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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine
mit Wechsel zwischen einem Fremdzündungsbetrieb und einem Kompressionszündungsbetrieb
der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung.
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In
einer Hubkolbenbrennkraftmaschine begrenzt in jedem Zylinder ein
längsbeweglich
angeordneter Kolben einen Brennraum, in dem ein Gemisch aus Kraftstoff
und sauerstoffhaltigem Frischgas verbrannt wird. Zur Zuführung von
Frischgas und Abführung
der Verbrennungsabgase sind Einlasskanäle und Auslasskanäle vorgesehen,
deren Gaswechselventile zur Durchführung des zyklischen Ladungswechsels
von einem Ventiltrieb angesteuert werden.
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Bei
einer Betriebsart mit Fremdzündung
wird das im Brennraum gebildete Kraftstoffgemisch von dem Zündfunken
einer in den Brennraum des jeweiligen Zylinders einragenden Zündkerze
gezündet.
Die Fremdzündung
nach dem Otto-Prinzip sieht ein stöchiometrisches Kraftstoffgemisch
vor, bei dem die zur Gemischbildung erforderliche Frischgasmenge
durch Drosselung im Einlasskanal bereitgestellt wird. Daneben ist
eine als Kompressionszündung
oder auch Raumzündung
genannte Betriebsart der Brennkraftmaschine bekannt, bei der durch
gezielte Anhebung der Brennraumtemperatur das gebildete Kraftstoffgemisch
zur Selbstzündung
gebracht wird. Bei dieser Betriebsart, bei der das Frischgas ungedrosselt
zugeführt
werden kann, wird ein besserer Wirkungsgrad der Kraftstoffverbrennung
erreicht als beim ottomotorischen Betrieb, und darüber hinaus
werden weniger Stickoxide gebildet. Der Betrieb mit Kompressionszündung ist
jedoch aus verschiedenen Gründen auf
den Teillastbereich der Brennkraftmaschine zu beschränken. Zum
einen sind die mit steigender Last aufgrund der Druckanstiege lauter
werdenden Verbrennungsgeräusche
bei Motoren für
Kraftfahrzeuge nicht hinnehmbar. Des Weiteren steigt die Stickoxidemission
bei der Verbrennung magerer Luft-/Kraftstoffgemische im Kompressionszündungsbetrieb
bei höheren
Lasten auf ein Maß,
welches eine äußerst aufwendige
Abgasnachbehandlung erforderlich machen würde. Schließlich ist zu berücksichtigen,
dass die im Kompressionszündungsbetrieb
erforderliche Temperaturanhebung im Brennraum durch Abgasrückhaltung
erreicht wird und die Beimischung von Verbrennungsabgasen bei hohen
Lasten zu so genannten Lambda-Grenzen
führen.
Um der Anforderung an einen Fahrzeugmotor zu genügen, den gesamten notwendigen
Last- und Drehzahlbereich abzudecken, ist bei höheren Betriebslasten der ottomotorische
Betrieb vorgesehen. Es ist daher entsprechend der angeforderten
Betriebslast ein Wechsel der Betriebsart zwischen Fremdzündungsbetrieb
und Kompressionszündungsbetrieb
in unteren Lastbereichen erforderlich.
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Die
DE 199 23 413 A1 offenbart
ein Verfahren zum Betrieb einer im Viertakt arbeitenden Hubkolben-Brennkraftmaschine
mit wechselnder Kompressions- und Fremdzündung bei Volllast und stöchiometrischer
Gemischbildung, bei dem die Abgasrückhaltung zur Begünstigung
der Selbstzündung durch
eine schaltbare Ventilunterschneidung und gleichzeitigem Abgasaufstau
durch eine Abgasklappe erfolgen soll. Der Wechsel zwischen Ventilunterschneidung
und Ventilüberschneidung,
d.h. dem Umschalten zwischen den Steuerzeiten der Gaswechselventile
im Kompressionszündbetrieb
und im Fremdkzündungsbetrieb
erfolgt durch Verschieben einer Nockenwelle, wodurch die Phasenlage
der Öffnungsvorgänge verändert wird.
