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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, wobei wenigstens zeitweise ein in den Brennraum nacheingespritzter
Kraftstoff wenigstens teilweise bei geöffnetem Auslassventil verbrannt wird.
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Ein
solches Verfahren ist aus der
DE 197 21 933 A1 bekannt. Diese zeigt ein
Verfahren zum Betrieben einer Brennkraftmaschine mit Benzin-Direkteinspritzung
und Abgasturbolader, bei dem eine zusätzliche Einspritzung und eine
entsprechende Verbrennung während
des Ausschubtaktes erfolgt. Hierdurch soll das Ansprechverhalten
des Abgasturboladers im unteren Drehzahlbereich verbessert werden.
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Ferner
ist aus der
DE 199
44 190 A1 ein Fahrzeug mit einer Brennkraftmaschine mit
Abgasturbolader bekannt. 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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Die
bekannten Verfahren basieren 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 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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Vorteile der Erfindung
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Das
erfindungsgemäße 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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Grundsätzlich ist
es möglich,
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. In diesem Fall wird
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. 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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Dieses
Verfahren für
den Schichtbetrieb der Brennkraftmaschine und das erfindungsgemäße Verfahren
für den
Homogenbetrieb der Brennkraftmaschine können miteinander kombiniert
werden. 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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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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Im
Schichtbetrieb 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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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, weiche 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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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.
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Zeichnung
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Nachfolgend
werden die beiliegenden Zeichnungen im Detail erläutert. Die
besonders bevorzugten Ausführungsbeispiele
der vorligenden Erfindung werden durch die Zeichnungen 1, 3 und
4 im Detail erläutert.
In der Zeichnung zeigen:
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1:
eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit Kraftstoff-Direkteinspritzung und
Turbolader;
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2:
ein Diagramm, in dem der Winkel einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine
von 1 vor einem oberen Totpunkt Zündung und die entsprechenden
Betriebszustände
eines Einlassventils, eines Auslassventils, eines Einspritzventils
und einer Zündkerze
der Brennkraftmaschine von 1 dargestellt
sind, wenn diese in einem Schichtbetrieb arbeitet;
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3:
ein Diagramm ähnlich 2 für den Fall,
dass die Brennkraftmaschine von 1 in einem
Homogenbetrieb arbeitet; und
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4:
ein Blockschaltbild, in dem ein Verfahren zum Betreiben der Brennkraftmaschine
von 1 dargestellt ist.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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In
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 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 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 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 2 das Bezugszeichen 52.
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Wie
aus 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 2 dargestellten
Diagramm 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 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 2 hervorgeht, arbeitet die in 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 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 3 ersichtlich ist, wird bei dem dort dargestellten
erfindungsgemäßen 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 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 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 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.