Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft zunächst ein Verfahren zum Betreiben
einer Brennkraftmaschine, bei dem der Kraftstoff direkt in
einen Brennraum eingebracht, eine dem Brennraum zugeführte
Frischluft vorverdichtet, und die Energie zum Vorverdichten
der Frischluft aus dem Abgas entnommen wird, bei dem
mindestens eine primäre Einspritzung und eine
Nacheinspritzung von Kraftstoff in den Brennraum erfolgt,
und bei dem der Brennraum über mindestens ein Auslassventil
zeitweise mit einem Abgasbereich verbunden wird.
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Ein solches Verfahren ist aus der DE 199 44 190 A1 bekannt.
Das dort beschriebene Fahrzeug ist mit einer
Brennkraftmaschine mit Abgasturbolader ausgestattet. Mit
dem beschriebenen Verfahren soll das Anfahrverhalten des
Fahrzeugs verbessert werden. Hierzu wird gegen Ende des
Expansionshubes eines Kolbens der Brennkraftmaschine eine
Nacheinspritzung in den dem Kolben zugeordneten Brennraum
initiiert. Dies führt zu einer Erhöhung der Abgasenthalpie
für die Turbine des Abgasturboladers.
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Das bekannte Verfahren basiert auf der Erkenntnis, dass
bisherige Brennkraftmaschinen mit Abgasturboaufladung beim
Anfahren bisweilen eine Drehmomentschwäche zeigen. Dies
liegt daran, dass der bei einem Anfahrvorgang vorhandene
geringe Abgasmassenstrom der Brennkraftmaschine zu einem
vergleichsweise schlechten Wirkungsgrad sowohl der Turbine
als auch des Verdichters des Abgasturboladers führt. Die
Folge hiervon ist ein schwacher Ladedruckaufbau mit
geringem Drehmomentangebot. In extremen Fahrsituationen,
beispielsweise steiler Passfahrt in großer Höhe, kann
gegebenenfalls ein Anfahren nicht mehr möglich sein.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs
genannten Art so weiterzubilden, dass bei geringer Drehzahl
einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine das
Drehmomentangebot noch höher ist.
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Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs
genannten Art dadurch gelöst, dass wenigstens zeitweise ein
in den Brennraum nacheingespritzter Kraftstoff wenigstens
teilweise bei geöffnetem Auslassventil verbrannt wird.
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Vorteile der Erfindung
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Die erfindungsgemäß vorgesehene Nacheinspritzung kann
entweder anstelle einer Nacheinspritzung während des
Expansionstaktes oder zusätzlich zu dieser erfolgen. Eine
zweistufige Nacheinspritzung kann beispielsweise bei kaltem
Motor erfolgen, da mit ihr günstigere Bedingungen für die
für eine Verbrennung bei geöffnetem Auslassventil - also
während des Ausschubtaktes - eingespritzte Kraftstoffmenge
ermöglicht werden. Dagegen kann bei warmem Motor eine
einfache Nacheinspritzung für eine Verbrennung des
Kraftstoffs bei geöffnetem Auslassventil während des
Ausschubtaktes vorgesehen werden.
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Durch die Verbrennung von Kraftstoff bei geöffnetem
Auslassventil während des Ausschubtaktes werden die
Abgastemperatur und die Abgasenthalpie nachhaltig erhöht.
Eine in einer Abgasleitung angeordnete Turbine, welche
wiederum einen Turbolader antreibt, der die dem Brennraum
zugeführte Frischluft verdichtet, wird daher so stark
angetrieben, dass auch bei geringer Drehzahl ein
ausreichend hoher Ladedruck zur Verfügung steht und ein
ausreichendes Drehmoment von der Brennkraftmaschine erzeugt
werden kann. Auch in extremen Situationen, beispielsweise
einer steilen Passfahrt eines Kraftfahrzeugs in großer Höhe
mit zusätzlich eingeschalteter Klimaanlage, kann bei
Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein
zuverlässiger Betrieb der Brennkraftmaschine gewährleistet
werden.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in
Unteransprüchen angegeben.
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In einer ersten Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass
Kraftstoff in den Brennraum wenigstens teilweise bei
geöffnetem Auslassventil eingespritzt wird. Hierdurch wird
sichergestellt, dass die Verbrennung des eingespritzten
Kraftstoffes vollständig bei geöffnetem Auslassventil
erfolgt und die gesamte durch diese Verbrennung erzeugte
Enthalpie für den Antrieb der Turbine zur Verfügung steht.
