DE10359053A1 - Method for operating an internal combustion engine - Google Patents

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Patrick Attard
Rüdiger Dr.-Ing. Herweg
Matthias Dipl.-Ing. Pfau
Jochen Dipl.-Ing. Schäflein
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine, die betriebspunktabhängig mit Kompressionszündung oder mit Fremdzündung betrieben wird. Dabei wird während eines Kompressionszündungsmodus Abgas im Brennraum zurückgehalten, das während eines Ladungswechsels komprimiert wird. Eine erste Kraftstoffmenge wird in das zurückgehaltene Abgas eingespritzt, wobei nachfolgend dem Brennraum eine zweite Kraftstoffmenge zugeführt wird. Das im Brennraum gebildete homogene Kraftstoff/Luft-Gemisch wird später mittels einer Kompression vorzugsweise im Bereich eines oberen Zünd-Totpunkts gezündet. Erfindungsgemäß wird mit einer im Brennraum angeordneten Ionenstromsonde ein Ionenstromsignal während des Ladungswechsels erfasst, wobei in Abhängigkeit vom ermittelten Ionenstromsignal der Zeitpunkt einer Kompressionszündung des Kraftstoff/Luft-Gemisches im Bereich eines oberen Zünd-Totpunktes diagnostiziert wird.The invention relates to a method for operating an internal combustion engine, which is operating point dependent operated with compression ignition or spark ignition. In this case, exhaust gas is retained in the combustion chamber during a compression ignition mode, which is compressed during a charge exchange. A first amount of fuel is injected into the retained exhaust gas, wherein subsequently the combustion chamber, a second amount of fuel is supplied. The homogeneous fuel / air mixture formed in the combustion chamber is later ignited by means of a compression preferably in the region of an upper ignition dead center. According to the invention, an ion current signal is detected during the charge exchange with an ion current probe arranged in the combustion chamber, the time of a compression ignition of the fuel / air mixture in the region of an upper ignition dead center being diagnosed as a function of the determined ion current signal.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere eine selbstzündende Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung.The The invention relates to a method for operating an internal combustion engine according to the preamble of claim 1, in particular a self-igniting internal combustion engine with direct injection.

Bei direkteinspritzenden Brennkraftmaschinen mit Selbstzündung werden oftmals homogene magere Kraftstoff/Luft-Gemische zur Selbstzündung gebracht, so dass hohe Wirkungsgrade und verbesserte Abgasemissionen erzielt werden. Bei solchen sogenannten HCCI- bzw. PCCI-Brennkraftmaschinen, auch als Brennkraftmaschinen mit Raumzündverbrennung bekannt, wird in der Regel bei Teillast ein mageres Grundgemisch aus Luft, Kraftstoff und zurückgehaltenem Abgas gebildet und selbstgezündet. Bei Volllast wird häufig ein stöchiometrisches Gemisch gebildet und fremdgezündet, denn bei hohen Lasten könnten durch die Selbstzündung steile Druckanstiege im Brennraum auftreten, welche zu einer Beeinträchtigung des Betriebs führen würden.at Be direct injection internal combustion engines with auto-ignition often homogeneous lean fuel / air mixtures brought to autoignition, so that high efficiencies and improved exhaust emissions achieved become. In such so-called HCCI or PCCI internal combustion engines, also known as internal combustion engines with Raumzündverbrennung is usually at part load a lean base mixture of air, fuel and restrained Exhaust gas formed and self-ignited. At full load becomes common a stoichiometric mixture formed and externally ignited, because at high loads could by the auto-ignition steep pressure increases in the combustion chamber occur, which leads to an impairment operation would.

Aus der Patentschrift DE 198 10 935 C2 ist ein Verfahren zum Betrieb einer nach dem Vier-Takt-Prinzip arbeitenden Brennkraftmaschine bekannt, bei dem ein homogenes mageres Grundgemisch aus Luft, Kraftstoff und zurückgehaltenem Abgas gebildet wird, welches nach einer Kompressionszündung verbrannt wird. Dabei wird zur Erweiterung des motorischen Betriebsbereiches mit Kompressionszündung eine Aktivierungsphase zwischengeschaltet. Während der Kompression des zurückgehaltenen Abgases wird eine Aktivierungskraftstoffmenge in Form einer Piloteinspritzung in den Brennraum eingespritzt und mit den restlichen Gemischanteilen im Brennraum möglichst homogen verteilt. Dem Gemisch wird hierdurch thermische Energie durch die Kompression zugeführt, so dass eine chemische Reaktion bzw. eine Zündung in der Nähe des oberen Ladungswechsel-Totpunkts eingeleitet wird. Über den Zeitpunkt und die Menge der Aktivierungseinspritzung kann der Zündzeitpunkt der Frischladung bei der Hauptverbrennung gesteuert werden.From the patent DE 198 10 935 C2 For example, there is known a method of operating an engine operating on the four-stroke principle in which a homogeneous lean basic mixture of air, fuel and retained exhaust gas is formed, which is burned after a compression ignition. In this case, an activation phase is interposed to expand the engine operating range with compression ignition. During the compression of the retained exhaust gas, an activation fuel quantity in the form of a pilot injection is injected into the combustion chamber and distributed as homogeneously as possible with the remaining mixture components in the combustion chamber. Thermal energy is thereby supplied to the mixture by the compression, so that a chemical reaction or an ignition is initiated in the vicinity of the upper charge exchange dead center. By the timing and amount of the activation injection, the ignition timing of the fresh charge at the main combustion can be controlled.