Zum Wechsel der Betriebsart muss das bekannte Verfahren eine Vielzahl
von Betriebsparametern erfassen, nämlich die Abgasrückhaltung,
die Drosselung der Frischladung sowie die Größe des Zündwinkels im Fremdzündungsbetrieb
und der Menge und dem Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung sowie
schließlich
auch eine Abgasrückführungsrate.
Alle Stellmittel für
diese beim Wechsel der Betriebsart zu berücksichtigenden Parameter sollen
im Betrieb mit der jeweiligen Betriebsart aufeinander abgestimmt
werden. Da diese Stellgrößen in ihrer
Vielzahl beim Wechsel der Betriebsart nicht beherrschbar sind, soll
sich bei dem bekannten Verfahren der Wechsel der Betriebsart über mehrere Arbeitszyklen
erstrecken, wobei zunächst
die Verschiebung der Nockenwelle vorgesehen ist und anschließend das
Schließen
bzw. Öffnen
der Drosselklappe und der Abgasstauklappe erfolgen soll. Dabei ist
die Kraftstoffeinspritzung während
des Wechsels der Betriebsart abzuschalten.
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In ähnlicher
Weise sieht die
US
6,336,436 B1 bei einem Wechsel der Betriebsart zwischen
Fremdzündungsbetrieb
und Kompressionszündungsbetrieb eine
Veränderung
der Phasenlage der Gaswechselventile zur Realisierung erhöhter Abgasrückhaltung im
Brennraum zur Kompressionszündung
vor, wobei im Kompressionszündungsbetrieb
der Schließzeitpunkt
des Auslassventils gegenüber
dem Fremdzündungsbetrieb
in Richtung "Spät" verschoben werden soll.
Gleichzeitig wird der Öffnungszeitpunkt
des Einlassventils vorgezogen, so dass sich die geforderte Ventilunterschneidung
ergibt. Ein Wechsel der Betriebsarten soll sich über mehrere Arbeitsspiele der Brennkraftmaschine
erstrecken, wobei ein Übergangsbetrieb
vorgesehen ist, in dem die Einspritzzeiten einer direkten Kraftstoffeinspritzung
variiert werden sollen und die Kraftstoffeinspritzung während des
Einlasstaktes bei geschlossenem Einlassventil vorgesehen ist. Die
besondere Vorgehensweise beim Übergangsbetrieb
wird als zwingend angesehen, um einen langen Übergangsbetrieb zu ermöglichen,
um Klopferscheinungen der Brennkraftmaschine beim Umschalten der
Betriebsart entgegenzuwirken.
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Die
DE 101 22 775 A1 beschreibt
einen hybriden Motor mit wechselnder Kompressionszündung und
Funkenzündung,
bei dem für
Einlassventile und Auslassventile jeweils eine Nockenwelle vorgesehen ist
und welcher eine variable Nockenwellen-Zeitsteuerung aufweist zur
Umschaltung der Steuerzeiten der Gaswechselventile. Dabei soll die
Zeitsteuerung beider Nockenwellen so ausgebildet sein, dass große Veränderungen
der Ventilüberlappungen
hergestellt werden können
und erreicht wird, dass im Kompressionszündungs-Modus eine solch große Ventil-Überlappung vorhanden ist, dass
das Einlassventil öffnet, bevor
das Auslassventil schließt.
Die Steuerzeiten werden bei dem bekannten Motor durch Veränderungen
der Phasenlagen der Öffnungsereignisse
der Gaswechselventile hergestellt.
