DE10115597A1 - Verfahren zum Betreiben einer direkteinspritzenden Benzin-Brennkraftmaschine - Google Patents
Verfahren zum Betreiben einer direkteinspritzenden Benzin-BrennkraftmaschineInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer direkteinspritzenden Benzin-Brennkraftmaschine (1) insbesondere eines Kraftfahrzeugs, bei dem Benzin in einem Brennraum (4) der Brennkraftmaschine (1) direkt eingespritzt und ein Zündfunke in dem Brennraum (4) gezündet wird. Um trotz eines relativ großen Elektrodenabstands einer Zündkerze (10) der Brennkraftmaschine (1) ein in dem Brennraum (4) enthaltenes Benzin-Luft-Gemisch mit einer relativ niedrigen Zündspannung sicher und zuverlässig zünden zu können, wird vorgeschlagen, dass der Zündfunke vor dem Beginn der Einspritzung (45) gezündet und eine Funkenbrenndauer (44) bis über das Ende der Einspritzung (45) hinaus erhalten wird.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum
Betreiben einer direkteinspritzenden Benzin-
Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs. Bei
dem Verfahren wird Benzin in einen Brennraum der
Brennkraftmaschine direkt eingespritzt und ein Zündfunke in
dem Brennraum gezündet.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Speicherelement für ein
Steuergerät einer direkteinspritzenden Benzin-
Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs. Auf
dem Speicherelement ist ein Computerprogramm abgespeichert,
das auf einem Rechengerät, insbesondere auf einem
Mikroprozessor, ablauffähig ist. Das Speicherelement ist
bspw. als ein Read-Only-Memory, ein Random-Access-Memory
oder als ein Flash-Memory ausgebildet.
Die vorliegende Erfindung betrifft des Weiteren ein
Computerprogramm, das auf einem Rechengerät, insbesondere
auf einem Mikroprozessor, ablauffähig ist.
Schließlich betrifft die Erfindung ein Steuergerät für eine
direkteinspritzende Benzin-Brennkraftmaschine insbesondere
eines Kraftfahrzeugs. Das Steuergerät dient zur Steuerung
der Einspritzung von Benzin in einen Brennraum der
Brennkraftmaschine und der Zündung eines Zündfunkens in dem
Brennraum.
Bei aus dem Stand der Technik bekannten
direkteinspritzenden Benzin-Brennkraftmaschinen wird Benzin
direkt in den Brennraum eines Zylinders der
Brennkraftmaschine eingespritzt. Das in dem Brennraum
komprimierte Benzin-Luft-Gemisch wird anschließend durch
Zünden eines Zündfunkens in dem Brennraum entzündet. Das
Volumen des entzündeten Benzin-Luft-Gemisches dehnt sich
explosionsartig aus und versetzt einen in dem Zylinder hin-
und herbewegbaren Kolben in Bewegung. Die Hin- und
Herbewegung des Kolbens wird auf eine Kurbelwelle der
Brennkraftmaschine übertragen.
Direkteinspritzende Brennkraftmaschinen können in
verschiedenen Betriebsarten betrieben werden. Als eine
erste Betriebsart ist ein sog. Schichtbetrieb bekannt, der
insbesondere bei kleineren Lasten verwendet wird. Als eine
zweite Betriebsart ist ein sog. Homogenbetrieb bekannt, der
bei größeren, an der Brennkraftmaschine anliegenden Lasten
zur Anwendung kommt. Die verschiedenen Betriebsarten
unterscheiden sich insbesondere in dem Einspritzzeitpunkt
und der Einspritzdauer sowie in dem Zündzeitpunkt.
Im Schichtbetrieb wird das Benzin während der
Verdichtungsphase der Brennkraftmaschine in den Brennraum
derart eingespritzt, dass sich im Zeitpunkt der Zündung
eine Kraftstoffwolke in unmittelbarer Umgebung einer
Zündkerze befindet. Diese Einspritzung kann auf
unterschiedliche Weise erfolgen. So ist es möglich, dass
die eingespritzte Kraftstoffwolke sich bereits während bzw.
unmittelbar nach der Einspritzung bei der Zündkerze
befindet und von dieser entzündet wird. Ebenfalls ist es
möglich, dass die eingespritzte Kraftstoffwolke durch eine
Ladungsbewegung zu der Zündkerze geführt und dann erst
entzündet wird. Bei beiden Brennverfahren liegt keine
gleichmäßige Kraftstoffverteilung in dem Brennraum vor,
sondern eine Schichtladung.
