DE102004053748A1

DE102004053748A1 - Verfahren für den Betrieb einer selbstzündenden Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102004053748A1
Application number: DE102004053748A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Wührleitner; Christian Damböck
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2004-11-06
Filing date: 2004-11-06
Publication date: 2006-05-24

Abstract

Verfahren für den Betrieb einer selbstzündenden Brennkraftmaschine, bei der eine Einspritzung eines Brennstoffs direkt in einen Zylinder der Brennkraftmaschine als Teileinspritzungen in Form einer Voreinspritzung, einer Haupteinspritzung und einer Nacheinspritzung durchgeführt wird, wobei die Teileinspritzungen während der Kaltstartphase durchgeführt werden. DOLLAR A Durch das vorgeschlagene Verfahren wird der Kaltstart einer selbstzündenden Brennkraftmaschine wesentlich verbessert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für den Betrieb einer selbstzündenden Brennkraftmaschine mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Sie geht von der europäischen Patentschrift EP 0 911 511 B1 aus. In dieser wird für den Betrieb einer selbstzündenden Brennkraftmaschine vorgeschlagen, zusätzlich zu einer Vor- und einer Haupteinspritzung von Brennstoff eine Nacheinspritzung durchzuführen. Die zeitliche Abfolge der einzelnen Einspritzungen erfolgt hierbei zeitsynchron, d. h. zeitgesteuert. Ziel dieses Verfahrens ist es, die Schadstoffemissionen, wie die Russ- und NOx-Emission der selbstzündenden Brennkraftmaschine zu reduzieren. Dieses Verfahren zur Schadstoffreduzierung wird gemäß der EP 0 911 511 B1 bei Drehzahlen ab 1200 U/min, bzw. bei höheren Lasten bzw. Drehzahlen eingesetzt.

Dem gleichen Thema widmet sich auch die europäische Patentanmeldung EP 0 767 303 A1 , in der ebenfalls ein Einspritzverfahren für eine selbstzündende Brennkraftmaschine beschrieben ist, wobei die Einspritzung des Brennstoffs mittels drei aufeinander folgender Einspritzungen durchgeführt wird. Die zeitliche Abfolge von Voreinspritzung, Haupteinspritzung und Nacheinspritzung erfolgt in dieser Patentanmeldung jedoch nicht zeitsynchron, sondern kurbelwellensynchron, d. h. starr gekoppelt an den Drehwinkel der Kurbelwelle. Auch in dieser Schrift ist das Ziel die Schadstoffemission, d. h. die Partikel- und die Stickoxidemission der Brennkraftmaschine zu reduzieren.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das Kaltstartverhalten einer selbstzündenden Brennkraftmaschine zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch das Merkmal im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 dadurch gelöst, dass die Teileinspritzungen während der Kaltstartphase durchgeführt werden.

Bei der Lösung der Aufgabe war es für den Fachmann nicht zu erwarten, dass ein an sich bekanntes Verfahren zur Reduzierung von Schadstoffemissionen einer selbstzündenden Brennkraftmaschine auch zur Verbesserung des Kaltstartverhaltens der selbstzündenden Brennkraftmaschine eingesetzt werden kann, da es sich hierbei um vollständig unterschiedliche Arbeitsbereiche handelt. Dass mit dem Verfahren eine erstaunliche Startverbesserung erzielt werden kann, war ausgesprochen überraschend. Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden lange Startzeiten bei sehr tiefen Temperaturen vermieden, wodurch das elektrische System, insbesondere der Akkumulator, geschont wird. Darüber hinaus werden Verbrennungsaussetzer vermieden, wodurch Kohlenwasserstoffemissionen auch während der Kaltstartphase vermieden werden. Selbst bei Temperaturen von unter –25°C sind die Zündbedingungen durch das erfindungsgemäße Verfahren optimal. Somit führt die Erfindung zu sicheren Zündbedingungen, zu einer Verkürzung der Startzeit sowie einer besseren Energieumsetzung während eines Kaltstarts, da die Brennkraftmaschine aufgrund der Nacheinspritzung eigenständiger läuft.

In vorteilhafter Weise kann das Verfahren gemäß Patentanspruch 2 kurbelwinkelsynchron oder zeitsynchron erfolgen.

In ausgiebigen Versuchen hat sich herausgestellt, dass die Voreinspritzmenge gemäß Patentanspruch 3 ca. 3 bis 20 %, die Haupteinspritzmenge ca. 40 bis 95 % und die Nacheinspritzmenge ca. 3 bis 50 % der gesamten Einspritzmenge betragen soll. Mit dieser Brennstoffverteilung wurden beste Resultate beim Kaltstart erzielt.

