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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben
einer Brennkraftmaschine. Sie betrifft ferner die Brennkraftmaschine
mit mindestens einem Zylinder, in dem ein Brennraum ausgebildet
ist und dem ein Kolben zugeordnet ist, mit einem Ansaugtrakt, der
abhängig
von der Stellung eines Gaseinlassventils mit dem Brennraum des Zylinders
kommuniziert, mit einem Abgastrakt, der abhängig von der Stellung eines
Gasauslassventils mit dem Brennraum des Zylinders kommuniziert,
und mit einem Einspritzventil, das zum Zumessen von Kraftstoff vorgesehen
ist. Die Erfindung betrifft ferner eine Zumessbaueinheit, umfassend
ein Einspritzventil, das ausgebildet ist zum Zumessen von Kraftstoff.
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Steigende
Energiekosten und Verschärfungen
gesetzlicher Bestimmungen bezüglich
des zulässigen
Kraftstoffverbrauchs oder der zulässigen Schadstoffemissionen
von Kraftfahrzeugen, in denen Brennkraftmaschinen angeordnet sind,
machen es erforderlich, Maßnahmen
zu ergreifen, um einerseits den Kraftstoffverbrauch von Brennkraftmaschinen
zu senken und andererseits sicherzustellen, dass die von dem Kraftfahrzeug
ausgestoßenen
Schadstoffemissionen geringe Werte einnehmen. In diesem Zusammenhang
ist es bekannt geworden, Brennkraftmaschinen, insbesondere benzinbetriebene,
in bestimmten Betriebspunkten mit einem selbstzündenden Brennverfahren zu betreiben,
das auch als Homogeneous Charge Compression Ignition, (HCCI) Controlled
Auto Ignition (CAI) oder Raumzündungsverfahren
(RZV) genannt wird. Bei diesem selbstzündenden Brennverfahren wird
die Selbstzündung
und damit der Verbren nungsverlauf über die reaktive Energiemenge
in dem Zylinder der Brennkraftmaschine gesteuert. Diese Energiemenge
kann unter anderem durch einen im Vergleich zum konventionell gezündeten Ottomotorenbetrieb
sehr hohen Restgasanteil bereitgestellt werden. Auch für konventionell
gezündete
Ottomotoren ist es bekannt, im unteren und mittleren Teillastbereich
die Brennkraftmaschine mit einer hohen Abgasrückführrate zu betreiben, um die Verbrennung
bezüglich
der Gütekriterien
Verbrauch und Emissionen zu optimieren.
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Aus
der
JP 2000-97032
A ist eine Brennkraftmaschine bekannt, bei der statt eines
Einlassventils zum Zuführen
von Luft in einen Zylinder einer Brennkraftmaschine ein Lufteinblasventil
vorgesehen ist, dem unter hohem Druck stehende Luft zugeführt ist. Das
Lufteinblasventil wird während
eines Arbeitstaktes zum Einblasen von Luft in den Zylinder angesteuert.
Ferner wird das Lufteinblasventil auch während eines Abgastaktes zum
Einblasen von Luft zur Verbesserung des so genannten Scavenging-Effekts
angesteuert.
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Aus
der
EP 1134398 A2 ist
eine Brennkraftmaschine mit Einlass- und Auslassventilen bekannt, die
im Sinne einer negativen Ventilüberschneidung ein
Rückhalten
von Abgas um einen oberen Totpunkt während des Abgastaktes ermöglichen.
Bei Betrieb mit einem selbstzündenden
Brennverfahren werden die Einlass- und Auslassventile im Sinne der
negativen Ventilüberschneidung
gesteuert und es wird über ein
Einspritzventil Kraftstoff in den jeweiligen Brennraum zugemessen,
während
sich sowohl das Einlass- als auch das Auslassventil um den oberen
Totpunkt des Abgastaktes in ihrem Schließzustand befinden. Auf diese
Weise erfolgt das Bilden von Kraftstoffradikalen.
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Aus
der
JP 2000-161093
A ist eine Brennkraftmaschine bekannt mit einer Lufteinblasvorrichtung,
die zum Einblasen von Luft direkt in den Brennraum des Zylinders
vorgesehen ist. Die Einblasevorrichtung bildet eine Baueinheit mit
einem Einspritzventil.
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Aus
der
EP 1389679 A1 ist
eine Brennkraftmaschine bekannt mit einem Brennraum und einem Einspritzventil,
das ausgebildet ist zum Zumessen von Kraftstoff und alternativ von
Luft oder auch gleichzeitig von Luft und Kraftstoff. In einem Kompressionsmodus
der Brennkraftmaschine wird nahe zu einem unteren Totpunkt vor dem
Kompressionstakt Kraftstoff zugemessen. Luft wird mittels des Einspritzventils
nahe des oberen Totpunktes nach dem Ende des Kompressionstaktes
anschließend
zugemessen und dient zur Auslösung
einer Selbstzündung
des Luft-/Kraftstoff-Gemisches
in dem Brennraum.
