EP2657487A1 - Selbstzündende Brennkraftmaschine mit Teilabschaltung und Verfahren zum emissionsoptimierten Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine - Google Patents

Selbstzündende Brennkraftmaschine mit Teilabschaltung und Verfahren zum emissionsoptimierten Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine Download PDF

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EP2657487A1
EP2657487A1 EP12165340.6A EP12165340A EP2657487A1 EP 2657487 A1 EP2657487 A1 EP 2657487A1 EP 12165340 A EP12165340 A EP 12165340A EP 2657487 A1 EP2657487 A1 EP 2657487A1
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EP
European Patent Office
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cylinder
group
combustion engine
internal combustion
load
Prior art date
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Jan Linsel
Thomas Lorenz
Helmut Ruhland
Klaus Moritz Springer
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Original Assignee
Ford Global Technologies LLC
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D17/00—Controlling engines by cutting out individual cylinders; Rendering engines inoperative or idling
    • F02D17/02—Cutting-out
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D15/00—Varying compression ratio
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/008—Controlling each cylinder individually
    • F02D41/0087—Selective cylinder activation, i.e. partial cylinder operation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B73/00—Combinations of two or more engines, not otherwise provided for

Definitions

  • the invention relates to a self-igniting internal combustion engine having at least two cylinders, in which at least two cylinders are configured in such a way that they form at least two groups each having at least one cylinder, wherein the at least one cylinder of at least one group is designed as a load-dependent switchable cylinder.
  • the invention relates to a method for emission-optimized operation of such an internal combustion engine.
  • the raw emissions of the internal combustion engine can be reduced by internal engine measures, so that the exhaust gas discharged from the cylinders from home, d. H. original, contains less pollutants.
  • the combustion gases discharged from the cylinders into the exhaust gas removal system can be aftertreated, so that the exhaust gas released into the environment has lower pollutant concentrations.
  • the internal engine measures include, for example, the recirculation of exhaust gases by means of external and / or internal exhaust gas recirculation. Since the formation of nitrogen oxides requires not only an excess of air but also high temperatures, a concept for reducing nitrogen oxide emissions is to develop combustion processes with lower combustion temperatures. Here, the exhaust gas recirculation is targeted, in which the nitrogen oxide emissions can be significantly reduced with increasing exhaust gas recirculation rate. Exhaust gas recirculation is also suitable for reducing emissions of unburned hydrocarbons in the partial load range.
  • the raw emissions of the internal combustion engine can also reduce.
  • HC unburned hydrocarbons
  • CO carbon monoxide
  • exhaust aftertreatment systems must be provided to reduce nitrogen oxides, for example, storage catalysts in which the nitrogen oxides are first absorbed in the catalyst, d. H. collected and stored, and then reduced during a regeneration phase.
  • the reducing agent fuel, d. H. unburned hydrocarbons, or urea can be used.
  • the temperature of the storage catalyst during the regeneration phase should preferably be in a temperature window between 200 ° C and 450 ° C. Due to the sulfur contained in the exhaust gas, the storage catalyst for desulfurization must be heated regularly to high temperatures, usually between 600 ° C and 700 ° C, and supplied with a reducing agent. Such high temperatures can damage the storage catalyst and contribute to the thermal aging of the catalyst.
  • so-called regenerative particulate filters are used in the prior art, the soot particles from the exhaust filter out and store, with these soot particles are intermittently burned as part of the regeneration of the filter.
  • the high temperatures for the regeneration of the particulate filter - about 550 ° C in the absence of catalytic support - are achieved in operation only at high loads and high speeds. Therefore, additional measures must be used to ensure regeneration of the filter under all operating conditions.
  • the exhaust aftertreatment is associated with high costs for the different exhaust aftertreatment systems.
  • legislated NOx emission limits may require on-board diagnostics (OBD) to monitor conversion.
  • OBD on-board diagnostics
  • the various exhaust aftertreatment systems adversely affect the operation of the internal combustion engine when, for example, for the regeneration of a particulate filter or for regeneration or desulfurization of a storage catalyst high temperatures must be generated or an oxidation catalyst should be heated to operating temperature as quickly as possible after a cold start.
  • Another object of the present invention is to provide a method for emission-optimized operation of such an internal combustion engine.
  • a cylinder shutdown d. H. a shutdown of individual cylinders in certain load ranges.
  • the so-called partial shutdown is a known from the prior art concept for reducing fuel consumption.
  • the efficiency of a diesel engine, d. H. a self-igniting internal combustion engine can be improved in part-load operation by a partial shutdown, d. H. be increased, because the shutdown of at least one cylinder of a multi-cylinder internal combustion engine increases the load of the remaining still operating cylinders at constant engine power, so that these cylinders operate in areas of higher loads, in which the specific fuel consumption is lower.
  • the load collective in partial load operation of the diesel engine is thereby shifted to higher loads.
  • Further efficiency advantages result from the fact that a deactivated cylinder as a result of the lack of combustion no wall heat losses generated as a result of heat transfer from the combustion gases to the combustion chamber walls.
  • the at least one cylinder of the first group at partial shutdown in the lower part load range of at least one in-service cylinder, a low load T low , ie a load in the lower part load range, a load is less than 50%, preferably is less than 30% of the maximum load T max, n at the instantaneous speed n.
  • the at least one cylinder of the first group in operation during partial shutdown is provided with a smaller compression ratio ⁇ 1 , ie with a compression ratio ⁇ 1 which is smaller than the compression ratio ⁇ 2 of at least a cylinder of the second group.
  • ⁇ 1 ⁇ ⁇ 2 The following applies: ⁇ 1 ⁇ ⁇ 2 .
  • the efficiency ⁇ of the first cylinder group decreases with the smaller compression ratio, since the efficiency ⁇ correlates more or less with the compression ratio ⁇ i .
  • the low compression ratio ⁇ 1 leads to a lower temperature and pressure level, so that the formation of nitrogen oxides is counteracted.
  • the at least one cylinder of the second group is equipped with a higher compression ratio ⁇ 2 and can be designed for higher loads or higher efficiency. At least the cylinders of the second cylinder group are switchable, so that these cylinders can be switched to higher loads or - if the cylinders of the first group are also formed switchable - can be switched to the cylinder of the second group.