Aus der DE 199 52 096 C2 ist ein Verfahren zum Betrieb einer HCCI-Brennkraftmaschine bekannt, bei dem mittels verschiedener Stellgrößen die Verbrennung gesteuert wird. Darin werden variabel ansteuerbare Einlass- und Auslassventile sowie eine Einspritzanlage durch eine Regeleinrichtung derart angesteuert, dass in Abhängigkeit eines Zeitpunkts der 50%-igen Umsetzung der eingespritzten Brennstoffmasse während eines Zyklus als Stellgrößen ein bestimmtes Luftverhältnis, eine bestimmte effektive Verdichtung, ein bestimmter Einspritzdruck, ein bestimmter Einspritzzeitpunkt und eine bestimmte Einspritzmenge zur Festlegung von Beginn und Dauer der Verbrennung der Zylinderladung oder der Lage des 50%-Massenumsatzpunktes für den jeweils nächsten Zyklus festgelegt werden.From the DE 199 52 096 C2 a method for operating a HCCI internal combustion engine is known in which the combustion is controlled by means of different control variables. In it, variably controllable intake and exhaust valves and an injection system are controlled by a control device such that depending on a time of 50% conversion of the injected fuel mass during a cycle as manipulated variables a certain air ratio, a certain effective compression, a certain injection pressure, a determined injection timing and a specific injection quantity for determining the beginning and duration of the combustion of the cylinder charge or the position of the 50% mass conversion point for the next cycle.

Eine unkontrollierte Selbstzündung kann bei Brennkraftmaschinen mit Raumzündverbrennung, insbesondere beim Einsatz einer Piloteinspritzung bzw. einer Aktivierungskraftstoffmenge zu einer frühen bzw. zu einer späten unvorteilhaften Schwerpunktslage der Verbrennung führen, die einen optimierten Betrieb mit einem günstigen Kraftstoffverbrauch verschlechtern würde. Nach heutigem Stand der Technik ist eine gezielte Steuerung der oben beschriebenen Verbrennung nur schwer zu erreichen, da eine Überprüfung der Wirkung der Piloteinspitzung nicht leicht durchzuführen ist.A uncontrolled auto-ignition can in internal combustion engines with Raumzündverbrennung, in particular when using a pilot injection or an activation fuel quantity to an early or to a late lead to unfavorable center of gravity of the combustion, the an optimized operation with a favorable fuel consumption would worsen. According to the current state of the art is a targeted control of combustion described above is difficult to achieve, as a review of Effect of Piloteinspitzung is not easy to perform.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit Raumzündverbrennung zu schaffen, bei dem ein zuverlässiger Betrieb mit Selbstzündung gewährleistet wird.Of the The invention is therefore based on the object, a method for operation an internal combustion engine with Raumzündverbrennung to create at a reliable one Operation with auto-ignition guaranteed becomes.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.These The object is achieved by a method having the features of the claim 1 solved.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass im Brennraum einer Brennkraftmaschine, die betriebspunktabhängig mit Kompressionszündung oder mit Fremdzündung betrieben wird, Abgas während eines Kompressionszündungsmodus zurückgehalten wird, welches während eines Ladungswechsels komprimiert wird, wobei eine erste Kraftstoffmenge in das zurückgehaltene Abgas eingespritzt wird. Nachfolgend wird dem Brennraum eine zweite Kraftstoffmenge zugeführt, so dass im Brennraum ein homogenes Kraftstoff/Luft-Gemisch gebildet wird, das später mittels einer Kompression vorzugsweise im Bereich eines oberen Zünd-Totpunkts gezündet wird. Erfindungsgemäß wird mit einer im Brennraum angeordneten Ionenstromsonde ein Ionenstromsignal während des Ladungswechsels erfasst, wobei in Abhängigkeit vom ermittelten Ionenstromsignal der Zeitpunkt einer Kompressionszündung des Kraftstoff/Luft-Gemisches im Bereich eines oberen Zünd-Totpunkts diagnostiziert wird.The inventive method characterized by the fact that in the combustion chamber of an internal combustion engine, the operating point dependent with compression ignition or with spark ignition is operated exhaust during a compression ignition mode retained which is going on during a charge change is compressed, wherein a first amount of fuel in the withheld Exhaust gas is injected. Subsequently, the combustion chamber is a second Amount of fuel supplied, so that a homogeneous fuel / air mixture is formed in the combustion chamber will, later by means of a compression preferably in the region of an upper ignition dead center ignited becomes. According to the invention with an ion current probe arranged in the combustion chamber, an ion current signal while the charge change detected, wherein in dependence on the determined ion current signal the time of a compression ignition of the fuel / air mixture in the region of an upper ignition dead center is diagnosed.

Gemäß der Erfindung wird die Wärmefreisetzung während der Selbstzündung mit Hilfe des ermittelten Ionenstromsignals während des Ladungswechsels bzw. während einer Abgaszwischenkompressionsphase abgeschätzt. Dadurch kann die Selbstzündung des Hauptgemisches kontrolliert bzw. derart beeinflusst werden, dass insbesondere der Beginn und Verlauf der Selbstzündung gesteuert werden kann. Durch eine Beeinflussung der Selbstzündung können die Vorteile der Brennkraftmaschine mit Raumzündverbrennung in weiten Kennfeldbereichen ausgenutzt werden. Somit kann eine kontinuierliche und schnelle Steuerung der Verbrennungsabläufe während eines gefahrenen Betriebspunkts vorgenommen werden. Dies dient insbesondere zur Vermeidung eines unerwünschten Verbrennungsablaufs, der beispielsweise zu unerwünschten hohen Drücken im Brennraum führen würde. Somit kann während des Betriebs der Brennkraftma schine eine Beeinflussung der Wärmefreisetzung schnell vorgenommen und hierdurch die Erzielung einer optimalen Verbrennung realisiert werden.According to the invention, the heat release during auto-ignition is estimated by means of the detected ion current signal during the charge exchange or during an intermediate gas compression phase. As a result, the autoignition of the main mixture can be controlled or influenced in such a way that, in particular, the beginning and course of the autoignition can be controlled. By influencing the auto-ignition, the advantages of the internal combustion engine with Raumzündverbrennung in wide Kennfeldberei be exploited. Thus, a continuous and rapid control of the combustion processes during a driven operating point can be made. This serves, in particular, to avoid an undesirable combustion process which would lead to undesired high pressures in the combustion chamber, for example. Thus, during the operation of the internal combustion engine influencing the heat release quickly made and thereby achieving optimal combustion can be realized.