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Aus
der
DE 19929944 A1 ist
eine Vorrichtung zum Einbringen von Luft und Kraftstoff in dem Verbrennungsraum
einer Ottobrennkraftmaschine mit einer Einspritzvorrichtung für Kraftstoff
und einer Luftzufuhrrichtung bekannt, die über eine Steuervorrichtung
derart getaktet werden, dass in einem ersten Abschnitt ein Kraftstoffzuführimpuls
und zeitlich versetzt dazu ein Luftzuführimpuls in den Verbrennungsraum
eingeführt
wird. Die Steuervorrichtung ist derart getaktet, dass die Luft-
und Kraftstoffzufuhr in mindestens drei Abschnitten eingebracht
wird. In jedem Abschnitt wird mindestens ein Kraftstoffzuführimpuls und
danach ein Luftzufuhrimpuls durchgeführt.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Betreiben einer Brennkraftmaschine zu schaffen, die einen hohen
Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine ermöglichen.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch die Merkmale der unabhängigen
Patentansprüche.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Die
Erfindung aus durch ein Verfahren und eine korrespondierende Vorrichtung
zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder,
in dem ein Brennraum ausgebildet ist und dem ein Kolben zugeordnet
ist, mit einem Ansaugtrakt, der abhängig von der Stellung eines
Gaseinlassventils mit dem Brennraum des Zylinders kommuniziert, mit
einem Abgastrakt, der abhängig
von der Stellung eines Gasauslassventils mit dem Brennraum des Zylinders
kommuniziert, mit einem Einspritzventil, das zum Zumessen von Kraftstoff
vorgesehen ist, und mit einer Einblasevorrichtung, die zum Einblasen
von Luft direkt in den Brennraum des Zylinders unabhängig von
der Stellung des Gaseinlassventils und unabhängig von dem Zumessen des Kraftstoffs
vorgesehen ist. Die Einblasevorrichtung wird zum Einblasen von Luft
gesteuert nach einem oberen Totpunkt des Kolbens, auf den ein Arbeitstakt
folgt, und vor oder während
das Gasauslassventil sich anschließend in seiner Offenstellung
befindet. Auf diese Weise wird ein verstärktes Ausströmen des
Abgases aus dem Brennraum des jeweiligen Zylinders unterstützt und zwar
während
das Gasauslassventil sich in seiner Offenstellung befindet. Besonders
vorteilhaft ist dies, wenn die Brennkraftmaschine mit einer Zwischenkompression
um den oberen Totpunkt des Kolbens bei Ladungswechsel betrieben
wird, da in diesem Zusammenhang regelmäßig ein sehr geringer Ventilhub des
Gasauslassventils eingestellt ist und ein geringer Kurbelwellenwinkelbereich
vorgesehen ist, während das
Gasauslassventil in seiner Offenstellung ist. So kann dann gezielt
ein reaktionsfähiges
Gemisch für die
Zwischenkompression eingestellt werden durch gezieltes Einblasen
von Luft, die Sauerstoff umfasst. Es kann somit eine neue Gasbeschaffenheit
für die Zwischenkompression
erzeugt werden. Der Betriebsbereich der Brennkraftmaschine, in dem
die Brennkraftmaschine mit einer CAI (Controlled Auto Ignition) betreibbar
ist, kann so deutlich erweitert werden und damit insbesondere der
Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine erhöht werden.
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Vor
oder während
der Zwischenkompression um den oberen Totpunkt des Kolbens bei Ladungswechsel
wird eine vorgegebene erste Kraftstoffmasse in den Brennraum zugemessen.
Während
der Zwischenkompression wird eine aktive Zündung des in dem Brennraum
befindlichen Gemisches initiiert. Auf diese Weise kann der Wirkungsgrad
der Brennkraftmaschine stark erhöht
werden aufgrund des so grundsätzlich
möglichen
quasi Zwei-Takt-Betriebs. Während des
Kompressionstaktes oder des Expansionstaktes kann eine Selbstzündung des
Gemisches in dem Zylinder erfolgen, die auch als Raumzündung oder
Controlled Auto Ignition (CAI) bezeichnet wird. Die Gemischbildung
und Verbrennung während
der Zwischenkompression richtet sich im Wesentlichen aus auf die
Erfordernisse einer Hauptverbrennung, insbesondere im Hinblick auf
eine dafür
relevante Gastemperatur. Ferner kann auch zusätzlich für die Zwischenkom pression eine
Optimierung für
die Verbrennung erfolgen, was sich positiv auf den Wirkungsgrad
auswirkt. Bevorzugt umfasst das aktive Initiieren der Zündung das
Zuführen
von Zündenergie,
um so eine Raumzündung
auch in der Zwischenkompression zu starten. Schadstoffemissionen
spielen in diesem Zusammenhang keine Rolle, da kein Ausschub der
Restgase in den Abgastrakt direkt nach der Zündung des in dem Brennraum
befindlichen Gemisches erfolgt, sondern vielmehr erst mit dem folgenden
Ausschiebetakt, dem eine weitere Verbrennung, eine Hauptverbrennung,
des in dem Zylinder befindlichen Gemisches vorangeht, bei der dann
die aus der Zwischenkompression gegebenenfalls verbleibenden Schadstoffemissionen
in gegebenenfalls unschädliche
Emissionen umgewandelt werden können.
