Bei einer Brennkraftmaschine mit Viertaktbetrieb mit Ansaugtakt, Verdich- tungstakt, Arbeitstakt und Ausschiebetakt wird üblicherweise im Ausschie- betakt das verbrannte Gas durch die Auslassöffnungen der Auslassventile als Abgas aus dem Brennraum ausgeschoben. Hierzu wird ein Auslassventil zu Beginn des Auslasstaktes geöffnet, der Kolben schiebt das verbrannte Gas bei seiner Aufwärtsbewegung zum oberen Totpunkt im Zylinder durch die Auslassöffnung in den Abgastrakt und am Ende des Ausschiebetaktes wird das Auslassventil wieder verschlossen. Im Brennraum verbleiben dabei Reste des verbrannten Gases sowie unverbrannte Bestandteile. Diese uner- wünscht hohen Restgasanteile verhindern entsprechend eine vollständige Erneuerung des Gases und behindern somit einen optimalen Ladungswech- sel. Besonders bei Volilast wirkt dies leistungsmindernd. Im Leerlauf beein- trächtig dies die Laufruhe und somit den Komfort. Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, die am Ende eines Ausschiebetaktes im Brennraum der Brennkraftmaschine verbleibenden Restgasanteile zu reduzieren.

Erfindungsgemäß gelöst wird das Problem durch das Verfahren zum Leeren des Brennraums einer im Viertakt mit Ansaugtakt, Verdichtungstakt, Ar- beitstakt und Ausschiebetakt betriebenen Brennkraftmaschine mit wenigs- tens einer steuerbar verschließ-und öffenbaren Auslassöffnung gemäß den Merkmalen von Anspruch 1, bei weichem während des Auslasstaktes die Auslassöffnung in einer ersten Phase geöffnet, in einer anschließenden zweiten Phase geschlossen und in einer daran anschließenden dritten Phase wieder geöffnet ist. Ebenso wird das Problem erfindungsgemäß durch die Ausbildung einer Vorrichtung gemäß den Merkmalen von Anspruch 10 zur Durchführung des Verfahrens gelöst.

In der ersten Phase kann ein großer Anteil des Gases aus dem Brennraum ausgeschoben werden. Danach wird in der zweiten Phase das zunächst im Brennraum verbleibende Restgas im Brennraum verdichtet und kann dann in der dritten Phase aufgrund der durch die Verdichtung erzeugten Druckerhö- hung mit einer Druckwelle entweichen. Aufgrund der Wellenbewegung der Entspannung unterschreitet der Druck und die Füllungsdichte im Brennraum die Nullinie der Wellenbewegung. Ein Rückströmen kann dann durch Schließen der Auslassöffung verhindert werden. Auf diese Weise kann nach einer ersten Leerung in der ersten Phase der verbleibende Rest in verstärk- tem Maße innerhalb der dritten Phase weiter reduziert werden. Das im Brennraum am Ende des Ausschiebetaktes verbleibende Restgas kann hier- durch gegenüber der herkömmlichen Entleerung vollständiger reduziert wer- den. Der Gaswechsel wird vollständiger möglich. Die Leistung der Brenn- kraftmaschine bei Vollast und kann verbessert werden. Im Leerlauf hat man aufgrund des verminderten Restgasanteils eine stabilere Verbrennung.

Besonders wirkungsvoll ist das Verfahren gemäß den Merkmalen von An- spruch 2, wobei die erste Phase länger dauert als die zweite und als die dritte. Hierdurch kann sehr zuverlässig, zunächst ein Großteil des im Brenn- raum befindlichen Gasgemischs bereits in der ersten Phase ausgeschoben werden. Durch die Druckwellenentleerung der dritten Phase muss nur noch auf den vergleichsweise kleinen nach der ersten Phase im Brennraum verbleibenden Restanteil angewandt werden. Dieser Restanteil kann dann besonders effektiv nach einer Verdichtung in der zweiten Phase durch eine Druckwellenentspannung in der dritten Phase ausgeschoben werden. Be- sonders wirkungsvoll ist ein Verfahren gemäß den Merkmalen von Anspruch 3, bei dem die erste Phase länger dauert als die beiden anderen zusammen.