In einer Ausgestaltung der Erfindung werden mittels des Ionenstromsignals ein Verbrennungsverlauf und/oder Verbrennungsreaktionen während des Ladungswechsels ermittelt. Diese Angaben bzw. die daraus berechneten Verbrennungsparameter wie z.B. Druck- und/oder Temperaturverläufe können als Indikatoren für die während des Ladungswechsels stattfindenden chemischen Reaktionen dienen, so dass eine Diagnostizierung der Hauptverbrennung im Bereich des oberen Zünd-Totpunkts und eine Steuerung derselben vorgenommen werden kann.In An embodiment of the invention by means of the ion current signal a combustion process and / or combustion reactions during the charge cycle determined. This information or the calculated combustion parameters such as. Pressure and / or temperature curves can be used as indicators for during the Charge change occurring chemical reactions serve, so that a diagnosis of the main combustion in the area of the upper Ignition dead center and a control thereof can be made.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden mit Hilfe des ermittelten Ionenstromsignals während des Ladungswechsels das im Brennraum gebildete Kraftstoff/Luft-Gemisch, insbesondere dessen Temperatur und/oder Zusammensetzung derart verändert, dass die Schwerpunktslage der Verbrennung verschoben wird. Hierzu eigenen sich insbesondere der Verlauf und/oder die Phasenlage des Ionenstromsignals während der Abgaszwischenkompressionsphase, da diese als Indikatoren der während des Ladungswechsels stattfindenden Verbrennungsreaktionen dienen können. Hierdurch kann die Schwerpunktslage der Verbrennung im Bereich eines oberen Zünd-Totpunkts diagnostiziert und somit eingestellt bzw. beeinflusst werden.According to one Another embodiment of the invention will be determined with the aid of Ion current signal during the change of charge the fuel / air mixture formed in the combustion chamber, in particular its temperature and / or composition changed such that the center of gravity of the combustion is shifted. Own this in particular, the course and / or the phase position of the ion current signal while the exhaust gas intermediate compression phase, as these are indicators of the while serve the charge cycle occurring combustion reactions can. As a result, the center of gravity of combustion in the region of upper ignition dead center be diagnosed and thus adjusted or influenced.

Erfindungsgemäß kann aus dem erfassten Ionenstromsignal die Schwerpunktslage der Verbrennung, d.h. die Lage eines 50%-Massenumsatzpunkts der aktuellen Verbrennung, ermittelt bzw. abgeschätzt werden. Das ist der Zeitpunkt, bei dem 50% der in den Brennraum eingespritzten Kraftstoffmasse während eines Verbrennungszyklus oder Arbeitsspiels umgesetzt ist. Mit Hilfe der abgeschätzten Lage des 50%-Massenumsatzpunkts einer aktuellen Verbrennung wird der aktuell zu erwartende Wert mit einem in einem Steuergerät gespeicherten Wert verglichen. Liegt eine Abweichung von einem bestmöglichen bzw. Idealwert vor, dann wird bei einem darauffolgenden Zyklus der Ablauf der Verbrennung mittels einer Anpassung von Betriebsparametern, z.B. die Gemischtemperatur und/oder die Zusammensetzung des Gemisches so verändert, dass ein optimales Brennverhalten vorliegt. Die Veränderung der Temperatur kann beispielsweise mittels Variation der zurückgehaltenen Abgasmenge vorgenommen werden, wobei die Zusammensetzung des Gemisches durch eine Veränderung der eingespritzten Kraftstoffmengen im Sinne der vorliegenden Erfindung angepasst werden kann.According to the invention can the detected ion current signal, the center of gravity of the combustion, i.e. the location of a 50% mass point of the current combustion, determined or estimated. That's the time in which 50% of the fuel mass injected into the combustion chamber during a Combustion cycle or cycle is implemented. With the help of estimated location of the 50% mass point of a current combustion becomes the currently expected value with a stored in a control unit Value compared. Is a deviation from a best possible or ideal value, then in a subsequent cycle the Sequence of combustion by means of an adjustment of operating parameters, e.g. the mixture temperature and / or the composition of the mixture so changed, that an optimal burning behavior is present. The change the temperature can be, for example, by means of variation of the retained Amount of exhaust gas to be made, the composition of the mixture by a change the injected fuel amounts in the context of the present invention can be adjusted.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Selbstzündungszeitpunkt des Kraftstoff/Luft-Gemischs in Abhängigkeit von einem Mengenverhältnis der ersten zur zweiten Kraftstoffmenge eingestellt. Hierdurch kann die Lage der Verbrennung so verschoben werden, dass sich ein vorteilhafter Verbrennungsablauf ergibt.According to one advantageous embodiment of the invention is the Selbstzündungszeitpunkt of the fuel / air mixture depending on a ratio of the first set to the second amount of fuel. This allows the Location of the combustion can be shifted so that an advantageous Combustion results.

Weitere Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der Beschreibung. Konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Further Features and combinations of features result from the description. Specific embodiments The invention are shown in simplified form in the drawings and explained in more detail in the following description.

Es zeigen:It demonstrate:

1 eine Darstellung von Wärmefreisetzungsverläufen und erfassten Ionenstromsignalen während einer Hauptverbrennung im Bereich eines oberen Zünd-Totpunkts und 1 a representation of heat release curves and detected ion current signals during a main combustion in the region of an upper ignition dead center and

2 eine Darstellung von Wärmefreisetzungsverläufen und erfassten Ionenstromsignalen während eines Ladungswechsels. 2 a representation of heat release curves and detected ion current signals during a charge cycle.