Dies gilt insbesondere für
Rußpartikel, die
dann in der Hauptverbrennung, die während des Kompressionstaktes
oder insbesondere des Expansionstaktes erfolgt, abgebaut werden.
Ferner ermöglicht
die aktive Zündung
des Gemisches während
der Zwischenkompression auch, heißes Abgas zu schaffen, das
dann eine Raumzündung
des Gemisches für die
Hauptverbrennung sehr gut unterstützt.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung des ersten Aspekts wird die Einblasevorrichtung
zum Einblasen von Luft derart angesteuert, dass zumindest ein Teil
der eingeblasenen Luft während
der Offenstellung des Gasauslassventils in den Abgastrakt strömt. Auf
diese Weise kann insbesondere zeitnah zu einem Start der Brennkraftmaschine
das Katalysatorheizen unterstützt
werden und zwar durch das Erhöhen
des Sauerstoffgehalts bei Vorhandensein entsprechender Kraftstoffbestandteile
in dem Abgas, die dann mit dem Sauerstoff exotherm reagieren können und
so zu einem schnellen Aufheizen des Abgaskatalysators beitragen
können.
Auf diese Weise wird somit durch die Einblasevorrichtung auch eine Sekundärluftzuführung realisiert.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des ersten Aspekts wird die
Einblasevorrichtung angesteuert zum mehrfachen gepulsten Einblasen
von Luft nach dem oberen Totpunkt des Kolbens, auf den ein Arbeitstakt
folgt, und vor oder während das
Gasauslassventil sich anschließend
in seiner Offenstellung befindet. Auf diese Weise kann präzise eine
gezielte, insbesondere lokale, Ladungsbeschaffenheit eingestellt
werden. So kann einfach ein Grad der Homogenisierung des Gemisches
in dem Brennraum beeinflusst werden.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
Brennkraftmaschine mit einer Steuervorrichtung,
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2 eine
Schnittdarstellung einer Zumessbaueinheit,
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3 ein
Ablaufdiagramm eines Programms, das von der Steuervorrichtung abgearbeitet wird,
und
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4 Druckverläufe des
Drucks in dem Brennraum und Ventilhubverläufe.
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Elemente
gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen
Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Eine
Brennkraftmaschine umfasst einen Ansaugtrakt 1, einen Motorblock 2,
einen Zylinderkopf 3 und einen Abgastrakt 4. Der
Ansaugtrakt 1 umfasst bevorzugt eine Drosselklappe 5,
ferner einen Sammler 6 und ein Saugrohr 7, das
hin zu einem Zylinder Z1 über
einen Einlasskanal in den Motorblock 2 geführt ist.
Der Motorblock 2 umfasst ferner eine Kurbelwelle 8,
welche über
eine Pleuelstange 10 mit dem Kolben 11 des Zylinders
Z1 gekoppelt ist.
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Der
Zylinderkopf 3 umfasst einen Ventiltrieb 14, 15 mit
einem Gaseinlassventil 12 und einem Gasauslassventil 13.
Ferner ist dem Ventiltrieb 14, 15 bevorzugt jeweils
für das
Gaseinlassventil 12 und gegebenenfalls auch für das Gasauslassventil 13 ein
Phasenversteller 14a, 15a zugeordnet, mittels
dessen eine Phase des Gaseinlassventilhubverlaufs beziehungsweise
des Gasauslassventilhubverlaufs bezogen auf einen Referenzpunkt
bezüglich
der Kurbelwelle verstellbar ist. Darüber hinaus ist bevorzugt mindestens
ein Ventilhubversteller vorgesehen mittels dessen der Ventilhub
des Gaseinlassventils 12 und/oder des Gasauslassventils 13 verstellbar
ist. Darüber
hinaus ist bevorzugt in dem Ansaugtrakt 1 ein Impulsladeventil 16 angeordnet.
Darüber
hinaus kann zum Beeinflussen der Fluidströmung in einen Brennraum des
Zylinders Z1 hinein auch mindestens eine Drallklappe vorgesehen
sein.
