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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Betreiben eines Viertakt-Verbrennungsmotors.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die
Kraftfahrzeugindustrie erforscht im Bemühen, die Kraftstoffwirtschaftlichkeit
zu verbessern, die Ziele von Emissionsvorschriften zu erfüllen oder zu überbieten
oder Verbrauchererwartungen hinsichtlich der Emissionen, der Kraftstoffwirtschaftlichkeit
und der Produktdifferenzierung zu erfüllen oder zu überbieten,
ständig
neue Wege, den Verbrennungsprozess des Verbrennungsmotors zu verbessern.
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EP 1 085 191 A2 beschreibt
einen Verbrennungsmotor, der eine Verbrennungskammer, einen Kolben,
ein Einlassventil und ein Auslassventil enthält. Das Einlassventil wird
derart gesteuert, dass der Öffnungszeitpunkt
des Einlassventils auf einem Punkt auf halbem Wege eines Ansaughubes
des Kolbens liegt. Das Auslassventil wird derart gesteuert, dass
der Schließzeitpunkt
des Auslassventils auf einem Punkt auf halbem Wege eines Auslasshubes liegt.
Die beiden Ventile werden derart gesteuert, dass eine minus-Überlappung
der beiden Ventile (d. h. beide Ventile sind geschlossen) vorliegt.
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Die
meisten modernen herkömmlichen
Verbrennungsmotoren versuchen, um stöchiometrische Bedingungen zu
arbeiten, das heißt,
ein optimales Luft/Kraftstoff-Verhältnis von im Wesentlichen 14,6 zu
1 zu liefern, das im Wesentlichen zu vollständiger Verbrennung des Kraftstoffs
und des Sauerstoffs führt,
die an den Motor gefördert
werden. Dieser Betrieb ermöglicht
die Abgasnachbehandlung durch 3-Wege-Katalysatoren, die irgendwelchen
nicht verbrauchten Kraftstoff (HC) und Verbrennungsnebenprodukte
wie etwa NOx und CO reinigen. Die meisten modernen Motoren besitzen
eine Kraftstoffeinspritzung, entweder eine Zentraleinspritzung (TBI)
oder eine Öffnungskraftstoffeinspritzung
(MPFI), wobei sich jede von mehreren Einspritzdüsen in der Nähe einer
Einlassöffnung
bei jedem Zylinder eines Mehrzylindermotors befindet. Mit einer
MPFI-Anordnung wird eine bessere Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung
erzielt; allerdings begrenzen Bedingungen wie etwa die Wandbenetzung
und die Einlassleitungsdynamik die Genauigkeit, mit der diese Steuerung
erzielt wird. Durch Zylinderdirekteinspritzung (DI) kann die Kraftstoffförderungsgenauigkeit
verbessert werden. So genannte lineare Sauerstoffsensoren schaffen
einen höheren
Grad der Steuerungsfähigkeit
und legen, wenn sie mit der DI verknüpft werden, ein attraktives
System mit verbesserter Zylinder-Zylinder-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsfähigkeit
nahe. Allerdings wird dann die zylinderinterne Verbrennungsdynamik
wichtiger, wobei die Verbrennungsqualität eine zunehmend wichtige Rolle
bei der Steuerung von Emissionen spielt. Somit konzentrieren sich
die Motorhersteller auf solche Dinge wie Einspritzdüsen-Sprühmuster,
Einlassverwirbelung und Kolbengeometrie, um eine verbesserte zylinderinterne
Luft/Kraftstoff-Mischung und -Homogenität zu bewirken.
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Obgleich
Systeme mit stöchiometrischem Benzinviertaktmotor-
und 3-Wege-Katalysator
das Potential haben, äußerst niedrige
Emissionsziele zu erfüllen,
bleibt die Wirksamkeit dieser Systeme hinter so genannten Magersystemen
zurück.
Magersysteme sind außerdem
vielversprechend bei der Erfüllung
von Emissionszielen für
NOx durch Verbrennungssteuerungen einschließlich der Technologien hoher
Abgasverdünnung
und der neu entstehenden NOx-Nachbehandlung. Allerdings stellen
sich den Magersystemen noch andere Hürden entgegen, z. B. die Verbrennungsqualität und die
Verbrennungsstabilität,
insbesondere an Teillast-Arbeitspunkten, und die hohe Abgasverdünnung.
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Auf
der untersten Ebene enthalten Magermotoren alle Verbrennungsmotoren,
die mit überschüssiger Luft
gegenüber
der betrieben werden, die für die
Verbrennung der bereitgestellten Kraftstoffladung erforderlich ist.