Eine beispielhafte Brennkraftmaschine mit Raumzündverbrennung umfasst beispielsweise vier oder mehr Zylinder, wobei in jedem Zylinder ein längsverschieblich gehaltener Kolben geführt und ein Brennraum zur Verbrennung eines Kraftstoff/Luft-Gemisches gebildet ist. Der Brennraum der Brennkraftmaschine wird von einem Zylinderkopf nach oben hin abgeschlossen, wo bei der Kolben den Brennraum nach unten hin begrenzt. Die Brennkraftmaschine umfasst pro Brennraum mindestens ein Einlassventil, mindestens ein Auslassventil, einen Kraftstoffinjektor und eine Zündquelle, die vorzugsweise als Zündkerze ausgebildet ist.A Exemplary internal combustion engine with room ignition combustion includes, for example four or more cylinders, with one longitudinally displaceable in each cylinder held piston out and a combustion chamber for combustion of a fuel / air mixture is formed is. The combustion chamber of the internal combustion engine is powered by a cylinder head closed at the top, where the piston behind the combustion chamber limited downwards. The internal combustion engine comprises per combustion chamber at least one inlet valve, at least one outlet valve, one Fuel injector and an ignition source, preferably as a spark plug is trained.

Die Brennkraftmaschine arbeitet nach dem 4-Takt-Prinzip, wobei sie lastpunktabhängig entweder in einem Fremdzündungsmodus (ottomotorischer Betrieb) oder in einem Selbstzündungsmodus betrieben werden kann. Bei einem 4-Takt-Verfahren entspricht ein Takt einem vollen Kolbenhub. Das aus vier Takten bestehende Arbeitsspiel der Brennkraftmaschine entspricht einem Verbrennungszyklus, wobei ein Verbrennungszyklus mit einem ersten Ansaugtakt bei einem oberen Ladungswechsel-Totpunkt beginnt, bei dem sich der Kolben in einer Abwärtsbewegung bis zu einem unteren Totpunkt bewegt. Beim Ansaugtakt wird dem Brennraum Verbrennungsluft zugeführt, wobei erfindungsgemäß in einem Ausschiebetakt eines vorherigen Arbeitsspiels eine bestimmte Menge an Abgas im Brennraum zurückgehalten wird.The internal combustion engine operates on the 4-stroke principle, wherein it can be operated depending on the load point either in a spark-ignition mode (Otto engine operation) or in a self-ignition mode. In a 4-stroke process, a clock corresponds to a full piston stroke. The four-cycle cycle of the internal combustion engine corresponds to a combustion cycle, wherein a combustion cycle begins with a first intake stroke at an upper charge cycle dead center at which the piston moves in a downward movement to a bottom dead center. During the intake stroke, combustion air is supplied to the combustion chamber, wherein according to the invention in a push-out Clock of a previous cycle a certain amount of exhaust gas is retained in the combustion chamber.

Der Kraftstoffinjektor wird von einer Einspritzvorrichtung angesteuert. Die Kraftstoffeinspritzzeitpunkte sowie vorgegebene Kraftstoffmengen werden durch Signale aus einem Steuergerät mittels der Einspritzvorrichtung gesteuert. Zur Optimierung einer im Brennraum zurückgehaltenen Abgasmenge ist eine variable Ventilsteuervorrichtung vorgesehen, die eine Betätigungsvorrichtung für die Einlass- sowie Auslassventile umfasst. Hierdurch können die Ventilsteuerzeiten variiert bzw. lastpunktabhängig eingestellt werden. Dabei kann es sich um einen mechanischen, hydraulischen oder elektrischen Nockenwellenversteller handeln, wobei alternativ eine elektromagnetische Ventilsteuereinheit oder jede andere variable Ventilsteuereinheit zum Einsatz kommen kann.Of the Fuel injector is driven by an injection device. The fuel injection timings and predetermined amounts of fuel become by signals from a control unit by means of the injection device controlled. To optimize a retained in the combustion chamber Exhaust gas amount is provided a variable valve control device, the an actuator for the Includes intake and exhaust valves. This allows the valve timing varies or set depending on the load point become. This can be a mechanical, hydraulic or electric camshaft adjuster, alternatively an electromagnetic valve control unit or any other variable Valve control unit can be used.

Beim ottomotorischen Betrieb erfolgt die Zündung des Gemisches durch die Zündkerze. Während des Kompressionszündungsbetriebs wird das aus zurückgehaltenem Abgas, Kraftstoff und Luft bestehende Gemisch verdichtet, wobei die Verbrennung mittels einer Kompressionszündung eingeleitet wird.At the ottomotorischen operation takes place the ignition of the mixture by the Spark plug. While the compression ignition operation that will be withheld Exhaust, fuel and air existing mixture compressed, taking the combustion is initiated by means of a compression ignition.

Während des Kompressionszündungsbetriebs wird im Brennraum während eines Ladungswechsels Abgas zurückgehalten, welches während einer Abgaszwischenkompressionsphase komprimiert wird. In das zurückgehaltene Abgas wird eine erste Kraftstoffmenge zur Bildung eines sogenannten Zwischengemisches eingespritzt. Nachfolgend wird dem Brennraum eine zweite Kraftstoffmenge zugeführt, so dass im Brennraum ein homogenes Kraftstoff/Luft-Hauptgemisch gebildet wird; das später mittels der Kompression vorzugsweise im Bereich eines oberen Zünd-Totpunkts gezündet wird.During the Compression ignition operation is in the combustion chamber during a charge change exhaust gas retained, which during a Exhaust gas intermediate compression phase is compressed. In the withheld Exhaust gas is a first amount of fuel to form a so-called intermediate mixture injected. Subsequently, the combustion chamber is a second amount of fuel supplied so that in the combustion chamber, a homogeneous fuel / air main mixture is formed; that later by means of compression, preferably in the region of an upper ignition dead center ignited becomes.