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Der
Zylinderkopf 3 umfasst ferner neben einer Zündkerze 33 ein
Einspritzventil und eine Einblasevorrichtung. Besonders bevorzugt
sind das Einspritzventil und die Einblasevorrichtung in einer Baueinheit
und zwar in einer Zumessbaueinheit 18 angeordnet. Die Zumessbaueinheit 18 umfasst
einen Gehäusekörper 19 (2),
der eine erste Ausnehmung 20 aufweist, in die ein Kraftstoffeinlass 21 mündet, der
dazu vorgesehen ist mit einer Kraftstoffversorgung, wie beispielsweise
einem Common Rail, hydraulisch gekoppelt zu sein. Ferner ist in
der ersten Ausnehmung 20 eine Düsennadel 22 angeordnet, die
in einer Schließposition
einen Fluidfluss durch eine Einspritzdüse 23 unterbindet
und diesen in sonstigen Positionen freigibt und somit ein Zumessen
von Fluid, insbesondere Kraftstoff, in den Brennraum des jeweiligen
Zylinders Z1 bis Z4 ermöglicht. Eine
Rückstellfeder 24 stützt sich
auf einen Absatz 25 des Gehäusekörpers 19 an ihrem
einen axialen freien Ende ab und ist an ihrem anderen freien axialen
Ende mit einem Federteller 26 gekoppelt, der wiederum mechanisch
gekoppelt ist mit der Düsennadel 22.
Auf diese Weise wird die Düsennadel 22 ohne das
Einwirken weiterer Kräfte
in ihre Schließposition vorgespannt.
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Ferner
ist in dem Gehäusekörper 19,
insbesondere in der ersten Ausnehmung 20, ein Aktuator 27 angeordnet,
der auf die Düsennadel 22 einwirkt. Der
Aktuator ist vorzugsweise als Festkörperaktuator, insbesondere
als Piezoaktuator, ausgebildet. Er kann jedoch auch als ein weiterer
dem Fachmann für diesen
Zweck bekannter Aktuator ausgebildet sein, wie beispielsweise ein
elektromagnetischer Aktuator.
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Der
Gehäusekörper 19 umfasst
ferner eine weitere Ausnehmung 28, die mit einem Gaseinlass 29 kommuniziert,
der bei der bestimmungsgemäß montierten
Zumessbaueinheit 18 mit einer Luftversorgungseinheit pneumatisch
gekoppelt ist, die bevorzugt Luft unter erhöhtem Druck, wie z. B. 6 bar oder
auch mehr oder etwas weniger, zur Verfügung stellt. Dazu kann der
Brennkraftmaschine beispielsweise ein Kompressor zugeordnet sein,
der die Luft entsprechend verdichtet. Ferner ist in der weiteren Ausnehmung 28 ein
Einblaseventil 30 angeordnet, mittels dessen ein Einblasen
der Luft in den Brennraum des Zylinders Z1 steuerbar ist.
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In
dem Abgastrakt 4 ist ein Abgaskatalysator 34 angeordnet,
der bevorzugt als Dreiwegekatalysator ausgebildet ist. Eine Steuervorrichtung 36 ist
vorgesehen, der Sensoren zugeordnet sind, die verschiedene Messgrößen erfassen
und jeweils den Wert der Messgröße ermitteln.
Messgrößen und
von diesen abge leitete Größen werden
im Folgenden als Betriebsgrößen BG bezeichnet.
Die Steuervorrichtung kann auch als Vorrichtung zum Betreiben der Brennkraftmaschine
bezeichnet werden. Die Steuervorrichtung 36 ermittelt abhängig von
mindestens einer der Betriebsgrößen BG Stellgrößen, die
dann in ein oder mehrere Stellsignale zum Steuern der Stellglieder
mittels entsprechender Stellantriebe umgesetzt werden.
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Die
Sensoren sind ein Pedalstellungsgeber 37, welcher eine
Fahrpedalstellung eines Fahrpedals 38 erfasst, ein Luftmassensensor 39,
welcher einen Luftmassenstrom stromaufwärts der Drosselklappe 5 erfasst,
ein erster Temperatursensor 42, welcher eine Ansauglufttemperatur
erfasst, ein Saugrohrdrucksensor 44, welcher einen Saugrohrdruck
in dem Sammler 6 erfasst, ein Kurbelwellenwinkelsensor 46, welcher
einen Kurbelwellenwinkel CRK erfasst, dem dann eine Drehzahl zugeordnet
wird. Ferner ist bevorzugt ein Drosselklappenstellungssensor 40 vorgesehen,
der einen Öffnungsgrad
der Drosselklappe 5 erfasst. Ferner ist bevorzugt ein zweiter
Temperatursensor 48 vorgesehen, der eine Kühlmitteltemperatur erfasst.
Ein Zylinderdrucksensor 50 ist bevorzugt vorgesehen, der
einen Druckverlauf in dem Brennraum des Zylinders Z1 erfasst. Ferner
ist bevorzugt eine Abgassonde 51 vorgesehen, die stromaufwärts des Abgaskatalysators 34 angeordnet
ist und den Restsauerstoffgehalt des Abgases erfasst.
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Je
nach Ausführungsform
der Erfindung kann eine beliebige Untermenge der genannten Sensoren
vorhanden sein oder es können
auch zusätzliche
Sensoren vorhanden sein.
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Die
Stellglieder sind beispielsweise die Drosselklappe 5, die
Gaseinlass- und Gasauslassventile 12, 13, die
Phasenversteller 14A, 15A oder die Ventilhubversteller,
die Drallklappe, das Einspritzventil, die Einblasevorrichtung oder
die Zündkerze.