Der Vorteil des Schichtbetriebs liegt darin, dass mit einer
sehr geringen Kraftstoffmenge die anliegenden kleineren
Lasten von der Brennkraftmaschine ausgeführt werden können.
Größere Lasten können allerdings nicht durch den
Schichtbetrieb erfüllt werden.
In dem für derartige große Lasten vorgesehenen
Homogenbetrieb wird das Benzin während der Ansaugphase der
Brennkraftmaschine eingespritzt, so dass eine Verwirbelung
und damit eine Verteilung des Benzins in dem Brennraum noch
vor der Zündung noch ohne Weiteres erfolgen kann. Insoweit
entspricht der Homogenbetrieb in etwa der Betriebsweise von
Brennkraftmaschinen, bei denen in herkömmlicher Weise
Kraftstoff in das Ansaugrohr eingespritzt wird. Bei Bedarf
kann auch bei kleineren Lasten der Homogenbetrieb
eingesetzt werden.
Im Schichtbetrieb wird eine Drosselklappe in einem zu dem
Brennraum führenden Ansaugrohr weit geöffnet und die
Verbrennung wird im Wesentlichen nur durch die
einzuspritzende Kraftstoffmasse gesteuert und/oder
geregelt. Im Homogenbetrieb wird die Drosselklappe in
Abhängigkeit von dem angeforderten Moment geöffnet bzw.
geschlossen und die einzuspritzende Kraftstoffmasse wird in
Abhängigkeit von der angesaugten Luftmasse gesteuert
und/oder geregelt.
In beiden Betriebsarten, also im Schichtbetrieb und im
Homogenbetrieb, wird die einzuspritzende Kraftstoffmasse
zusätzlich in Abhängigkeit von einer Mehrzahl weiterer
Betriebsgrößen auf einen im Hinblick auf
Kraftstoffeinsparung, Abgasreduzierung, Lärmverminderung
und dergleichen optimalen Wert gesteuert und/oder geregelt.
Die Steuerung und/oder Regelung ist dabei in den beiden
Betriebsarten unterschiedlich.
Bei strahlgeführten BDE-Brennverfahren im Schichtbetrieb
ist es sinnvoll, unmittelbar vor einer Einspritzdüse, also
an der Strahlwurzel, zu zünden. Das kann dadurch sicher
erreicht werden, dass die Funkenstrecke einer Zündkerze im
Bereich der Strahlwurzel angeordnet ist und der Zündfunke
zu einem Zeitpunkt brennt, zu dem das geometrische
Strahlende des eingespritzten Benzinstrahls die
Funkenstrecke passiert. Da beim strahlgeführten BDE-
Brennverfahren sehr spät eingespritzt wird, der Kolben sich
also schon nahe des oberen Totpunktes befindet, ist die
Dichte des in dem Brennraum befindlichen Benzin-Luft-
Gemisches sehr hoch. Das hat einen hohen
Zündspannungsbedarf, typischerweise etwa 25 kV bei einem
Elektrodenabstand von 1 mm, zur Folge. Elektrodenabstände
von deutlich mehr als 1 mm sind mit einer heute zur
Verfügung stehenden Zündspannung von etwa 30 kV nicht
realisierbar.
Es besteht jedoch insbesondere bei dem strahlgeführten BDE-
Brennverfahren der Wunsch, Elektrodenabstände von deutlich
mehr als 1 mm, z. B. von 5 mm oder mehr, realisieren zu
können, um z. B. eine Vielzahl von Einzelstrahlen einer
Mehrlochdüse gemeinsam oder um einmal quer durch die
Strahlwurzel des Einspritzstahls zünden zu können. Derart
große Elektrodenabstände würden zum Entzünden des Benzin-
Luft-Gemisches jedoch Zündspannungen von deutlich mehr als
50 kV erfordern, die aus Gründen der Baugröße, des
erforderlichen Isolationsaufwandes sowie der hohen Kosten
nicht realisierbar sind.
Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe
zugrunde, die sichere und zuverlässige Entzündung eines
Benzin-Luft-Gemisches in einem Brennraum einer
direkteinspritzenden Brennkraftmaschine bei einer relativ
niedrigen Zündspannung mit einer Zündkerze mit einem
deutlich erhöhten Elektrodenabstand zu ermöglichen.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ausgehend
von dem Verfahren zum Betreiben einer direkteinspritzenden
Benzin-Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art vor,
dass der Zündfunke vor dem Beginn der Einspritzung gezündet
und eine Funkendauer bis über das Ende der Einspritzung
hinaus anhält.