Die Magertopologien unterscheiden eine Vielzahl von Kraftstoffbeaufschlagungs-
und Zündmethodiken.
Funkenzündungssysteme
(SI) beginnen die Verbrennung dadurch, dass sie in der Verbrennungskammer
eine elektrische Entladung bereitstellen. Verdichtungszündungssysteme (CI)
beginnen die Verbrennung mit Verbrennungskammerbedingungen einschließlich u.
a. Kombinationen aus Luft/Kraftstoff-Verhältnis, Temperatur und Druck.
Die Kraftstoffbeaufschlagungsverfahren können TBI, MPFI und DI enthalten.
Systeme mit homogener Ladung sind durch sehr gleich bleibende und gut
verdampfte Kraftstoffverteilung innerhalb des Luft/Kraftstoff-Gemischs
charakterisiert, wie sie durch MPFI oder durch Direkteinspritzung
früh in dem
Ansaugzyklus erzielt werden kann. Schichtladungssysteme sind durch
weniger gut verdampften und verteilten Kraftstoff innerhalb des
Luft/Kraftstoff-Gemischs charakterisiert und sind üblicherweise
der Direktkraftstoffeinspritzung spät in dem Verdichtungszyklus
zugeordnet.
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Bekannte
Benzin-DI-Motoren können
wahlweise gemäß homogener
Funkenzündungsbetriebsart
oder Schichtfunkenzündungsbetriebsart
betrieben werden. Eine homogene funkengezündete Betriebsart wird allgemein
für Bedingungen
höherer Last
ausgewählt,
während
eine Schichtfunkenzündungsbetriebsart
allgemein für
Bedingungen niedriger Last ausgewählt wird.
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Bestimmte
DI-Verdichtungszündungsmotoren
nutzen ein im Wesentlichen homogenes Gemisch aus vorgeheizter Luft
und Kraftstoff und stellen während
der Motorverdichtungszyklen Druck- und Temperaturbedingungen her,
die eine Verbrennung ohne die Notwendigkeit zusätzlicher Funkenenergie veranlassen.
Dieser Prozess wird gelegentlich gesteuerte Selbstzündung genannt.
Die gesteuerte Selbstzündung
ist ein vorhersag barer Prozess und unterscheidet sich somit von
unerwünschten
Vorzündungsereignissen,
die Funkenzündungsmotoren
gelegentlich zugeordnet sind. Außerdem unterscheidet sich die
gesteuerte Selbstzündung
von der gut bekannten Verdichtungszündung in Dieselmotoren, in
der der Kraftstoff bei Einspritzung in eine stark vorkomprimierte
Hochtemperatur-Luftladung
im Wesentlichen sofort zündet,
während
die vorgeheizte Luft und der Kraftstoff in dem gesteuerten Selbstzündungsprozess
vor der Verbrennung während
der Einlassereignisse und allgemein bei Verdichtungsprofilen miteinander
gemischt werden, die mit herkömmlichen
funkengezündeten
Viertaktmotorsystemen verträglich sind.
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Es
sind Viertakt-Verbrennungsmotoren vorgeschlagen worden, die die
Selbstzündung
durch Steuern der Bewegung des Einlass- und des Auslassventils,
die einer Verbrennungskammer zugeordnet sind, bereitstellen, um
sicherzustellen, dass eine Luft/Kraftstoff-Ladung mit verbrannten
Gasen gemischt wird, um ohne die Notwendigkeit einer äußeren Vorheizung
der Einlassluft oder der Zylinderladung oder hoher Verdichtungsprofile
für die
Selbstzündung
geeignete Bedingungen zu erzeugen. Diesbezüglich sind bestimmte Motoren
vorgeschlagen worden, die ein nockenbetätigtes Auslassventil besitzen,
das wesentlich später
in dem Viertaktzyklus geschlossen wird, als es in einem funkengezündeten Viertaktmotor
herkömmlich
ist, um eine wesentliche Überlappung
des offenen Auslassventils mit einem offenen Einlassventil zu ermöglichen,
wodurch zuvor ausgestoßene
verbrannte Gase früh
während
des Ansaugzyklus in die Verbrennungskammer zurückgezogen werden. Es sind bestimmte
weitere Motoren vorgeschlagen worden, die ein Auslassventil besitzen,
das wesentlich früher
in dem Ausstoßzyklus
geschlossen wird, wodurch verbrannte Gase zur nachfolgenden Mischung
mit Kraftstoff und Luft während des
Ansaugzyklus eingefangen werden. In diesen beiden Motoren werden
das Auslass- und das Einlassventil in jedem Viertaktzyklus nur einmal
geöffnet.