Das entsprechende Verfahren arbeitet somit sehr effektiv.
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Möglich ist auch, dass die bei der Nacheinspritzung
eingespritzte Kraftstoffmenge so bemessen wird, dass sich
ein ungefähr stöchiometrisches Kraftstoff-Luftgemisch
ergibt. Dies hat im Hinblick auf die Schadstoffemissionen
Vorteile.
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Um die sichere Entflammung des nacheingespritzten
Kraftstoffes zu gewährleisten, wird auch vorgeschlagen,
dass der nacheingespritzte Kraftstoff durch mindestens
einen zusätzlichen Zündfunken entzündet wird. Zur Erzeugung
dieses mindestens einen zusätzlichen Zündfunkens kann auch
auf die Funktionalität einer sogenannten
"Funkenbandzündung" zurückgegriffen werden, bei der
nacheinander mehrere Zündfunken erzeugt werden.
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In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist auch angegeben, dass durch eine primäre Einspritzung im
Brennraum ein geschichtetes Gemisch erzeugt, Kraftstoff
ungefähr in der Mitte eines Ausschubtaktes des Brennraums
nacheingespritzt und gegen Ende des Ausschubtaktes
entzündet wird. Das erfindungsgemäße Verfahren kann also
auch in einem sogenannten "Schichtbetrieb" einer
Brennkraftmaschine verwendet werden.
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Hierunter wird verstanden, dass im Brennraum durch die
primäre Einspritzung, welche im Schichtbetrieb
üblicherweise während des Kompressionstaktes erfolgt, im
Bereich der Zündkerze ein zündfähiges, im übrigen Brennraum
jedoch ein sehr mageres Kraftstoff-Luftgemisch erzeugt
wird. Insgesamt erfolgt die Verbrennung im Schichtbetrieb
mit hohem Luftüberschuss. Somit steht für eine
Nachverbrennung während des Ausschubtaktes bei geöffnetem
Auslassventil ausreichend Verbrennungsluft zur Verfügung.
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Dabei ist es möglich, die hier angesprochene
Nacheinspritzung für eine Verbrennung während des
Ausschubtaktes mit der in der DE 199 44 190 A1
angesprochenen Nacheinspritzung und Verbrennung während der
Expansionsphase zu kombinieren. Vor allem bei kaltem Motor
hat eine zweistufige Nacheinspritzung Vorteile.
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Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Zeitpunkt der
Nacheinspritzung und der Zeitpunkt der Zündung des
nacheingespritzten Kraftstoffs gegenüber den Zeitpunkten
der primären Einspritzung und Zündung um einen
Kurbelwellenwinkel von ungefähr 360° verschoben sind. Dies
ist steuerungstechnisch einfach zu realisieren.
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Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung des
erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus,
dass durch eine primäre Einspritzung im Brennraum ein im
Wesentlichen homogenes Gemisch erzeugt, Kraftstoff ungefähr
im oberen Totpunkt eines dem Brennraum zugeordneten Kolbens
nach dem Ausschubtakt bei gleichzeitig geöffnetem Einlass-
und Auslassventil eingespritzt und während der Einspritzung
entzündet wird.
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Dieses Verfahren geht davon aus, dass bei der
Brennkraftmaschine, welche nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren betrieben wird, die Ventilöffnungs- und
schließzeiten beispielsweise durch eine variable
Nockenwellenverstellung verändert werden können. Auf diese
Weise kann eine sogenannte "Ventilüberschneidungsphase"
realisiert werden. Während dieser
Ventilüberschneidungsphase sind das Einlassventil und das
Auslassventil eines Brennraums gleichzeitig geöffnet.
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Diese Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens trägt der
Tatsache Rechnung, dass bei geringen Drehzahlen und hohen
Lasten eine Schichtung des Kraftstoffes im Brennraum u. U.
nicht möglich oder nicht gewünscht ist. Die
Brennkraftmaschine wird daher in einem solchen Falle im
Betriebszustand "homogen" betrieben. Das durch die primäre
Einspritzung erzeugte Kraftstoff-Luftgemisch ist in diesem
Fall in etwa stöchiometrisch. Nach der Verbrennung ist dann
jedoch keine für eine Nachverbrennung ausreichende Luft-
bzw. Sauerstoffmenge mehr im Brennraum vorhanden. Bisher
war eine Nachverbrennung zur Enthalpieerhöhung des Abgases
in diesem Betriebszustand also nicht möglich.
