Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kolbenmotors mit interner Verbrennung, vorzugsweise eines Ottomotors, bei dem je Brennraum ein Einlassventil verfrüht oder verspätet geschlossen wird und bei dem eine

Abgasrückführung durchführbar ist. Die Erfindung betrifft außerdem einen Kolbenmotor mit interner Verbrennung, insbesondere Ottomotor, der zur Durchführung eines derartigen Betriebsverfahrens geeignet ist. Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung eine Verwendung eines Ventiltriebs zum Ansteuern von Einlassventilen bei einem

Kolbenmotor gemäß einem derartigen Betriebsverfahren.

Durch ein verfrühtes Schließen des Einlassventils, also durch ein Schließen des

Einlassventils vor einem unteren Totpunkt des zugehörigen Kolbens kann ein

sogenanntes Miller-Verfahren (auch früher Miller-Prozess) durchgeführt werden, bei dem eine reduzierte Befüllung des jeweiligen Brennraums erfolgt, um letztlich die

geometrische Expansion im darauffolgenden Expansionshub vergrößern zu können. Im Ergebnis kann dadurch der Kraftstoff effizienter verbraucht werden, da beim jeweiligen Expansionsvorgang mehr Expansionsenergie genutzt werden kann. Beim verspäteten Schließen des Einlassventils ergibt sich dieselbe Situation, da hierbei das Einlassventil nach dem unteren Totpunkt des zugehörigen Kolbens schließt, wodurch der

(thermodynamische) Kompressionshub verkleinert wird. Dieser Vorgang ist als Atkinson- Verfahren (auch später Miller-Prozess) bekannt.

Relevant für das Miller-Verfahren und das Atkinson-Verfahren sind dabei Kolbenmotoren, die nach dem Vier-Takt-Prinzip arbeiten, bei dem im jeweiligen Zylinder der zugehörige Kolben in einem ersten Takt einen Expansionshub mit dem Verbrennungsprozess durchführt, in einem zweiten Takt einen Auslasshub zum Ausschieben des

Verbrennungsabgases durchführt, in einem dritten Takt einen Einlasshub zur

Frischgasbefüllung durchführt und in einem vierten Takt einen Kompressionshub zum Verdichten des Frischgases durchführt. Bezogen auf eine Kurbelwelle des Kolbenmotors, die vom jeweiligen Kolben angetrieben wird, lassen sich die einzelnen Takte bzw. Hübe des Kolbens folgenden Kurbelwellenwinkelbereichen zuordnen. Der Expansionshub dauert von 0° Kurbelwellenwinkel (KWW) bis 180° KWW, der Auslasshub dauert von 180° KWW bis 360° KWW, der Einlasshub dauert von 360° KWW bis 540° KWW und der Kompressionshub dauert von 540° KWW bis 720° KWW, wobei 720° KWW des einen Vier-Takt-Zykluses 0° KWW des nächstfolgenden Vier-Takt-Zykluses entsprechen. Obere Totpunkte der Kolbenbewegung finden sich bei 0° KWW, 360° KWW und 720° KWW. Untere Totpunkte des jeweiligen Kolbens finden sich dagegen bei 180° KWW und 540° KWW. Üblicherweise schließt das Einlassventil bei etwa 540° KWW, also bei dem unteren Totpunkt zwischen Einlasshub und Kompressionshub. Beim frühen

Einlassschließen, also beim Miller-Verfahren schließt das Einlassventil vor 540° KWW, während es beim späten Einlassschließen, also beim Atkinson-Verfahren nach 540° KWW schließt. Damit sich das Miller-Verfahren bzw. das Atkinson-Verfahren spürbar auf den Wirkungsgrad des Kolbenmotors auswirkt, erfolgt das Schließen des Einlassventils deutlich vor bzw. nach dem jeweiligen unteren Totpunkt, nämlich vorzugsweise in einem Bereich von einschließlich 80° bis einschließlich 60° und insbesondere bei etwa 70° vor bzw. nach dem unteren Totpunkt bei 540° KWW.

Eine Abgasrückführung erfolgt hauptsächlich mit dem Ziel, die NOx- Schadstoffemissionen des Kolbenmotors zu reduzieren. Um hohe Abgasrückführraten ermöglichen zu können, ist im jeweiligen Brennraum eine möglichst hohe Turbulenz erforderlich. Ein hoher Turbulenzgrad im Brennraum ist jedoch im Zusammenhang mit dem Miller-Verfahren bzw. dem Atkinson-Verfahren nicht oder nur sehr schwer erreichbar, so dass bei herkömmlichen Betriebsverfahren die gewünschten hohen

Abgasrückführraten nicht einstellbar sind oder mit einem erhöhten Klopfrisiko und einem erhöhten Risiko für Verbrennungsaussetzer einhergehen.