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Neben
dem Zylinder Z1 sind bevorzugt auch noch weitere Zylinder Z2 bis
Z4 vorgesehen, denen dann auch entsprechende Stellglieder und gegebenenfalls
Sensoren zugeordnet sind.
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Ein
Programm zum Betreiben der Brennkraftmaschine ist im Folgenden anhand
des Ablaufdiagramms der 3 näher erläutert. Das Programm wird in
einem Schritt S0 gestartet, indem gegebenenfalls Variablen initiiert
werden. Bevorzugt wird das Programm in jedem Arbeitszyklus des jeweiligen
Zylinders Z1 bis Z4 mindestens einmal abgearbeitet.
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In
einem Schritt S1 werden ein Kurbelwellenwinkel CRK_OP_AIR des Einblasbeginns,
ein Kurbelwellenwinkel CRK_CL_AIR des Einblasendes, ein Kurbelwellenwinkel
CRK_IC_INJ des Kraftstoffzumessens für eine Zwischenkompression,
eine erste Kraftstoffmasse MFF1 für die Zwischenkompression und
ein Kurbelwellenwinkel CRK_IC_IGN des Initiierens des Zündens der
Zwischenkompression jeweils abhängig
von mindestens einer Betriebsgröße BG ermittelt.
Sie können
auch von verschiedenen Betriebsgrößen und auch mehreren Betriebsgrößen ermittelt
werden. Darüber
hinaus können
je nach Ausgestaltung des Programms in dem Schritt S1 auch nur einzelne
der Kurbelwellenwinkel CRK_OP_AIR, CRK_CL_AIR, CRK_IC_INJ und CRK_IC_IGN
oder die erste Kraftstoffmasse MFF1 ermittelt werden. Ferner kann
das Ermitteln auch abhängig
von einem oder mehreren physikalischen Modellen erfolgen. Das Ermitteln
kann beispielsweise abhängig
von Kennfeldern erfolgen, die vorab empirisch ermittelt wurden.
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In
einem Schritt S2 wird geprüft,
ob der aktuelle Kurbelwellenwinkel CRK gleich ist dem Kurbelwellenwinkel
CRK_OP_AIR des Einblasbeginns. Ist dies nicht der Fall, so wird
die Bearbeitung in einem Schritt S4 fortgesetzt, in dem das Programm
für eine Wartezeitdauer
T_W verharrt, bevor die Bearbeitung in dem Schritt S2 erneut fortgesetzt
wird. Die Wartezeitdauer T_W ist geeignet kurz gewählt, so
dass der Kurbelwellenwinkel CRK mit einer geeignet hohen Auflösung überprüft werden
kann.
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Ist
die Bedingung des Schrittes S2 hingegen erfüllt, so wird in einem Schritt
S6 ein Stellsignal SG_AIR für
die Einblasvorrichtung, bevorzugt abhängig von dem Kurbelwellenwinkel
CRK_CL_AIR des Einblasendes erzeugt. Bevorzugt wird es derart erzeugt,
dass eine vorgegebene Gasmenge, insbesondere Sauerstoffmenge, über die
Einblasvorrichtung in den jeweiligen Brennraum des jeweiligen Zylinders Z1
bis Z4 eingeblasen wird.
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In
einem Schritt S8 wird geprüft,
ob der aktuelle Kurbelwellenwinkel CRK gleich ist dem Kurbelwellenwinkel
CRK_IC_INJ des Kraftstoffzumessens für die Zwischenkompression.
Ist die Bedingung des Schrittes S8 nicht erfüllt, so wird die Bearbeitung
in einem Schritt S10 fortgesetzt, in dem das Programm für die vorgegebene
Wartezeitdauer T_W verharrt, bevor die Bearbeitung erneut in dem
Schritt S8 fortgesetzt wird. Ist die Bedingung des Schrittes S8
hingegen erfüllt,
so wird in einem Schritt S12 ein Stellsignal SG_INJ für das Einspritzventil
erzeugt und das Einspritzventil dann entsprechend angesteuert. Das Erzeugen
des Stellsignals SG_INJ für
das Einspritzventil erfolgt bevorzugt abhängig von der ersten Kraftstoffmasse
MFF1.
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In
einem Schritt S14 wird geprüft,
ob der aktuelle Kurbelwellenwinkel CRK gleich ist dem Kurbelwellenwinkel
CRK_IC_IGN des Initiierens der Zündung
in der Zwischenkompression. Ist dies nicht der Fall, so wird die
Bearbeitung in einem Schritt S16 fortgesetzt, in dem das Programm
für die
Wartezeitdauer T_W verharrt, bevor die Bearbeitung erneut in dem
Schritt S14 fortgesetzt wird. Ist die Bedingung des Schrittes S14
hingegen erfüllt,
so wird in einem Schritt S18 das Stellsignal SG_IGN für das Initiieren der
Zündung
in der Zwischenkompression durch die Zündkerze 33 erzeugt.
Das Programm wird anschließend
in einem Schritt S20 beendet.