Erfindungsgemäß wird der Zündfunke zu einem so frühen
Zeitpunkt gezündet, dass die an der Zündkerze anliegende
Zündspannung trotz eines großen Elektrodenabstandes
aufgrund der dann noch relativ niedrigen Dichte in dem
Brennraum ausreicht. Zum Zeitpunkt der Zündung des
Zündfunkens befindet sich der Kolben noch relativ weit von
seinem oberen Totpunkt entfernt und das in dem Brennraum
enthaltene Volumen ist noch nicht besonders stark
komprimiert. Der Zündfunke wird dann bis über das Ende der
danach erfolgenden Einspritzung hinaus brennen. Da die
Brennspannung einer Zündkerze deutlich niedriger als die
Zündspannung ist, reicht die an der Zündkerze anliegende
herkömmliche Spannung von etwa 30 kV trotz des deutlich
vergrößerten Elektrodenabstandes aus, um den Funken zu
stärken und danach bei zunehmender Dichte brennen zu
lassen.
Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass insbesondere bei
einem strahlgeführten Brennverfahren im Schichtbetrieb der
für eine erfolgreiche Entflammung des Benzin-Luft-Gemisches
erforderliche "physikalische" Zeitbereich eng an das Ende
der Einspritzung gekoppelt ist, da das Gemisch nur dann
erfolgreich durchbrennen kann, wenn das Strahlende
angezündet wird. Dies bedeutet, dass es lediglich wichtig
ist, diesen "physikalischen" Zeitbereich von der Brenndauer
des Zündfunkens abzudecken. Es ist jedoch ohne Bedeutung,
wenn der Zündfunke deutlich früher gezündet wird oder bis
deutlich später brennt. Die thermodynamisch relevante
zeitliche Lage des Schwerpunkts der Verbrennung ist also
insbesondere abhängig von dem Beginn und der Dauer der
Einspritzung.
Die für die Verbrennung des Benzin-Luft-Gemisches
erforderliche Temperatur wird nicht innerhalb kürzester
Zeit, durch einen kurzzeitig anliegenden Zündfunken
aufgebracht. Vielmehr akkumuliert sich die erforderliche
Zündenergie über einen längeren Zeitraum hinweg, nämlich
von der Zündung des Zündfunken vor dem Beginn der
Einspritzung bis zum Erreichen des "physikalischen"
Zeitbereichs im Anschluss an das Ende der Einspritzung.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird
vorgeschlagen, dass die Brennkraftmaschine in einem
Schichtbetrieb betrieben wird. Des Weiteren wird
vorgeschlagen, dass die Brennkraftmaschine strahlgeführt
betrieben wird. Zusätzliche Informationen zu dem
strahlgeführten BDE-Brennverfahren können dem
"Kraftfahrtechnischen Taschenbuch/Bosch" 22. Aufl.,
Springer-Verlag, 1998, S. 369 entnommen werden. Auf diese
Veröffentlichung wird ausdrücklich Bezug genommen.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der
vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass die
Funkendauer anhält, bis das geometrische Ende eines
Einspritzstrahls die Zündstelle passiert hat. Gemäß dieser
Weiterbildung wird der Tatsache Rechnung getragen, dass das
Benzin-Luft-Gemisch nur dann erfolgreich durchbrennen kann,
wenn das Strahlende angezündet wird. Wann das Strahlende
die Zündstelle passiert hat, kann bspw. mittels einer in
den Brennraum ragenden Ionenstromsonde ermittelt werden.
Weitere Informationen zu dem Ionenstrommessverfahren können
dem "Kraftfahrtechnischen Taschenbuch/Bosch", aaO., S. 442
entnommen werden. Auf diese Veröffentlichung wird
ausdrücklich Bezug genommen.