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Erfindungsgemäß wird nun ausgenützt, dass bei einer
Ventilüberschneidung bei geringen Drehzahlen und Volllast
normalerweise ein sogenanntes "positives Spülgefälle"
herrscht. Hierunter wird verstanden, dass der Ladedruck
größer ist als der Abgasgegendruck vor der Turbine des
Turboladers. Dieses Spülgefälle kann gegebenenfalls durch
einen elektrischen Lader noch deutlich verbessert werden.
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In Verbindung mit variablen Ventilsteuerzeiten, wie sie bei
einer variablen Nockenwellenverstellung möglich sind, kann
dieses positive Spülgefälle während der
Ventilüberschneidungsphase dann, wenn sich der Kolben im
oberen Totpunkt zwischen Ausschubtakt und Ansaugtakt
befindet, zu großen Spülmassenströmen genutzt werden. Dies
bedeutet, dass eine große Luftmasse von einem Ansaugrohr
durch den Brennraum hindurch in den Abgasbereich der
Brennkraftmaschine strömt. Erfolgt nun zeitgleich eine
Einspritzung von Kraftstoff, so bildet sich mit der neu
herangeführten Frischluft ein brennfähiges Kraftstoff-
Luftgemisch. Die erfindungsgemäß ebenfalls vorgesehene
Zündung sorgt dafür, dass dieses Kraftstoff-Luftgemisch
entzündet wird und verbrennt.
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Auch diese Verbrennung führt zu einer deutlichen Erhöhung
des Enthalpieangebots an die Turbine des Abgasturboladers
mit den bereits genannten Vorteilen. Ein Nebeneffekt dieses
Verfahrens besteht darin, dass im Brennraum gegebenenfalls
noch vorhandenes Restgas von der vorhergehenden Verbrennung
weitgehend ausgespült wird, was, neben der Erhöhung des
Massenstroms durch die Turbine, zu einer Verbesserung der
Füllung des Brennraums mit Frischluft führt.
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Es versteht sich, dass das oben angegebene Verfahren für
den Schichtbetrieb der Brennkraftmaschine und das oben
angegebene Verfahren für den Homogenbetrieb der
Brennkraftmaschine auch miteinander kombiniert werden
können. So kann beispielsweise im Leerlauf bei geringer
Last die Nacheinspritzung im Schichtbetrieb erfolgen, und
nach erfolgtem Lastaufbau und der damit einhergehenden
Umschaltung auf den Homogenbetrieb kann die entsprechende
Nacheinspritzung im Homogenbetrieb stattfinden.
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Besonders bevorzugt wird, wenn bei Erreichen eines
bestimmten Ladedrucks und/oder eines bestimmten Zeitlimits
die Nacheinspritzung für eine Verbrennung bei geöffnetem
Auslassventil beendet wird. Dem liegt der Gedanke zugrunde,
dass das erfindungsgemäße Verfahren ja in erster Linie zur
Erhöhung eines sehr niedrigen Ladedrucks bei niedrigen
Drehzahlen dient. Sobald ein bestimmter Ladedruck erreicht
ist und die Brennkraftmaschine ein entsprechendes
Drehmoment erzeugen kann, kann auf die Nacheinspritzung zum
Schutz vor einer Überlast verzichtet werden. Das
angesprochene Zeitlimit dient zum Schutz des
Abgastuboladers: Hierdurch wird verhindert, dass die
Turbine des Abgasturboladers über einen langen Zeitraum mit
sehr heißem Abgas angeströmt und beschädigt werden kann.
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Weiterhin ist möglich, dass eine Nacheinspritzung von
Kraftstoff mindestens dann eingeleitet wird, wenn ein von
einem Benutzer der Brennkraftmaschine gewünschtes
Drehmoment einen bestimmten Wert mindestens erreicht und
die aktuelle Drehzahl der Brennkraftmaschine unterhalb
eines bestimmten Wertes liegt. Weitere Bedingungen und
Maßnahmen zur Aktivierung des erfindungsgemäßen Verfahrens
sind analog zu den Bedingungen und Maßnahmen möglich,
welche in der DE 199 44 190 A1 beschrieben sind. Auf diese
wird daher ausdrücklich Bezug genommen.