  • the internal combustion engine can be safely started with the at least one cylinder of the second group, if the low compression ratio ⁇ 1 of the first group is not sufficiently high.
  • a self-igniting internal combustion engine to initiate auto-ignition a certain compression ratio, ie, a minimum compression ratio required, especially at start, ie the first time initiation of combustion at optionally still cold internal combustion engine.
  • compression ratios ⁇ i ⁇ 18 may be required to ensure safe autoignition during a cold start unless other measures are taken that make a lower compression ratio tolerable.
  • a compression ratio ⁇ i ⁇ 16 is to be preferred in order to optimize the efficiency of the internal combustion engine.
  • the at least two cylinder groups may also differ from each other in other operating parameters or design features, for example, the cooling, the combustion process, the air ratio ⁇ , the intake ports, the exhaust ports and / or the injectors.
  • the internal combustion engine according to the invention has at least two cylinders or at least two groups each having at least one cylinder.
  • three-cylinder engines configured in three groups of one cylinder each, or six-cylinder engines configured in three groups of two cylinders are also internal combustion engines of the present invention.
  • the three cylinder groups can have different compression ratios ⁇ i and can be switched on successively as part of a partial shutdown or switched off individually and independently of each other, whereby a two-way switching can be realized. The partial shutdown is thereby further optimized.
  • the cylinder groups may also comprise a different number of cylinders.
  • the at least one cylinder of the second group is designed as a switchable cylinder, which is switched off when falling below a predetermined load T down and is switched on when a predetermined load T up is exceeded.
  • the at least one cylinder of the first group is in the present case a cylinder in constant operation.
  • the internal combustion engine is started with the at least one cylinder of the second group, which then shuts off at low loads and reactivates to higher loads, d. H. is switched on.
  • the at least one cylinder of the second group is switched off when falling below a predefinable load, whereby the at least one remaining cylinder of the first group with its lower compression ratio ⁇ 1 ensures or enables emission-optimized operation of the internal combustion engine.
  • Embodiments of the self-igniting internal combustion engine in which both the at least one cylinder of the first group and the at least one cylinder of the second group is designed as a switchable cylinder are also advantageous.
  • both cylinder groups are designed as switchable groups. This not only allows switching but also switching between the at least two cylinder groups and also a combination of switching and connecting. In connection with the description of the method according to the invention or the method variants, the different approaches are discussed.
  • Embodiments of the self-igniting internal combustion engine in which the at least two cylinders form two groups each having at least one cylinder are advantageous.
  • Two cylinder groups have the advantage over multi-cylinder group embodiments that the partial shutdown control is less complex.
  • the realization of a mass and moment compensation, which is preferably also switchable in parts, due to the different Compression ratios ⁇ i is difficult and the cost increases significantly with the increase in the number of cylinder groups.
  • Embodiments of the self-igniting internal combustion engine in which the at least one cylinder of the first group has a compression ratio ⁇ 1 and the at least one cylinder of the second group has a compression ratio ⁇ 2 with ⁇ 2 > ⁇ 1 + 1 are advantageous.
  • the at least one cylinder of the first group has a compression ratio ⁇ 1 and the at least one cylinder of the second group has a compression ratio ⁇ 2 with ⁇ 2 > ⁇ 1 + 2 .
  • the at least one cylinder of the first group has a compression ratio ⁇ 1 and the at least one cylinder of the second group has a compression ratio ⁇ 2 with ⁇ 2 > ⁇ 1 + 3 .
  • the at least one cylinder of the second group has a high compression ratio ⁇ 2 , which offers advantages in terms of the efficiency ⁇ of the internal combustion engine, can satisfy a high load requirement and ensures safe auto-ignition even with a cold start.
  • Embodiments of the self-igniting internal combustion engine in which the at least one cylinder of the first group has a compression ratio ⁇ 1 with 12 ⁇ ⁇ 1 ⁇ 16, preferably with 13 ⁇ ⁇ 1 ⁇ 16 or with 13 ⁇ ⁇ 1 ⁇ 15, are also advantageous.
  • the at least one cylinder of the first group has a lower compression ratio ⁇ 1 , in order to optimize the internal combustion engine in the lower part load range with respect to the raw nitrogen oxide emissions.
  • the equipment of the two cylinder groups with different cylinder volumes V i again serves to optimize the partial shutdown.
  • a constructive feature of the internal combustion engine or the cylinder namely the cylinder volume V i is used and in addition to the compulsory different compression ratios ⁇ i .
  • the cylinders of the first group have a smaller, preferably a significantly smaller, cylinder volume V 1 , so that - assuming equal number of cylinders per group - the majority of the total volume of the internal combustion engine is provided by cylinders of the second group.
  • Embodiments of the self-igniting internal combustion engine are advantageous in which the at least one cylinder of the first group has a cylinder volume V 1 and the at least one cylinder of the second group has a cylinder volume V 2 with 1 • V 1 ⁇ V 2 ⁇ 2 • V 1 .
  • Embodiments of the self-igniting internal combustion engine are advantageous in which the at least one cylinder of the first group has a cylinder volume V 1 and the at least one cylinder of the second group has a cylinder volume V 2 with 1.3 • V 1 ⁇ V 2 ⁇ 1.75 • V 1 .
  • Embodiments of the self-igniting internal combustion engine in which each cylinder is equipped with direct injection for introducing fuel are advantageous.
  • Embodiments in which each cylinder is equipped with an injection nozzle for the purpose of direct injection are advantageous.
  • embodiments of the auto-ignition internal combustion engine may be advantageous in which a port injection is provided for the purpose of fuel supply.
  • the second sub-task on which the invention is based namely a method for emission-optimized operation of a self-igniting internal combustion engine of a type described above, is achieved by a method which is characterized in that the at least one switchable cylinder of the at least one group is dependent on the load T. the internal combustion engine is switched.
  • the prescribed for falling below or exceeding limit loads T down and T up can be the same size, but also different sizes.
  • the cylinders of the first cylinder group in the present case are permanently in operation. There is only a switching of the second cylinder group, ie a connection or disconnection of this second group.
  • method variants are also advantageous in which the at least one cylinder of the second group is switched on as soon as the predetermined load T up is exceeded and the instantaneous load is higher for a predefinable time interval ⁇ t 2 than this predetermined load T up .