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Um
sowohl die für
die Kompressionszündung
erforderliche Abgasrückhaltung
durch Ventilunterschneidung zu erzeugen als auch im Fremdzündungsbetrieb
eine kleine Ventilüberschneidung
bei der Steuerung der Gaswechselventile bereitzustellen und so über den
gesamten Last- und Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine zwei Brennverfahren einzusetzen,
wird nach den bekannten Vorschlägen ein
voll variabler Ventiltrieb vorgesehen, welcher mechanisch, elektromechanisch
oder elektrohydraulisch betrieben wird. Solche voll variablen Ventiltriebe
sind jedoch mit hohen Kosten verbunden.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit Wechsel zwischen einem
Fremdzündungsmodus
und einer Betriebsart mit Kompressionszündung zu schaffen, mit dem
bei möglichst
geringem baulichen Aufwand ein Wechsel der Betriebsarten mit hoher
Laufgleichförmigkeit
der Brennkraftmaschine und optimalen Abgasemissionen auch bei Lastsprüngen beim
Betriebsartwechsel erreicht wird.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den
Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
beim Wechsel der Betriebsart zwischen Fremdzündungsbetrieb und Kompressionszündungsbetrieb
die Veränderungen
der Einspritzparameter, der im Ottobetrieb erforderlichen Drosselung
sowie der Ventilsteuerung aufeinander abzustimmen, wobei die Ventilsteuerung
durch Veränderung
der Amplitude und der Phasenlage des Ventilhubes umgeschaltet wird.
Es hat sich gezeigt, dass durch Veränderung der Amplitude und der
Phasenlage sowohl lastneutrale Umschaltungen als auch Lastsprünge beim
Betriebsartwechsel ohne merkbare Beeinträchtigung der Laufgleichförmigkeit
der Brennkraftmaschine darstellbar sind. Die Veränderung der Amplitude und der
Phasenlage des Ventilhubes kann mit einem voll variablen Ventiltrieb
durchgeführt
werden, beispielsweise einem mechanischen, elektromechanischen oder elektrohydraulischen
Nockenventiltrieb. Jedoch kann das erfindungsgemäße Verfahren auch mit einfacheren
Ventiltrieben durchgeführt
werden, mit denen die Amplitude und die Phasenlage umschaltbar sind
und zur Darstellung optimaler Betriebsartwechsel die Veränderungen
der Einspritzparameter und der Drosselung aufeinander abgestimmt
werden.
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Vorteilhaft
wird die Amplitude des Ventilhubes durch Auswechslung zweier alternativ
einsetzbarer Nockenkonturen des Ventiltriebes verändert, wobei
für jede
Betriebsart ein anderer Ventilhub eingesetzt wird. Für die Umschaltung
der alternativ einsetzbaren Nockenkonturen kann vorteilhaft ein
Tassenstößel eingesetzt
werden oder alternativ ein Schaltschlepphebel vorgesehen sein. Ein
teilvariabler Nockenventiltrieb zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
mit einfachen baulichen Mitteln verfügt zur Veränderung der Phasenlage des Öffnungshubes über Phasensteller
an der bzw. den Nockenwellen. Dabei kann bei Verbrennungsmotoren
mit zwei Nockenwellen sowohl einlass- als auch auslassseitig eine
Veränderung
der Ventilüberschneidung
durch alternative Nockenkonturen erreicht werden.
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Bei
einem Wechsel der Betriebsarten werden entsprechend der angeforderten
Betriebslast der Brennkraftmaschine die Einspritzparameter verändert, wobei
bei einem Wechsel zum Kompressionszündbetrieb die Einspritzdauer
einer Haupteinspritzung reduziert und im ersten Arbeitsspiel des
Zylinders mit Kompressionszündung
der Einspritzzeitpunkt in Richtung spätere Einspritzung verschoben wird.