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Die Erfindung betrifft auch ein Computerprogramm, welches
zur Durchführung des obigen Verfahrens geeignet ist, wenn
es auf einem Computer ausgeführt wird. Dabei wird besonders
bevorzugt, wenn das Computerprogramm auf einem Speicher,
insbesondere auf einem Flash-Memory, abgespeichert ist.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Steuer- und/oder
Regelgerät zum Betreiben einer Brennkraftmaschine. Bei
diesem wird besonders bevorzugt, wenn es einen Speicher
umfasst, auf dem ein Computerprogramm der obigen Art
abgespeichert ist.
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Auch eine Brennkraftmaschine, mit mindestens einem
Brennraum und mit mindestens einer Kraftstoff-
Einspritzvorrichtung, über welche der Kraftstoff direkt in
den Brennraum gelangt, ist Gegenstand der vorliegenden
Erfindung. Erfindungsgemäß soll sie ein Steuer- und/oder
Regelgerät der obigen Art umfassen.
Zeichnung
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Nachfolgend werden besonders bevorzugte
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter
Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung im Detail
erläutert. In der Zeichnung zeigen:
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Fig. 1 eine schematische Darstellung einer
Brennkraftmaschine mit Kraftstoff-
Direkteinspritzung und Turbolader;
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Fig. 2 ein Diagramm, in dem der Winkel einer Kurbelwelle
der Brennkraftmaschine von Fig. 1 vor einem oberen
Totpunkt Zündung und die entsprechenden
Betriebszustände eines Einlassventils, eines
Auslassventils, eines Einspritzventils und einer
Zündkerze der Brennkraftmaschine von Fig. 1
dargestellt sind, wenn diese in einem
Schichtbetrieb arbeitet;
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Fig. 3 ein Diagramm ähnlich Fig. 2 für den Fall, dass die
Brennkraftmaschine von Fig. 1 in einem
Homogenbetrieb arbeitet; und
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Fig. 4 ein Blockschaltbild, in dem ein Verfahren zum
Betreiben der Brennkraftmaschine von Fig. 1
dargestellt ist.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In Fig. 1 trägt eine Brennkraftmaschine insgesamt das
Bezugszeichen 10. Sie entspricht in wesentlichen Punkten
der in der DE 199 44 190 A1 dargestellten
Brennkraftmaschine, auf die hiermit ausdrücklich Bezug
genommen wird. Die Brennkraftmaschine 10 ist in ein in der
Zeichnung nicht dargestellte Kraftfahrzeug eingebaut und
treibt dieses an.
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Die Brennkraftmaschine 10 umfasst einen Motorblock 12 mit
vier Zylindern (ohne Bezugszeichen) und entsprechenden
Brennräumen 14. Den Brennräumen 14 wird Kraftstoff über
Einspritzventile 16 direkt zugeführt. Diese sind an eine
gemeinsame Kraftstoff-Sammelleitung, welche auch als "Rail"
bezeichnet wird, angeschlossen. In der Kraftstoff-
Sammelleitung 18 ist der Kraftstoff unter hohem Druck
gespeichert. Die Brennkraftmaschine 10 kann eine Diesel-
oder Benzin-Brennkraftmaschine sein. Vorliegend handelt es
sich um eine Benzin-Brennkraftmaschine mit jeweils einer
Zündkerze 19 pro Zylinder.
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Frischluft wird den Brennräumen 14 aus einem Ansaugrohr 20
und über Einlassventile 22 zugeführt. Die Einlassventile 22
werden von einer nicht dargestellten Nockenwelle
angesteuert. Über Auslassventile 24, welche von einer
zweiten Nockenwelle angesteuert werden, gelangen die
Verbrennungsabgase aus den Brennräumen 14 in ein Abgasrohr
26. Zwischen dem Ansaugrohr 20 und den Einlassventilen 22
ist eine Drosselklappe 28 angeordnet. Stromaufwärts von der
Drosselklappe 28 ist im Ansaugrohr 20 ein Verdichter 30
vorhanden.
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Im Abgasrohr 26 ist eine Turbine 32 angeordnet, welche über
eine in Fig. 1 schematisch dargestellte mechanische
Verbindung 34 mit dem Verdichter 30 verbunden ist. Die
Turbine 32 wird in bekannter Weise von einer Bypassleitung
36 überbrückt, in der ein Bypassventil 38 angeordnet ist.