Aus der EP 2 041 414 B1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Ottomotors der eingangs genannten Art bekannt.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für ein Betriebsverfahren der eingangs genannten Art bzw. für einen zugehörigen Kolbenmotor bzw. für einen zugehörigen Ventiltrieb eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich

insbesondere dadurch auszeichnet, dass höhere Abgasrückführraten einstellbar sind. Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, dem jeweiligen Brennraum zumindest zwei Einlassventile zuzuordnen, so dass die Befüllung des jeweiligen

Brennraums über die wenigstens zwei Einlassventile erfolgt, die während einer

Abgasrückführung für ein Betriebsverfahren mit verfrühtem oder verspätetem Schließen der Einlassventile so angesteuert werden, dass die beiden Einlassventile verschiedene Maximalhübe besitzen. Die Erfindung nutzt hierbei die Erkenntnis, dass der Maximalhub beim öffnen des jeweiligen Einlassventils die Einströmung des Gasgemisches signifikant beeinflusst. Dabei hat sich gezeigt, dass die Erzeugung von zwei verschiedenen

Einlassströmen, die durch verschiedene Maximalhübe der Einlassventile generiert werden, zu einer erhöhten Turbulenz im Brennraum führt. Die erhöhte Turbulenz verbessert die Verträglichkeit des nachfolgenden Verbrennungsprozesses für

rückgeführtes Abgas, wodurch höhere Abgasrückführraten einstellbar sind, ohne dass dabei die Klopfgefahr und die Gefahr für Verbrennungsaussetzer erhöht wird. Somit kann durch den erfindungsgemäßen Vorschlag die Schadstoffemission des Kolbenmotors reduziert werden.

Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform liegt der Maximalhub des einen Einlassventils in einem Bereich von einschließlich 40% bis einschließlich 70%, vorzugsweise in einem Bereich von einschließlich 50% bis einschließlich 65%, insbesondere bei etwa 55%, des Maximalhubs des anderen Einlassventils. Es hat sich gezeigt, dass bei diesen Relationen zwischen den beiden Maximalhüben besonders hohe Turbulenzen im jeweiligen Brennraum erzeugt werden können.

Bei einer anderen Ausführungsform kann zumindest eines der beiden Einlassventile bezüglich des Kurbelwellenwinkels einen Hubverlauf aufweisen, der einen Winkelbereich mit einem konstanten Öffnungshub aufweist. Das bedeutet, dass der jeweilige Hubverlauf in besagtem Winkelbereich ein ebenes Plateau besitzt, bei dem sich der Öffnungshub des Einlassventils nicht verändert. In der Folge kann sich während dieses Winkelbereichs eine gleichbleibende Einlassströmung einstellen, was die Ausbildung gezielter

Turbulenzen verbessert. Beispielsweise kann sich der Winkelbereich, in dem der

Öffnungshub des jeweiligen Einlassventils konstant ist, in einem Bereich von

einschließlich 30° KWW bis einschließlich 50° KWW, vorzugsweise in einem Bereich von einschließlich 40° KWW bis einschließlich 45° KWW, befinden. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann der konstante Öffnungshub den

Maximalhub des jeweiligen Einlassventils bilden. Das heißt, dass das jeweilige

Einlassventil mit dem jeweiligen Winkelbereich mit seinem Maximalhub konstant geöffnet ist. Auch diese Maßnahme führt dazu, gezielt die gewünschte Turbulenz zu erzeugen.

Bei einer anderen Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass nur eines der beiden Einlassventile einen solchen Winkelbereich mit konstantem Öffnungshub aufweist.

Bevorzugt handelt es sich dabei um dasjenige Einlassventil, das den kleineren

Maximalhub besitzt. Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass beide Einlassventile jeweils einen solchen Winkelbereich mit konstantem Öffnungshub aufweisen.

Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei der beide Einlassventile synchron öffnen und schließen. Demnach besitzen beide Einlassventile gleiche

Öffnungszeitfenster. Insbesondere verlaufen die Öffnungshübe der beiden Einlassventile in einem Öffnungsbereich und in einem Schließbereich im Wesentlichen deckungsgleich. Hierdurch werden eindeutig definierte Zeitpunkte für den Einlassbeginn und das

Einlassende ermöglicht. Sofern beide Hubverläufe einen Winkelbereich mit konstantem Öffnungshub, insbesondere mit konstantem Maximalhub, zeigen, ist der Winkelbereich des Einlassventils mit kleinerem Maximalhub deutlich größer, insbesondere etwa zweimal größer, als der Winkelbereich des Einlassventils mit größerem Maximalhub.

Beispielsweise kann dieser größere Winkelbereich dann von einschließlich 80° KWW bis einschließlich 120° KWW, vorzugsweise von einschließlich 90° KWW bis einschließlich 1 10° KWW reichen.

Bei einer anderen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die beiden Einlassventile zwei separate Einlasskanäle steuern, die jeweils das jeweilige Gasgemisch zum

Brennraum führen. Hierdurch können Wechselwirkungen im Gasstrom stromauf der Einlassventile weitgehend vermieden werden, um die Effizienz der Turbulenz im

Brennraum zu verbessern.

Gemäß einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass nur einer der beiden

Einlasskanäle als Drallkanal ausgestaltet ist. Vorzugsweise handelt es sich dabei um denjenigen Einlasskanal, der dem Einlassventil mit dem größeren Maximalhub

zugeordnet ist. Während ein herkömmlicher Zuführkanal das Gasgemisch weitgehend radial und axial bezüglich einer Längsmittelachse des zugehörigen zylindrischen

Brennraums dem Brennraum zuführt, ist ein Drallkanal so angeordneten bzw. ausgerichtet, dass die dem Brennraum zugeführte Gasströmung außerdem eine

Tangentialkomponente, also eine Komponente in Umfangsrichtung besitzt. Über den Drallkanal kann im Brennraum somit eine Drallströmung erzeugt werden, was für die Turbulenz von Vorteil ist.

Ein erfindungsgemäßer Kolbenmotor mit interner Verbrennung, bei dem es sich bevorzugt um einen Ottomotor handelt, ist mit einer Abgasrückführung ausgestattet, bei der es sich bevorzugt um eine externe Abgasrückführung handelt. Ferner ist der

Kolbenmotor mit wenigstens zwei Einlassventilen je Brennraum und mit einem Ventiltrieb zum Ansteuern der Einlassventile ausgestattet. Der Ventiltrieb ist außerdem so ausgestaltet, dass er die Einlassventile gemäß dem vorstehend beschriebenen

Betriebsverfahren ansteuern kann. Mit anderen Worten, der Ventiltrieb kann die beiden Einlassventile für einen Miller-Betrieb oder einen Atkinson-Betrieb zum Durchführen unterschiedlicher Maximalhübe ansteuern.

Bei der erfindungsgemäßen Verwendung wird ein Ventiltrieb, der zum Ansteuern von wenigstens zwei Einlassventilen eines Brennraums eines Kolbenmotors mit interner Verbrennung, insbesondere eines Ottomotors, vorgesehen ist, gezielt so verwendet, dass er das vorstehend beschriebene Betriebsverfahren durchführt. Hierzu ist der Ventiltrieb auf geeignete Weise ausgestaltet.

Ein Ventiltrieb, der die wenigstens zwei Einlassventile mit unterschiedlichen

Maximalhüben ansteuern kann, besitzt beispielsweise zwei separate Nocken, um die beiden separaten Einlassventile getrennt ansteuern zu können. Die beiden Nocken besitzen dann geometrisch unterschiedliche Nockenkonturen, um die beiden

unterschiedlichen Hubverläufe für die beiden separaten Einlassventile zu generieren. Ebenso ist denkbar, einen gemeinsamen Nocken für die beiden Einlassventile

vorzusehen, der jedoch zwei verschiedene Nockenkonturen besitzt. Um zwischen einem Normalbetrieb und einem Miller-Betrieb bzw. Atkinson-Betrieb umschalten zu können, kann der Ventiltrieb außerdem mit einer Nockenwellenverstellung ausgestattet sein. Ferner ist grundsätzlich denkbar, für den Normalbetrieb und/oder für einen

herkömmlichen Miller-Betrieb oder Atkinson-Betrieb den Ventiltrieb so auszugestalten, dass die beiden Einlassventile auch vollständig synchron, also insbesondere auch mit denselben Maximalhüben angesteuert werden können. Dies kann beispielsweise mittels verstellbarer Nockenwellen und/oder verstellbaren Kipphebeln und dergleichen realisiert werden. Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.