Das transiente Verhalten des mit einer Drosselklappe gedrosselten
Fremdzündverfahrens
beeinträchtigt
den Umschaltvorgang nur unwesentlich und die schnelle Verstellbarkeit
der Drosselklappe und eine schnelle Antwort des Saugrohrdrucks ermöglichen
die Begrenzung des Umschaltvorganges auf wenige Zyklen. Zweckmäßig wird
beim Umschalten auf Kompressionszündbetrieb eine Voreinspritzung ausgesetzt
und erst wenige Zyklen nach dem Erfolgen der Umschaltung wieder
zugeschaltet. Es hat sich gezeigt, dass die sehr rasch ausführbaren
Maßnahmen
der Anpassung der Einspritzmenge und der Öffnung der Drosselklappe beim
Umschalten auf Kompressionszündbetrieb
einen stabilen Betrieb in den ersten Arbeitsspielen bereitstellt.
Auch wenn mechanische Stelleinrichtungen zur Umschaltung des Ventiltriebs
mit vergleichsweise geringen Verstellgeschwindigkeiten arbeiten
und daher zunächst
nur geringe Abgasrückhalteraten
bereitstehen, kann die zur Selbstzündung erforderliche Abgastemperatur
durch das vom ottomotorischen Betrieb heiße Abgas erreicht werden.
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Bei
Kompressionszündungsbetrieb
reagiert der Verbrennungsvorgang sensibel auf Temperaturveränderungen
der Ansaugluft und wird auch maßgeblich
von der Temperatur des zurückgehaltenen Verbrennungsabgases
beeinflusst. Die relativ heißen Verbrennungsabgase
des vorausgehenden Fremdzündungsbetriebes
können
eine zu frühe
und zu schnelle Verbrennung des Gemisches im Kompressionszündungsmodus
verursachen und dem kann durch abstimmende Steuermaßnahmen über das Drosselorgan
entgegengewirkt werden. Daneben kann nach dem Entfall der Voreinspritzung
beim Betriebsartenwechsel eine späte Kraftstoffeinspritzung zur
Reduzierung des Druckanstieges zweckmäßig sein.
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Bei
einem Umschalten vom Fremdzündungsmodus
mit hoher Last zum Kompressionszündbetrieb
mit geringerer Last wird zur Reduzierung des maximalen Druckradianten
im Brennraum zunächst
die Last auf das einzustellende Lastniveau abgesenkt und anschließend der
Betriebsartenwechsel durchgeführt.
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Bei
einem Wechsel vom Kompressionszündungsbetrieb
zum Fremdzündungsmodus
wird vorgeschlagen, den folgenden Umschaltmaßnahmen der erfindungsgemäßen Vorgehensweise
einige Arbeitsspiele vorausgehend die Drosselung des Frischgasstroms
zu schließen.
Durch Schließung
der Drosselklappe wird der Saugrohrdruck schon im Kompressionszündbetrieb
verringert und damit das Gemisch angefettet. Nach Umschalten der
Einspritzparameter kann die Brennkraftmaschine für einige Zyklen im ottomotorischen
Betrieb mit kleinem Einlassventilhub und spätem Öffnen des Einlassventils betrieben
werden und so die notwendige Verbrennungsstabilität beim Übergang
gewährleistet
werden. Vorteilhaft wird die Drosselung etwa fünf Arbeitsspiele vor der Veränderung
der Einspritzparameter eingeleitet. Im mageren Ottobetrieb mit geringem
Ventilhub wird das Gemisch soweit angefettet, daß eine lastneutrale Umschaltung
der Betriebsarten mit stabiler Verbrennung ermöglicht ist. Dabei wird die
Haupteinspritzdauer entsprechend konstanter Last angepasst und entsprechend
dem höheren
Kraftstoffbedarf bei fremdgezündeter
Verbrennung mehr Kraftstoff zugemessen.