Es sind bestimmte weitere Motoren mit einem hydraulisch gesteuerten
Auslassventil vorgeschlagen worden, das während jedes Viertaktzyklus
zweimal – einmal
zum Ausstoßen
verbrannter Gase aus der Verbrennungskammer in den Auslasskanal
während
des Ausstoßzyklus
und einmal zum Zurückziehen
verbrannter Gase aus dem Auslasskanal in die Verbrennungskammer
spät während des
Ansaugzyklus – geöffnet wird.
Diese Motoren nutzen unterschiedlich Drosselkörper-, Öffnungs- oder Verbrennungskammer-Direktkraftstoffeinspritzung.
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Wie
vorteilhaft diese Magermotorsysteme auch zu sein scheinen, gibt
es, insbesondere bei Teillast-Arbeitspunkten und bei hoher Abgasverdünnung, weiter
bestimmte Nachteile in Bezug auf die Verbrennungsqualität und die
Verbrennungsstabilität. Diese
Nachteile führen
zu unerwünschten
Kompromissen einschließlich
Beschränkungen,
wie stark eine Kraftstoffladung während Teillast-Arbeitspunkten
effektiv verringert werden kann, während weiter akzeptable Verbrennungsqualitäts- und
Verbrennungsstabilitätseigenschaften
aufrechterhalten werden.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es
wird erkannt, dass in einer Vielzahl von Verbrennungsmotoren einschließlich Motoren,
die Strategien wie etwa TBI, MPFI, DI, SI, CI, gesteuerte Selbstzündung, Stöchiometrie,
Magerverbrennung und Kombinationen und Varianten davon nutzen, allgemein
homogene Luft/Kraftstoff-Ladungen
innerhalb einer Verbrennungskammer erwünscht sind. Allgemein ist ein
Mager-Viertakt-Verbrennungsmotor erwünscht. Darüber hinaus ist ein solcher
Motor erwünscht,
der bei Teillast-Arbeitspunkten eine hohe Verbrennungsstabilität zeigt.
Darüber
hinaus ist ein solcher Motor erwünscht,
der den Magerbetrieb auf bisher unerreichte Teillast-Arbeitspunktbereiche
ausdehnen kann.
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Die
vorliegende Erfindung schafft diese und weitere wünschenswerte
Aspekte in einem Verfahren zum Betreiben eines Viertakt-Verbrennungsmotors mit
erweiterter Fähigkeit
bei niedrigen Motorlasten, während
sie die Verbrennungsqualität,
die Verbrennungsstabilität
und die Motorausgangsemissionen aufrechterhält oder verbessert.
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In Übereinstimmung
mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird während eines Teillast-Motorbetriebs
die negative Auslass- und Einlassventilüberlappung gesteuert, um verbrannte Gase
innerhalb der Verbrennungskammer vor dem Einlassereignis-Einlassventilöffnen einzufangen
und zu verdichten, um bei niedrigeren Motorlasten höhere Kammerdrücke zu bewirken.
In Übereinstimmung mit
einem weiteren Aspekt der Erfindung wird bei einem Zwischenteillast-Motorbetrieb
eine Aufteilungseinspritzungsstrategie genutzt, wodurch ein erster Kraftstoffbruchteil
spät während des
Ausstoßzyklus in
die eingefangenen und verdichteten verbrannten Gase innerhalb der
Verbrennungskammer eingespritzt wird und der verbleibende Kraftstoff
der Gesamtkraftstoffladung für
den Zyklus früh
während
des Ansaugzyklus eingespritzt wird. In Übereinstimmung mit einem weiteren
Kraftstoffsteuerungsaspekt der vorliegenden Erfindung wird eine
Niederlastladungs-Kraftstoffbeaufschlagung mit einer Aufteilungseinspritzung
ausgeführt,
bei der ein erster Kraftstoffbruchteil spät während des Ausstoßzyklus
in die eingefangenen und verdichteten verbrannten Gase innerhalb
der Verbrennungskammer eingespritzt wird und der verbleibende Kraftstoff
der Gesamtkraftstoffladung für
den Zyklus spät
während
des Verdichtungszyklus eingespritzt wird. Außerdem wird eine Kraftstoffbeaufschlagung
bei hoher Teillast mit einer Einzeleinspritzung während der
negativen Ventilüberlappung
ausgeführt.
