DE10203750A1

DE10203750A1 - Verfahren zum Betreiben einer Viertakt-Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung

Info

Publication number: DE10203750A1
Application number: DE10203750A
Authority: DE
Inventors: Stephan Mueller
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2002-01-31
Filing date: 2002-01-31
Publication date: 2003-03-27

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Viertakt-Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung, mit einem in einem Zylinderraum (2) angeordneten Kolben (4), der zur Ausführung der vier Takte des Arbeitsspieles im Zylinderraum hin- und herbewegt wird, mit einem zum Zylinderraum führenden Ein- und Auslasskanal (6, 10), deren Öffnungen durch Ventilorgane (8, 12) überwacht werden, sowie mit einem in den Zylinderraum einspritzenden Kraftstoff-Einspritzventil, das zur Ausbildung eines Kraftstoff-Luftgemisches während des Ansaug- oder Verdichtungstaktes Kraftstoff in den Zylinderraum einspritzt (Hauptinjektion). Es wird vorgeschlagen, dass in bestimmten Betriebszuständen zeitlich versetzt zur Hauptinjektion während einer Überschneidungsphase von Ein- und Auslassventil (8, 12) Kraftstoff in den Zylinderraum (2) eingespritzt wird (Entkokungsinjektion). DOLLAR A Dadurch wird auf einfache Art und Weise insbesondere bei einer Benzin-Direkteinspritzung der Ansaugkanal (6) und die Einlassventile (8) frei von Ablagerungen u. ä. gehalten.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Viertakt-Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.

Aus der EP 0 621 400 A1 ist eine direkteinspritzende Diesel-Brennkraftmaschine mit einer Abgasnachbehandlungseinrichtung bekannt, bei der zur Stickoxidreduzierung zusätzlich zur Kraftstoff-Primäreinspritzung eine mit zeitlichem Abstand nachfolgende Kraftstoff-Sekundär- bzw. Zusatzeinspritzung in den Zylinder erfolgt. Dadurch wird eine rasche Aktivierung der Abgasnachbehandlungseinrichtung (z. B. DeNox-Katalysator) erreicht und die sich bei der Verbrennung ausbildenden Stickoxide können reduziert werden. Insbesondere bei Motoren mit einer Benzin-Direkteinspritzung fehlt der gegenüber einer herkömmlichen Saugrohreinspritzung in den Ansaugkanal eingebrachte Kraftstoff zur Reinigung und Abwaschung der angelagerten Partikel und Verkokungsrückstände im Einlasskanal. Aufgrund des Fehlens dieser Wirkung kommt es bei Motoren mit einer Kraftstoff-Direkteinspritzung zu Ablagerungsbildungen, die durch Zusetzen des Einlasskanals und/oder Einlassventils zu Leistungseinbußen und im Extremfall zum total Versagen des Brennverfahrens führen.

Aufgabe ist es daher, bei Motoren mit einer Kraftstoff-Direkteinspritzung auf einfache Art und Weise sicher zu stellen, dass der Einlasskanal bzw. die Einlassventile frei von Ablagerungen bleiben.

Die Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Durch eine zusätzliche, zur Hauptinjektion vorgesehene Kraftstoffeinspritzung während einer Überschneidungsphase von Ein- und Auslassventil in den Zylinderraum bzw. Brennraum der Brennkraftmaschine wird auf einfache Art und Weise erreicht, dass der in den Einlasskanal gespülte Kraftstoff seine für das Brennverfahren erforderliche Reinigungswirkung erfüllt.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des Verfahrens möglich.

Die Dauer der zusätzlichen Kraftstoff-Einspritzung zur Entkokung bzw. Säuberung des Ansaugkanals und die Menge des zugeführten Kraftstoffs wird in Abhängigkeit von verschiedenen Betriebsparametern, wie z. B. Drehzahl, Last, Ventilsteuerzeiten u. a. gewählt.

Zur Reinigung des Ansaugkanals ist es ausreichend, wenn die zusätzliche Entkokungsinjektion lediglich in bestimmten zeitlichen Abständen erfolgt, d. h. nicht während jedes Arbeitsspieles erfolgt. Die Entkokungsinjektion wird dann vorgenommen, wenn durch die im Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine vorliegenden Druckverhältnisse sichergestellt ist, daß der Kraftstoff in den Einlasskanal gespült wird und kein Kraftstoffschlupf in das Abgassystem erfolgt.