Einer ersten lange dauernden und somit besonders effektiven Hauptentla- dung folgt eine Verdichtung und eine kurze und somit besonders effektive Druckwellenentladung. Besonders vorteilhaft ist ein Verfahren gemäß den Merkmalen von Anspruch 4, wobei die dritte Phase länger dauert als die zweite. Auf diese Weise kann die zur Entladung zur Verfügung stehende Zeit besonders effizient genutzt und somit die Entladung mit hohem Entladeerfolg gewährleistet werden.

Besonders vorteilhaft ist ein Verfahren gemäß den Merkmalen von Anspruch 5, wobei der Verbrennungsmotor ein Hubkolbenmotor ist, dessen HubKolben 5 sich innerhalb eines Zylinders zwischen einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt bewegt. Die Umsetzung des Entladevorganges mit drei Phasen im Ausschiebetakt ist bei einem derartigen Verfahren besonders wir- kungsvoll möglich. Die Steuerung des Öffnens und Schließens der Auslass- öffnung während des Auslasstakts lässt sich hierdurch sehr einfach und wir- kungsvoll verwirklichen. Die drei Phasen sind bei einem derartigen Verfahren individuell entsprechend den jeweiligen Anforderungen an das Auslassver- halten optimal anpassen.

Bevorzugt ist ein Verfahren gemäß den Merkmalen von Anspruch 6, bei dem die dritte Phase vor dem Erreichen des oberen Totpunktes des Auslasstak- tes durch Schließen der Auslassöffnung beendet wird.

Das Verfahren gemäß den Merkmalen von Anspruch 7, wobei die dritte Pha- se bei Erreichen einer unteren, vorgegebenen Schwelle für den Druck im Brennraum durch Schließen der Auslassöffnung beendet wird, ermöglicht in einfacher Weise eine den jeweiligen Erfordernissen angepasste optimale Ausnutzung der Druckwellenentleerung. Hierdurch lässt sich in Phasen, in denen eine möglichst vollständige Entleerung gewünscht ist, im Zeitpunkt des Wellentales der Druckwelle, das heißt wenn der Druck ein Minimum er- reicht, die Auslassöffnung verschließen, gerade bevor der Druck durch Rückströmung wieder ansteigt. Der Entleerungsgrad kann hierdurch opti- miert werden.

Ein Verfahren gemäß den Merkmalen von Anspruch 8, bei dem die Auslass- öffnung mittels steuerbarem Auslassventil geöffnet und geschlossen wird, ermöglicht eine sehr zuverlässige einfache Öffnung und Schließung der Auslassöffung mit bewährten Mitteln.

Ein Verfahren gemäß den Merkmalen von Anspruch 9, wobei die Steuerung durch entsprechend im Motorsteuergerät gespeicherter Kennwerte für die Öffnung und die Schließung der Auslassöffnungen erfolgt ermöglicht eine sehr zuverlässige einfache Öffnung und Schließung der Auslassöffung mit bewährten Mitteln, wobei die Steuerdaten zur Ausnutzung einer möglichst den individuellen Wünschen entsprechend erzeugten und ausgenutzten Druckwelle hierdurch optimal gespeichert und bei Bedarf mit Messdaten ab- geglichen und zur Entleerung ausgenutzt werden können.

Besonders vorteilhaft die Ausbildung einer Vorrichtung gemäß den Merkma- len von Anspruch 11.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der in den Figuren 1 bis 2 darge- stellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Hierin zeigen : Figur 1 Schematische Querschnittsdarstellung durch eine fremdge- zündete, vierzylindrige Viertakt-Brennkraftmaschine mit elektro- magnetischer, vollvariabler Ventilsteuerung und Abgaskompo- nenten mit einem Katalysator ; Figur 2 Diagramm des Auslassquerschnitts A eines Auslassventils über den Kurbelwellenwinkel ß während des Ausschiebetaktes Eine fremdgezündete, vierzylindrige Viertakt-Hubkolben-Brennkraftmaschine 2 weist einen Zylinderblock 3 und einen Zylinderkopf 4 auf. Im Zylinderkopf 4 sind ein Einlassventil 8 und ein Auslassventil 10 für den Gaswechsel ange- ordnet. Die Ventile 8,10 werden über elektromagnetische Stelleinrichtungen 12,14 betätigt, wobei diese vollvariable Ventilsteuerung über ein elektron- sches Steuergerät 16 gesteuert wird. Im elektronischen Steuergerät 16 sind in bekannter Weise Kennfelder mit den Betriebsdaten der Brennkraftmaschi- ne 2 zugrundeliegenden Parametern abgelegt.