Durch eine Kraftstoffzeitsteuerung, durch die die Kraftstoffeinspritzungen
als eine Funktion der Motorlast nach früh oder nach spät verstellt
werden, wird eine optimale Kraftstoffbeaufschlagung erzielt. Zusätzliche
Optimierungen zum Erreichen der Emissionsziele reichern die Kraftstoffladung
bei Betriebsgebieten höherer
Teillast an.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
vorliegende Erfindung wird nun beispielhaft anhand der beigefügten Zeichnungen
beschrieben, in denen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Einzylinder-Direkteinspritzungs-Viertakt-Verbrennungsmotors
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung ist;
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2 Kurven
des Ventilhubs gegenüber dem
Kurbelwinkel veranschaulicht, die der Auslass- und Einlassventilphaseneinstellung
des verwandten Gebiets eines herkömmlichen funkengezündeten Verbrennungsmotors
entsprechen;
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3 verschiedene
Kurven der Phase und des Hubs des Auslass- und des Einlassventils gegenüber dem
Kurbelwinkel und eine bevorzugte Trendentsprechung zur Motorlast
entsprechend dem Einzylindermotor aus 1 mit vollflexibler
Ventilbetätigung
zum Bewirken gewünschter
zylinderinterner Bedingungen in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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4 Teillast-Betriebsbereiche
und beispielhafte ihnen entsprechende Kraftstoffeinspritzungs-Zeitpläne in Übereinstimmung
mit Abgaseinfang/Rückverdichtungs-Aspekten
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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5 beispielhafte
Ventilzeiten, die durch die Strategien der vollflexiblen Ventilbetätigung und der
Kraftstoffeinspritzung und durch die Verbrennungsbetriebsarten bewirkt
werden, gegenüber Teillastbereichen
des Motorbetriebs in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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6 beispielhafte
Kurven der Verbrennungsstabilität
gegenüber
dem effektiven Zylinder-Nettomitteldruck veranschaulicht, die die
Teillaststabilitätsvorteile
der Aspekte der vollflexiblen Ventilbetätigung und der Kraftstoffbeaufschlagungssteuerung
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung demonstrieren;
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7 verschiedene
Kurven des Zylinderdrucks gegenüber
dem Kurbelwinkel und eine bevorzugte Trendentsprechung zur Motorlast
zum Bewirken gewünschter
zylinderinterner Bedingungen in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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8 verschiedene
Kurven der Phase und des Hubs des Auslass- und des Einlassventils gegenüber dem
Kurbelwinkel und eine bevorzugte Korrespondenz zur Motorlast entsprechend
dem Einzylindermotor aus 1 mit phasengesteuerter Ventilbetätigung zum
Bewirken gewünschter
zylinderinterner Bedingungen in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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9 beispielhafte
Ventilzeiten, die durch die phasengesteuerte Ventilbetätigung,
durch die Kraftstoffeinspritzungsstrategien und durch die Verbrennungsbetriebsarten
bewirkt werden, gegenüber Teillastbedingungen
des Motorbetriebs in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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10 beispielhafte
Kurven der Verbrennungsstabilität
gegenüber
dem effektiven Zylinder-Nettomitteldruck veranschaulicht, die die
Teillaststabilitätsvorteile
der Aspekte der phasengesteuerten Ventilbetätigung und der Kraftstoffbeaufschlagungssteuerung
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung demonstrieren;
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11 Kurven
des spezifischen Nettokraftstoffverbrauchs gegenüber dem effektiven Zylinder-Nettomitteldruck
veranschaulicht, die die Teillast-Kraftstoffverbrauchsvorteile der
Aspekte der phasengesteuerten Ventilbetätigung und der Kraftstoffbeaufschlagungssteuerung
in Übereinstimmung mit
der vorliegenden Erfindung demonstrieren.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORM
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Zunächst anhand
von 1 ist schematisch ein beispielhaftes Einzylinder-Viertakt-Verbrennungsmotorsystem
(Motor) 10 veranschaulicht, das zur Realisierung der vorliegenden
Erfindung geeignet ist. Es ist klar, dass die vorliegende Erfindung gleichfalls
auf einen Mehrzylinder-Viertakt-Verbrennungsmotor
anwendbar ist. Der dargestellte beispielhafte Motor 10 ist
zur Brennkammerdirekteinspritzung (Direkteinspritzung) von Kraftstoff
gegenüber einer
Kraftstoffeinspritzdüse 41 konfiguriert
gezeigt. In Verbindung mit bestimmten Aspekten der vorliegenden
Erfindung können
auch alternative Kraftstoffbeaufschlagungsstrategien einschließlich Öffnungskraftstoffeinspritzung
oder Zentralkraftstoffeinspritzung verwendet werden; allerdings
ist die bevorzugte Vorgehensweise die Direkteinspritzung. Obgleich weithin
verfügbare
Sorten von Benzin und Leichtethanolgemischen davon bevorzugte Kraftstoffe
sind, können
bei der Realisierung der vorliegenden Erfindung ähnlich auch alternative flüssige und
gasförmige
Kraftstoffe wie etwa höhere
Ethanolgemische (z. B. E80, E85), Reinethanol (E99), Reinmethanol (M100),
Erdgas, Wasserstoff, Biogas, verschiedene Reformate, Synthesegase
usw. verwendet werden.