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Gegebenenfalls
können
die Kurbelwellenwinkel CRK_OP_AIR des Einblasbeginns, der Kurbelwellenwinkel
CRK_CL_AIR des Einblasendes und/oder der Kurbelwellenwinkel CRK_IC_INJ
des Kraftstoffzumessens für
die Zwischenkompression und/oder der Kurbelwellenwinkel CRK_IC_IGN
des Initiierens der Zündung
in der Zwischenkompression auch so gewählt sein, dass eine oder mehrere
der Schritte S2, S8 und S14 bevorzugt quasi parallel zueinander
abgearbeitet werden und somit dann auch die Schritte S6 bzw. S12
bzw. S20 in beliebiger Reihenfolge zueinander abgearbeitet werden
können. Ggf.
kann auch auf das Ausführen
einer oder mehrerer der Schritte S8 bis S18 verzichtet werden. Beispielsweise
kann die Einblasevorrichtung angesteuert werden zum Einblasen von
Luft in Form mehrerer Einblaspulse während des Einblas-Kurbelwellenwinkelfensters.
So kann, insbesondere durch die Wahl der Anzahl der Einblaspulse,
gezielt eine lokale Ladungsbeschaffenheit in dem Brennraum des jeweiligen
Zylinders Z1–Z4
eingestellt werden. Insbesondere kann so auch ein Grad der Homogenisierung
des Gemisches in dem Brennraum des jeweiligen Zylinders Z1–Z4 beeinflusst
werden.
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Im
Folgenden ist der Betrieb der Brennkraftmaschine unterstützt durch
das Programm gemäß 3 noch
näher anhand
des Verlaufs des Drucks P und zwar des Zylinderdrucks in dem jeweiligen
Zylinder Z1 bis Z4 und zugeordneter Ventilhübe VL bezogen auf den Kurbelwellenwinkel
CRK erläutert. 52 bezeichnet
den Gasauslassventilhubverlauf, 54 bezeichnet den Gaseinlassventilhubverlauf
und 56 bezeichnet den Zylinderdruckverlauf. TDC bezeichnet einen
oberen Totpunkt des Kolbens 11. Die vier Takte des Arbeitszyklusses
eines Viertaktbetriebs sind bezeichnet mit Komp für den Kompressionstakt,
Exp für den
Arbeitstakt, Aus für
den Ausschiebetakt und An für
den Ansaugtakt. Für
eine bessere Verständlichkeit
sind diese Bezeichnungen gewählt,
auch wenn die Brennkraftmaschine quasi in einem Zweitaktbetrieb
betrieben werden kann, wie nachfolgend erläutert ist.
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Der
Zylinderdruck steigt während
des Kompressionstaktes Komp stark an und bevorzugt hat das Gemisch
in dem Zylinder eine derart hohe Temperatur, dass in der Nähe des oberen
Totpunktes TDC eine Selbstzündung
des Luft/Kraftstoff-Gemisches erfolgt. Zum Sicherstellen einer geeignet
hohen Temperatur vor dem Zünden
des Gemisches ist ein hoher Abgasanteil in dem Brennraum des Zylinders
vorhanden. Durch das Zünden
des Gemisches in der Nähe
des oberen Totpunkts TDC, also hier im Bereich um 0° Kurbelwellenwinkel,
erfolgt dann ein sehr deutlicher Druckanstieg des Zylinderdrucks
in dem jeweiligen Brennraum des jeweiligen Zylinders Z1 bis Z4,
der dann innerhalb des Arbeitstaktes mit zunehmender Abwärtsbewegung
des Kolbens 11 wieder abnimmt.
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Das
Abgas wird zu einem Teil in den Abgastrakt 4 ausgeschoben,
während
das Gasauslassventil 13 in seiner Offenstellung ist. Die
Offenstellung des Gasauslassventils 13 ist anhand des Ventilhubverlaufs 52 des
Gasauslassventils 13 ersichtlich. Für den Betrieb mit Zwischenkompression
ist der Ventilhub VL des Gasauslassventils 13 eher gering
eingestellt, um tendenziell einen hohen Abgasanteil für die Zwischenkompression
zum Erzeugen einer geeignet hohen Temperatur sicherzustellen. Darüber hinaus ist
der Bereich, in dem sich das Gasauslassventil 13 in seiner
Offenstellung befindet, bezogen auf den Kurbelwellenwinkel so eingestellt,
dass noch ausreichend Kurbelwellenwinkel zur Verfügung steht,
um das in dem Brennraum des Zylinders befindliche Fluid während der
Zwischenkompression geeignet zu verdichten. Ferner ist zu diesem
Zweck auch der auf den Kurbelwellenwinkel CRK bezogene Bereich der Offenstellung
des Gaseinlassventils 12 geeignet spät gewählt, wie das beispielhaft anhand
des Ventilhubverlaufs 54 des Gaseinlassventils 12 dargestellt
ist.