Das Verfahren zur Reinigung des Ansaugkanals bei einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine ist besonders bei einem Motor mit Benzindirekteinspritzung im Homogenbetrieb (Luftzahl λ = 1) und unter Volllast sowie im Schichtladebetrieb (Luftzahl λ > 1) und unter Teillast geeignet.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen
Fig. 1 die schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine und
Fig. 2 ein Steuerzeiten-Diagramm einer Viertakt-Brennkraftmaschine mit zwei verschiedenen Zeiten der Kraftstoffzufuhr.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Brennkraftmaschine weist einen in einem Zylinderraum 2 bewegbar angeordneten Kolben 4 auf, der zur Ausführung der vier Takte des Arbeitsspieles durch eine nicht dargestellte Kurbelweile translatorisch im Zylinderraum hin und her bewegt wird. Zum Zylinderraum 2 führt ein Einlasskanal 6, über den die für die Verbrennung erforderliche Verbrennungsluft zugeführt wird. Die Öffnung des Ansaugkanals 6 wird durch ein Einlassventil 8 überwacht, das während des Ansaugtaktes entsprechend geöffnet ist. Zum Zylinderraum 2 führt weiterhin ein Auslasskanal 10, dessen Öffnung zum Zylinderraum 2 durch ein entsprechendes Auslassventil 12 überwacht wird; letzteres gibt u. a. den Auslasskanal 10 während des Ausstoßtaktes für die Verbrennungsgase frei. Beide Ventile 8, 12 werden beispielsweise über eine nicht dargestellte Ein- und Auslassnockenwelle betätigt. Weiterhin ist ein Kraftstoff-Einspritzventil 14 vorgesehen, das so im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine angeordnet ist, dass der Kraftstoff direkt in den Zylinderraum 2 eingespritzt werden kann. Im Ansaugkanal 6 ist weiterhin eine Klappe 15 angeordnet, durch deren Stellung eine gezielte Ladungsbewegung des angesaugten Luftmassenstroms im Schichtladebetrieb (Luftzahl λ > 1) eingestellt werden kann. Die zwischen Ein- und Auslassventil 8, 12 angeordnete Zündkerze 16 dient zur Entflammung des Kraftstoff- Luftgemisches und damit zur Einleitung des Arbeitstaktes der Viertakt- Brennkraftmaschine.
Die erfindungsgemäße Einspritzstrategie zur Entkokung des Ansaugkanals 6 wird anhand des in Fig. 2 dargestellten Steuerzeiten-Diagramms näher erläutert. Die Steuerzeiten sind exemplarisch gewählt und stellen daher keine Einschränkung bzgl. der Einspritzstrategie dar. Dabei stellt die Kurve 18 den Ventilhub des Auslassventils 12 und die Kurve 20 den Ventilhub des Einlaßventils 8 dar. Beginnend mit dem Ausstoßtakt für die Verbrennungsgase öffnet das Auslassventil 12 im vorliegenden Ausführungsbeispiel ca. 120°KW nach Zünd-OT und schließt bei ca. 400°KW nach Zünd-OT. Der Ansaugtakt beginnt entsprechend der dargestellten Einlass-Ventilhubkurve 20 bei ca. 320°KW nach Zünd-OT und endet ca. bei 630°KW nach Zünd-OT. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, wird bei diesen Steuerzeiten eine Überschneidungsphase 22 erzeugt, bei der sowohl das Einlass- als auch das Auslassventil 8, 12 geöffnet sind. In dieser Überschneidungsphase wird beim Vorliegenden bestimmter Betriebsparameter, die nachfolgend noch näher erläutert werden, eine Kraftstoffmenge 24 zur Säuberung von Einlassventil 8 und Ansaugkanal 6 in den Zylinderraum 2 eingespritzt. Mit dem Bezugszeichen 26 ist die hauptsächliche Kraftstoffzufuhr (Hauptinjektion) zur Ausbildung eines Kraftstoff-Luftgemisches bezeichnet, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel zwischen 430 und 490°KW nach Zünd-OT erfolgt.
Damit die während der Überschneidungsphase von Ein- und Auslaßventil 8, 12 in den Zylinderraum injizierte Kraftstoffmenge 24 zur Säuberung bzw. Entkokung des Ansaugkanals 6 in letzteren gelangen kann, muss im Ansaugkanal 6 ein Unterdruck gegenüber der Umgebung bzw. ein Druckgefälle gegenüber dem im Brennraum vorherrschenden Zylinderdruck vorliegen. Solche Druckverhältnisse liegen insbesondere dann vor, wenn die im Ansaug- bzw. Einlasskanal 6 angeordnete Klappe 15 aufgrund ihrer Stellung eine Ladungsbewegung (sog. Drall oder Tumble) erzeugt. Dieser Fall tritt im sogenannten Schichtladebetrieb auf, bei dem der Motor im Teillastbereich mit einem sehr mageren Kraftstoff-Luftgemisch arbeitet (Sparmodus). Im oberen Lastbereich wird vom Schichtladebetrieb auf den sogenannten Homogenbetrieb (Luftzahl λ = 1) umgestellt. Dazu wird eine hinter dem Luftfilter (nicht dargestellt) angeordnete Drosselklappe (nicht dargestellt) aktiviert, die den angesaugten Luftmassenstrom drosselt, wodurch sich in Strömungsrichtung gesehen, hinter der Drosselklappe ein entsprechender Unterdruck ausbildet, so daß auch in diesem Betriebsmodus der Brennkraftmaschine die Entkokungsinjektion stattfinden kann.
Die betriebsparameterabhängige Entkokungsinjektion 24 ist weiterhin dann geeignet, wenn die Ventilüberschneidungsphasen 22 möglichst groß sind; dies ist dann der Fall, wenn das Einlassventil "früh" öffnet. Für ein optimales Motordrehmoment werden derartige Steuerzeiten insbesondere im Teillastbetrieb sowie bei mittleren und hohen Lasten und gleichzeitig niedrigen Drehzahlen gewählt. Durch den Einsatz eines Nockenwellenverstellers auf der Ein- und/oder Auslassnockenwelle können die entsprechend gewünschten Ventil - Überschneidungsphasen erzeugt werden, in denen dann die Entkokungsinjektionen vorgenommen werden können.
Nach dem u. a. in den zuvor beschriebenen Betriebszuständen die Entkokungsinjektion 24 statt gefunden hat, wird die noch für eine optimale Verbrennung erforderliche Kraftstoffmenge 26 in den Zylinderraum 2 eingespritzt.