  • first of all the at least one cylinder of the first group is fired, ie operated in order to provide the requested power, while the at least one cylinder of the second group is switched off.
  • the at least one cylinder of the second group is switched off.
  • embodiments of the method can be advantageous in which, starting from an operation of the at least one cylinder of the second group with further increasing load, the at least one cylinder of the first group is switched on again when a second predefinable load T up, 2 is exceeded. As a result, the power output of the internal combustion engine can be further increased.
  • Embodiments of the method in which the predefinable load T down , T up , T up, 1 and / or T up, 2 is dependent on the rotational speed n of the internal combustion engine are advantageous. Then there is not just a concrete load whose falling below or exceeding is switched independent of the speed n. Rather, speed-dependent procedure and an area defined in the map, is switched off in the part.
  • further operating parameters of the internal combustion engine can be used as a criterion for a partial shutdown, for example the engine temperature or the coolant temperature after a cold start of the internal combustion engine.
  • Embodiments of the method in which the fuel supply of a deactivated cylinder is deactivated are advantageous. There are advantages in terms of fuel consumption and pollutant emissions, which supports the goal of the partial shutdown, namely to reduce nitrogen oxide emissions.
  • FIG. 1 schematically shows the four cylinders 1, 2, 3, 4 of a self-igniting four-cylinder in-line engine.
  • the four cylinders 1, 2, 3, 4 arranged in series form two groups of cylinders each having two cylinders 1, 2, 3, 4, the first group comprising the inner cylinders 2, 3 and the second group comprising the outer cylinders 1, 4.
  • the pistons 1a, 2a of the first and second cylinders 1, 2 are at bottom dead center and the pistons 3a, 4a of the third and fourth cylinders 3, 4 are at top dead center.
  • the two cylinder groups are distinguished by different compression ratios, wherein the cylinders 2, 3 of the first group have a compression ratio ⁇ 1 and the cylinders 1, 4 of the second group have a compression ratio ⁇ 2 with ⁇ 2 > ⁇ 1 .
  • the cylinders 1, 4 of the second group are designed as switchable cylinders 1, 4, which are switched off in partial load operation falls below a predetermined load.
  • the load requirement increases to the further operating cylinders 2, 3 of the first group.
  • this reduces the raw emissions of nitrogen oxides as a result of the smaller compression ratio ⁇ 1 of the first group in the partial load operation of the internal combustion engine.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine selbstzündende Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Zylindern (1, 2, 3, 4), bei der 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 (2, 3) mindestens einer Gruppe als lastabhängig schaltbarer Zylinder (2, 3) ausgebildet ist. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum emissionsoptimierten Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine. Es soll eine selbstzündende Brennkraftmaschine der genannten Art bereitgestellt werden, die hinsichtlich ihrer Rohemissionen, insbesondere an Stickoxiden, optimiert ist. Gelöst wird diese Aufgabe durch eine selbstzündende Brennkraftmaschine der genannten Art, die dadurch gekennzeichnet ist, dass - sich die mindestens zwei Gruppen durch unterschiedliche Verdichtungsverhältnisse µ i auszeichnen, wobei - der mindestens eine Zylinder (1,4) einer ersten Gruppe ein Verdichtungsverhältnis µ 1 aufweist und der mindestens eine Zylinder (2, 3) einer zweiten Gruppe ein Verdichtungsverhältnis µ 2 aufweist mit µ 2 > µ 1 , und - bei Teilabschaltung im unteren Teillastbereich der mindestens eine Zylinder (1, 4) der ersten Gruppe der mindestens eine in Betrieb befindliche Zylinder ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine selbstzündende Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Zylindern, bei der mindestens zwei Zylinder in der Art konfiguriert sind, dass sie mindestens zwei Gruppen mit jeweils mindestens einem Zylinder bilden, wobei der mindestens eine Zylinder mindestens einer Gruppe als lastabhängig schaltbarer Zylinder ausgebildet ist.
  • Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum emissionsoptimierten Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine.
  • Bei der Entwicklung von Brennkraftmaschinen ist es neben der Verminderung des Kraftstoffverbrauchs ein grundsätzliches Ziel, die Schadstoffemissionen zu reduzieren.
  • Bei der Reduzierung der Schadstoffemissionen können zwei grundsätzlich unterschiedliche Vorgehensweisen unterschieden werden. Zum einen können die Rohemissionen der Brennkraftmaschine durch innermotorische Maßnahmen gesenkt werden, so dass das aus den Zylindern abgeführte Abgas von Hause aus, d. h. originär, weniger Schadstoffe enthält. Zum anderen können die aus den Zylindern in das Abgasabführsystem abgeführten Verbrennungsgase nachbehandelt werden, so dass das in die Umgebung entlassene Abgas geringere Schadstoffkonzentrationen aufweist.
  • Zu den innermotorischen Maßnahmen gehört beispielsweise auch die Rückführung von Abgasen mittels externer und/oder interner Abgasrückführung. Da die Bildung von Stickoxiden nicht nur einen Luftüberschuß, sondern auch hohe Temperaturen erfordert, besteht ein Konzept zur Senkung der Stickoxidemissionen darin, Verbrennungsprozesse bzw. -verfahren mit niedrigeren Verbrennungstemperaturen zu entwickeln. Dabei ist die Abgasrückführung zielführend, bei der mit zunehmender Abgasrückführrate die Stickoxidemissionen deutlich gesenkt werden können. Die Abgasrückführung eignet sich auch zur Reduzierung der Emissionen an unverbrannten Kohlenwasserstoffen im Teillastbereich.
  • Durch geeignete Wahl der Betriebsparameter der Brennkraftmaschine, beispielweise der Steuerzeiten, dem Einspritzbeginn, der Einspritzdauer, dem Zündzeitpunkt, der Kraftstoffmenge bzw. dem Luftverhältnis λ sowie durch vorteilhafte konstruktive Auslegung der Kühlung, des Brennraums und/oder der Einlaßkanäle lassen sich die Rohemissionen der Brennkraftmaschine ebenfalls senken.
  • Da innermotorische Maßnahmen nicht ausreichen, um die Schadstoffkonzentrationen auf die vom Gesetzgeber vorgegebenen Grenzwerte abzusenken, werden Brennkraftmaschinen nach dem Stand der Technik zur Reduzierung der Schadstoffemissionen mit verschiedenen Abgasnachbehandlungssystemen ausgestattet.