Mit den letztgenannten Komponenten kann die
Antriebsleistung der Turbine 32 und somit die an den
Verdichter 30 über die mechanische Verbindung 34
übertragene Leistung, letztlich also der vom Verdichter im
Ansaugrohr 20 erzeugte Ladedruck, eingestellt werden.
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Zur Steuerung und/oder Regelung der Brennkraftmaschine 10
ist ein Steuer- und Regelgerät 40 vorgesehen. Dieses
steuert über in Fig. 1 gestrichelt dargestellte
Signalleitungen (ohne Bezugszeichen) die Einspritzventile
16 sowie, über ein nicht dargestelltes Zündsystem, auch die
Zündkerzen 19 an. Auch das Bypassventil 38 und ein nicht
dargestellter Stellmotor für die Drosselklappe 28 werden
vom Steuer- und Regelgerät 40 angesteuert.
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Eingangsseitig ist das Steuer- und Regelgerät mit einem mit
einer Kurbelwelle 42 der Brennkraftmaschine 10 verbundenen
Getriebe 44 verbunden. Von diesem erhält das Steuer- und
Regelgerät 40 Informationen darüber, ob der Fahrer des
Kraftfahrzeugs die Kupplung betätigt und einen Gang
eingelegt hat oder, bei einem automatischen Getriebe, ob er
eine Fahrstufe eingelegt hat. Außerdem erhält das Steuer-
und Regelgerät 40 Signale von einem Sensor 46, welcher die
Winkelstellung der Kurbelwelle 42 sowie deren Drehzahl
abgreift. Ein Sensor 48 liefert dem Steuer- und Regelgerät
40 Informationen über die Stellung eines Gaspedals, und ein
Sensor 50 liefert Informationen über die Stellung eines
Bremspedals bzw. den Schaltzustand eines Bremslichts des
Fahrzeugs.
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Die Brennkraftmaschine 10 wird folgendermaßen betrieben
(vgl. auch Fig. 2 bis 4): Im Normalbetrieb bei geringer
Last und vergleichsweise geringer Drehzahl arbeitet die
Brennkraftmaschine im "Schichtbetrieb": Hierunter wird
verstanden, dass der Kraftstoff von den Einspritzventilen
16 in die ihnen zugeordneten Brennräume 14 durch eine
Einspritzung während des Kompressionstaktes so eingespritzt
wird, dass er im Brennraum 14 jeweils geschichtet vorliegt.
Dies bedeutet, dass in der Nähe der Zündkerzen 19 jeweils
ein zündfähiges Kraftstoff-Luftgemisch vorliegt, wohingegen
im übrigen Brennraum 14 ein mageres Kraftstoff-Luftgemisch
bis hin zu reiner Luft vorhanden ist. Die entsprechende
Einspritzung wird auch als primäre Einspritzung bezeichnet
und trägt in Fig. 2 das Bezugszeichen 52.
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Wie aus Fig. 2 hervorgeht, erfolgt die primäre Einspritzung
bei ungefähr 90° Kurbelwellenwinkel vor dem oberen Totpunkt
Zündung (KW v. ZOT). Die Zündung des im Brennraum 14
geschichteten Kraftstoff-Luftgemisches erfolgt durch die
Zündkerzen 19 kurz vor ZOT (Bezugszeichen 54). Die nach der
Expansion aus den Brennräumen 14 in das Abgasrohr 26
abgelassenen Abgase treiben dort die Turbine 32 und über
die mechanische Verbindung 34 wieder den Verdichter 30 an.
Dieser verdichtet die den Brennräumen 14 zugeführte
Frischluft, was sich letztlich leistungs- bzw.
drehmomenterhöhend auswirkt.
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Bei sehr geringer Drehzahl, beispielsweise im Leerlauf,
gelangt jedoch nur eine vergleichsweise geringe Abgasmenge
in das Abgasrohr 26, so dass die Turbine 32, ohne
entsprechende Maßnahmen, auch nur vergleichsweise schwach
angetrieben wird. Entsprechend ist auch die Leistung des
Verdichters 30 und der erzeugte Ladedruck gering. Unter
ungünstigen Umständen, z. B. bei einer steilen Passfahrt in
großer Höhe, kann es somit möglich sein, dass das von der
Brennkraftmaschine 10 erzeugte Drehmoment nicht ausreicht,
um das Fahrzeug aus dem Stand in Bewegung zu versetzen.