Dabei zeigen, jeweils schematisch,

Fig. 1 und 2 jeweils ein Diagramm mit Hubverläufen von zwei Einlassventilen,

während eines Einlasshubs bei zwei verschiedenen Ausführungsformen.

Die Diagramme der Fig. 1 und 2 geben jeweils auf ihrer Ordinate einen Ventilhub H in mm und auf ihrer Abszisse einen Kurbelwellenwinkel KWW in Grad wieder. Exemplarisch sind dabei in Fig. 1 und 2 Ventilhübe H von 0 bis 14 mm aufgetragen. In Fig. 1 ist exemplarisch ein Kurbelwellenwinkelbereich von 300° KWW bis 650° KWW aufgetragen. In Fig. 2 ist ein Kurbelwellenwinkelbereich von 270° KWW bis 630° KWW aufgetragen.

In beiden Diagrammen sind zwei Ventilerhebungskurven I, II von zwei Einlassventilen 1 , 2 wiedergegeben, die demselben Brennraum eines Kolbenmotors mit interner Verbrennung zugeordnet sind. Beim Kolbenmotor handelt es sich bevorzugt um einen Ottomotor. Der Kolbenmotor arbeitet nach dem Vier-Takt-Prinzip. Die hier wiedergegebenen

Winkelbereiche erfassen dabei einen Einlasshub eines dem jeweiligen Brennraum zugeordneten Kolbens. Besagter Einlasshub erstreckt sich dabei von 360° KWW bis 540° KWW, also von einem oberen Totpunkt OT bei 360° bis zu einem unteren Totpunkt UT bei 540°.

In beiden Diagrammen der Fig. 1 und 2 ist dabei mit unterbrochener Linie ein erster Hubverlauf I eines ersten Einlassventils 1 und mit durchgezogener Linie ein zweiter Hubverlauf II eines zweiten Einlassventils 2 wiedergegeben. Das hier vorgestellte Betriebsverfahren setzt voraus, dass je Brennraum zumindest zwei Einlassventile 1 , 2 vorgesehen sind, die in den Fig. 1 und 2 durch die beiden Hubverläufe I und II

repräsentiert sind. Ein Ventiltrieb zum Ansteuern der Einlassventile 1 , 2 ist hierbei so ausgestaltet, dass bezüglich des unteren Totpunkts bei 540° KWW ein verfrühtes oder verspätetes Schließen der Einlassventile 1 , 2 möglich ist. In Fig. 1 ist dabei ein Atkinson- Betrieb mit verspätetem Einlassschließen wiedergegeben, bei dem die Einlassventile 1 und 2 bei etwa 600° KWW bis 650° KWW schließen. Im Unterschied dazu zeigt Fig. 2 die Hubverläufe I und II für einen Miller-Betrieb mit frühem Einlassschließen. Hier schließen die beiden Einlassventile 1 , 2 bei etwa 510° KWW. In beiden Fällen öffnen die

Einlassventile 1 , 2 etwa beim oberen Totpunkt OT mit 360° KWW. Beachtenswert ist nun, dass die beiden Einlassventile 1 , 2 mit verschiedenen Maximalhüben Hmax, bzw. Hmax _M geöffnet werden. In den Beispielen besitzt das erste Einlassventil 1 jeweils den größeren Maximalhub Hmax. Der kleinere Maximalhub Hmax,, liegt dabei etwa zwischen 40% und 70% des größeren Maximalhubs Hmax,. Bei den hier gezeigten Beispielen liegt der kleinere Maximalhub Hmaxn bei etwa 60% des größeren Maximalhubs Hmax,. Rein exemplarisch beträgt in Fig. 1 der größere Maximalhub Hmax _t etwa 13 mm, während der kleinere Maximalhub Hmaxn etwa 8 mm beträgt. Im Beispiel der Fig. 2 beträgt der größere Maximalhub Hmaxi etwa 1 1 mm, während der kleinere Maximalhub Hmaxn etwa 7 mm beträgt.

Das Miller-Verfahren gemäß Fig. 2 bzw. das Atkinson-Verfahren gemäß Fig. 1 werden vor allem dann angewandt, wenn hohe Abgasrückführraten für den jeweiligen Brennraum erzielt werden sollen. Das bedeutet, dass der zugehörige Kolbenmotor außerdem mit einer Abgasrückführung ausgestattet ist. Hierbei kommt bevorzugt eine externe

Abgasrückführung zum Einsatz, bei der Abgas außerhalb des jeweiligen Brennraums abgezweigt wird und außerhalb des jeweiligen Brennraums der Frischgaszuführung zugeführt wird, so dass dem Brennraum letztlich ein Gemisch aus Frischluft, Brenngas und rückgeführtem Abgas zugeführt wird.