Im Betrieb der Brennkraftmaschine wird sowohl das während des Ladungswechsels gebildete Zwischengemisch als auch das später gebildete Hauptgemisch ionisiert. Der Ionisationsgrad ist dabei von den Gemischbestandteilen sowie von der Temperatur abhängig, wobei durch den Ionisationsgrad eine Ionenleitung messbar ist. Erfindungsgemäß wird mit einer im Brennraum angeordneten Ionenstromsonde ein Ionenstromsignal während des Ladungswechsels erfasst, wobei mittels des erfassten Ionenstromsignals der Zeitpunkt einer Kompressionszündung des Hauptgemisches im Bereich des oberen Zünd-Totpunkts abgeschätzt bzw. diagnostiziert wird. Vorzugsweise dient die im Brennraum angeordnete Zündkerze im Kompressionszündungsbetrieb als eine Ionenstromsonde durch das Anlegen einer elektrischen Spannung an den Elektroden der Zündkerze zur Erfassung des Ionenstromsignals, welches dem Steuergerät zugeführt wird.in the Operation of the internal combustion engine is both the intermediate mixture formed during the charge exchange as well as later ionized main mixture formed. The degree of ionization is from the mixture components as well as the temperature dependent, wherein an ionic conduction can be measured by the degree of ionization. According to the invention with an ion current probe arranged in the combustion chamber, an ion current signal while of the charge change detected, wherein by means of the detected ion current signal the time of a compression ignition of the main mixture in Range of upper ignition dead center estimated or is diagnosed. Preferably, the arranged in the combustion chamber spark plug is used in compression ignition operation as an ion current probe by the application of an electrical voltage at the electrodes of the spark plug to Detecting the ion current signal which is supplied to the control unit.

Erfindungsgemäß wird während des Kompressionszündungsbetriebs mittels der ersten Kraftstoffmenge eine bestimmte Gemischreaktivität des aus der ersten und der nachfolgenden zweiten Kraftstoffmenge gebildeten Hauptgemisches eingestellt. Hierdurch soll das Einsetzen der Selbstzündung gesteuert bzw. beeinflusst werden. Die Bemessung der ersten und der zweiten Kraftstoffmenge dient im Sinne der vorliegenden Erfindung zur Optimierung der Verbrennung im Kompressionszündungsbetrieb, wobei die Mengenaufteilung zusätzlich in Abhängigkeit vom Lastpunkt eingestellt wird. Somit wird ein zuverlässiger Betrieb der Brennkraftmaschine mit Kompressionszündung auch in unteren Drehzahl- und Lastbereichen ermöglicht.According to the invention during the Compression ignition operation by means of the first amount of fuel a certain mixture reactivity of the first and the subsequent second fuel quantity formed Main mixes set. This is to control the onset of auto-ignition or influenced. The design of the first and the second Quantity of fuel used in the context of the present invention for optimization combustion in compression ignition operation, the quantity distribution in addition depending on Load point is set. Thus, a reliable operation combustion engine with compression ignition even in low speed and load ranges.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass mit dem erfassten Ionenstromsignal während der Abgaszwischenkompressionsphase der Zeitpunkt der Kompressionszündung des Kraftstoff/Luft-Gemisches bzw. des Hauptgemisches abgeschätzt wird, so dass die Selbstzündung des Hauptgemisches kontrolliert bzw. geregelt werden kann. Hierdurch können insbesondere der Beginn und Verlauf der Selbstzündung gesteuert werden, so dass eine schnelle Regelung der Verbrennungsabläufe während eines gefahrenen Betriebspunkts stattfindet. Somit werden unvorteilhafte und unerwünschte Verbrennungsabläufe vermieden.The inventive method provides that with the detected ion current signal during the Exhaust gas intermediate compression phase The time of compression ignition of the Estimated fuel / air mixture or of the main mixture, so that the auto-ignition of the main mixture can be controlled or regulated. hereby can in particular the beginning and course of the self-ignition are controlled so that a fast regulation of the combustion processes takes place during a driven operating point. Thus, unfavorable and undesirable combustion processes are avoided.

Das erfasste Ionenstromsignal während des Ladungswechsels dient zur Bestimmung von Verbrennungsreaktionen bzw. chemischen Veränderungen der Zwischengemischbestandteile, die während des Ladungswechsels stattfinden. Abhängig von der Mengenaufteilung ergibt sich eine unterschiedliche Verbrennungslage. In 1 und 2 sind vier unterschiedliche Mengenaufteilungen aufgetragen. Dabei stellt der Verlauf I die Gemischreaktionen einer Verbrennung mit einer kleinen ersten Kraftstoffmenge dar. Bei den Verläufen II, III und IV wird die erste Kraftstoffmenge erhöht. Dementsprechend ist gemäß 2 ist eine zunehmende Wärmefreisetzung bei den größeren Kraftstoffmengen während des Ladungswechsels zu beobachten.The detected ion current signal during the charge exchange serves to determine combustion reactions or chemical changes of the intermediate mixture constituents that take place during the charge exchange. Depending on the quantity distribution results in a different combustion position. In 1 and 2 four different quantity distributions are plotted. Here, the course I represents the mixture reactions of a combustion with a small first fuel quantity. In the courses II, III and IV, the first amount of fuel is increased. Accordingly, according to 2 is to observe an increasing heat release at the larger fuel quantities during the charge change.

Demnach ergeben sich gemäß 1 unterschiedliche Verbrennungslagen.Accordingly, according to 1 different combustion situations.