An die von den Auslassventilen 10 gesteuerten Abgaskanäle 20 im Zylinder- kopf 4 ist über einen nicht dargestellten Abgassammler ein Abgasvorrohr 22, ein Katalysator 24 (z. B. ein Dreiwege-Katalysator oder ein NOx-Adsorber), ein daran anschließendes Abgasrohr 26 und ein Schalldämpfer 28 mit einem Endrohr 30 angeschlossen. Der Katalysator 24, der auch ein Startkatalysator mit einem dahinter angeordneten weiteren Katalysator sein kann, ist mög- lichst nahe an der Brennkraftmaschine 2 angeordnet. Der Katalysator 24 ist mit einem Temperatursensor 32 ausgestattet, der über eine elektrische Lei- tung 34 mit dem Steuergerät 16 verbunden ist.

Die Brennkraftmaschine 2, die in ein Kraftfahrzeug eingebaut ist, wird über ein Leistungssteuerglied bzw. ein Gaspedal 38 und ein nicht näher darge- stelltes Betätigungsgestänge 40 leistungsgesteuert. Im Bereich des Gestän- ges 40 ist ein Geber 42 vorgesehen, der die Lastanforderung a an die Brennkraftmaschine 2 über eine elektrische Leitung 44 dem Steuergerät 16 angibt.

Neben der üblichen Steuerung der Ventile 8,10 zum Gaswechsel der Brenn- kraftmaschine 2 im bekannten Viertakt-Prinzip im Einlasstakt, im Kompressi- onstakt und im Arbeitstakt wird in der Ausschiebephase die elektromagneti- sche Stelleinrichtung 12 für die Auslassventile 10 zunächst, wie in Figur 2 dargestellt ist, bei einem Kurbelwellenwinkel ßo, der beispielsweise dem Kur- belwellenwinkel ßUT= 180° in der unteren Totpunktposition 5 des Hubkol- bens 5 entspricht angesteuert und es werden die Auslassventile 10 ein ers- tes Mal geöffnet. Die Auslassventile bleiben mehr als die Hälfte des Aus- schiebtaktes hindurch geöffnet und werden dann durch Ansteuerung bei- spielsweise bei einem Kurbelwellenwinkel ßi = 300° geschlossen. Während dieser ersten Öffnungsphase werden ca. 70-90%, beispielsweise 80% des im Brennraum befindlichen Abgasgemischs durch die Auslassöffnungen der geöffneten Auslassventile 10 ausgeschoben.

Nach Schließen der Auslassventile bewegt sich der Hubkolben 5 weiter in Richtung seiner oberen Totpunktstellung 5. Dabei wird das verbleibende Abgasgemisch im Zylinder komprimiert. Bei einem Kurbelwellenwinkel bei- spielsweise ß2 = 330° werden die Auslassventile noch einmal kurzzeitig an- gesteuert und es werden die Auslassventile 10 entsprechend geöffnet. Auf- grund der durch die Zwischenkompression erzeugten Druckerhöhung im Brennraum strömt das im Abgas unter druckwellenartiger Entspannung durch die geöffneten Auslassöffnungen der Auslassventile unterstützt von dem weiter in Richtung obere Totpunktstellung 5 nach oben bewegten Hub- kolben 5. Die wellenartige Entspannung entspricht einer wellenartigen Druckveränderung im Brennraum. Der Druck im Brennraum durchläuft einen Nullpunkt. Im Bereich des Minimums des Drucks im Brennraum werden die durch entsprechende Ansteuerung beispielsweise bei einem Kurbelwellen- winkel ß3 = 360° geschlossen. Während dieser zweiten Öffnungsphase wer- den noch einmal ca. 10 bis 30 %, beispielsweise 20 % des ursprünglich im Brennraum befindlichen Abgasgemischs durch die Auslassöffnungen der geöffneten Auslassventile 10 ausgeschoben.