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Um dies zu vermeiden, erfolgen bei dem in Fig. 2
dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Nacheinspritzungen
56 und 58 von Kraftstoff. Die erste Nacheinspritzung 56
erfolgt während der Expansionsphase eines Brennraums 14,
also im Bereich zwischen 0°KW v. ZOT und 540°KW v. ZOT.
Diese erste Nacheinspritzung 56 von Kraftstoff erfolgt in
das unter hohem Luftüberschuss verbrennende Kraftstoff-
Luftgemisch der primären Einspritzung 52 hinein.
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Durch diese zusätzliche Nacheinspritzung 56 in einen oder
mehrere Brennräume 14 wird die Abgasenthalpie erhöht. Der
Grund hierfür liegt darin, dass die zusätzlich
eingespritzte Kraftstoffmenge zusammen mit dem aufgrund des
vorangegangenen Magerbetriebs vorhandenen hohen restlichen
Luftüberschusses in den einzelnen Brennräumen 14 zu einem
brennfähigen Gemisch führt. Dieses entzündet sich dann
infolge der noch laufenden Verbrennung bzw. der im
entsprechenden Brennraum 14 herrschenden hohen Temperatur.
Der Anstieg der Abgasenthalpie erhöht die Antriebsleistung
der Turbine 32, wodurch der vom Verdichter 30 erzeugte
Ladedruck im Ansaugrohr 20 ebenfalls ansteigt. Dies
steigert das von der Brennkraftmaschine 10 erzeugte
Drehmoment beispielsweise während eines Anfahrvorganges
deutlich.
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In einigen Fällen kann es jedoch sein, dass der vom
Verdichter 30 erzeugte Ladedruck im Ansaugrohr 20 immer
noch nicht ausreicht, um ein solches Drehmoment zu
erzeugen, mit dem das Fahrzeug in Bewegung gebracht werden
kann. Daher erfolgt während der Ausschubphase eines
Brennraums 14 eine zweite Nacheinspritzung 58 von
Kraftstoff in den Brennraum 14. Diese zweite
Nacheinspritzung 58 erfolgt also bei geöffnetem
Auslassventil 2, was in Fig. 2 durch einen Balken mit dem
Bezugszeichen 60 gekennzeichnet ist.
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Um die Verbrennung des mit der zweiten Nacheinspritzung 58
eingespritzten Kraftstoffes in Gang zu setzen, wird gegen
Ende des Ausschubtaktes, kurz vor Erreichen des oberen
Totpunktes (360°KW v. ZOT), an der entsprechenden
Zündkerze 19 des Brennraums 14 ein Zündfunke erzeugt
(Bezugszeichen 62). Durch die Verbrennung des mit der
zweiten Nacheinspritzung 58 eingespritzten Kraftstoffes
wird die Abgasenthalpie nochmals erhöht und die Turbine 32
in der Folge mit noch höherer Leistung angetrieben.
Entsprechend kann auch vom Verdichter 30 im Ansaugrohr 20
ein höherer Ladedruck erzeugt werden, was wiederum das von
der Brennkraftmaschine 10 abrufbare Drehmoment deutlich
anhebt. Selbst bei Brennkraftmaschinen 10 mit kleinem
Hubraum ist somit gewährleistet, dass ein Anfahren auch
unter ungünstigen Umgebungsbedingungen möglich ist.
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Wie aus Fig. 2 hervorgeht, arbeitet die in Fig. 1
dargestellte Brennkraftmaschine 10 aufgrund einer variablen
Nockenwellenverstellung mit einer Ventilüberschneidung.
Hierunter wird verstanden, dass das Einlassventil 22 eines
Brennraums 14 vor Erreichen des oberen Totpunktes nach dem
Ausschubtakt öffnet (Bezugszeichen 64) und das
Auslassventil 24 erst nach dem Erreichen des oberen
Totpunktes nach dem Ausschubtakt schließt. Der Zeitraum,
während dem beide Ventile 22 und 24 geöffnet sind, wird als
"Ventilüberschneidung" bezeichnet. Durch eine solche
Ventilüberschneidung kann die der Turbine 32 zugeführte
Gasmenge und die für die Verbrennung des mit der zweiten
Nacheinspritzung eingespritzten Kraftstoffs zur Verfügung
stehende Sauerstoffmenge nochmals erhöht werden.
