgas und Zuführen dieses Abgases zum abgeschaltetem Zylinder (2, 3) freigibt.
Brennkraftmaschine (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Absperrelement (9) und/oder das zweite Absperrelement (11) stufenlos verstellbar ist.
Brennkraftmaschine (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Absperrelement (9) und/oder das zweite Absperrelement (11) zweistufig schaltbar ist.
Brennkraftmaschine (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Abgasturbolader (12) vorgesehen ist, der eine im Abgasabführsystem (8) angeordnete Turbine (12a) und einen im Ansaugsystem (6) angeordneten Verdichter (12b) umfaßt.
Brennkraftmaschine (100) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückführleitung (10) stromaufwärts der Turbine (12a) vom Abgasabführsystem (8) abzweigt.
Brennkraftmaschine (100) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückführleitung (10`) stromabwärts der Turbine (12a) vom Abgasabführsystem (8) abzweigt.
Brennkraftmaschine (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Abgasnachbehandlungssystem (13) im Abgasabführsystem (8) vorgesehen ist.
Brennkraftmaschine (100) nach einem der vorherigen Ansprüche mit vier in Reihe angeordneten Zylindern (1, 2, 3, 4), dadurch gekennzeichnet, dass die zwei außenliegenden Zylinder (1, 4) und die zwei innenliegenden Zylinder (2, 3) jeweils eine Gruppe bilden.
Brennkraftmaschine (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine zusätzliche Abgasrückführung (15) vorgesehen ist, die eine Leitung (17) umfaßt, welche vom Abgasabführsystem (8) abzweigt und in das Ansaugsystem (6) einmündet.
Brennkraftmaschine (100) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der Leitung (17) der zusätzlichen Abgasrückführung (15) ein Ventil (19) zur Einstellung der rückgeführten Abgasmenge angeordnet ist.
Brennkraftmaschine (100) nach Anspruch 9 oder 10 mit mindestens einem Abgasturbolader (12), dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung (17) der zusätzlichen Abgasrückführung (15) stromaufwärts der Turbine (12a) des mindestens einen Abgasturboladers (12) vom Abgasabführsystem (8) abzweigt.
Brennkraftmaschine (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Zylinder (1, 2, 3, 4) zum Einbringen von Kraftstoff mit einer Direkteinspritzung ausgestattet ist.
Brennkraftmaschine (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Absperrelement (11) die Rückführleitung (10, 10`) bei zugeschaltetem Zylinder (2, 3) versperrt.
Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine schaltbare Zylinder (2, 3) der zweiten Gruppe in Abhängigkeit von der Last T der Brennkraftmaschine (100) geschaltet wird, in der Art, dass dieser mindestens eine schaltbare Zylinder (2, 3) bei Unterschreiten einer vorgebbaren Last T_down abgeschaltet wird und bei Überschreiten einer vorgebbaren Last T_up zugeschaltet wird, wobei – zur Abschaltung die Ansaugleitung (5b) des mindestens einen schaltbaren Zylinders (2, 3) mittels erstem Absperrelement (9) versperrt wird, und – Abgas aus dem Abgasabführsystem (8) via Rückführleitung (10, 10`) in den mindestens einen abgeschalteten Zylinder (2, 3) eingeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffversorgung des mindestens einen schaltbaren Zylinders (2, 3) bei Abschaltung deaktiviert wird.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine in Betrieb befindliche Zylinder (1, 2, 3, 4) mittels Selbstzündung gezündet wird.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Zylinder (1, 2, 3, 4) zur Einleitung einer Fremdzündung mit einer Zündvorrichtung ausgestattet wird, wobei die Zündvorrichtung des mindestens einen schaltbaren Zylinders (2, 3) bei Abschaltung deaktiviert wird.