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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere für einen Kraftwagen, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Derartige Verfahren zum Betreiben von Verbrennungskraftmaschinen sind aus dem allgemeinen Stand der Technik, insbesondere aus der Massenfertigung von Personenkraftwagen hinlänglich bekannt. Bei dem Verfahren wird Kraftstoff, insbesondere flüssiger Kraftstoff, mittels eines Injektors direkt in einen Brennraum der Verbrennungskraftmaschine eingespritzt. Die Verbrennungskraftmaschine ist üblicherweise als Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ausgebildet, wobei der Brennraum als Zylinder ausgebildet ist. In dem Zylinder ist ein Kolben angeordnet, welcher relativ zu dem Zylinder translatorisch bewegbar ist. Der Kolben ist beispielsweise über einen Pleuel gelenkig mit einer Abtriebswelle in Form einer Kurbelwelle der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine gekoppelt, so dass die translatorischen Bewegungen des Kolbens im Zylinder in eine rotatorische Bewegung der Kurbelwelle umgewandelt werden können.
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Die Verbrennungskraftmaschine ist beispielsweise als Vier-Takt-Motor ausgebildet. Der Kolben führt im Rahmen eines sogenannten Arbeitsspiels des Kolbens die Takte Ansaugen, Verdichten, Arbeiten und Ausschieben aus, wobei sich ein solches Arbeitsspiel über zwei vollständige Umdrehungen der Kurbelwelle, das heißt über 720 Grad Kurbelwinkel [°KW] erstreckt.
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Durch das direkte Einspritzen des Kraftstoffs in den Zylinder entsteht im Zylinder ein Kraftstoff-Luft-Gemisch, welches im Rahmen des Verdichtungs-Takts verdichtet wird. Anschließend erfolgt eine Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemischs, wobei das Kraftstoff-Luft-Gemisch beispielsweise bei einem Ottomotor mittels einer Zündeinrichtung, insbesondere einer Zündkerze, gezündet wird. An die Zündung schließt sich eine Verbrennung an, wodurch das Gemisch im Rahmen des Arbeits-Takts expandiert. Aus der Verbrennung resultiert Abgas, das im Rahmen des Ausschiebe-Takts aus dem Zylinder mittels des Kolbens ausgeschoben wird. Daran schließt sich der Ansaug-Takt an, wobei Frischluft mittels des Kolbens in den Zylinder angesaugt wird.
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Zum Einspritzen des Kraftstoffes direkt in den Brennraum beziehungsweise Zylinder werden mittels des Injektors eine oder mehrere Einspritzungen von Kraftstoff im Ansaug-Takt und/oder im Verdichtungs-Takt eines Arbeitstaktes direkt in den Brennraum durchgeführt. Dabei können während eines Homogen-Betriebs eine oder mehrere Einspritzungen im Ansaug-Takt, während eines Homogen-Schichtbetriebs eine oder mehrere Einspritzungen im Ansaug-Takt und zusätzlich eine oder mehrere Einspritzungen im nachfolgenden Verdichtungs-Takt und während eines Schichtbetriebs mehrere Einspritzungen im Verdichtungs-Takt vorgenommen werden. Auf eine erste Einspritzung im Verdichtungs-Takt folgen eine oder mehrere zeitlich an die erste Einspritzung anschließende und zeitlich von der ersten bzw. vorangehenden Einspritzung beabstandete nachfolgende Einspritzung bzw. Einspritzungen von Kraftstoff.
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Werden zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum mehrere Einspritzungen, das heißt wenigstens zwei zeitlich aufeinanderfolgende und zeitlich voneinander beabstandete Einspritzungen innerhalb eines Arbeitsspiels des Kolbens durchgeführt, so wird dies auch als Mehrfacheinspritzung bezeichnet. Die Einspritzungen, das heißt die Mehrfacheinspritzung werden beziehungsweise wird innerhalb eines Arbeitsspiels durchgeführt.