Gemäß den hier gezeigten Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass zumindest bei einem der beiden Einlassventile 1 , 2 bezüglich des Kurbelwellenwinkels KWW ein Hubverlauf I, II vorgesehen ist, der einen Winkelbereich c aufweist, in dem der

Öffnungshub H konstant bleibt. Der jeweilige Hubverlauf I, II besitzt in jedem Fall einen Winkelbereich a, in dem der Öffnungshub H zunimmt und einen Winkelbereich b, in dem der Öffnungshub H abnimmt, die in diesem Fall über den dazwischenliegenden

Winkelbereich c mit konstantem Öffnungshub H ineinander übergehen. Zweckmäßig liegt in besagtem Winkelbereich c konstant der Maximalhub Hmax des jeweiligen

Einlassventils 1 , 2 vor.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform besitzen beide Hubverläufe I, II der beiden Einlassventile 1 , 2 jeweils genau einen solchen Winkelbereich c mit konstantem

Öffnungshub H, der jeweils durch den jeweiligen Maximalhub Hmax gebildet ist. Im Unterschied dazu zeigt die Fig. 2 eine Ausführungsform, bei der nur eines der beiden Einlassventile 1 , 2 einen Hubverlauf I, II besitzt, der genau einen solchen Winkelbereich c mit konstantem Öffnungshub H zeigt, der dort ebenfalls durch den Maximalhub Hmax gebildet ist. Hierbei handelt es sich gemäß der in Fig. 2 gezeigten bevorzugten

Ausführungsform um den Hubverlauf II des zweiten Einlassventils 2, das den kleineren Maximalhub Hmax,, besitzt. Das erste Einlassventil 1 , das den größeren Maximalhub Hmaxi besitzt, zeigt dabei keinen solchen Winkelbereich c mit konstantem Öffnungshub H. Vielmehr gehen bei dem Hubverlauf I des ersten Einlassventils 1 der Winkelbereich a mit zunehmendem Öffnungshub H und der Winkelbereich b mit abnehmendem

Öffnungshub H unmittelbar ineinander über.

Bei dem hier gezeigten bevorzugten Ausführungsformen öffnen und schließen die beiden Einlassventile 1 , 2 synchron, so dass die beiden separaten Hubverläufe I, II in einem Öffnungsbereich d sowie in einem Schließbereich e deckungsgleich verlaufen.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform bildet der Winkelbereich c mit konstantem Maximalhub Hmax, im ersten Hubverlauf I ein Plateau, das sich über etwa 50° KWW erstreckt. Im zweiten Hubverlauf II ist dagegen durch den Winkelbereich c mit konstantem Maximalhub Hmaxn ein Plateau ausgebildet, das sich etwa über 100° KWW erstreckt. In Fig. 2 ist durch den Winkelbereich c mit konstantem Maximalhub Hmax _M des zweiten Einlassventils 2 ein Plateau gebildet, dass sich etwa über 40° KWW erstreckt.

Bei den hier gezeigten Ausführungsformen sind die beiden Hubverläufe I, II der beiden Einlassventile 1 , 2 außerdem weitgehend symmetrisch konfiguriert, so dass die

Winkelbereiche a mit zunehmendem Öffnungshub H weitgehend spiegelsymmetrisch zu den Winkelbereichen b mit abnehmendem Öffnungshub H gestaltet sind.

Den beiden Einlassventilen 1 , 2 können separate Einlasskanäle zugeordnet sein, so dass die beiden Einlassventile 1 , 2 zwei separate Einlasskanäle steuern. Dabei kann es sich grundsätzlich um zwei separate Zuströmkanäle handeln. Bevorzugt ist jedoch

vorgesehen, dass zumindest einer der Einlasskanäle als Drallkanal ausgestaltet ist. Ein derartiger Drallkanal besitzt abweichend zu einem herkömmlichen Zuströmkanal eine Orientierung, die in der Gasströmung, die durch diesen Drallkanal in den Brennraum einströmen kann, eine Strömungskomponente in der Umfangsrichtung des zylindrischen Brennraums besitzt. Im Unterschied dazu ist die mit einem Zuströmkanal erzeugte Gasströmung nahezu ausschließlich radial und/oder axial zur Längsmittelachse des jeweiligen Zylinders orientiert.