Claims

1. Verfahren zum Betreiben einer Viertakt-Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung, mit einem in einem Zylinderraum (2) angeordneten Kolben (4), der zur Ausführung der vier Takte des Arbeitsspieles im Zylinderraum hin- und her bewegt wird, mit einem zum Zylinderraum führenden Ein- und Auslasskanal (6, 10), deren Öffnungen durch Ventilorgane (8, 12) überwacht werden, sowie mit einem in den Zylinderraum einspritzenden Kraftstoff-Einspritzventil, das zur Ausbildung eines Kraftstoff- Luftgemisches während des Ansaug- oder Verdichtungstaktes Kraftstoff in den Zylinderraum einspritzt (Hauptinjektion), dadurch gekennzeichnet, dass in bestimmten Betriebszuständen zeitlich versetzt zur Hauptinjektion während einer Überschneidungsphase von Ein- und Auslassventil (8, 12) Kraftstoff in den Zylinderraum (2) eingespritzt wird (Entkokungsinjektion).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer der Entkokungsinjektion und die Menge des zugeführten Kraftstoffs (24) in Abhängigkeit von Betriebsparametern wie Last, Drehzahl, Ventilsteuerzeiten u. a. erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Entkokungsinjektion bei "frühen" Öffnungszeiten des Einlassventils (8), d. h. bei großen Ventilüberschneidungsphasen (22) erfolgt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entkokungsinjektion bei einer Benzin-Direkteinspritzung im Homogenbetrieb sowie im Schichtladebetrieb erfolgt.