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Der Injektor umfasst eine Einspritzdüse mit einem Verschlusselement. Bei diesem Verschlusselement handelt es sich beispielsweise um eine sogenannte Ventilnadel. Das Verschlusselement ist dabei zwischen einer Schließstellung und einer maximalen Offenstellung bewegbar. In der Schließstellung liegt das Verschlusselement an einem korrespondierenden Ventilsitz an, so dass wenigstens eine Einspritzöffnung des Injektors verschlossen, das heißt fluidisch versperrt ist. In der Schließstellung ist somit ein gesamter Einspritzquerschnitt, über welchen Kraftstoff mittels des Injektors direkt in den Brennraum eingespritzt werden kann, fluidisch versperrt. Somit wird in der Schließstellung kein Kraftstoff in den Brennraum eingespritzt.
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In der maximalen Offenstellung ist die Einspritzöffnung beziehungsweise der gesamte Einspritzquerschnitt geöffnet, so dass die Einspritzöffnung beziehungsweise der Einspritzquerschnitt von Kraftstoff durchströmt und Kraftstoff in den Brennraum direkt eingespritzt werden kann.
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Um das Verschlusselement aus der Schließstellung in die maximale Offenstellung zu bewegen, wird ein sogenannter Vollhub des Verschlusselements durchgeführt. Der Vollhub ist somit der Weg, den das beispielsweise an einem Gehäuse des Injektors relativ zum Gehäuse translatorisch bewegbar gelagerte Verschlusselement insgesamt beziehungsweise maximal bewegt werden kann. In der maximalen Offenstellung ist somit ein maximaler Massenstrom eingestellt, welcher mittels des Injektors in den Brennraum direkt eingespritzt werden kann.
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Die
DE 102 31 582 A1 offenbart ein Verfahren zur Bildung eines zündfähigen Kraftstoff-Luft-Gemisches in einem Brennraum einer direkt einspritzenden Brennkraftmaschine, insbesondere einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine, mit einer einen Verschlusskörper aufweisenden Kraftstoffeinspritzdüse. Bei dem Verfahren wird der Verschlusskörper der Kraftstoffeinspritzdüse von einer Schließposition bis zu einer Betriebsposition mittels einer Steuereinrichtung bewegt, wobei ein Betriebshub und eine Kraftstoffeinspritzdauer variabel einstellbar sind. Ferner ist es vorgesehen, dass während eines Kraftstoffeinspritzvorgangs der Verschlusskörper zwischen der Verschließposition und der Betriebsposition mit einer variierenden Beschleunigung derart bewegt wird, dass bis zu der Einstellung des vorgegebenen Betriebshubes unterschiedliche Geschwindigkeiten eingestellt werden.
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Es hat sich gezeigt, dass es bei der Durchführung von Mehrfacheinspritzungen, insbesondere bei mehreren kurz aufeinanderfolgenden Einspritzungen im Verdichtungs-Takt, zu einer ungünstigen Gemischbildung und somit zu ungünstigen Entflammungsbedingungen kommen kann, so dass das Gemisch nur schlecht mittels der Zündkerze gezündet werden kann.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass günstige Gemischbildungen und somit günstige Entflammungsbedingungen realisierbar sind.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass sich besonders vorteilhafte Gemischbildungen und Entflammungsbedingungen im Brennraum realisieren lassen, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass beim Durchführen der ersten Einspritzung im Verdichtungs-Takt das Verschlusselement in wenigstens eine Zwischenposition zwischen der Schließstellung und der maximalen Offenstellung bewegt wird und eine Bewegung des Verschlusselements in die maximale Offenstellung unterbleibt. Mit anderen Worten wird lediglich ein Teilhub des Verschlusselements durchgeführt. Die Durchführung des Vollhubs, das heißt die Bewegung des Verschlusselements aus der Schließstellung in die maximale Offenstellung, unterbleibt.
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Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, dass es bei mehreren kurz aufeinanderfolgenden Einspritzungen im Verdichtungs-Takt zu starken Beeinflussungen der nachfolgenden, das heißt der auf die erste Einspritzung nachfolgenden Einspritzung bzw. Einspritzungen durch die erste oder vorangehende Einspritzung kommen kann. In Kombination mit der im Brennraum vorhandenen Ladungsbewegung erzeugt insbesondere die sprayinduzierte Strömung vorangegangener Einspritzungen beziehungsweise der ersten Einspritzung im Verdichtungs-Takt wechselnde Randbedingungen für die nachfolgenden Einspritzungen. Dadurch kann es zu starken Fluktuationen der nachfolgenden Einspritzungen kommen.