Von besonderer Bedeutung ist die Realisierung des
erfindungsgemäßen Verfahrens in der Form eines
Speicherelements, das für ein Steuergerät einer
direkteinspritzenden Benzin-Brennkraftmaschine insbesondere
eines Kraftfahrzeugs vorgesehen ist. Dabei ist auf dem
Speicherelement ein Computerprogramm abgespeichert, das auf
einem Rechengerät, insbesondere auf einem Mikroprozessor,
ablauffähig und zur Ausführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens geeignet ist. In diesem Fall wird also die
Erfindung durch ein auf dem Speicherelement abgespeichertes
Computerprogramm realisiert, so dass dieses mit dem
Computerprogramm versehene Speicherelement in gleicher
Weise die Erfindung darstellt wie das Verfahren, zu dessen
Ausführung das Computerprogramm geeignet ist. Als
Speicherelement kann insbesondere ein elektrisches
Speichermedium zur Anwendung kommen, bspw. ein Read-Only-
Memory, ein Random-Access-Memory oder ein Flash-Memory.
Die Erfindung betrifft auch ein Computerprogramm der
eingangs genannten Art, das zur Ausführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist, wenn es auf dem
Rechengerät abläuft. Besonders bevorzugt ist dabei, wenn
das Computerprogramm auf einem Speicherelement,
insbesondere auf einem Flash-Memory, abgespeichert ist.
Als eine weitere Lösung der Aufgabe der vorliegenden
Erfindung wird ausgehend von dem Steuergerät für eine
direkteinspritzende Benzin-Brennkraftmaschine der eingangs
genannten Art vorgeschlagen, dass das Steuergerät eine
Zündung des Zündfunkens vor dem Beginn der Einspritzung und
eine Funkdauer bis über das Ende der Einspritzung hinaus
veranlasst.
Schließlich wird als noch eine weitere Lösung der Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ausgehend von der
direkteinspritzenden Benzin-Brennkraftmaschine der eingangs
genannten Art vorgeschlagen, dass die Zündanlage den
Zündfunken vor dem Beginn der Einspritzung zündet und eine
Funkendauer bis über das Ende der Einspritzung hinaus
liefert.
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der
Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in der
Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen
oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger
Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von
ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren
Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw.
Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung. Es
zeigen:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße direkteinspritzende Benzin-
Brennkraftmaschine gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform;
Fig. 2 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen
Verfahrens gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform;
Fig. 3 einen zeitlichen Ablauf des erfindungsgemäßen
Verfahrens aus Fig. 2 in Abhängigkeit von einer
Drehwinkelstellung °KW einer Kurbelwelle der
Brennkraftmaschine; und
Fig. 4 eine Düse eines Einspritzventils der
Brennkraftmaschine aus Fig. 1 und einen von dem
Einspritzventil eingespritzten Einspritzstrahl.
In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße direkteinspritzende
Benzin-Brennkraftmaschine 1 eines Kraftfahrzeugs
dargestellt, bei der ein Kolben 2 in einem Zylinder 3 hin-
und herbewegbar ist. Der Zylinder 3 ist mit einem Brennraum
4 versehen, der unter anderem durch den Kolben 2, ein
Einlassventil 5 und ein Auslassventil 6 begrenzt ist. Mit
dem Einlassventil 5 ist ein Ansaugrohr 7 und mit dem
Auslassventil ein Abgasrohr 8 gekoppelt.
Im Bereich des Einlassventils 5 und des Auslassventils 6
ragen ein Einspritzventil 9 und eine Zündkerze 10 in den
Brennraum 4. Über das Einspritzventil 9 kann Benzin in den
Brennraum 4 eingespritzt werden. Mit der Zündkerze 10 kann
das Benzin-Luft-Gemisch in dem Brennraum 4 entzündet
werden.
In dem Ansaugrohr 7 ist eine drehbare Drosselklappe 11
untergebracht, über die dem Ansaugrohr 7 Luft zuführbar
ist. Die Menge der zugeführten Luft ist abhängig von der
Winkelstellung der Drosselklappe 11. In dem Abgasrohr 8 ist
ein Katalysator 12 untergebracht, der der Reinigung der
durch die Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches
entstehenden Abgase dient.
Der Kolben 2 wird durch die Verbrennung des Kraftstoff-
Luft-Gemisches 4 in eine Hin- und Herbewegung versetzt, die
auf eine nicht dargestellte Kurbelwelle übertragen wird und
auf diese ein Drehmoment ausübt.