  • Zur Oxidation der unverbrannten Kohlenwasserstoffe (HC) und von Kohlenmonoxid (CO) werden Oxidationskatalysatoren eingesetzt. Um eine ausreichende Konvertierung zu realisieren, ist eine Mindesttemperatur erforderlich.
  • Bei Brennkraftmaschinen, die mit einem Luftüberschuß betrieben werden, wie beispielsweise selbstzündende Brennkraftmaschinen, können die im Abgas befindlichen Stickoxide prinzipbedingt, d. h. aufgrund der fehlenden Reduktionsmittel nicht reduziert werden.
  • Infolgedessen müssen Abgasnachbehandlungssysteme zur Reduzierung der Stickoxide vorgesehen werden, beispielsweise Speicherkatalysatoren, bei denen die Stickoxide zunächst im Katalysator absorbiert, d. h. gesammelt und gespeichert, werden, um dann während einer Regenerationsphase reduziert zu werden. Als Reduktionsmittel können Kraftstoff, d. h. unverbrannte Kohlenwasserstoffe, oder Harnstoff eingesetzt werden. Die Temperatur des Speicherkatalysators während der Regenerationsphase sollte vorzugsweise in einem Temperaturfenster zwischen 200°C und 450°C liegen. Aufgrund des im Abgas enthaltenen Schwefels muß der Speicherkatalysator zur Entschwefelung regelmäßig auf hohe Temperaturen, üblicherweise zwischen 600°C und 700 °C, erwärmt und mit einem Reduktionsmittel versorgt werden. Derart hohe Temperaturen können den Speicherkatalysator schädigen und tragen zur thermischen Alterung des Katalysators bei.
  • Zur Minimierung der Emission von Rußpartikeln werden nach dem Stand der Technik sogenannte regenerative Partikelfilter eingesetzt, die die Rußpartikel aus dem Abgas herausfiltern und speichern, wobei diese Rußpartikel im Rahmen der Regeneration des Filters intermittierend verbrannt werden. Die zur Regeneration des Partikelfilters hohen Temperaturen - etwa 550°C bei nicht vorhandener katalytischer Unterstützung - werden im Betrieb nur bei hohen Lasten und hohen Drehzahlen erreicht. Daher muß auf zusätzliche Maßnahmen zurückgegriffen werden, um eine Regeneration des Filters unter allen Betriebsbedingungen zu gewährleisten.
  • Im Gegensatz zu den innermotorischen Maßnahmen zur Senkung der Schadstoffemissionen ist die Abgasnachbehandlung mit hohen Kosten für die unterschiedlichen Abgasnachbehandlungssysteme verbunden. Insbesondere die vom Gesetzgeber vorgegebenen Grenzwerte für Stickoxidemissionen könnten zukünftig eine On-Board-Diagnose (OBD) erforderlich machen, um die Konvertierung zu überwachen. Es sind immer komplexere, effizientere und damit kostenintensivere Abgasnachbehandlungssysteme erforderlich, um die vom Gesetzgeber vorgegebenen Grenzwerte einzuhalten.
  • Zudem schränken die verschiedenen Abgasnachbehandlungssysteme den Betrieb der Brennkraftmaschine nachteilig ein, wenn beispielsweise zur Regeneration eines Partikelfilters bzw. zur Regeneration oder Entschwefelung eines Speicherkatalysators hohe Temperaturen generiert werden müssen oder ein Oxidationskatalysator nach einem Kaltstart möglichst schnell auf Betriebstemperatur erwärmt werden soll.
  • Vor dem Hintergrund des zuvor Gesagten ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine selbstzündende Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, die hinsichtlich ihrer Rohemissionen, insbesondere an Stickoxiden, optimiert ist.
  • Eine weitere Teilaufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum emissionsoptimierten Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine aufzuzeigen.
  • Gelöst wird die erste Teilaufgabe durch eine selbstzündende Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Zylindern, bei der mindestens zwei Zylinder in der Art konfiguriert sind, dass sie mindestens zwei Gruppen mit jeweils mindestens einem Zylinder bilden, wobei der mindestens eine Zylinder mindestens einer Gruppe als lastabhängig schaltbarer Zylinder ausgebildet ist, und die dadurch gekennzeichnet ist, dass
    • sich die mindestens zwei Gruppen durch unterschiedliche Verdichtungsverhältnisse εi auszeichnen, wobei
    • der mindestens eine Zylinder einer ersten Gruppe ein Verdichtungsverhältnis ε1 aufweist und der mindestens eine Zylinder einer zweiten Gruppe ein Verdichtungsverhältnis ε2 aufweist mit ε2 > ε1 , und
    • bei Teilabschaltung im unteren Teillastbereich der mindestens eine Zylinder der ersten Gruppe der mindestens eine in Betrieb befindliche Zylinder ist.
  • Zur Reduzierung der Rohemissionen erfolgt erfindungsgemäß eine Zylinderabschaltung, d. h. eine Abschaltung einzelner Zylinder in bestimmten Lastbereichen.
  • Die sogenannte Teilabschaltung ist ein aus dem Stand der Technik bekanntes Konzept zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs. Der Wirkungsgrad eines Dieselmotors, d. h. einer selbstzündenden Brennkraftmaschine, kann im Teillastbetrieb durch eine Teilabschaltung verbessert, d. h. erhöht werden, denn die Abschaltung mindestens eines Zylinders einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine erhöht bei konstanter Motorleistung 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 dabei zu höheren Lasten hin verschoben. 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.
  • Bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine ist der mindestens eine Zylinder der ersten Gruppe bei Teilabschaltung im unteren Teillastbereich der mindestens eine in Betrieb befindliche Zylinder, wobei eine niedrige Last Tlow, d. h. eine Last im unteren Teillastbereich, eine Last ist, die weniger als 50%, vorzugsweise weniger als 30% der maximalen Last Tmax,n bei der momentan vorliegenden Drehzahl n beträgt. Um die Teilabschaltung im Hinblick auf die Rohemissionen zu optimieren, wird der mindestens eine während der Teilabschaltung in Betrieb befindliche Zylinder der ersten Gruppe mit einem kleineren Verdichtungsverhältnis ε1 ausgestattet, d. h. mit einem Verdichtungsverhältnis ε1 , das kleiner ist als das Verdichtungsverhältnis ε2 des mindestens einen Zylinders der zweiten Gruppe. Es gilt: ε1 < ε2 .
