DE102006004235A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Eine Brennkraftmaschine hat mindestens einen Zylinder, in dem ein Brennraum ausgebildet ist und dem ein Kolben zugeordnet ist. Sie hat ferner einen Ansaugtrakt, der abhängig von der Stellung eines Gaseinlassventils mit dem Brennraum des Zylinders kommuniziert. Sie hat ferner einen Abgastrakt, der abhängig von der Stellung eines Gasauslassventils mit dem Brennraum des Zylinders kommuniziert. Ein Einspritzventil ist zum Zumessen von Kraftstoff vorgesehen. Eine Einblasevorrichtung ist vorgesehen zum Einblasen von Luft direkt in den Brennraum des Zylinders unabhängig von der Stellung des Gaseinlassventils und unabhängig von dem Zumessen des Kraftstoffs. Die Einblasevorrichtung wird zum Einblasen von Luft angesteuert innerhalb eines Einblas-Kurbelwellenwinkelfensters (CRK_W), das sich von einem Beginn-Kurbelwellenwinkel (CRK_B) nahe zu einem Schließt-Kurbelwellenwinkel (CRK_CL) des Gasauslassventils bis zu einem Öffnet-Kurbelwellenwinkel (CRK_OP) des Gaseinlassventils erstreckt.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine.
• 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 Verbrennungsverlauf 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.
• Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine zu schaffen, die einen hohen Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine ermöglichen.
• Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
• Die Erfindung zeichnet sich 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 Gasauslassventils und unabhängig von dem Zumessen des Kraftstoffs vorgesehen ist. Die Einblasevorrichtung wird zum Einblasen von Luft angesteuert innerhalb eines Einblase-Kurbelwellenwinkelfensters, das sich von einem Beginn-Kurbelwellenwinkel nahe zu einem Schließt-Kurbelwellenwinkel des Gasauslassventils bis zu einem Öffnet-Kurbelwellenwinkel des Gaseinlassventils erstreckt. Der Schließt-Kurbelwellenwinkel des Gasauslassventils ist derjenige Kurbelwellenwinkel, zu dem das Gasauslassventil seine Schließstellung erreicht und somit einen Fluidstrom aus dem Brennraum des jeweiligen Zylinders in dem Abgastrakt unterbindet. Der Öffnet-Kurbelwellenwinkel des Gaseinlassventils ist derjenige Kurbelwellenwinkel, bei dem das Gaseinlassven til beginnt sich aus seiner Schließstellung heraus zu bewegen und somit beginnt, einen Fluidstrom von dem Ansaugtrakt in den Brennraum des jeweiligen Zylinders zu ermöglichen. Der Beginn-Kurbelwellenwinkel liegt nahe zu dem Schließt-Kurbelwellenwinkel des Gasauslassventils, was in Bezug auf die Gasdynamik bezüglich einer Wirkung des Beginnens des Einblasens von Luft durch die Einblasevorrichtung zu bewerten ist im Hinblick auf eine dadurch bedingte Veränderung des Ausströmungsverhaltens, insbesondere des Abgases aus dem Brennraum in den Abgastrakt. Ein in diesem Sinne nahe liegender Beginn-Kurbelwellenwinkel zu dem Schließt-Kurbelwellenwinkel hat somit zur Folge, dass aufgrund der Fluiddynamik, und insbesondere von Druckpulsationen, die sich erst zeitverzögert im Bereich des Auslasses hin zu dem Abgastrakt in dem Brennraum auswirken, ein Beginn des Einblasens von Luft durch das Einblaseventil zwar zeitlich vor dem Erreichen des Schließt-Kurbelwellenwinkels des Gasauslassventils erfolgt, das Ausströmverhalten des Abgases aufgrund der Zeitverzögerung der Wirkung entsprechender Druckpulsationen im Bereich des Auslasses hin zu dem Abgastrakt jedoch erst eintritt, wenn der Schließt-Kurbelwellenwinkel des Gasauslassventils bereits erreicht ist und somit im Wesentlichen keine Veränderung des Ausströmverhaltens des Abgases erfolgt.
• Durch das Einblasen der Luft innerhalb des Einblas-Kurbelwellenwinkelfensters wird so die in dem Brennraum verbleibende Abgasmasse im Wesentlichen nicht beeinflusst, was vorteilhaft sein kann für eine Gemischaufbereitung während der Zwischenkompression und/oder auch für das Bereitstellen geeignet hoher Temperaturen für eine Raumzündung des Gemisches in einer gegebenenfalls nachfolgenden Hauptverbrennung um einen oberen Totpunkt zwischen einem Kompressionstakt und einem Arbeitstakt der Brennkraftmaschine.
• Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird vor oder während einer Zwischenkompression um den oberen Totpunkt des Kolbens bei Ladungswechsel eine vorgegebene erste Kraftstoffmasse in den Brennraum zugemessen und während der Zwischenkompression 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 Zwei-Takt-Betriebs. Während des Kompressionstaktes oder des Expansionstaktes kann eine Selbstzündung des Gemisches in dem Zylinder, die auch als Raumzündung oder compressed 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 Zwischenkompression 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 sodann eine Raumzündung des Gemisches für die Hauptverbrennung sehr gut unterstützt.
• Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des ersten Aspekts wird die Einblasevorrichtung angesteuert zum mehrfachen gepulsten Einblasen von Luft innerhalb des Einblas-Kurbelwellenwinkelfensters. 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.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
• 1 eine Brennkraftmaschine mit einer Steuervorrichtung,
• 2 eine Schnittdarstellung einer Zumessbaueinheit,
• 3 ein Ablaufdiagramm eines Programms, das von der Steuervorrichtung abgearbeitet wird, und
• 4 Druckverläufe des Drucks in dem Brennraum und Ventilhubverläufe.
• Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
• 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.
• 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.
• 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 Einspritz düse 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.
• 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.
• 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.
• 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 abgeleitete 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.
• 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.
• Je nach Ausführungsform der Erfindung kann eine beliebige Untermenge der genannten Sensoren vorhanden sein oder es können auch zusätzliche Sensoren vorhanden sein.
• 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.
• Neben dem Zylinder Z1 sind bevorzugt auch noch weitere Zylinder Z2 bis Z4 vorgesehen, denen dann auch entsprechende Stellglieder und gegebenenfalls Sensoren zugeordnet sind.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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 Ein spritzventil erfolgt bevorzugt abhängig von der ersten Kraftstoffmasse MFF1.
• 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.
• 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. 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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 Kompressionstaktes 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.
• Das Stellsignal SG_AIR für die Einblasevorrichtung wird während des Einblas-Kurbelwellenwinkelfensters CRK_W erzeugt und bewirkt ein Öffnen des Einblaseventils 30 und damit einherge hend ein Einblasen von Luft in den Brennraum des jeweiligen Zylinders Z1 bis Z4. Ein Beginn-Kurbelwellenwinkel CRK_B des Einblas-Kurbelwellenwinkelfensters CRK_W ist vorgegeben nahe zu einem Schließt-Kurbelwellenwinkel CRK_CL des Gasauslassventils, bei dem das Gasauslassventil 13 gerade seine Schließstellung erreicht, und somit dann ab diesem Kurbelwellenwinkel eine Kommunikation des Brennraums des jeweiligen Zylinders Z1 bis Z4 mit dem Abgastrakt 4 unterbindet.
• Der Beginn-Kurbelwellenwinkel ist bevorzugt so vorgegeben, dass das Einblasen von Luft durch die Einblasevorrichtung sich im Wesentlichen nicht auf ein Ausströmverhalten von Fluid aus dem Brennraum des jeweiligen Zylinders Z1 bis Z4 in den Abgastrakt 4 auswirkt. Insofern kann der Beginn-Kurbelwellenwinkel CRK_B auch zeitlich und somit kurbelwellenwinkelmäßig vor dem Schließt-Kurbelwellenwinkel CRK_CL des Gasauslassventils 13 liegen aufgrund einer Laufzeitdauer einer Druckwelle, die durch das Beginnen des Einblasens der Luft durch die Einblasevorrichtung vorgegeben ist, bis zum Erreichen des Auslasses aus dem Brennraum in den Abgastrakt 4.
• Das Einblas-Kurbelwellenwinkelfenster CRK_W erstreckt sich bis zu einem Öffnet-Kurbelwellenwinkel CRK_OP des Gaseinlassventils 12. Der Öffnet-Kurbelwellenwinkel CRK_OP des Gaseinlassventils 12 ist gegeben durch den Beginn einer Bewegung des Gaseinlassventils 12 heraus aus seiner Schließstellung, in der es eine Kommunikation des Brennraums des jeweiligen Zylinders Z1 bis Z4 mit dem Ansaugtrakt 1 unterbindet.