Ein Steuergerät 18 zur Steuerung und/oder Regelung der
direkteinspritzenden Brennkraftmaschine 1 ist von
Eingangssignalen 19 beaufschlagt, die mittels Sensoren
gemessene Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine 1
darstellen. Bspw. ist das Steuergerät 18 mit einem
Luftmassensensor, einem Lambda-Sensor, einem Drehzahlsensor
und dergleichen verbunden. Des Weiteren ist das Steuergerät
18 mit einem Fahrpedalsensor verbunden, der ein Signal
erzeugt, das die Stellung eines von einem Fahrer
betätigbaren Fahrpedals und damit das angeforderte
Drehmoment angibt. Das Steuergerät 18 erzeugt
Ausgangssignale 20, mit denen über Aktoren bzw. Steller das
Verhalten der Brennkraftmaschine 1 beeinflusst werden kann.
Bspw. ist das Steuergerät 18 mit dem Einspritzventil 9
(Steuersignal EW), der Zündkerze 10 (Steuersignal ZV), der
Drosselklappe 11 und dergleichen verbunden und erzeugt die
zu deren Ansteuerung erforderlichen Signale.
Unter anderem ist das Steuergerät 18 dazu vorgesehen, die
Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine 1 zu steuern und/oder
zu regeln. Bspw. wird die von dem Einspritzventil 9 in den
Brennraum 4 eingespritzte Kraftstoffmasse von dem
Steuergerät 18 insbesondere im Hinblick auf einen geringen
Kraftstoffverbrauch, eine geringe Schadstoffentwicklung
und/oder eine geringe Lärmverursachung gesteuert und/oder
geregelt. Zu diesem Zweck ist das Steuergerät 18 mit einem
Mikroprozessor 21 versehen, der in einem Flash-Memory 22
ein Computerprogramm abgespeichert hat, das dazu geeignet
ist, die genannte Steuerung und/oder Regelung durchzuführen
und das nachfolgend im Detail erläuterte erfindungsgemäße
Verfahren auszuführen.
Die Brennkraftmaschine 1 aus Fig. 1 kann in einer Vielzahl
unterschiedlicher Betriebsarten betrieben werden. So ist es
möglich, die Brennkraftmaschine 1 in einem Homogenbetrieb,
einem Schichtbetrieb, einem homogenen Magerbetrieb oder
dergl. zu betreiben. Im Homogenbetrieb wird der Kraftstoff
während der Ansaugphase von dem Einspritzventil 9 direkt in
den Brennraum 4 der Brennkraftmaschine 1 eingespritzt. Der
Kraftstoff wird dadurch bis zur Zündung noch weitgehend
verwirbelt, so dass im Brennraum 4 ein im Wesentlichen
homogenes Kraftstoff-Luft-Gemisch entsteht. Das zu
erzeugende Moment wird dabei im Wesentlichen über die
Stellung der Drosselklappe 11 von dem Steuergerät 18
eingestellt. Im Homogenbetrieb werden die Betriebsgrößen
der Brennkraftmaschine 1 derart gesteuert und/oder
geregelt, dass Lambda = 1 ist. Der Homogenbetrieb wird
insbesondere bei Volllast angewendet.
Der homogene Magerbetrieb entspricht weitgehend dem
Homogenbetrieb, es wird jedoch das Lambda auf einen Wert
größer 1 eingestellt.
Im Schichtbetrieb wird der Kraftstoff während der
Verdichtungsphase von dem Einspritzventil 9 direkt in den
Brennraum 4 der Brennkraftmaschine 1 eingespritzt. Damit
ist bei der Zündung durch die Zündkerze 10 kein homogenes
Gemisch im Brennraum 4 vorhanden, sondern eine
Kraftstoffschichtung. Die Drosselklappe 11 kann, abgesehen
von Anforderungen z. B. einer Abgasrückführung und/oder
einer Tankentlüftung vollständig geöffnet und die
Brennkraftmaschine 1 damit entdrosselt betrieben werden.
Das zu erzeugende Moment wird im Schichtbetrieb weitgehend
über die Kraftstoffmasse eingestellt. Mit dem
Schichtbetrieb kann die Brennkraftmaschine 1 insbesondere
im Leerlauf und bei Teillast betrieben werden.
Zwischen den genannten Betriebsarten der Brennkraftmaschine
1 kann hin- und her- bzw. umgeschaltet werden. Derartige
Umschaltungen werden von dem Steuergerät 18 durchgeführt.