  • Zwar nimmt der Wirkungsgrad η der ersten Zylindergruppe mit dem kleineren Verdichtungsverhältnis ab, da der Wirkungsgrad η mehr oder weniger mit dem Verdichtungsverhältnis εi korreliert. Zu berücksichtigen ist aber, dass das niedrige Verdichtungsverhältnis ε1 zu einem niedrigeren Temperatur- und Druckniveau führt, so dass der Bildung von Stickoxiden entgegen gewirkt wird.
  • Während hinsichtlich der Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs, d. h. hinsichtlich des Wirkungsgrads, in der Regel ein höheres Verdichtungsverhältnis ε1 zielführend und zu wählen wäre, wird erfindungsgemäß und unüblich der mindestens eine Zylinder der ersten Gruppe, d. h. der mindestens eine während der Teilabschaltung in Betrieb befindliche Zylinder, mit einem niedrigeren Verdichtungsverhältnis ε1 ausgestattet. Insofern muß zur Reduzierung der Rohemissionen gegebenenfalls ein Kraftstoffmehrverbrauch in Kauf genommen werden.
  • Der mindestens eine Zylinder der zweiten Gruppe ist mit einem höheren Verdichtungsverhältnis ε2 ausgestattet und kann auf höhere Lasten bzw. einen höheren Wirkungsgrad ausgelegt werden. Zumindest die Zylinder der zweiten Zylindergruppe sind schaltbar ausgebildet, so dass diese Zylinder zu höheren Lasten hin zugeschaltet werden können oder - falls die Zylinder der ersten Gruppe ebenfalls schaltbar ausgebildet sind - auf die Zylinder der zweiten Gruppe umgeschaltet werden kann.
  • Die Brennkraftmaschine kann mit dem mindestens einen Zylinder der zweiten Gruppe sicher gestartet werden, falls das niedrige Verdichtungsverhältnis ε1 der ersten Gruppe nicht ausreichend hoch ist. Zu berücksichtigen ist dabei, dass eine selbstzündende Brennkraftmaschine zur Einleitung der Selbstzündung ein bestimmtes Verdichtungsverhältnis, d. h. ein Mindest-Verdichtungsverhältnis, benötigt, insbesondere beim Start, d. h. beim erstmaligen Einleiten der Verbrennung bei gegebenenfalls noch kalter Brennkraftmaschine. Es können beispielsweise Verdichtungsverhältnisse εi ≈ 18 erforderlich werden, um eine sichere Selbstentzündung bei einem Kaltstart zu gewährleisten, falls keine anderen Maßnahmen ergriffen werden, die ein niedrigeres Verdichtungsverhältnis tolerabel erscheinen lassen. Unter rein thermodynamischen Aspekten ist ein Verdichtungsverhältnis εi ≈ 16 zu bevorzugen, um den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine zu optimieren.
  • Aus dem zuvor Gesagten folgt, dass auch Verfahrensvarianten möglich sind, bei denen die Brennkraftmaschine mit der zweiten Zylindergruppe gestartet wird, unmittelbar nach dem Start auf die erste Zylindergruppe umgeschaltet wird, um die Rohemissionen an Stickoxiden im unteren Teillastbereich zu reduzieren, und bei Überschreiten einer vorgebbaren Last Tup der mindestens eine Zylinder der zweiten Gruppe zugeschaltet wird bzw. auf diesen Zylinder umgeschaltet wird. Die verschiedenen Verfahrensvarianten resultieren aus den unterschiedlichen Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, wobei der wesentliche Unterschied darin besteht, ob nur eine der mindestens zwei Zylindergruppen oder mehr als eine Zylindergruppe schaltbar ausgebildet ist. Letzteres ermöglichst nicht nur ein Zuschalten, sondern vielmehr ein Umschalten, d. h. auch einen Wechsel zwischen den Zylindergruppen.
  • Die mindestens zwei Zylindergruppen können sich auch in anderen Betriebsparametern oder Konstruktionsmerkmalen, beispielsweise der Kühlung, dem Brennverfahren, dem Luftverhältnis λ, den Einlaßkanälen, den Auslaßkanälen und/oder den Einspritzdüsen voneinander unterscheiden.
  • Mit der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine wird eine selbstzündende Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitgestellt, die hinsichtlich ihrer Rohemissionen 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 unterschiedliche Verdichtungsverhältnisse εi aufweisen und im Rahmen einer Teilabschaltung sukzessive zugeschaltet bzw. einzeln und unabhängig voneinander abgeschaltet werden, wodurch auch ein zweimaliges Umschalten realisiert werden kann. Die Teilabschaltung wird dadurch weiter optimiert. Die Zylindergruppen können auch eine unterschiedliche Anzahl an Zylindern umfassen.
  • Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der selbstzündenden Brennkraftmaschine werden in Zusammenhang mit den Unteransprüchen erörtert.
  • Vorteilhaft sind Ausführungsformen der selbstzündenden Brennkraftmaschine, bei denen der mindestens eine Zylinder der zweiten Gruppe als zuschaltbarer Zylinder ausgebildet ist, der bei Unterschreiten einer vorgebbaren Last Tdown abgeschaltet ist und bei Überschreiten einer vorgebbaren Last Tup zugeschaltet ist.
  • Der mindestens eine Zylinder der ersten Gruppe ist vorliegend ein ständig in Betrieb befindlicher Zylinder. Gegebenenfalls wird die Brennkraftmaschine mit dem mindestens einen Zylinder der zweiten Gruppe gestartet, der dann bei niedrigen Lasten abgeschaltet und zu höheren Lasten erneut aktiviert, d. h. zugeschaltet wird.
  • Im Teillastbetrieb wird der mindestens eine Zylinder der zweiten Gruppe bei Unterschreiten einer vorgebbaren Last abgeschaltet, wodurch der mindestens eine verbliebene Zylinder der ersten Gruppe mit seinem niedrigeren Verdichtungsverhältnis ε1 einen emissionsoptimierten Betrieb der Brennkraftmaschine gewährleistet bzw. ermöglicht. Die Vorteile sind die bereits oben Genannten.