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Bei
einer Umschaltung der Betriebsarten vom Kompressionszündungsmodus
zur Fremdzündung
mit Lasterhöhung
wird eine rasche Umschaltung mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen
erreicht, indem die Drosselung des Ansaugluftstroms eingeschaltet
wird und bereits nach wenigen Zyklen die Fremdzündung in Richtung "früher" Zündung verstellt
wird. Da beim Wechsel mit Lasterhöhung gegenüber lastneutraler Umschaltung
geringere Differenzen im Saugrohrdruck auftreten, können sich
die Anspassungsmaßnahmen
während
des Umschaltvorganges auf die Verstellung der Drosselung und die
Einspritzmenge beschränken,
wobei auch aufgrund der Fremdzündung
der Zündzeitpunkt
einzustellen ist. Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht einer Brennkraftmaschine;
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2 eine
graphische Darstellung der Amplituden und der Öffnungshübe der Gaswechselventile;
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3 in
graphischer Darstellung den Verlauf charakteristischer Betriebsparameter
der Brennkraftmaschine beim Umschaltvorgang vom Fremdzündungsbetrieb
zum Kompressionszündbetrieb;
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4 in
graphischer Darstellung den Verlauf der Betriebsparameter während des
Umschaltvorganges vom Kompressionszündbetrieb zum Fremdzündbetrieb.
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1 zeigt
eine Hubkolbenbrennkraftmaschine 1, in deren Zylindern 2 jeweils
ein Hubkolben 3 längsbeweglich
angeordnet ist und einen Brennraum 4 begrenzt, welcher
von einem auf dem Zylinder 2 aufgesetzten Zylinderkopf 5 abgeschlossen
ist. In dem Zylinderkopf 5 sind mindestens ein Einlasskanal 13 und
ein Auslasskanal 14 ausgebildet, wobei durch den Einlasskanal 13 sauerstoffreiches
Frischgas zugeführt
wird zur Bildung eines brennbaren Kraftstoff-/Luftgemisches. Durch
den Auslasskanal 14 werden nach jeder Verbrennung die Verbrennungsabgase
aus dem Brennraum abgeführt.
Der zyklische Ladungswechsel im Zylinder 2 wird von Gaswechselventilen 6, 7 gesteuert,
welche von einem Nockenventiltrieb 26 zwangsgesteuert werden.
Die Ventilstöße der Gaswechselventile 6, 7 werden
von der Nockenkontur 27 des Nockentriebes 26 betätigt, welche
von einer Nockenwelle 29 angetrieben werden. Dabei wird
zweckmäßig den
Einlassventilen 6 und den Auslassventilen 7 jeweils
eine Nockenwelle 29 zugeordnet.
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Zwecks
Kraftstoffzumessung ist in jedem Zylinderkopf 5 ein Direkteinspritzventil 10 angeordnet, welches
einen Brennstoffstrahl 11 direkt in den Brennraum 4 abgibt.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist zusätzlich
ein Saugrohrinjektor 12 vorgesehen, welcher optional Kraftstoff
in den Einlasskanal 13 abgibt. Durch Saugrohreinspritzung
kann homogenes Kraftstoff-/Luftgemisch durch den Einlasskanal in
den Brennraum 4 zugeführt
werden und insbesondere in höheren
Betriebslasten beide Injektoren gleichzeitig zur Zumessung einer
größeren Kraftstoffmenge
eingesetzt werden. Das Direkteinspritzventil 10 und der
Saugrohrinjektor 12 werden von Kraftstoffleitungen 15, 16 von
einer Kraftstoffpumpe 18 gespeist, welche über eine
Vorlaufleitung 17 aus einem Kraftstofftank 20 versorgt
ist. Insbesondere bei Ausgestaltung der Kraftstoffpumpe 18 als
Hochdruckpumpe ist die Anordnung einer Vorförderpumpe 19 in der
Vorlaufleitung 17 zweckdienlich. Das Direkteinspritzventil 10 ist über eine
Signalleitung 23 und der Saugrohrinjektor 12 über eine
Signalleitung 22 mit der Ausgangsseite einer Reglereinheit 9 verbunden,
welche in Abhängigkeit
des Betriebspunktes der Brennkraftmaschine die Kraftstoffzumessung
einstellt und entsprechende Einspritzbefehle über die Signalleitung 22, 23 abgibt.