An der Oberseite des Kolbens 2 ist eine Brennraummulde 23
vorgesehen. Das Einspritzventil 9 ist zentrisch zu der
Brennraummulde 23 angeordnet und weist eine 6- bis 8-Loch-
Düse auf. Durch die Brennraummulde 23 und das besonders
ausgebildete Einspritzventil 9 kann ein strahlgeführtes
Brennverfahren realisiert werden. Die Brennkraftmaschine 1
wird im Schichtbetrieb betrieben. Das Benzin-Luft-Gemisch
wird unmittelbar vor dem Austritt des Einspritzventils 9,
also an der Strahlwurzel, gezündet. Die Zündkerze 10 weist
Elektroden auf, zwischen denen sich nach Zündung der
Zündkerze 10 eine Funkenstrecke ausbildet. Der
Elektrodenabstand beträgt einige Millimeter, und liegt
somit deutlich oberhalb dem üblichen Elektrodenabstand von
etwa 1 mm. Der relativ große Elektrodenabstand hat den
Vorteil, dass bei einem Einspritzventil 9 mit einer
Mehrlochdüse viele Einzelstrahlen gemeinsam gezündet werden
können oder dass quer durch die Strahlwurzel eines Benzin-
Einspritzstrahls 51 (vgl. Fig. 4) gezündet werden kann. In
Fig. 4 ist eine Einspritzdüse 52 des Einspritzventils 9 und
der in den Brennraum 4 eingespritzte Benzin-Einspritzstrahl
51 mit seinem geometrischen Strahlende 50 dargestellt. Die
Funkenstrecke ist im Bereich der Strahlwurzel angeordnet.
Die Zündkerze 10 wird von dem Steuergerät 18 derart
angesteuert, dass ein Zündfunke vor Beginn der Benzin-
Einspritzung gezündet wird und die Funkenstrecke zumindest
so lange brennt, bis das geometrische Strahlende 50 (vgl.
Fig. 4) des Einspritzstrahls 51 die Funkenstrecke passiert
hat.
Da früh, d. h. bei niedriger Dichte gezündet wird, reicht
trotz des relativ großen Elektrodenabstands eine
herkömmliche Zündspannung von etwa 25-30 kV aus. Die
Entflammung wird gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch
erreicht, dass der von der Zündkerze 10 erzeugte Funken
über einen relativ langen Zeitraum in dem Brennraum 4
brennt. Dieser Zeitraum beginnt vor dem Beginn der
Einspritzung und endet erst nach dem Ende der Einspritzung.
Für die Erzeugung der für die Entflammung des Benzin-Luft-
Gemisches erforderlichen Temperatur steht also ein relativ
langer Zeitraum zur Verfügung. Durch das Einspritzen des
Benzins in den Brennraum 4 wird dann die Verbrennung
ausgelöst.
In Fig. 3 ist der zeitliche Ablauf des Verfahrens aus Fig.
2 dargestellt. Mit 40 ist der Einspritzverlauf, mit 42 der
Zündverlauf und mit 43 eine Drehwinkelstellung °KW der
Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 1 bezeichnet. Die
Brenndauer des Zündfunkens ist mit 44 und die
Einspritzdauer mit 45 bezeichnet. Bei einem strahlgeführten
Brennverfahren im Schichtbetrieb ist entscheidend für eine
erfolgreiche Entflammung des Benzin-Luft-Gemisches ein sog.
"physikalischer" Zeitbereich tphy, der eng an das Ende 41
der Einspritzung 45 gekoppelt ist. Das Benzin-Luft-Gemisch
kann nur dann erfolgreich durchbrennen, wenn das
geometrische Strahlende 50 (vgl. Fig. 4) angezündet wird.
Das bedeutet, dass insbesondere der "physikalische"
Zeitbereich tphy von der Brenndauer 44 der Funkenstrecke
abgedeckt sein muss, was bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren auch der Fall ist. Einen relativ geringen
Einfluss auf die Verbrennung des Benzin-Luft-Gemisches hat
der Anfang und das Ende der Brenndauer 44, d. h. ob der
Zündfunke deutlich früher als der physikalische Zeitbereich
tphy gezündet wird oder die Funkenstrecke bis deutlich
später brennt. Die relativ lange Brenndauer 44 wirkt sich
jedoch vorteilhaft auf die Zündspannung für die Zündkerze
10 aus. Statt einer relativ hohen Zündspannung von bspw. 50 kV
oder mehr, die nur kurzzeitig an der Zündkerze 10
anliegt, reicht eine wesentlich niedrigere Spannung von
bspw. 25 bis 30 kV aus, um den Funken zu entzünden. Die
niedrigere Brennspannung von typisch < 2 KV liegt dafür
aber für einen längeren Zeitraum an der Zündkerze 10.