• Innerhalb des Einblase-Kurbelwellenwinkelfensters CRK_W wird die Einblasevorrichtung zum Einblasen von Luft angesteuert. Somit liegen der Kurbelwellenwinkel CRK_OP_AIR des Einblasbe ginns und der Kurbelwellenwinkel CRK_CL_AIR des Einblasendes innerhalb des Einblas-Kurbelwellenwinkelfensters CRK_W. Auf diese Weise wird somit Luft und damit auch Sauerstoff in den Brennraum für die Zwischenkompression eingeblasen. Auf diese Weise kann so der Sauerstoffanteil in dem Brennraum des jeweiligen Zylinders Z1 bis Z4 mittels der Einblasevorrichtung gezielt auch für die Zwischenkompression eingestellt und insbesondere erhöht werden. Es kann so eine gezielte Inhomogenität des Gemisches in dem Brennraum geschaffen werden. Insbesondere kann einfach ein 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.
• Durch ein zusätzlich mögliches 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 oder das Bilden von Radikalen unterstützt werden, zum anderen ist es jedoch auch möglich, eine Zündung des Luft/Kraftstoff-Gemisches während der Zwischenkompression durchzuführen. Dies kann 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 Kurbel wellenwinkel 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.
• Bei geeigneter Anordnung der Einblasvorrichtung und gegebenenfalls auch dem geeigneten Kurbelwellenwinkel CRK des Einblasens der Luft kann auch gezielt für die Zwischenkompression eine günstige Strömung in dem Brennraum des Zylinders hervorgerufen werden.
• 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.
• 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.
• 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.
• Durch die Wahl des Kurbelwellenwinkels CRK_OP_AIR des Einblasbeginns kann besonders gut der Grad der Homogenität des Gemisches eingestellt werden.

Claims (4)

1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder (Z1 bis Z4), in dem ein Brennraum ausgebildet ist und dem ein Kolben (11) zugeordnet ist, mit einem Ansaugtrakt (1), der abhängig von der Stellung eines Gaseinlassventils (12) mit dem Brennraum des Zylinders (Z1 bis Z4) kommuniziert, mit einem Abgastrakt (4), der abhängig von der Stellung eines Gasauslassventils (13) mit dem Brennraum des Zylinders (Z1 bis Z4) 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 (Z1 bis Z4) unabhängig von der Stellung des Gaseinlassventils (12) und unabhängig von dem Zumessen des Kraftstoffs vorgesehen ist, bei dem – die Einblasevorrichtung zum Einblasen von Luft angesteuert wird innerhalb eines Einblas-Kurbelwellenwinkelfensters (CRK_W), das sich von einem Beginn-Kurbelwellenwinkel (CRK_B) nahe zu einem Schließt-Kurbelwellenwinkel (CRK_CL) des Gasauslassventils (13) bis zu einem Öffnet-Kurbelwellenwinkel (CRL_OP) des Gaseinlassventils (12) erstreckt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem – vor oder während einer Zwischenkompression um den oberen Totpunkt (TDC) des Kolbens (11) bei Ladungswechsel eine vorgegebene erste Kraftstoffmasse (MFF1) in den Brennraum zugemessen wird und – während der Zwischenkompression eine aktive Zündung des in dem Brennraum befindlichen Gemisches initiiert wird.
3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Einblasevorrichtung angesteuert wird zum mehrfachen gepulsten Einblasen von Luft innerhalb des Einblas-Kurbelwellenwinkelfensters.
4. Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder (Z1 bis Z4), in dem ein Brennraum ausgebildet ist und dem ein Kolben (11) zugeordnet ist, mit einem Ansaugtrakt (1), der abhängig von der Stellung eines Gaseinlassventils (12) mit dem Brennraum des Zylinders (Z1 bis Z4) kommuniziert, mit einem Abgastrakt (4), der abhängig von der Stellung eines Gasauslassventils (13) mit dem Brennraum des Zylinders (Z1 bis Z4) 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 (Z1 bis Z4) unabhängig von der Stellung des Gaseinlassventils (12) und unabhängig von dem Zumessen des Kraftstoffs vorgesehen ist, die ausgebildet ist zum Ansteuern der Einblasevorrichtung zum Einblasen von Luft innerhalb eines Einblas-Kurbelwellenwinkelfensters (CRK_W), das sieh von einem Beginn-Kurbelwellenwinkel (CRK_B) nahe zu einem Schließt-Kurbelwellenwinkel (CRL_CL) des Gasauslassventils (13) bis zu einem Öffnet-Kurbelwellenwinkel (CRK_OP) des Gaseinlassventils (12) erstreckt.