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Da es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nun vorgesehen ist, lediglich einen Teilhub des Verschlusselements durchzuführen, kann die Wechselwirkung zwischen den Einspritzungen, das heißt eine Interaktion der einzelnen Einspritzungen, welche üblicherweise auch als Teileinspritzungen bezeichnet werden, reduziert werden. Daraus resultieren konstantere Bedingungen, beispielsweise zum Zündzeitpunkt, zu welchem ein in dem Zylinder angeordnetes Kraftstoff-Luft-Gemisch mittels einer Zündeinrichtung, beispielsweise einer Zündkerze, gezündet wird.
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Diese konstanten Bedingungen für die zweite Einspritzung sind insofern vorteilhaft, als sich ein sogenanntes Spray, unter dessen Ausbildung der Kraftstoff bei der nachfolgenden Einspritzung auf eine vorangegangen Einspritzung im Verdichtungs-Takt in den Brennraum direkt eingespritzt wird, reproduzierbar ausbreiten kann. Somit werden auch die Entflammungsbedingungen reproduzierbar, so dass sich die Robustheit des Brennverfahrens steigern lässt.
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Es wurde nämlich gefunden, dass das Maß der Beeinflussung der nachfolgenden Einspritzung im Verdichtungs-Takt durch die vorangehende Einspritzung vom Sprayimpuls, insbesondere von der Tröpfchengröße, dem Einspritzdruck und der Einspritzzeit der ersten bzw. vorangehenden Einspritzung abhängt. Dieser Sprayimpuls kann durch das Bewegen des Verschlusselements in die Zwischenposition und das Unterlassen der Bewegung des Verschlusselements in die maximale Offenstellung gegenüber der Durchführung des Vollhubs, das heißt gegenüber der Bewegung des Verschlusselements in die maximale Offenstellung reduziert werden. Mit anderen Worten wird der Hub des Verschlusselements bei der ersten Einspritzung gegenüber dem Vollhub zurückgenommen, so dass das Bewegen des Verschlusselements in die maximale Offenstellung unterbleibt.
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Bei der Durchführung des Teilhubs kommt es im Vergleich zur Durchführung des Vollhubs zu einer geringeren Einspritzrate, das heißt zu einer geringeren Menge an eingespritztem Kraftstoff pro Zeit. Ferner kommt es jedoch ebenfalls zu einer Ausbildung kleinerer Spraytröpfchen, zu einer geringeren Eindringtiefe und zu niedrigeren sprayinduzierten Luftströmungen im Brennraum, die weniger mit der Ladungsbewegung interagieren.
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Die gegenüber der Durchführung des Vollhubs geringere Einspritzrate kann beispielsweise durch eine Verlängerung der Einspritzzeit kompensiert werden, so dass trotz der Durchführung des Teilhubs, das heißt trotz der Bewegung des Verschlusselements lediglich in die Zwischenstellung im Vergleich zur Durchführung des Vollhubs, das heißt im Vergleich zur Bewegung des Verschlusselements in die maximale Offenstellung die gleiche Menge an Kraftstoff in den Brennraum direkt eingespritzt werden kann.
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In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird beim Durchführen der einen oder mehreren nachfolgenden Einspritzungen das Verschlusselement in wenigstens eine Zwischenposition zwischen der Schließstellung und der maximalen Offenstellung bewegt und eine Bewegung des Verschlusselements in die maximale Offenstellung unterbleibt. Vorteilhafterweise wird bei Teileinspritzungen, die auf die erste Einspritzung nachfolgen, ebenfalls eine Wechselwirkung zwischen einer vorangehenden Einspritzung auf eine nachfolgende Einspritzung reduziert, so dass konstantere Bedingungen zum Bilden eines Kraftstoff-Luft-Gemisches im Brennraum, wodurch beispielsweise die Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisch im Brennraum verbessert werden kann. Eine zeitlich letzte Einspritzung der nachfolgenden Einspritzungen kann auch mit einem Teilhub durchgeführt werden.