Dabei sind in dem Steuergerät 16 Kennfelder abgelegt, mittels derer dieses zweite kurzzeitige Öffnen abhängig von der Drehzahl, der Last a, der Tem- peratur T des Katalysators 24, und noch anderer Parameter gesteuert wird.

Der Schließzeitpunkt wird in Abhängigkeit dieser oder anderer geeigneter Parameter unter Heranziehung von abgelegter Kenngrößen für den Druck- verlauf in der Brennkammer im Bereich des erwarteten Druckminimums be- stimmt oder aufgrund von Messungen des Drucks im Bereich des gemesse- nen Druckminimums bestimmt.

In einer Ausführung wird der Öffnungszeitpunkt der zweiten Öffnung zu einer Kurbelwellenwinkelstellung ß2 gewählt, dass die verbleibende Restphase des Ausschiebetaktes bis zum Erreichen des oberen Totpunktes der ermittelten Phase für die Druckwellenentspannung bis zum Erreichen des Druckmini- mums im Brennraum entspricht. Der Kurbelwellenwinkel ß2 des zweiten Schließzeitpunkts entspricht in diesem Fall dem Kurbelwellenwinkel ßor im oberen Totpunkt des Hubkolbens 5 : ß2 = ßoT.

Entsprechend den jeweiligen Anforderungen an die Brennkraftmaschine kann der Zeitpunkt der ersten Öffnung bei dem Kurbelwellenwinkel ß1 auch bereits kurz vor oder kurz nach dem unteren Totpunkt des Hubkolbens ge- wählt sein.

Die Auslassventile 10 können über das Steuergerät 16 auch so geöffnet und geschlossen werden, dass nur in bestimmten Betriebszuständen-bei- spielsweise bei Vollast oder im Leerlauf, in denen eine besonders wirkungs- volle Entleerung des Brennraums gewünscht ist, der Ausschiebetakt, wie in den Ausführungen dargestellt mit den drei Phasen aus Öffnen mit Hauptent- leerung, Zwischenschließen mit Druckaufbau und Nachentleerung durch Druckwellenentspannung betrieben wird. In anderen Betriebszuständen wird der Ausschiebetakt in herkömmlicher Weise mit einmaligem Öffnen betrie- ben.

Je nach Anforderungen können auch nur einzelne besonders wirkungsvoll zu entleerende Zylinder einer Brennkraftmaschine im Ausschiebetakt, wie in den Ausführungen dargestellt, mit den drei Phasen aus Öffnen mit Haupt- entleerung, Zwischenschließen mit Druckaufbau und Nachentleerung durch Druckwellenentspannung betrieben wird. Die anderen Zylinder können dann in ihrem Ausschiebetakt in herkömmlicher Weise mit einmaligem Öffnen be- trieben. Die Ventilsteuerung ist in bekannter Weise vollvariabel hydraulisch, pneuma- tisch und/oder elektrisch.

Die Ventilbetätigung kann auch in anderer Ausführung erfolgen. Beispiels- weise kann auch eine nockengesteuerte Ventilbetätigung (mechanisch) ein- gesetzt sein.

Der Kurbelwellenwinkel ß wird ab dem oberen Totpunkt mit ß = 0 im Bereich der Zündung gemessen.

BEZUGSZEICHENLISTE 2 Brennkraftmaschine 3 Zylinderblock 4 Zylinderkopf 5 Hubkolben 8 Einlassventil 10 Auslassventil 12 Stelleinrichtung 14 Stelleinrichtung 16 Steuergerät 20 Abgaskanäle 22 Abgasvorrohr 24 Katalysator 26 Abgasrohr 28 Schalldämpfer 30 Endrohr 32 Temperatursensor 34 elektrische Leitung 38 Gaspedal 40 Betätigungsgestänge 42 Geber 44 elektrische Leitung