Für die vorliegende Erfindung sind Zündanlagen besonders
vorteilhaft, bei denen die Brenndauer 44 des Zündfunkens
bzw. der Funkenstrecke steuerbar ist. Solche Zündanlagen
sind bspw. Pulszugzündungen, Pulszugzündungen mit
Energieübertrag in der Ladephase, Wechselstromzündungen
oder HF-Zündungen.
In Fig. 2 ist ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen
Verfahrens dargestellt. Das Verfahren beginnt in einem
Funktionsblock 30. In einem Funktionsblock 31 wird ein
Zündfunke von der Zündkerze 10 gezündet und am Brennen
gehalten. In einem Funktionsblock 32 wird Benzin in den
Brennraum 4 der Brennkraftmaschine 1 eingespritzt. Der
Funktionsblock 32 umfasst die gesamte Benzineinspritzung,
vom Anfang bis zum Ende. Nach dem Ende der Einspritzung 45
wird in einem Funktionsblock 33 die Brenndauer 44 der
Funkenstrecke beendet. Vorzugsweise wird abgewartet, bis
ein geometrisches Ende 50 des Einspritzstrahls 51 (vgl.
Fig. 4) die Zündstelle passiert hat. In einem
Funktionsblock 34 wird das erfindungsgemäße Verfahren dann
beendet.
Claims (9)
1. Verfahren zum Betreiben einer direkteinspritzenden
Benzin-Brennkraftmaschine (1) insbesondere eines
Kraftfahrzeugs, bei dem Benzin in einen Brennraum (4) der
Brennkraftmaschine (1) direkt eingespritzt und ein
Zündfunke in dem Brennraum (4) gezündet wird, dadurch
gekennzeichnet, dass der Zündfunke vor dem Beginn der
Einspritzung (45) gezündet und die Funkendauer (44) bis
über das Ende der Einspritzung (45) hinaus anhält.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass die Brennkraftmaschine (1) in einem Schichtbetrieb
betrieben wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (1)
strahlgeführt betrieben wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, dass die Funkendauer (44) anhält, bis das
geometrische Ende (50) eines Einspritzstrahls (51) die
Zündstelle passiert hat.
5. Speicherelement (22), insbesondere Read-Only-Memory,
Random-Access-Memory oder Flash-Memory, für ein Steuergerät
(18) einer direkteinspritzenden Benzin-Brennkraftmaschine
(1) insbesondere eines Kraftfahrzeugs, auf dem ein
Computerprogramm abgespeichert ist, das auf einem
Rechengerät, insbesondere auf einem Mikroprozessor (21)
ablauffähig und zur Ausführung eines Verfahrens nach einem
der Ansprüche 1 bis 4, geeignet ist.
6. Computerprogramm, das auf einem Rechengerät,
insbesondere auf einem Mikroprozessor (21), ablauffähig
ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Computerprogramm zur
Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis
4 geeignet ist, wenn es auf dem Rechengerät abläuft.
7. Computerprogramm nach Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, dass das Computerprogramm auf einem
Speicherelement (22), insbesondere auf einem Flash-Memory,
abgespeichert ist.
8. Steuergerät (18) für eine direkteinspritzende Benzin-
Brennkraftmaschine (1) insbesondere eines Kraftfahrzeugs
zur Steuerung und/oder Regelung der Einspritzung von Benzin
in einen Brennraum (4) der Brennkraftmaschine (1) und der
Zündung eines Zündfunkens in dem Brennraum (4), dadurch
gekennzeichnet, dass das Steuergerät (18) eine Zündung des
Zündfunken vor dem Beginn der Einspritzung (45) und eine
Funkendauer (44) bis über das Ende der Einspritzung (45)
hinaus veranlasst.
9. Direkteinspritzende Benzin-Brennkraftmaschine (1)
insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wobei die
Brennkraftmaschine (1) ein Kraftstoffeinspritzsystem zum
direkten Einspritzen von Benzin in einen Brennraum (4) der
Brennkraftmaschine (1) und eine Zündanlage zum Zünden eines
Zündfunken in dem Brennraum (4) aufweist, dadurch
gekennzeichnet, dass die Zündanlage den Zündfunken vor dem
Beginn der Einspritzung (45) zündet und eine Funkendauer
bis über das Ende der Einspritzung (45) hinaus liefert.
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