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Wie oben ausgeführt wurde, betrifft Fig. 2 den
Schichtbetrieb der Brennkraftmaschine 10. Wird eine hohe
Last bei niedriger Drehzahl der Kurbelwelle 42 der
Brennkraftmaschine 10 angefordert, ist jedoch in vielen
Fällen ein Homogenbetrieb der Brennkraftmaschine 10
erforderlich. Bei diesem ist der durch die primäre
Einspitzung eingespritzte Kraftstoff in den Brennräumen 14
im Wesentlichen homogen verteilt und erzeugt ein insgesamt
stöchiometrisches Kraftstoff-Luftverhältnis.
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Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, wird bei dem dort
dargestellten Ausführungsbeispiel im Homogenbetrieb auf
eine Nacheinspritzung während des Expansionstaktes
verzichtet. Stattdessen erfolgt eine Nacheinspritzung 58
ungefähr im oberen Totpunkt des Kolbens eines Brennraums 14
zwischen Ausschubtakt und Ansaugtakt. Die Zündung 62
erfolgt während der Nacheinspritzung 58, kurz vor Erreichen
des oberen Totpunktes. Aufgrund der Verbrennung eines
stöchiometrischen Kraftstoff-Luftgemischs ist in den
Verbrennungsabgasen nur noch wenig Sauerstoff vorhanden. Um
dennoch den nacheingespritzten Kraftstoff verbrennen zu
können, wird folgendermaßen vorgegangen:
In dem angesprochenen niedrigen Drehzahlbereich ist bei
hoher Last, also einem hohen gewünschten Drehmoment, der
Ladedruck im Ansaugrohr 20 größer als der Abgasgegendruck
im Abgasrohr 26 vor der Turbine 32. Dieser Druckunterschied
wird auch als "Spülgefälle" bezeichnet und kann
gegebenenfalls durch einen zusätzlichen elektrischen Lader
noch deutlich verbessert werden. Die Brennkraftmaschine 10
wird nun so betrieben, dass eine vergleichsweise lange
Ventilüberschneidungsphase zwischen Ausschubtakt und
Ansaugtakt vorliegt.
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Während dieser Ventilüberschneidungsphase ergibt sich
hieraus ein vergleichsweise großer Massenstrom vom
Ansaugrohr 20 durch den Brennraum 14 hindurch in das
Abgasrohr 26. Erfolgt nun, wie in Fig. 3 dargestellt,
während der Ventilüberschneidungsphase eine
Nacheinspritzung 58 von Kraftstoff, so bildet sich ein
brennfähiges Kraftstoff-Luftgemisch, welches durch die
Zündung 62 entzündet wird. Auch diese Verbrennung führt zu
einer deutlichen Erhöhung des Enthalpieangebotes für die
Turbine 32 und somit letztlich zu einer Erhöhung des
Ladedrucks im Ansaugrohr 20.
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Die Aktivierung bzw. die Deaktivierung der Nacheinspritzung
58 erfolgt gemäß einem Verfahren, welches als
Computerprogramm im Steuer- und Regelgerät 40 abgelegt ist.
Es wird nun anhand von Fig. 4 im Detail erläutert:
Nach einem Startblock 66 wird in einem Block 68
festgestellt, dass sich die Brennkraftmaschine 10 im
Leerlauf befindet und eine normale primäre Einspritzung
ohne Nacheinspritzungen erfolgt. Im Block 70 wird geprüft,
ob die Kupplung des Fahrzeugs, in welches die
Brennkraftmaschine 10 eingebaut ist, betätigt wird. Ist das
Ergebnis der Abfrage "ja", wird im Block 72 eine
Nacheinspritzung (Bezugszeichen 56 bzw. 58 in den Fig. 2
und 3) aktiviert.
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Im Block 74 wird geprüft, ob der sich im Ansaugrohr 20
einstellende Ladedruck größer als ein Grenzwert ist. Ist
dies der Fall, wird im Block 76 die Nacheinspritzung
deaktiviert. Ist die Antwort im Block 74 "nein", wird im
Block 78 ein Zeitzähler gestartet. Überschreitet die Zeit
im Block 80 eine Schwelle, wird im Block 82 die
Nacheinspritzung abgebrochen. Es erfolgt ein Rücksprung zum
Block 68. Ist die Zeitschwelle im Block 80 noch nicht
erreicht, erfolgt ein Rücksprung zum Block 74, in dem
geprüft wird, ob der Ladedruck größer ist als ein
Grenzwert. Das Verfahren endet nach dem Block 76 in einem
Endblock 84.