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Grundsätzlich kann
die Zwischenkompression dazu dienen, unverbrannte Kraftstoffanteile
zumindest teilweise zu oxidieren, um so eine geeignet hohe Temperatur
in dem Brennraum sicherzustellen für den Kompressionstakt Komp
und so dann für
das in dem Expansionstakt stattfindende oder gegen Ende des Expansionstaktes
stattfindende Raumzünden
des Luft/Kraftstoff-Gemisches die notwendige hohe Temperatur zur
Verfügung
zu stellen. Darüber hinaus
können
während
der Zwischenkompression auch längerkettige
Kohlenwasserstoffmoleküle
fraktioniert werden, was gegebenenfalls auch für eine leichtere Zündbarkeit
des Gemisches während
der Hauptverbrennung förderlich
sein kann. Darüber
hinaus kann durch die Zwischenkompression auch das Bilden von Radikalen
unterstützt
sein.
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Das
Stellsignal SG_AIR für
die Einblasvorrichtung wird während
des Einblas-Kurbelwellenwinkelfensters CRK_W erzeugt. Der Beginn
bezüglich des
Kurbelwellenwinkels CRK des Einblas- Kurbelwellenwinkelfensters CRK_W ist
durch den erwarteten Druckverlauf in dem jeweiligen Brennraum des
jeweiligen Zylinders Z1 bis Z4 und abhängig von dem Druck der der
Einblasvorrichtung zugeführten
Luft vorgegeben. Der Beginn kann so beispielsweise abhängig von
mindestens einer Betriebsgröße vorgegeben
sein. Das Ende des Einblas-Kurbelwellenwinkelfensters
CRK_W kann beispielsweise mit dem Erreichen einer Schließstellung
des Gasauslassventils zusammenfallen. Es kann jedoch auch bezogen
auf den Kurbelwellenwinkel danach liegen.
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Innerhalb
des Einblas-Kurbelwellenwinkelfensters CRK_W wird das Stellsignal
SG_AIR für
die Einblasvorrichtung erzeugt. Auf diese Weise wird Luft in den
Brennraum des jeweiligen Zylinders Z1 bis Z4 eingeblasen, was zu
einem Erhöhen
des Drucks in dem Zylinder führt
und so ein Austreiben des in dem Brennraum befindlichen Abgases
unterstützt,
während
das Gasauslassventil 13 sich in seiner Offenstellung befindet.
Auf diese Weise kann so für
die Zwischenkompression der Abgasanteil durch die Einblasvorrichtung
gezielt beeinflusst werden und auch der Sauerstoffanteil in dem
Brennraum des jeweiligen Zylinders Z1 mittels der Einblasvorrichtung
gezielt eingestellt werden.
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Es
kann so eine gezielte Inhomogenität des Gemisches in dem Brennraum
geschaffen werden. Insbesondere kann einfach eine lokale Ladungsschichtung,
bevorzugt nahe zu der Zündkerze,
erreicht werden. Falls keine Verbrennung des während der Zwischenkompression
in dem Brennraum befindlichen Gemisches erfolgen soll, kann auch
eine sehr gute Homogenisierung für
die folgende Hauptverbrennung erfolgen.
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Durch
ein zusätzliches
Ansteuern des Einspritzventils zum Zumessen von Kraftstoff für die Zwischenkompression
kann dann auch ein gewünschtes Luft/Kraftstoff-Verhältnis in
dem Brennraum des Zylinders eingestellt werden. So kann zum einen
das oben bereits erwähnte
Fraktionieren langkettiger Kohlenwasserstoffmoleküle unterstützt werden,
zum anderen ist es jedoch auch möglich,
eine Zündung des
Luft/Kraftstoff-Gemisches während
der Zwischenkompression durchzuführen.
Dies kann entweder bei geeignet hohen Temperaturen in dem Brennraum
während
der Zwischenkompression in Form einer reinen Raumzündung erfolgen.
Häufig
wird jedoch ein aktives Initiieren des Zündens durch einen entsprechenden
Zündfunken
der Zündkerze 33 eine sichere
Zündung
des Luft/Kraftstoff-Gemisches während
der Zwischenkompression sicherstellen. Insbesondere ist es vorteilhaft,
wenn das Luft/Kraftstoff-Gemisch dann auch sich in einem nahen räumlichen
Bereich um die Zündkerze 33 geschichtet
ist, dort weitgehend frei von Abgasbestandteilen. Zu diesem Zweck
wird dann zu dem Kurbelwellenwinkel CRK_IC_IGN des Initiierens der
Zündung
der Zwischenkompression das Stellsignal SG_IGN für die Zündkerze 33 erzeugt.
Auf diese Weise kann somit ein quasi Zweitaktbetrieb der Brennkraftmaschine realisiert
werden. Die Hauptverbrennung kann dabei entweder in Form der Raumzündung oder
auch in Form der konventionellen ottomotorischen Zündung erfolgen.