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In einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird beim Durchführen der zeitlich letzten von der einen oder mehreren nachfolgenden Einspritzungen das Verschlusselement in die maximale Offenstellung bewegt. Hierdurch kann in besonders kurzer Zeit eine vorgesehene Menge an Kraftstoff in den Brennraum direkt eingespritzt werden. Vorzugsweise wird durch die letzte Einspritzung, bei Durchführung des Vollhubs, das heißt bei der Bewegung des Verschlusselements in die maximale Offenstellung bei der letzten Einspritzung, keine weiteren Einspritzungen beeinflusst.
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Als weiterhin besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn beim Durchführen der ersten bzw. einer vorangegangenen Einspritzung das Verschlusselement über eine vorgebbare Zeitdauer in der Zwischenposition gehalten wird. Hierdurch kann die gegenüber der Durchführung des Vollhubs geringere Einspritzrate kompensiert werden, so dass trotz Durchführung des Teilhubs eine vorgebbare Menge an Kraftstoff wie bei der Durchführung des Vollhubs in den Brennraum eingespritzt werden kann.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird ein Injektor verwendet, dessen Verschlusselement beim Durchführen der jeweiligen Einspritzung bezogen auf den übrigen Injektor nach außen in Richtung des Brennraums translatorisch bewegt wird. Mit anderen Worten ist der Injektor mit nach außen öffnender Einspritzdüse ausgebildet, welche üblicherweise auch als A-Düse bezeichnet wird. Hierdurch kann der Kraftstoff besonders effektiv und effizient in den Brennraum eingespritzt werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren hat sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn die Verbrennungskraftmaschine als ein direkt einspritzender Ottomotor verwendet wird. Das Verfahren stellt dabei ein optimiertes Einspritzverfahren dar, mittels welchem bei einem ottomotorischen Brennverfahren die Sprayinteraktion zwischen mehreren, aufeinanderfolgenden Einspritzungen gering gehalten werden kann. In der Folge kann das Kraftstoff-Luft-Gemisch im Brennraum sicher gezündet werden, woraus eine besonders hohe Laufruhe der Verbrennungskraftmaschine resultiert. Ferner kann ein effizienter und kraftstoffverbrauchsarmer sowie emissionsarmer Betrieb der Verbrennungskraftmaschine realisiert werden.
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Schließlich hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn die Verbrennungskraftmaschine, insbesondere der direkt einspritzende Ottomotor, mit einem strahlgeführten Brennverfahren betrieben wird. Hierdurch kann ein besonders effizienter und emissionsarmer Betrieb realisiert werden.
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Zur Erfindung gehört auch eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere für einen Kraftwagen und insbesondere für einen Personenkraftwagen, welche zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind als vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine anzusehen und umgekehrt.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
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1 zwei Diagramme zur Veranschaulichung eines Verfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform zum Betreiben einer direkt einspritzenden Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, wobei wenigstens zwei zeitlich aufeinanderfolgende und zeitlich voneinander beabstandete Einspritzungen durchgeführt werden, mittels welchen flüssiger Kraftstoff direkt in einen Zylinder der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine eingespritzt wird;
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2 die Diagramme gemäß 1 zum Veranschaulichen des Verfahrens gemäß einer zweiten Ausführungsform;
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3 die Diagramme gemäß 1 und 2 zur Veranschaulichung des Verfahrens gemäß einer dritten Ausführungsform; und
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4 ein Diagramm mit dem Motorkennfeld der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine.
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1 bis 4 dienen zur Erläuterung eines Verfahrens zum Betreiben einer als Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine, wobei durch 1 eine erste Ausführungsform, durch 2 eine zweite Ausführungsform und durch 3 eine dritte Ausführungsform des Verfahrens veranschaulicht ist.
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Die Verbrennungskraftmaschine wird als Antriebsaggregat zum Antreiben eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens, verwendet. Die Verbrennungskraftmaschine umfasst wenigstens einen Brennraum in Form eines Zylinders. In dem Zylinder ist ein Kolben angeordnet. Der Kolben ist relativ zu dem Zylinder translatorisch bewegbar. Ferner ist der Kolben über einen Pleuel gelenkig mit einer Abtriebswelle der Verbrennungskraftmaschine gekoppelt. Bei der Abtriebswelle handelt es sich um eine Kurbelwelle, welche an einem Kurbelgehäuse der Verbrennungskraftmaschine um eine Drehachse relativ zu dem Kurbelgehäuse drehbar gelagert ist. Durch die gelenkige Kopplung des Kolbens mit der Kurbelwelle können die translatorischen Bewegungen des Kolbens im Zylinder in eine rotatorische Bewegung der Kurbelwelle um ihre Drehachse umgewandelt werden.