  • Vorteilhaft sind auch Ausführungsformen der selbstzündenden Brennkraftmaschine, bei denen sowohl der mindestens eine Zylinder der ersten Gruppe als auch der mindestens eine Zylinder der zweiten Gruppe als schaltbarer Zylinder ausgebildet ist.
  • Im Unterschied zu der zuvor beschriebenen Ausführungsform sind vorliegend beide Zylindergruppen als schaltbare Gruppen ausgebildet. Dies gestattet nicht nur ein Zuschalten, sondern vielmehr ein Umschalten zwischen den mindestens zwei Zylindergruppen und auch eine Kombination von Umschalten und Zuschalten. Im Zusammenhang mit der Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der Verfahrensvarianten werden die unterschiedlichen Vorgehensweisen erörtert.
  • Vorteilhaft sind Ausführungsformen der selbstzündenden Brennkraftmaschine, bei denen die mindestens zwei Zylinder zwei Gruppen mit jeweils mindestens einem Zylinder bilden.
  • Zwei Zylindergruppen haben gegenüber Ausführungsformen mit mehreren Zylindergruppen den Vorteil, dass die Steuerung bzw. Regelung der Teilabschaltung weniger komplex ist. Zudem ist zu berücksichtigen, dass die Realisierung eines Massen- und Momentausgleichs, der vorzugsweise ebenfalls in Teilen zuschaltbar ist, infolge der unterschiedlichen Verdichtungsverhältnisse εi erschwert wird und der Aufwand hierfür mit der Zunahme der Anzahl an Zylindergruppen deutlich steigt.
  • Vorteilhaft sind Ausführungsformen der selbstzündenden Brennkraftmaschine, bei denen der mindestens eine Zylinder der ersten Gruppe ein Verdichtungsverhältnis ε1 aufweist und der mindestens eine Zylinder der zweiten Gruppe ein Verdichtungsverhältnis ε2 aufweist mit ε2 > ε1 +1.
  • Vorteilhaft sind auch Ausführungsformen der selbstzündenden Brennkraftmaschine, bei denen der mindestens eine Zylinder der ersten Gruppe ein Verdichtungsverhältnis ε1 aufweist und der mindestens eine Zylinder der zweiten Gruppe ein Verdichtungsverhältnis ε2 aufweist mit ε2 > ε1 +2.
  • Vorteilhaft sind auch Ausführungsformen der selbstzündenden Brennkraftmaschine, bei denen der mindestens eine Zylinder der ersten Gruppe ein Verdichtungsverhältnis ε1 aufweist und der mindestens eine Zylinder der zweiten Gruppe ein Verdichtungsverhältnis ε2 aufweist mit ε2 > ε1 +3.
  • Während die drei vorstehenden Ausführungsformen auf den relativen Unterschied der zwei Zylindergruppen im Verdichtungsverhältnis εi abstellen, haben die folgenden Ausführungsformen das absolute Verdichtungsverhältnis der beiden Gruppen zum Gegenstand.
  • Vorteilhaft sind Ausführungsformen der selbstzündenden Brennkraftmaschine, bei denen der mindestens eine Zylinder der zweiten Gruppe ein Verdichtungsverhältnis ε2 aufweist mit 15 < ε2 < 20, vorzugsweise mit 16 < ε2 < 19.
  • Der mindestens eine Zylinder der zweiten Gruppe weist ein hohes Verdichtungsverhältnis ε2 auf, welches hinsichtlich des Wirkungsgrades η der Brennkraftmaschine Vorteile bietet, eine hohe Lastanforderung befriedigen kann und eine sichere Selbstentzündung auch bei einem Kaltstart gewährleistet.
  • Vorteilhaft sind auch Ausführungsformen der selbstzündenden Brennkraftmaschine, bei denen der mindestens eine Zylinder der ersten Gruppe ein Verdichtungsverhältnis ε1 aufweist mit 12 < ε1 < 16, vorzugsweise mit 13 < ε1 < 16 bzw. mit 13 < ε1 < 15.
  • Der mindestens eine Zylinder der ersten Gruppe weist ein niedrigeres Verdichtungsverhältnis ε1 auf, um die Brennkraftmaschine im unteren Teillastbereich bezüglich der Stickoxid-Rohemissionen zu optimieren.
  • Vorteilhaft sind Ausführungsformen der selbstzündenden Brennkraftmaschine, bei denen
    • sich die mindestens zwei Gruppen durch unterschiedliche Zylindervolumen Vi auszeichnen, wobei
    • der mindestens eine Zylinder der ersten Gruppe ein Zylindervolumen V1 aufweist und der mindestens eine Zylinder der zweiten Gruppe ein Zylindervolumen V2 aufweist mit V2 > V1 .
  • Die Ausstattung der beiden Zylindergruppen mit unterschiedlichen Zylindervolumen Vi dient wiederum der Optimierung der Teilabschaltung. Hierzu wird abermals ein konstruktives Merkmal der Brennkraftmaschine bzw. der Zylinder, nämlich das Zylindervolumen Vi herangezogen und zwar zusätzlich zu den obligatorisch verschiedenen Verdichtungsverhältnissen εi .
  • Die Zylinder der ersten Gruppe haben ein kleineres, vorzugsweise ein deutlich kleineres, Zylindervolumen V1 , so dass - gleichgroße Anzahl an Zylindern je Gruppe vorausgesetzt - der überwiegende Anteil des Gesamtvolumens der Brennkraftmaschine von Zylindern der zweiten Gruppe gestellt wird.
  • Vorteilhaft sind Ausführungsformen der selbstzündenden Brennkraftmaschine, bei denen der mindestens eine Zylinder der ersten Gruppe ein Zylindervolumen V1 aufweist und der mindestens eine Zylinder der zweiten Gruppe ein Zylindervolumen V2 aufweist mit 1 • V1 < V2 < 2 • V1.
  • Vorteilhaft sind Ausführungsformen der selbstzündenden Brennkraftmaschine, bei denen der mindestens eine Zylinder der ersten Gruppe ein Zylindervolumen V1 aufweist und der mindestens eine Zylinder der zweiten Gruppe ein Zylindervolumen V2 aufweist mit 1.3 • V1 < V2 < 2 • V1.