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Bei
geeigneter Anordnung der Einblasvorrichtung und gegebenenfalls auch
dem geeigneten Kurbelwellenwinkel CRK des Einblasens der Luft kann
auch gezielt für
die Zwischenkompression eine günstige
Steuerung in dem Brennraum des Zylinders hervorgerufen werden. Darüber hinaus
ist bei geeigneter Wahl des Kurbelwellenwinkels CRK_OP_AIR des Einblasbeginns
und/oder des Kurbelwellenwinkels CRK_CL_AIR des Einblasendes ein
Ausblasen der durch die Einblasvorrichtung eingeblasenen Luft in
den Abgastrakt 4 möglich.
Dies kann insbesondere zeitnah zu einem Motorstart der Brennkraftmaschine vorteilhaft
sein im Hinblick auf das Erzeugen hoher Temperaturen in dem Abgastrakt
zum Aufheizen des Katalysators, um diesen auf seine Betriebstemperatur
in kurzer Zeit zu bringen. Zu diesem Zweck kann dann auch ein entsprechendes
Zumessen von Kraftstoff durch das Einspritzventil erfolgen, der
dann unverbrannt in den Abgastrakt gelangt, um dort exotherm mit
dem Sauerstoff zu reagieren und so die Temperatur des Abgastraktes
zu erhöhen.
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Durch
das Vorsehen der Einblasvorrichtung und das hiermit mögliche Einblasen
von Luft während des
Einblase-Kurbelwellenwinkelfensters
CRK_W kann insbesondere der Betriebsbereich der Brennkraftmaschine,
in dem die Hauptverbrennung durch Raumzündung herbeigeführt werden
kann, deutlich erweitert werden. Es ist von Vorteil, dass durch
die durch die Einblasevorrichtung zugeführte Luft und gegebenenfalls
vorhandenen Kraftstoff oder zugemessenen Kraftstoff durch die Verbrennung
des Luft/Kraftstoff-Gemisches während
der Zwischenkompression heißes
Abgas erzeugt wird, das dann geeignet hohe Temperaturen in dem Brennraum
für die
Hauptverbrennung zum Ermöglichen
der Raumzündung
sicherstellt. Auf diese Weise kann so auch der Betriebsbereich,
in dem die Brennkraftmaschine mit Raumzündung betrieben werden kann,
erweitert werden.
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Darüber hinaus
kann die Gemischbildung und Zündung
des Gemisches während
der Zwischenkompression unabhängig
von Schadstoffemissionen, beispielsweise im Hinblick auf einen optimalen
Wirkungsgrad, optimiert werden. Auf diese Weise kann so beispielsweise
ein äußerst mageres
geschichtetes Gemisch zur Verbrennung kommen, was mit einem sehr
hohen Wirkungsgrad verbrennen kann und so ein zusätzliches
hohes Drehmoment erzeugen kann. Dabei gegebenenfalls entstehende Schadstoffemissionen,
wie beispielsweise Rußpartikel,
werden erst in dem nachfolgenden Ausschiebetakt in den Abgastrakt 4 ausgestoßen, dem
die Hauptverbrennung noch zuvorkommt, in der die Schadstoffemissionen
vorteilhaft abgebaut werden können.
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Durch
das Einblasen der Luft mittels der Einblasevorrichtung kann ferner
der Brennraum gespült werden
und damit aufgrund der besseren Frischgasfüllung ein höheres Motordrehmoment erreicht
werden und die Klopfneigung verringert werden.
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Je
höher der
Druck der Luft ist, die der Einblasevorrichtung zugeführt wird,
desto breiter kann dementsprechend auch das Einblase-Kurbelwellenwinkelfenster
CRK_W sein.
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Durch
die Einblasevorrichtung kann im Besonderen die Verbrennung während der
Hauptverbrennung beeinflusst werden. Die kann beispielsweise umfassen,
dass ein Verbrennungsschwerpunkt der Hauptverbrennung beeinflusst
wird, der sich stark auf den Wirkungsgrad der Hauptverbrennung auswirkt,
und kann auch umfassen, dass eine Verbrennungsdauer während der
Hauptverbrennung beeinflusst wird. Die Verbrennungsdauer kann insbesondere
durch die gezielte Beeinflussung des Grades der Homogenität des Gemisches
durch die Einblasevorrichtung im Sinne einer ggf. höheren Inhomogenität so beeinflusst
werden, dass ein Druckgradient des Drucks in dem Brennraum verringert
wird, was sich positiv auf erzeugte Schadstoffemissionen auswirken
kann.
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Ferner
kann durch geeignetes Einblasen von Luft durch die Einblasevorrichtung
während
des Einblase-Kurbelwellenwinkelfensters
CRK_W, insbesondere in einem Be triebszustand der Magervolllast, ein
Spülen
des jeweiligen Brennraums im Hinblick auf verbliebene Abgasanteile
erfolgen, und so dann für
eine folgende Hauptverbrennung ein äußerst geringer Abgasanteil
vor der Verbrennung sichergestellt werden.
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Durch
die Wahl des Kurbelwellenwinkels CRK_OP_AIR des Einblasbeginns kann
besonders gut der Grad der Homogenität des Gemisches eingestellt
werden.