Zur Ermittlung des jeweils vorliegenden Betriebspunktes der Brennkraftmaschine
werden der Reglereinheit laufend gemessene Informationen über die
Betriebslast L und die Drehzahl n oder andere Betriebsparameter
eingegeben.
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Die
Brennkraftmaschine wird in höheren Lastbereichen
der Brennkraftmaschine mit Fremdzündung betrieben, wobei ein stöchiometrisches Kraftstoff-/Luftgemisch
durch den Zündfunken
einer im Zylinderkopf 5 angeordneten und mit ihren Elektroden
in den Brennraum 4 einragenden Zündkerze 8 gezündet wird.
Den Zündzeitpunkt
bestimmt die Reglereinheit 9, welche über eine Steuerleitung 30 mit der
Zündkerze 8 verbunden
ist. Im Fremdzündungsbetrieb
wird der Frischgasmassenstrom mittels einer im Einlasskanal 13 angeordneten
Drosselklappe 24 auf das dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine
entsprechende Maß gedrosselt,
wobei der Einstellwinkel der Drosselklappe 24 über eine
Steuerleitung 25 von der Reglereinheit 9 bestimmt
wird.
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In
unteren und mittleren Lastbereichen der Brennkraftmaschine ist ein
Kompressionszündungsbetrieb
vorgesehen, bei dem der Frischgasmassenstrom ungedrosselt oder nahezu
ungedrosselt in den Brennraum 4 geführt wird und im Brennraum ein
mageres Kraftstoffgemisch zur Selbstzündung gebracht wird. Der Kraftstoff
wird dabei von dem Direkteinspritzventil 10 vorzugsweise
saugsynchron und vor ZOT eingespritzt. Die Selbstzündung des
Kraftstoffgemisches wird durch eine Temperaturanhebung im Brennraum
mittels Abgasrückhaltung
herbeigeführt. Die
Abgasrückhaltung
erfolgt durch eine Veränderung
der Ventilsteuerzeiten gegenüber
dem Fremdzündungsbetrieb,
wobei eine größere Ventilüberschneidung
der Steuerzeiten der Gaswechselventile herbeigeführt wird. Die Einstellung der
Steuerung der Gaswechselventile 6, 7 wird dabei
derart eingestellt, dass die Brennraumtemperatur infolge des zurückerhaltenen
Abgases ansteigt und eine Selbstzündung der durch die Kompression
durch den Kolben 3 erwärmten
Gemischladung erfolgen kann.
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Erfindungsgemäß ist der
Nockenventiltrieb 26 derart ausgebildet, dass im Fremdzündungsbetrieb
und im Kompressionszündbetrieb
unterschiedliche Amplituden und Phasenlagen des Ventilhubes der
Gaswechselventile 6, 7 eingestellt werden können. Eine
baulich einfache und kostengünstige
Lösung
zur Umschaltung der Amplitude und der Phasenlage des Ventilhubes
ist ein teilvariabler Nockenventiltrieb, welcher über zwei
alternativ einsetzbare Nockenkonturen 27 mit unterschiedlichen
Amplituden des Ventilhubes verfügt.
Als Schaltelement für die
alternativen Nockenkonturen 27 ist ein schaltbarer Tassenstößel oder
auch ein Schaltschlepphebel vorgesehen. Die Phasenlage des Öffnungshubes wird
durch Phasensteller an einer das betreffende Gaswechselventil 6, 7 steuernden
Nockenwelle 29 verändert.
Die Umschaltung der Ventilsteuerung beim Wechsel der Betriebsarten
zwischen Kompressionszündung
und Fremdzündungsmodus
wird von der Steuereinheit 9 über eine Signalleitung 28 veranlasst.
Die Steuereinheit 9 verfügt über einen Kennfeldspeicher 21,
aus dem die Einstellparameter entsprechend der vorliegenden Betriebsart
für die
von ihr beherrschten Stellorgane bedarfsweise entnommen werden.