  • Vorteilhaft sind Ausführungsformen der selbstzündenden Brennkraftmaschine, bei denen der mindestens eine Zylinder der ersten Gruppe ein Zylindervolumen V1 aufweist und der mindestens eine Zylinder der zweiten Gruppe ein Zylindervolumen V2 aufweist mit 1.3 • V1 < V2 < 1.75 • V1.
  • Vorteilhaft sind Ausführungsformen der selbstzündenden 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.
  • Nichtsdestotrotz können Ausführungsformen der selbstzündenden Brennkraftmaschine vorteilhaft sein, bei denen zum Zwecke einer Kraftstoffversorgung eine Saugrohreinspritzung vorgesehen ist.
  • Die zweite der Erfindung zugrunde liegende Teilaufgabe, nämlich ein Verfahren zum emissionsoptimierten Betreiben einer selbstzündenden Brennkraftmaschine einer zuvor beschriebenen Art aufzuzeigen, wird mit einem Verfahren gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der mindestens eine schaltbare Zylinder der mindestens einen Gruppe in Abhängigkeit von der Last T der Brennkraftmaschine geschaltet 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.
  • Zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, bei der der mindestens eine Zylinder der zweiten Gruppe als zuschaltbarer Zylinder ausgebildet ist, sind Verfahrensvarianten vorteilhaft, bei denen der mindestens eine Zylinder der zweiten Gruppe
    • bei Unterschreiten einer vorgebbaren Last Tdown abgeschaltet wird, und
    • bei Überschreiten einer vorgebbaren Last Tup zugeschaltet wird.
  • Die für das Unterschreiten bzw. Überschreiten vorgegebenen Grenzlasten Tdown und Tup können gleich groß, aber auch verschieden groß sein. Bei in Betrieb befindlicher Brennkraftmaschine sind die Zylinder der ersten Zylindergruppe vorliegend ständig in Betrieb befindliche Zylinder. Es erfolgt lediglich 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 Tdown unterschritten wird und die momentane Last für eine vorgebbare Zeitspanne Δt1 niedriger ist als diese vorgegebene Last Tdown.
  • 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 Tdown unterschreitet und dann wieder steigt bzw. um den vorgegebenen Wert für die Last Tdown 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 Tup überschritten wird und die momentane Last für eine vorgebbare Zeitspanne Δt2 höher ist als diese vorgegebene Last Tup.
  • Zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, bei der sowohl der mindestens eine Zylinder der ersten Gruppe als auch der mindestens eine Zylinder der zweiten Gruppe als schaltbarer Zylinder ausgebildet ist, sind Verfahrensvarianten vorteilhaft, bei denen ausgehend von einem Betrieb des mindestens einen Zylinders der ersten Gruppe bei niedrigen Lasten
    • auf den mindestens einen Zylinder der zweiten Gruppe bei Überschreiten einer ersten vorgebbaren Last Tup,1 umgeschaltet wird.
  • Gemäß der vorstehenden Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ausgehend von niedrigen Lasten zunächst der mindestens eine Zylinder der ersten Gruppe befeuert, d. h. betrieben, um die angeforderte Leistung bereitzustellen, während der mindestens eine Zylinder der zweiten Gruppe abgeschaltet ist. Mit zunehmender Last erfolgt dann ein Umschalten zwischen den mindestens zwei Zylindergruppen, wobei der mindestens eine Zylinder der ersten Gruppe abgeschaltet und der mindestens eine Zylinder der zweiten Gruppe zugeschaltet wird, sobald eine Last Tup,1 überschritten wird.
  • Vorteilhaft können in diesem Zusammenhang Ausführungsformen des Verfahrens sein, bei denen ausgehend von einem Betrieb des mindestens einen Zylinders der zweiten Gruppe bei weiter zunehmender Last der mindestens eine Zylinder der ersten Gruppe bei Überschreiten einer zweiten vorgebbaren Last Tup,2 erneut zugeschaltet wird. Dadurch kann die Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine weiter erhöht werden.
  • Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen die vorgebbare Last Tdown, Tup, Tup,1 und/oder Tup,2 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.
  • Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen der mindestens eine Zylinder der zweiten Gruppe beim Starten der Brennkraftmaschine zugeschaltet wird. Es wird Bezug genommen auf die in diesem Zusammenhang bereits gemachten Ausführungen.
  • Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen die Kraftstoffversorgung eines abgeschalteten Zylinders deaktiviert wird. Es ergeben sich Vorteile in Bezug auf den Kraftstoffverbrauch und die Schadstoffemissionen, was die Zielsetzung, die mit der Teilabschaltung verfolgt wird, nämlich die Stickoxidemissionen zu reduzieren, unterstützt.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Ausführungsform der selbstzündenden Brennkraftmaschine gemäß der Figur 1 näher erläutert. Hierbei zeigt:
    • Fig. 1
    schematisch die Zylinder einer ersten Ausführungsform der selbstzündenden Brennkraftmaschine.
  • Figur 1 zeigt schematisch die vier Zylinder 1, 2, 3, 4 eines selbstzündenden Vierzylinder-Reihenmotors.
  • Die vier in Reihe angeordneten Zylinder 1, 2, 3, 4 bilden zwei Zylindergruppen mit jeweils zwei Zylindern 1, 2, 3, 4, wobei die erste Gruppe die innenliegenden Zylinder 2, 3 und die zweite Gruppe die außenliegenden Zylinder 1, 4 umfaßt. Bei der gezeigten Momentaufnahme befinden sich die Kolben 1a, 2a des ersten und des zweiten Zylinders 1, 2 im unteren Totpunkt und die Kolben 3a, 4a des dritten und des vierten Zylinders 3, 4 im oberen Totpunkt.
  • Die beiden Zylindergruppen zeichnen sich durch unterschiedliche Verdichtungsverhältnisse aus, wobei die Zylinder 2, 3 der ersten Gruppe ein Verdichtungsverhältnis ε1 aufweisen und die Zylinder 1, 4 der zweiten Gruppe ein Verdichtungsverhältnis ε2 aufweisen mit ε2 > ε1 .
  • Die Zylinder 1, 4 der zweiten Gruppe sind dabei als zuschaltbare Zylinder 1, 4 ausgebildet, die im Teillastbetrieb bei Unterschreiten einer vorgebbaren Last abgeschaltet werden. Dadurch erhöht sich die Lastanforderung an die weiter in Betrieb befindlichen Zylinder 2, 3 der ersten Gruppe. Zudem werden hierdurch die Rohemissionen an Stickoxiden infolge des kleineren Verdichtungsverhältnisses ε1 der ersten Gruppe im Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine reduziert.