Die bestimmten Verbrennungsreaktionen mittels des erfassten Ionenstromsignals während des Ladungswechsels werden dann zur Diagnostizierung der Hauptverbrennung im Bereich des oberen Zünd-Totpunkts herangezogen. Eine Regelung der Hauptverbrennung wird hierdurch mit Hilfe des ermittelten Ionenstromsignals während des Ladungswechsels ermöglicht. Hierzu kann beispielsweise das im Brennraum gebildete Kraftstoff/Luft-Gemisch, insbesondere dessen Temperatur und/oder Zusammensetzung derart verändert werden, dass die Schwerpunktslage der Verbrennung verschoben wird. Dabei eigenen sich insbesondere der Verlauf und/oder die Phasenlage des Ionenstromsignals während der Abgaszwischenkompressionsphase, da diese als Indikatoren für die während des Ladungswechsels stattfindenden Verbrennungsreaktionen dienen können. Dadurch kann die Schwerpunktslage der Verbrennung im Bereich eines oberen Zünd-Totpunkts diagnostiziert und gegebenenfalls neu eingestellt bzw. angepasst werden.The determined combustion reactions by means of the detected ion current signal during the charge cycle are then used to diagnose the main combustion in the region of the upper ignition dead center. A regulation of the main combustion is thereby made possible with the aid of the determined ion current signal during the charge exchange. For this purpose, for example, the fuel / air mixture formed in the combustion chamber, in particular its temperature and / or composition can be changed such that the heavy Point position of the combustion is postponed. In particular, the course and / or the phase position of the ion current signal are suitable during the intermediate gas compression phase, since these can serve as indicators of the combustion reactions taking place during the charge cycle. As a result, the center of gravity of the combustion can be diagnosed in the region of an upper ignition dead center and, if necessary, readjusted or adjusted.

Das erfindungsgemäße Verfahren zielt darauf ab, die Steuerung und Regelung der Schwerpunktverbrennungslage vorzunehmen, so dass eine optimale Einstellung der Brennkraftmaschine während der Raumzündverbrennung im stationären und dynamischen Betrieb ermöglicht wird. Weiterhin soll durch die ermittelten Daten eine Diagnose des Kraftstoffinjektors und somit die Wirkungsweise der ersten Kraftstoffeinspritzung über die Laufzeit der Brennkraftmaschine sichergestellt werden.The inventive method aims to control and regulate the focus of incineration make, so that an optimal adjustment of the internal combustion engine while the room ignition combustion in the stationary and dynamic operation becomes. Furthermore, should be determined by the data obtained a diagnosis of Fuel injector and thus the operation of the first fuel injection over the Running time of the internal combustion engine can be ensured.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, mit Hilfe der Ionenstromsonde die Lage des 50%-Massenumsatzpunkts der Verbrennung anhand des Ionenstromsignalverlaufs abzuschätzen. Die dargestellten Verläufe in 1 bzw. 2 lassen erkennen, dass die gemessenen Ionenstromsignale sehr gut mit den Heizverläufen bzw. Wärmefreisetzungsverläufen korrelie ren. Bei der Brennkraftmaschine weisen die im Brennraum gemessenen Ionenstromsignale einen charakteristischen Verlauf auf, welcher mit dem Brennverlauf, d.h. der Wärmefreisetzung der Brennkraftmaschine unmittelbar korreliert. Dieses erfasste Signal wird zur Ermittlung einer Lage des 50%-Massenumsatzpunkts der aktuellen Verbrennung direkt verwendet, was im Hinblick auf die Regelung eines darauffolgenden Zyklus zu einer sehr kurzen Reaktionszeit führt, um eine möglichst schnelle Anpassung der Betriebsparameter zu erzielen. Die Brennkraftmaschine kann somit innerhalb kurzer Dauer bei Bedarf derart angesteuert werden, dass sie im jeweiligen Betriebspunkt optimal betrieben werden kann.The method according to the invention makes it possible with the aid of the ion current probe to estimate the position of the 50% mass conversion point of the combustion on the basis of the ion current signal course. The illustrated courses in 1 respectively. 2 indicate that the measured ion current signals correlate very well with the heating processes or heat release processes. In the internal combustion engine, the ion current signals measured in the combustion chamber have a characteristic course, which correlates directly with the combustion process, ie the heat release of the internal combustion engine. This detected signal is used directly to determine a position of the 50% mass conversion point of the current combustion, resulting in a very short reaction time with regard to the regulation of a subsequent cycle in order to achieve the fastest possible adaptation of the operating parameters. The internal combustion engine can thus be controlled in such a way within a short period of time that it can be optimally operated at the respective operating point.

Mit Hilfe der abgeschätzten Lage des 50%-Massenumsatzpunkts einer aktuellen Verbrennung wird der aktuell zu erwartende Wert mit einem in einem Steuergerät gespeicherten Wert verglichen. Bei einem darauffolgenden Zyklus wird der Ablauf der Verbrennung mittels einer Anpassung von Betriebsparametern, z.B. der Gemischtemperatur und/oder der Zusammensetzung des Gemisches durch die eingespritzten Kraftstoffmengen so verändert, dass ein optimales Brennverhalten vorliegt. Die Veränderung der Temperatur kann beispielsweise mittels Variation der zurückgehaltenen Abgasmenge vorgenommen werden, wobei die Zusammensetzung des Gemisches durch eine Veränderung der eingespritzten Kraftstoffmengen im Sinne der vorliegenden Erfindung angepasst werden kann.With Help the estimated Location of the 50% mass point of a current incineration the currently expected value with a stored in a control unit Value compared. In a subsequent cycle, the flow of the Combustion by adjustment of operating parameters, e.g. the mixture temperature and / or the composition of the mixture the injected fuel quantities changed so that an optimal burning behavior is present. The change the temperature can be, for example, by means of variation of the retained Amount of exhaust gas to be made, the composition of the mixture through a change the injected fuel amounts in the context of the present invention can be adjusted.