Ebenfalls optimale Startbedingungen wurden erzielt, wenn gemäß Patentanspruch 4 die Nacheinspritzung zwischen 100 μs und 5000 μs nach Beendigung der Haupteinspritzung erfolgt.

Im Folgenden ist die Auswirkung der Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles in einem einzigen Diagramm näher erläutert.
1 zeigt den Drehzahlverlauf einer Brennkraftmaschine nach einem Start.
1 zeigt den Drehzahlverlauf einer selbstzündenden, vierzylindrigen Brennkraftmaschine direkt nach einem Kaltstart bei –25°C. Auf der X-Achse sind 720° Kurbelwinkel mit einer Skalierung von –360° bis 360° dargestellt, entsprechend zwei Kurbelwellenumdrehungen oder einer Zündung je Zylinder. Auf der Y-Achse ist die Kurbelwellendrehzahl in einem Bereich von –100 bis 900 U/min dargestellt. In 1 sind drei unterschiedliche Kurven 1, 2, 3 überlagert dargestellt, wobei die erste Kurve 1 dem Drehzahlverlauf einer konventionell einspritzenden, selbstzündenden Brennkraftmaschine und die zweite Kurve 2 dem Drehzahlverlauf einer erfindungsgemäß betriebenen, selbstzündenden Brennkraftmaschine entspricht. Die dritte Kurve 3 gibt einen Öffnungsverlauf eines Kraftstoffeinspritzventils wieder, wobei eine erste Nadel 3a eine Voreinspritzung, eine zweite Nadel 3b einer Haupteinspritzung und eine dritte Nadel 3c einer Nacheinspritzung des erfindungsgemäßen Verfahrens entspricht.
Die Drehzahlsprünge bei der ersten und zweiten Kurve 1, 2, gehen aus der Beschleunigung der Kolben entsprechend der Zündfolge hervor. Bei Kurve 1 ist deutlich erkennbar, dass trotz einer Zündung der vier Zylinder über die 720° Kurbelwinkel die Drehzahl der Kurbelwelle über den Kurbelwinkel praktisch nicht ansteigt, sondern bei etwa 100 1/min ausharrt. Dem gegenüber steigen die Drehzahlsprünge auf Grund des erfindungsgemäßen Verfahrens in Kurve 2 bei dem gleichen Startversuch, d. h. ebenfalls bei –25°C deutlich von einem Niveau von etwa 100 1/min auf etwa 500 1/min während nur zwei Kurbelwellenumdrehungen an.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel erfolgte die Abfolge der Teileinspritzungen zeitsynchron, wobei die Nacheinspritzung etwa 250 μs nach Beendigung der Haupteinspritzung erfolgt ist. Als vorteilhafter Bereich hat sich für diesen zeitlichen Verzug der Bereich zwischen 100 μs und 5000 μs herausgestellt. Anstelle der zeitsynchronen Abfolge der Einspritzsignale kann ebenfalls eine kurbelwinkelsynchrone Abfolge vorgesehen werden. Weiterhin hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn die Voreinspritzmenge ca. 3 bis 20 %, die Haupteinspritzmenge ca. 40–90 % und die Nacheinspritzmenge ca. 3–50 % der Gesamteinspritzmenge beträgt.
Durch das vorgeschlagene erfinderische Verfahren werden sicherere Zündbedingungen bei Kaltstarts, insbesondere bei niedrigen Temperaturen erzielt, was zu einer Verkürzung der Startzeiten führt. Darüber hinaus findet eine bessere Energieumsetzung statt und das gesamte Stromnetz, insbesondere der Akkumulator der Brennkraftmaschine werden geschont, da die Brennkraftmaschine eigenständiger läuft.

Claims

Verfahren für den Betrieb einer selbstzündenden Brennkraftmaschine, bei der eine Einspritzung eines Brennstoffs direkt in einen Zylinder der Brennkraftmaschine als Teileinspritzungen in Form einer Voreinspritzung, einer Haupteinspritzung und einer Nacheinspritzung durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Teileinspritzungen während der Kaltstartphase durchgeführt werden.
Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teileinspritzungen kurbelwinkelsynchron oder zeitsynchron erfolgen.
Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei eine Brennstoffeinspritzmenge je Arbeitshub eingespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen 3 und 20 % als Voreinspritzmenge, 40 und 90% als Haupteinspritzmenge und 3 und 50 % als Nacheinspritzmenge eingespritzt werden.
Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Nacheinspritzung zwischen 100 μs und 5000 μs nach Beendigung der Haupteinspritzung erfolgt.