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In
Bezug auf den Basismotor ist in einem Zylinder 13 ein Kolben 11 beweglich
und definiert darin eine Verbrennungskammer 15 mit veränderlichem Volumen.
Der Kolben 11 ist über
eine Pleuelstange 33 mit einer Kurbelwelle 35 verbunden
und treibt die Kurbelwelle 35 wechselseitig an oder wird
durch sie wechselseitig angetrieben. Außerdem enthält der Motor 10 einen
Ventilzug 16, der mit einem einzelnen Einlassventil 21 und
mit einem einzelnen Auslassventil 23 veranschaulicht ist,
obgleich Abwandlungen mit mehreren Einlass- und Auslassventilen
gleichfalls zur Nutzung mit der vorliegenden Erfindung anwendbar
sind. Der Ventilzug 16 enthält außerdem ein Ventilbetätigungsmittel 25,
das irgendeine einer Vielzahl von Formen einschließlich, vorzugsweise,
elektrisch gesteuerter hydraulischer oder elektromechanischer Betätigung (anderweitig
als vollflexible Ventilbetätigung
FFVA bekannt) annehmen kann. Alternative Ventilbetätigungsmittel,
die für
die Realisierung in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung anpassbar
sind, enthalten Mehrprofilnocken (anderweitig als Mehrkeulen-Mehrschritt-
bekannt) und Auswahlmechanismen, Nockenphasensteller und andere
mechanisch veränderbare
Ventilbetätigungstechnologien,
die einzeln oder in Kombination realisiert sind. Der Ansaugkanal 17 führt Luft
in die Verbrennungskammer 15 zu. Der Fluss der Luft in
die Verbrennungskammer 15 wird während Einlassereignissen durch
das Einlassventil 21 gesteuert. Die verbrannten Gase werden
während
Auslassereignissen durch den Auslasskanal 19 aus der Verbrennungskammer 15 ausgestoßen, wobei
der Fluss durch das Auslassventil 23 gesteuert wird.
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Die
Motorsteuerung wird durch eine computergestützte Steuerung 27 bereitgestellt,
die die Form herkömmlicher
Hardware-Konfigurationen und -Kombinationen einschließlich Kraftübertragungsstrang-Controllern,
Motor-Controllern und digitalen Signalprozessoren in integrierten
und verteilten Architekturen annehmen kann. Im Allgemeinen enthält die Steuerung 27 wenigstens
einen Mikroprozessor, einen ROM, einen RAM und verschiedene EA-Vorrichtungen
einschließlich
A/D- und D/A-Umsetzern und eine Leistungsansteuerungs-Schaltungsanordnung.
Außerdem
enthält
die Steuerung 27 spezifisch Steuerungen für das Ventilbetätigungsmittel 25 und für die Kraftstoffeinspritzdüse 41.
Der Controller 27 enthält
die Überwachung
mehrerer motorbezogener Eingaben von mehreren gewandelten Quellen
einschließlich
Motorkühlmitteltemperatur,
Außenlufttemperatur,
Krümmerlufttemperatur,
Betreiberdrehmomentanforderungen, Umgebungsdruck, Krümmerdruck
in gedrosselten Anwendungen, Verlagerungs- und Positionssensoren
wie etwa für
Ventilzug- und Motorkurbelwellengrößen und enthält ferner
die Erzeugung von Steuerbefehlen für eine Vielzahl von Stellgliedern
sowie die Ausführung
allgemeiner Diagnosefunktionen. Obgleich die dem Ventilbetätigungsmittel 25 und
der Kraftstoffeinspritzdüse 41 zugeordnete
Steuer- und Leistungselektronik als einteilig mit dem Controller 27 veranschaulicht
und beschrieben ist, kann sie als Teil eines verteilten intelligenten
Betätigungsschemas
enthalten sein, in dem eine bestimmte Überwachungs- und Steuerfunktionalität in Bezug
auf jeweilige Teilsysteme durch programmierbare verteilte Controller
realisiert ist, die diesen jeweiligen Ventil- und Kraftstoffsteuerungs-Teilsystemen zugeordnet
sind.