    • Bezugszeichen
    • 1
    erster Zylinder
    1a
    Kolben des ersten Zylinders
    2
    zweiter Zylinder
    2a
    Kolben des zweiten Zylinders
    3
    dritter Zylinder
    3a
    Kolben des dritten Zylinders
    4
    vierter Zylinder
    4a
    Kolben des vierten Zylinders
    εi
    Verdichtungsverhältnis eines Zylinders bzw. einer Gruppe von Zylindern
    ε1
    Verdichtungsverhältnis einer ersten Gruppe von Zylindern
    ε2
    Verdichtungsverhältnis einer zweiten Gruppe von Zylindern
    λ
    Luftverhältnis
    η
    Wirkungsgrad
    n
    Drehzahl der Brennkraftmaschine
    T
    Last
    Tdown
    vorgebbare Last für das Unterschreiten einer Last
    Tlow
    Last im unteren Teillastbereich
    Tmax,n
    maximale Last bei einer vorliegenden Drehzahl n
    Tup
    vorgebbare Last für das Überschreiten einer Last
    Tup,1
    erste vorgebbare Last für das Überschreiten einer Last
    Tup,2
    zweite vorgebbare Last für das Überschreiten einer Last
    Vi
    Zylindervolumen
    V1
    Zylindervolumen einer ersten Gruppe von Zylindern
    V2
    Zylindervolumen einer zweiten Gruppe von Zylindern

Claims (16)

  1. Selbstzündende Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Zylindern (1, 2, 3, 4), bei der 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 (2, 3) mindestens einer Gruppe als lastabhängig schaltbarer Zylinder (2, 3) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass
    - sich die mindestens zwei Gruppen durch unterschiedliche Verdichtungsverhältnisse εi auszeichnen, wobei
    - der mindestens eine Zylinder (1, 4) einer ersten Gruppe ein Verdichtungsverhältnis ε1 aufweist und der mindestens eine Zylinder (2, 3) einer zweiten Gruppe ein Verdichtungsverhältnis ε2 aufweist mit ε2 > ε1 , und
    - bei Teilabschaltung im unteren Teillastbereich der mindestens eine Zylinder (1, 4) der ersten Gruppe der mindestens eine in Betrieb befindliche Zylinder ist.
  2. Selbstzündende Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Zylinder (2, 3) der zweiten Gruppe als zuschaltbarer Zylinder ausgebildet ist, der bei Unterschreiten einer vorgebbaren Last Tdown abgeschaltet ist und bei Überschreiten einer vorgebbaren Last Tup zugeschaltet ist.
  3. Selbstzündende Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl der mindestens eine Zylinder (1, 4) der ersten Gruppe als auch der mindestens eine Zylinder (2, 3) der zweiten Gruppe als schaltbarer Zylinder ausgebildet ist.
  4. Selbstzündende Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Zylinder (1, 2, 3, 4) zwei Gruppen mit jeweils mindestens einem Zylinder (1, 2, 3, 4) bilden.
  5. Selbstzündende Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Zylinder (1, 4) der ersten Gruppe ein Verdichtungsverhältnis ε1 aufweist und der mindestens eine Zylinder (2, 3) der zweiten Gruppe ein Verdichtungsverhältnis ε2 aufweist mit ε2 > ε1 + 1.
  6. Selbstzündende Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Zylinder (1, 4) der ersten Gruppe ein Verdichtungsverhältnis ε1 aufweist und der mindestens eine Zylinder (2, 3) der zweiten Gruppe ein Verdichtungsverhältnis ε2 aufweist mit ε2 > ε1 + 2.
  7. Selbstzündende Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Zylinder (2, 3) der zweiten Gruppe ein Verdichtungsverhältnis ε2 aufweist mit 15 < ε2 < 20.
  8. Selbstzündende Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Zylinder (1, 4) der ersten Gruppe ein Verdichtungsverhältnis ε1 aufweist mit 12 < ε1 < 16.
  9. Selbstzündende Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    - sich die mindestens zwei Gruppen durch unterschiedliche Zylindervolumen Vi auszeichnen, wobei
    - der mindestens eine Zylinder (1, 4) der ersten Gruppe ein Zylindervolumen V1 aufweist und der mindestens eine Zylinder (2, 3) der zweiten Gruppe ein Zylindervolumen V2 aufweist mit V2 > V1.
  10. Selbstzündende Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Zylinder (1, 2, 3, 4) zum Einbringen von Kraftstoff mit einer Direkteinspritzung ausgestattet ist.
  11. Verfahren zum Betreiben einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine schaltbare Zylinder (2, 3) der mindestens einen Gruppe in Abhängigkeit von der Last T der Brennkraftmaschine geschaltet wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11 zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, bei der der mindestens eine Zylinder (2, 3) der zweiten Gruppe als zuschaltbarer Zylinder ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass, der
    - bei Unterschreiten einer vorgebbaren Last Tdown abgeschaltet wird, und
    - bei Überschreiten einer vorgebbaren Last Tup zugeschaltet wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 11 zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, bei der sowohl der mindestens eine Zylinder (1, 4) der ersten Gruppe als auch der mindestens eine Zylinder (2, 3) der zweiten Gruppe als schaltbarer Zylinder ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von einem Betrieb des mindestens einen Zylinders (1, 4) der ersten Gruppe bei niedrigen Lasten
    - auf den mindestens einen Zylinder (2, 3) der zweiten Gruppe bei Überschreiten einer ersten vorgebbaren Last Tup,1 umgeschaltet wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von einem Betrieb des mindestens einen Zylinders (2, 3) der zweiten Gruppe bei weiter zunehmender Last der mindestens eine Zylinder (1, 4) der ersten Gruppe bei Überschreiten einer zweiten vorgebbaren Last Tup,2 zugeschaltet wird.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgebbare Last Tdown, Tup, Tup,1 und/oder Tup,2 von der Drehzahl n der Brennkraftmaschine abhängig ist.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Zylinder (2, 3) der zweiten Gruppe beim Starten der Brennkraftmaschine zugeschaltet wird.
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