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Die Verbrennungskraftmaschine ist ferner als direkt einspritzender Vier-Takt-Ottomotor ausgebildet, welcher mit einem strahlgeführten Brennverfahren betrieben wird. Hierzu ist dem Zylinder ein Injektor zugeordnet, mittels welchem flüssiger Kraftstoff direkt in den Zylinder einspritzbar ist. Durch das direkte Einspritzen des Kraftstoffs in den Zylinder wird im Zylinder ein Kraftstoff-Luft-Gemisch gebildet. Dem Zylinder ist ferner eine Zündeinrichtung in Form einer Zündkerze zugeordnet, mittels welcher das Kraftstoff-Luft-Gemisch gezündet werden kann.
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Der Kolben führt im Rahmen eines Arbeitsspiels des Kolbens vier Takte aus. Dabei handelt es sich um einen Ansaug-Takt, einen Verdichtungs-Takt, einen Arbeits-Takt und einen Ausschiebe-Takt. Beim Ansaug-Takt bewegt sich der Kolben von seinem oberen Totpunkt in seinen unteren Totpunkt, wobei Luft in dem Zylinder angesaugt wird. Bei dem darauffolgenden Verdichtungs-Takt bewegt sich der Kolben aus seinem unteren Totpunkt in seinen oberen Totpunkt, so dass die Luft beziehungsweise das Kraftstoff-Luft-Gemisch verdichtet wird. Das verdichtete Kraftstoff-Luft-Gemisch wird im Bereich des oberen Totpunkts gezündet, so dass dieser obere Totpunkt als oberer Zündtotpunkt (Zünd-OT) bezeichnet wird. Aus der Zündung resultieren eine Verbrennung sowie eine Expansion des Kraftstoff-Luft-Gemisches beziehungsweise der Zylinderladung, so dass der Kolben den Arbeits-Takt ausführt. Dabei bewegt sich der Kolben von seinem oberen Totpunkt in seinen unteren Totpunkt. Daran schließt sich der Ausschiebe-Takt an, bei welchem sich der Kolben von seinem unteren Totpunkt wieder in seinen oberen Totpunkt bewegt und das aus der Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches resultierende Abgas aus dem Zylinder ausschiebt. Ein solches Arbeitsspiel des Kolbens erstreckt sich über genau zwei vollständige Umdrehungen der Kurbelwelle, das heißt über 720 Grad Kurbelwinkel [°KW].
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Der Betrieb der Verbrennungskraftmaschine ist besonders gut 4 zu entnehmen. 4 zeigt ein Diagramm 10, auf dessen Abszisse 12 die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine beziehungsweise der Kurbelwelle, das heißt die Motordrehzahl aufgetragen ist. Auf der Ordinate 14 des Diagramms 10 ist der im Zylinder herrschende, effektive Mitteldruck aufgetragen. Ein in das Diagramm 10 eingetragener Verlauf 16 veranschaulicht die Volllastkurve der Verbrennungskraftmaschine, wobei die Volllastkurve das die Volllastkurve umfassende Motorkennfeld 18 der Verbrennungskraftmaschine nach oben hin begrenzt.
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Das Motorkennfeld 18 umfasst drei Bereiche 20, 22, 24. Im Bereich 20, das heißt bei niedrigen Lasten und niedrigen Drehzahlen, ist ein magerer Schichtbetrieb vorgesehen, wobei die Verbrennungskraftmaschine beziehungsweise der Zylinder mit einem Verbrennungsluftverhältnis λ betrieben wird, welches größer als 1 ist. Um Stickoxid-Emissionen (NOx-Emissionen) gering zu halten, wird ein geregelter NOx-Speicherkatalysator verwendet, in welchem Stickoxide (NOx) gespeichert werden. Im Bereich 22, in welchem gegenüber dem Bereich 20 höhere Mitteldrücken vorliegen, wird die Verbrennungskraftmaschine in einem mageren, homogenen Schichtbetrieb bzw. Homogen-Schichtbetrieb betrieben, wobei das Verbrennungsluftverhältnis λ größer als 1 jedoch geringer als im Bereich 20 ist. Auch im Bereich 22 wird der geregelte NOx-Speicherkatalysator zum Speichern von Stickoxiden verwendet. Im übrigen Bereich 24, das heißt bei gegenüber den Bereichen 20, 22 höheren Drehzahlen und Lasten wird ein Homogenbetrieb der Verbrennungskraftmaschine durchgeführt, bei welchem das Verbrennungsluftverhältnis λ den Wert 1 hat. Hierbei wird zur Abgasnachbehandlung ein geregelter Drei-Wege-Katalysator verwendet.