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2 zeigt
in graphischer Darstellung den Verlauf der Öffnungshübe des Einlassventils EV und des
Auslassventils AV für
den fremdgezündeten
Ottobetrieb und für
den Kompressionszündungsbetrieb RZV.
Dabei ist erkennbar, dass sowohl die Phasenlage im Kurbelwinkelbereich
nach dem oberen Totpunkt des Kolbenhubes verschoben werden kann und
außerdem
der Ventilhub variierbar ist. Die Abstimmung der vom Nockenventiltrieb
beim Betriebsartwechsel einstellbaren Parameter der Phasenverstellung
und des Ventilhubes mit den beim Betriebsartwechsel umgestellten
Parametern mit Auswirkung auf den Verbrennungsvorgang, nämlich die
Einspritzparameter und die Drosselung sowie die Ein- und Ausschaltung
der Fremdzündung
wird nachstehend anhand der Zeichnungen 3 und 4 näher erläutert.
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3 zeigt
in graphischer Darstellung den zeitlichen Verlauf der Einspritzparameter
der Drosselklappe sowie der Umstellung des Nockenventiltriebs bei
einer Umschaltung des Verbrennungsmodus vom fremdgezündeten Ottobetrieb
zum Kompressionszündungsbetrieb
RZV. Die Haupteinspritzdauer wird entsprechend der Lastanforderung
im Kompressionszündbetrieb angepasst.
Die Verbrennung im Kompressionszündbetrieb
weist einen besseren Wirkungsgrad auf als die ottomotorische Verbrennung,
so dass bei einem lastneutralen Betriebsartwechsel die Einspritzmenge
verringert wird. Die Haupteinspritzdauer wird dabei entsprechend
angepasst. Dabei wird der Einspritzzeitpunkt im ersten Arbeitsspiel
im Kompressionszündungsbetrieb
nach dem Betriebsartwechsel in Richtung spätere Einspritzung verstellt,
um die Brenngeschwindigkeit zu reduzieren. Eine Voreinspritzung
wird erst einige Arbeitsspiele erfolgter Umschaltung zugeschaltet.
Beim Betriebsartwechsel wird die Phasenlage des Öffnungshubes des Auslassventils
von ihrer mit spätem Schließen verbundenen
Stellung im Fremdzündungsbetrieb
erst nach dem Betriebsartwechsel auf den stationären Kompressionszündungsbetrieb
vorgesehenen Wert gestellt. Auch wenn aufgrund der vergleichsweise
geringen Verstellgeschwindigkeit des umschaltbaren Nockenventiltriebs
die Verstellung gemäß der gestrichelt
dargestellten graphischen Linie der Messung von der Verstellung
abweicht, hat sich gezeigt, dass das im fremdgezündeten Betrieb heiße Abgas
ausreicht, trotz niedriger Abgasrückhalteraten das für die Selbstzündung erforderliche
Temperaturniveau zu erreichen.
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Der
Umschaltvorgang vom Fremdzündungsbetrieb
zum Kompressionszündungsbetrieb
wird vom transienten Verhalten des gedrosselten Ottobetriebs vernachlässigbar
beeinträchtigt.
Die sehr schnelle Verstellbarkeit der Drosselklappe und die rasche Änderung
des Saugrohrdrucks bei Öffnung
der Drosselklappe ermöglichen
eine rasche Umschaltung. Die Veränderungen
der Einspritzparameter und des Nockenventiltriebs sowie der Drosselklappenstellung kann
innerhalb eines Zeitraumes von lediglich fünf Zyklen erfolgen. Durch die
Verschiebung des Haupteinspritzzeitpunktes in Richtung "spät" und Variation der
Drosselklappenstellung kann eine stabile Verbrennung im Übergangsbetrieb
während
der fünf
modifizierten Zyklen erreicht werden und einer Frühzündung oder
zu schnellen Verbrennung des Gemisches im Kompressionszündungsmodus
entgegengewirkt werden und der sensiblen Reaktion der Verbrennung im
Kompressionszündmodus
auf Temperaturveränderungen
der angesaugten Luft und des zurückgehaltenen
Restgases Rechnung getragen werden. Die späte Haupteinspritzung und gegebenenfalls
eine Nacheinspritzung reduzieren die Druckanstiege beim Wechsel
der Betriebsarten zum Kompressionszündmodus, wodurch überhöhte Zylinderdrucke
und Klopfneigung ausgeschaltet sind.