Gemäß der Erfindung wird die erste Kraftstoffeinspritzung vorzugsweise zwischen dem Schließen des Auslassventils und dem Öffnen des Einlassventils vorgenommen. Alternativ kann die erste Kraftstoffmenge in das im Brennraum zurückgehaltene Abgas während des Ausschiebetakts der Brennkraftmaschine zwischen dem Schließen des Auslassventils und 270°KW vor einem oberen Zünd-Totpunkt eingespritzt werden. Alternativ kann die erste Kraftstoffmenge in einem Bereich zwischen dem Schließen des Auslassventils und einem oberen Ladungswechsel-Totpunkt in den Brennraum eingebracht werden. Hierdurch werden die Umsetzungsartigen Reaktionen bei der ersten Kraftstoffeinspritzung erhöht. Die Einspritzung der ersten Kraftstoffmenge führt zu umsetzungsartigen Reaktionen, mit denen die Gemischendtemperatur beeinflusst wird. Somit kann der Selbstzündzeitpunkt beeinflusst werden. Vorzugsweise beträgt die erste Kraftstoffmenge zwischen 0% und 30% der Gesamtkraftstoffmenge, wobei die zweite Kraftstoffmenge zwischen 30% und 100% der Gesamtkraftstoffmenge betragen kann.According to the invention For example, the first fuel injection is preferably between the closing of the Exhaust valve and opening made the intake valve. Alternatively, the first amount of fuel in the retained in the combustion chamber Exhaust during the Ausschiebetakt of the internal combustion engine between the closing of the Exhaust valve and 270 ° KW injected before an upper ignition dead center become. Alternatively, the first amount of fuel in a range between closing of the exhaust valve and an upper charge cycle dead center in the Combustion chamber are introduced. This will be the reaction-type reactions increased at the first fuel injection. The injection of the first Fuel quantity leads to reaction-like reactions, with which the final mixture temperature being affected. Thus, the Selbstzündzeitpunkt can be influenced. Preferably is the first fuel quantity between 0% and 30% of the total fuel quantity, wherein the second fuel amount is between 30% and 100% of the total fuel amount can amount.

Durch die Einbringung der zweiten Kraftstoffmenge in den Brennraum wird das Hauptgemisch gebildet, das im Kompressionstakt verdichtet wird. Während des Kompressionstaktes bewegt sich der Kolben in einer Aufwärtsbewegung vom unteren Totpunkt bis zum oberen Zünd-Totpunkt. Das gebildete Hauptgemisch wird in einem Bereich des oberen Zünd-Totpunkts durch die vorliegende Kompression gezündet. Erfindungsgemäß kann der Selbstzündungszeitpunkt des aus der ersten und der zweiten Kraftstoffmenge gebildeten Kraftstoff/Luft-Gemischs in Abhängigkeit von einem Mengenverhältnis der ersten zur zweiten Kraftstoffmenge eingestellt werden. Das Mengenverhältnis der ersten zur zweiten Kraftstoffmenge kann zwischen 1:100 und 2:1 betragen. Es ist dennoch denkbar, einige Betriebspunkte ohne eine erste Kraftstoffeinspritzung vorzunehmen. Eine besonders vorteilhafte Vorkonditionierung des Hauptgemisches stellt sich bei einem Mengenverhältnis zwischen 1:20 und 1:3 ein. Vorzugsweise wird die zweite Kraftstoffmenge in einem Bereich zwischen 300°KW und 120°KW vor dem oberen Zünd-Totpunkt in den Brennraum eingespritzt.By the introduction of the second amount of fuel into the combustion chamber is the main mixture is formed, which is compressed in the compression stroke. During the Compression stroke, the piston moves in an upward movement from bottom dead center to the top dead center. The formed main mix is in a range of the upper ignition dead center by the present Compression ignited. According to the invention of Self-ignition timing the fuel / air mixture formed from the first and the second amount of fuel in dependence of a quantity ratio the first set to the second amount of fuel. The ratio of The first to second fuel quantity may be between 1: 100 and 2: 1. It is still conceivable, some operating points without a first fuel injection make. A particularly advantageous preconditioning of the main mixture arises at a quantity ratio between 1:20 and 1: 3. Preferably, the second fuel quantity in a range between 300 ° KW and 120 ° KW before the upper ignition dead center into the combustion chamber injected.

Während der noch laufenden Verbrennung des Hauptgemisches expandiert der Kolben in einer Abwärtsbewegung bis zu einem unteren Totpunkt. Die Schwerpunktlage der Verbrennung kann erfindungsgemäß lastpunktabhängig mittels einer Einspritzung einer dritten Kraftstoffmenge optimiert werden. Die Variation der zurückgehaltenen Abgasmenge in Kombination mit der Einspritzung einer dritten Kraftstoffmenge dient in erster Linie einer Optimierung des Selbstzündungsbetriebs unter Beibehaltung eines nahezu idealen Wirkungsgrads, insbesondere bei sehr kleinen und hohen Lasten, da in diesen Betriebsbereichen ein optimierter Selbstzündungsbetrieb homogener Gemische nicht leicht zu regeln ist.During the still ongoing combustion of the main mixture, the piston expands in a downward movement to a bottom dead center. The center of gravity of the combustion can be optimized according to the invention depending on the load point by means of an injection of a third fuel quantity. The variation of the retained amount of exhaust gas in combination with the injection of a third amount of fuel serves primarily to optimize the auto-ignition operation while maintaining a nearly ideal efficiency, in particular at very small and high loads, since in these operating areas an optimized auto-ignition operation of homogeneous mixtures is not easy to regulate.