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In 4 ist der Ansaug-Takt des Kolbens mit 26 bezeichnet, wobei der Verdichtungs-Takt mit 28 bezeichnet ist. Ferner ist in 4 ein Zündzeitpunkt ZZP veranschaulicht, zu welchem das Kraftstoff-Luft-Gemisch im Zylinder gezündet wird.
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Der Injektor umfasst eine Einspritzdüse mit einem Verschlusselement in Form einer sogenannten Ventilnadel oder Düsennadel. Die Ventilnadel ist zwischen einer Schließstellung und einer maximalen Offenstellung translatorisch relativ zu einem Gehäuse des Injektors bewegbar. Die Düsennadel liegt in ihrer Schließstellung an einem korrespondierenden Ventilsitz an, so dass wenigstens eine Einspritzöffnung des Injektors fluidisch versperrt ist. In der Schließstellung ist ein gesamter Einspritzquerschnitt, über welchen Kraftstoff mittels des Injektors in den Zylinder eingespritzt werden kann, fluidisch versperrt, so dass in der Schließstellung kein Kraftstoff in den Zylinder eingespritzt werden kann. Zum Bewirken einer Einspritzung von Kraftstoff in den Zylinder wird die Düsennadel aus ihrer Schließstellung bewegt, das heißt geöffnet. Der Injektor ist hierbei mit einer nach außen öffnende Einspritzdüse (A-Düse) ausgebildet, wobei die Düsennadel entlang ihrer Längserstreckungsrichtung relativ zu dem Gehäuse translatorisch nach außen in Richtung des Zylinders bewegt wird.
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In der maximalen Offenstellung sind die Einspritzöffnung und der gesamte Einspritzquerschnitt maximal freigegeben, so dass dadurch eine maximale Einspritzrate eingestellt wird. Die Einspritzrate bezeichnet die pro Zeiteinheit in den Zylinder eingespritzte Menge, insbesondere Masse, des Kraftstoffs.
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Um die Düsennadel aus der Schließstellung in die maximale Offenstellung zu bewegen, wird ein sogenannter Vollhub der Düsennadel bewirkt. Dieser Vollhub bezeichnet somit den Weg, den die Düsennadel im funktionsfähigen Zustand des Injektors maximal ausführen kann. Ein demgegenüber geringerer Hub der Düsennadel wird als Teilhub bezeichnet. Führt die Düsennadel ausgehend von der Schließstellung einen Teilhub aus und unterbleibt die Durchführung des Vollhubs, so wird die Düsennadel lediglich in eine Zwischenstellung zwischen der Schließstellung und der maximalen Offenstellung bewegt. Dabei unterbleibt eine Bewegung der Düsennadel in die maximale Offenstellung. In der Zwischenstellung ist beispielsweise nicht der gesamte Einspritzquerschnitt sondern ein gegenüber der maximalen Offenstellung geringerer Einspritzquerschnitt freigegeben, so dass sich bei Durchführung eines Teilhubs gegenüber der Durchführung des Vollhubs nur eine geringere Einspritzrate realisieren lässt.