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Bei
einem Wechsel vom Fremdzündungsbetrieb
zum Kompressionszündungsbetrieb
mit Verringerung der Betriebslast ist vorgesehen, zunächst die Betriebslast
im fremdgezündeten
Modus auf das neu einzustellende Lastniveau zu reduzieren und anschließend einen
lastneutralen Umschaltvorgang nach den vorstehenden Ausführungen
durchzuführen.
Die Reglereinheit 9 bestimmt die Anzahl der fremdgezündeten Zyklen
vor dem Wechsel der Betriebsart in Abhängigkeit der Betriebslast im
vorausgehenden ottomotorischen Betrieb und berücksichtigt die Temperatur der
Brennkraftmaschine.
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4 zeigt
in graphischer Darstellung den bei Betriebsartwechsel veränderbaren
Parameter der Brennkraftmaschine beim Wechsel vom Kompressionszündungsbetrieb
zum Fremdzündungsmodus. Dabei
wird zunächst
die Drosselklappe im Einlassbereich geschlossen und somit der Druck
im Einlasskanal reduziert und auch das Gemisch im Brennraum angefettet.
Das Schließen
der Drosselklappe erfolgt einige Zyklen vor dem vorgesehenen Wechsel
der Betriebsart, wobei die Anzahl der Zyklen abhängig ist vom Saugrohrvolumen
zwischen Drosselklappe und Einlassventilen der Brennkraftmaschine
sowie der Anzahl der angeschlossenen Zylinder und somit von der
Konstruktion der Brennkraftmaschine. Zum Wechsel der Betriebsart
wird die Amplitude und der Ventilhub der Gaswechselventile auf das
für den
ottomotorischen Betrieb vorgesehene Maß verstellt. Dabei ist beim
Wechsel zum Fremdzündungsmodus ein Übergangsbetrieb
vorgesehen, bei dem ein fremdgezündeter
Betrieb mit kleiner Amplitude und später Phasenlage des Einlassventilhubs
vorgesehen ist, wodurch sich ein magerer ottomotorischer Betrieb
mit hoher Verbrennungsstabilität
ergibt. Die dem Übergangsbetrieb
mit kleinem Öffnungshub
des Einlassventils vorausgehende Schließung der Drosselklappe stellt
sicher, dass auch im ottomotorischen Übergangsbetrieb ein gedrosselter
Frischgasstrom vorliegt.
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Bei
einem Umschalten vom Kompressionszündungsbetrieb zum ottomotorischen
Betrieb mit Lasterhöhung
kann die Dauer des Umschaltvorganges reduziert werden, da bei größerer Last
eine größere Menge
des Kraftstoff-/Luftgemisches benötigt wird und die Anzahl der
Arbeitsspiele mit geschlossener Drosselklappe reduziert werden kann.
Die ersten Zyklen mit fremdgezündeter
Verbrennung erfolgen mit magerem Gemisch und die einsetzende Fremdzündung durch
die Zündkerze
wird in Richtung früher Zündung gestellt.
Beim Wechsel der Betriebsart wird die eingespritzte Kraftstoffmenge
in den ersten ottomotorischen Zyklen gegenüber stöchiometrisch ottomotorischer
Verbrennung reduziert, um dem besseren Wirkungsgrad bei mageren
Gemischen Rechnung zu tragen.