Wahlweise findet die Einspritzung der dritten Kraftstoffmenge vor oder nach dem Einsetzen der Selbstzündung statt, wobei vorzugsweise vor dem oberen Zünd-Totpunkt eingespritzt wird, so dass die Reaktivität des Hauptgemisches bzw. der Gesamtzylinderladung vermindert bzw. verändert werden kann. Die dritte Kraftstoffeinspritzung kann in vorteilhafter Weise die Dauer der Verbrennung in Abhängigkeit von ihrem Einspritzzeitpunkt und/oder ihrer Menge steuern. Hierdurch werden steile Druckanstiege im Brennraum verhindert und somit bessere Abgasemissionen erzielt. Vorzugsweise beträgt die dritte Kraftstoffmenge zwischen 10% und 30% der Gesamtkraftstoffmenge.Optional Finds the injection of the third fuel quantity before or after the onset of auto-ignition instead of, preferably being injected before the upper ignition dead center, so the reactivity the main mixture or the total cylinder charge is reduced or changed can be. The third fuel injection can be beneficial the duration of combustion depending on control their injection timing and / or their amount. hereby Steep pressure increases in the combustion chamber are prevented and thus better Achieved exhaust emissions. Preferably, the third amount of fuel between 10% and 30% of the total fuel quantity.

Claims (10)

Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit einem Zylinder, einem Zylinderkopf, in dem mindestens ein Einlass- und ein Auslassventil angeordnet sind, einem Kolben und einem zwischen dem Zylinderkopf und dem Kolben begrenzten Brennraum, bei dem – die Brennkraftmaschine betriebspunktabhängig mit Kompressionszündung oder mit Fremdzündung betrieben wird, wobei – während eines Kompressionszündungsmodus im Brennraum Abgas zurückgehalten und während eines Ladungswechsels komprimiert wird, und – eine erste Kraftstoffmenge in das zurückgehaltene Abgas eingespritzt wird, wobei – nachfolgend dem Brennraum eine zweite Kraftstoffmenge zugeführt wird, so dass im Brennraum ein homogenes Kraftstoff/Luft-Gemisch gebildet und selbstgezündet wird, dadurch gekennzeichnet, dass – mit einer im Brennraum angeordneten Ionenstromsonde ein Ionenstromsignal während des Ladungswechsels erfasst wird, und – in Abhängigkeit vom ermittelten Ionenstromsignal der Zeitpunkt einer Kompressionszündung des Kraftstoff/Luft-Gemisches diagnostiziert wird.Method for operating an internal combustion engine with a cylinder, a cylinder head, in which at least one inlet and an exhaust valve are arranged, a piston and a limited between the cylinder head and the piston combustion chamber, in which - the internal combustion engine is operating point dependent with compression ignition or spark ignition operated in which exhaust gas is retained in the combustion chamber during a compression ignition mode and compressed during a charge exchange, and a first quantity of fuel is injected into the retained exhaust gas, wherein subsequently a second quantity of fuel is supplied to the combustion chamber so that a homogeneous fuel / air Mixture formed and self-ignited, characterized in that - with an ion current probe arranged in the combustion chamber, an ion current signal is detected during the charge exchange, and - depending on the detected ion current signal, the time of a compressor Ignition of the fuel / air mixture is diagnosed. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Ionenstromsignals ein Verbrennungsverlauf und/oder Verbrennungsreaktionen während des Ladungswechsels ermittelt werden.Method according to claim 1, characterized that by means of the ionic current signal, a combustion process and / or Combustion reactions during of the charge change are determined. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass das im Brennraum gebildete Kraftstoff/Luft-Gemisch, insbesondere dessen Temperatur und/oder Zusammensetzung, in Abhängigkeit von dem während des Ladungswechsels ermittelten Ionenstromsignal derart verändert wird, dass die Schwerpunktverbrennungslage verschoben wird.Method according to claim 1 or 2, characterized that the fuel / air mixture formed in the combustion chamber, in particular its temperature and / or composition, depending from that while the charge exchange detected ion current signal is changed in such a way that the center of gravity combustion position is postponed. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass ein Selbstzündungszeitpunkt des Kraftstoff/Luft-Gemischs in Abhängigkeit von einem Mengenverhältnis der ersten zur zweiten Kraftstoffmenge eingestellt wird.Method according to one of the preceding claims characterized characterized in that a Selbstzündungszeitpunkt of the fuel / air mixture dependent on from a quantity ratio of first set to the second amount of fuel. Verfahren nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass das Mengenverhältnis der ersten zur zweiten Kraftstoffmenge zwischen 1:100 und 2:1, insbesondere zwischen 1:20 und 1:3 eingestellt wird.Method according to claim 4, characterized that the quantity ratio the first to the second fuel quantity between 1: 100 and 2: 1, in particular between 1:20 and 1: 3 is set. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Schwerpunktlage der Verbrennung mittels einer Einspritzung einer dritten Kraftstoffmenge eingestellt wird, die nach Beendigung der Einspritzung der zweiten Kraftstoffmenge und vor einem oberen Zünd-Totpunkt vorgenommen wird.Method according to one of the preceding claims characterized characterized in that the center of gravity of the combustion means an injection of a third amount of fuel is set, after completion of the injection of the second fuel quantity and before an upper ignition dead center is made. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass eine Dauer der Verbrennung in Abhängigkeit von der dritten Kraftstoffmenge und/oder ihrem Einspritzzeitpunkt eingestellt wird.Method according to one of the preceding claims characterized characterized in that a duration of combustion in dependence set from the third fuel amount and / or its injection timing becomes. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kraftstoffmenge 0% bis 30% der Gesamt kraftstoffmenge beträgt.Method according to one of the preceding claims characterized characterized in that the first fuel amount 0% to 30% of the total amount of fuel is. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kraftstoffmenge 30% bis 100% der Gesamtkraftstoffmenge beträgt.Method according to one of the preceding claims characterized characterized in that the second fuel quantity is 30% to 100% of Total fuel amount is. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Kraftstoffmenge 10% bis 30% der Gesamtkraftstoffmenge beträgt.Method according to one of the preceding claims characterized characterized in that the third fuel quantity 10% to 30% of Total fuel amount is.
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