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Wie aus 4 erkennbar ist, wird während des Homogenbetriebs (Bereich 24) eine Einspritzung 30 durchgeführt, bei welcher der Vollhub der Düsennadel durchgeführt beziehungsweise bewirkt wird. Die Einspritzung 30 erfolgt dabei im Ansaugt-Takt 26. Während des Homogen-Schichtbetriebs (Bereich 22) werden mittels des Injektors jeweils drei zeitlich aufeinanderfolgende Einspritzungen 32, 34, 36 innerhalb eines Arbeitsspiels des Kolbens durchgeführt, wodurch Kraftstoff direkt in den Zylinder eingespritzt wird. Dabei werden die Einspritzung 32 im Ansaug-Takt 26 und die Einspritzungen 34 und 36 im Verdichtungs-Takt 28 durchgeführt. Bei der Einspritzung 32 wird ein Vollhub der Düsennadel durchgeführt. Die letzte Einspritzung 36 während des Homogen-Schichtbetriebs erfolgt am oder kurz vor dem Zündzeitpunkt ZZP. Die erste Einspritzung 34 im Verdichtungs-Takt 28 während des Homogen-Schichtbetriebs erfolgt zeitlich kurz vor der Einspritzung 36. Während des Schichtbetriebs werden drei zeitlich voneinander beabstandete und zeitlich aufeinanderfolgende Einspritzungen 38, 40, 42 innerhalb eines Arbeitsspiels des Kolbens durchgeführt, wobei im Gegensatz zum Homogen-Schichtbetrieb alle drei Einspritzungen 38, 40, 42 im Verdichtungs-Takt 28 durchgeführt werden. Die letzte Einspritzung 42 während des Schichtbetriebs erfolgt am oder kurz vor dem Zündzeitpunkt ZZP. Die Einspritzung 40 erfolgt zeitlich kurz vor der Einspritzung 42 und die erste Einspritzung 38 im Verdichtungs-Takt 28 während des Schichtbetriebs erfolgt zeitlich kurz vor der Einspritzung 40.
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Um nun besonders günstige Gemischbedingungen und Entflammungsbedingungen an der Zündkerze zu realisieren, wird bei der ersten Einspritzung 34 und gegebenenfalls bei der nachfolgenden Einspritzung 36 im Verdichtungs-Takt 28 während des Homogen-Schichtbetriebs, beziehungsweise bei der erste Einspritzung 38 und gegebenenfalls bei den nachfolgenden Einspritzungen 40, 42 im Verdichtungs-Takt 28 während des Schichtbetriebs jeweils die Düsennadel in wenigstens eine Zwischenposition zwischen der Schließstellung und der maximalen Offenstellung bewegt und eine Bewegung der Düsennadel in die maximale Offenstellung unterbleibt. Mit anderen Worten wird hierbei lediglich ein Teilhub der Düsennadel durchgeführt. Die Durchführung des Vollhubes unterbleibt. Dadurch wird nicht der gesamte Einspritzquerschnitt freigegeben, sondern es wird lediglich ein Teilbereich des gesamten Einspritzquerschnitts freigegeben. Dadurch können Sprayinteraktionen zwischen der zeitlich nachfolgenden Einspritzung 36 beziehungsweise 40 und 42 und der zeitlich vorweggehenden Einspritzung 34 beziehungsweise 38, 40 gering gehalten werden.
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Es ist auch denkbar die zeitlich letzten Einspritzungen 36, 42 mit einem Vollhub auszuführen.
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Die Einspritzungen 32, 34, 36, 38, 40, 42 werden auch als Teileinspritzungen bezeichnet. Die Durchführung von zeitlich aufeinanderfolgenden und zeitlich voneinander beabstandeten Teileinspritzungen wird auch als Mehrfacheinspritzung bezeichnet.
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Die Durchführung des Teilhubs der Düsennadel ist anhand von 1 bis 3 veranschaulicht und in 1 und 2 der Durchführung des Vollhubes gegenübergestellt.
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1 zeigt ein Diagramm 44, auf dessen Abszisse 46 die Zeit aufgetragen ist. Auf der Ordinate 48 ist der Hub der Düsennadel aufgetragen. Der Hub bezeichnet den Weg, um den die Düsennadel aus der Schließstellung in Richtung der maximalen Offenstellung bewegt wird. Ein Verlauf 50 veranschaulicht den Öffnungsverlauf, das heißt den Hub der Düsennadel. Wie aus dem Diagramm 44 erkennbar ist, führt die Düsennadel ihren mit VH bezeichneten Vollhub aus.
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1 zeigt ein Diagramm 52, wobei anhand des Verlaufs 54 erkennbar ist, dass nun lediglich ein mit TH bezeichneter Teilhub der Düsennadel durchgeführt wird, wobei der Teilhub TH wesentlich geringer ist als der Vollhub VH. Während durch die Durchführung des Vollhubs VH eine sogenannte Vollhubeinspritzung bewirkt wird, wird durch die Durchführung des Teilhubs TH lediglich eine sogenannte Teilhubeinspritzung bewirkt.
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Wie anhand des Diagramms 52 ferner zu erkennen ist, unterbleibt bei der Durchführung der Teilhubeinspritzung die Durchführung des Vollhubs VH. Mit anderen Worten unterbleibt die Bewegung der Düsennadel aus der Schließstellung in die maximale Offenstellung. Durch die Durchführung des Teilhubs TH und das Unterlassen der Durchführung des Vollhubs VH ist eine Hubreduktion der Düsennadel geschaffen. Um trotz dieser Hubreduktion bei der Teilhubeinspritzung die gleiche Kraftstoffmenge wie bei der Vollhubeinspritzung in den Zylinder direkt einzuspritzen, wird die Düsennadel über einen Zeitraum in der Zwischenstellung gehalten, wobei der Zeitraum länger ist als der Zeitraum, über den die Düsennadel in der maximalen Offenstellung bei Durchführung der Vollhubeinspritzung gehalten wird. Dadurch kann die bei der Durchführung der Teilhubeinspritzung geringere Einspritzrate kompensiert werden.
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Durch die Durchführung der Teilhubeinspritzung anstelle der Vollhubeinspritzung kann ein von der zeitlich vorhergehenden Einspritzung ausgehender und die zeitlich nachfolgende Einspritzung etwaig beeinträchtigender Störimpuls gering gehalten oder vermieden werden.
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In 2 ist anhand des Diagramms 56 die Durchführung einer Vollhubeinspritzung veranschaulicht, wobei lediglich eine geringe Menge an Kraftstoff in den Zylinder eingespritzt wird. Ein Verlauf 58 veranschaulicht den Öffnungsverlauf, das heißt den Hub der Düsennadel. Bei der Vollhubeinspritzung gemäß 1 (Diagramm 44) wird eine demgegenüber größere Menge an Kraftstoff eingespritzt, da die Düsennadel länger in der maximalen Offenstellung gehalten wird.
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Die Menge, die gemäß 2 im Rahmen der Vollhubeinspritzung in den Zylinder eingespritzt wird, kann im Rahmen einer im Diagramm 60 von 2 veranschaulichten Teilhubeinspritzung ebenfalls in den Zylinder eingespritzt werden. Hierzu wird die Düsennadel eine vorgebbare Zeit in der Zwischenstellung gehalten. Ein Verlauf 62 veranschaulicht den Öffnungsverlauf, das heißt den Hub der Düsennadel. Wie aus einem Vergleich des Diagramms 52 gemäß 1 mit dem Diagramm 60 gemäß 2 erkennbar ist, wird die Düsennadel gemäß 2 eine kürzere Zeit in der Zwischenstellung gehalten als gemäß 1, wodurch eine gegenüber 1 geringere Menge an Kraftstoff in den Zylinder eingespritzt wird.
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Anhand des Diagramms 64 gemäß 3 ist die Einspritzung einer sehr geringen Menge an Kraftstoff in den Zylinder veranschaulicht, wobei die Düsennadel den Vollhub VH nicht erreicht. Ein Verlauf 68 veranschaulicht den Öffnungsverlauf, das heißt den Hub der Düsennadel. Im Diagramm 70 gemäß 3 ist eine Teilhubeinspritzung veranschaulicht, mittels welcher die gleiche Menge an Kraftstoff in den Zylinder eingespritzt wird, die auch durch eine im Diagramm 64 gemäß 3 veranschaulichte Einspritzung in den Zylinder eingebracht wird. Ein Verlauf 72 veranschaulicht den Öffnungsverlauf, das heißt den Hub der Düsennadel.
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Das Ersetzen von zeitlich vorangehenden Vollhubeinspritzungen durch Teilhubeinspritzungen wird vorzugsweise für zeitlich dicht aufeinanderfolgende Einspritzungen im Verdichtungs-Takt, das heißt im Kompressionshub des Kolbens angewendet. Hierdurch können besonders vorteilhafte Entflammungsbedingungen an der Zündkerze geschaffen werden, so dass das Kraftstoff-Luft-Gemisch sicher gezündet werden kann und anschließend verbrennt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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