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Nachdem
somit die Umgebung und eine bestimmte Anwendungs-Hardware beschrieben
wurden, die für
die Realisierung der vorliegenden Erfindung geeignet sind, wird
die Aufmerksamkeit nun auf die 2–12 gelenkt. In 2 sind die
Ventilhübe des
Einlass- und des Auslassventils eines funkengezündeten herkömmlichen Verbrennungsmotors
oder Grundspezifikations-Verbrennungsmotors gegenüber einem
vollständigen
Viertakt-Verbrennungszyklus dargestellt. In dieser und in den nachfolgenden
Figuren sind Auslassventilpläne
(EV) mit dünnen
Linien veranschaulicht, während
Einlassventilpläne
(IV) mit dicken Linien veranschaulicht sind. Beginnend bei 0 Grad,
was dem oberen Totpunkt (OT) Verbrennungstakt entspricht, sind gegen
die horizontale Achse vollständige
720 Grad oder zwei Umdrehungen der Kurbelwelle dargestellt (d. h.
die Stellung des Kolbens zu Beginn des Arbeitstakts (Ende des Verdichtungstakts)
und endend bei 720 Grad entspricht derselben Stellung des oberen
Totpunkts am Ende des Verdichtungstakts (Beginn des Arbeitstakts).
Herkömmlich
und wie es hier befolgt wird, beziehen sich die Kurbelwellenwinkelstellungen
0 bis 720 auf Grad der Kurbelwellendrehung nach OT Verbrennungstakt.
Die aufeinander folgend wiederholten Zyklen sind über die
Oberseite der Figur mit doppelseitigen Pfeilen abgegrenzt, die mit
ARBEIT, AUSSTOSSEN, ANSAUGEN und VERDICHTEN bezeichnet sind. Jeder
dieser Zyklen entspricht der Kolbenbewegung zwischen jeweiligen
oberen Totpunktstellungen und unteren Totpunktstellungen und umfasst
vollständige 180
Grad der Kurbelwellendrehung oder ein Viertel des vollständigen Viertaktzyklus.
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In
der vorliegenden beispielhaften Darstellung der Erfindung wurde
bei der Realisierung der Ventil- und Kraftstoffbeaufschlagungssteuerungen und
der Erfassung der verschiedenen hier verkörperten Daten ein Benzin-Direkteinspritzungs-kraftstoffbeaufschlagter
Viertakt-Einzylinder-0,55-Liter-Verbrennungsmotor
mit gesteuerter Selbstzündung
genutzt. Sofern nicht spezifisch etwas anderes diskutiert ist, ist
angenommen, dass alle diese Realisierungen und Erfassungen unter
Standardbedingungen ausgeführt
werden, wie sie für
den Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet selbstverständlich sind.
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In Übereinstimmung
mit bestimmten Ventilsteuerungsaspekten der vorliegenden Erfindung
wird während
des Teillastbetriebs des Motors innerhalb der Verbrennungskammer,
vorzugsweise mittels FFVA, die das Schließen des Auslassventils nach
früh verschiebt
und vorzugsweise das Öffnen
des Einlassventils nach spät
verschiebt, ein Hochdruckereignis hergestellt. Das Verstellen des
Auslassventilschließens
nach früh
erzeugt eine negative Ventilüberlappung,
während
der sowohl das Auslass- als auch das Einlassventil geschlossen sind.
Außerdem bewirkt
das nach früh
verstellte Schließen
des Auslassventils eine interne Rückführung verbrannter Gase durch
Aufbewahren oder Einfangen eines Teils davon innerhalb der Verbrennungskammer.
Das eingefangene Abgas wird daraufhin für den Rest des Kolbentakts
während
des Ausstoßzyklus
rückverdichtet.
Wie er hier verwendet wird, entspricht ein Teillastbetrieb einer
Motorlast unterhalb der Mittellast von etwa 450 kPa effektivem Nettomitteldruck.
Eine niedrige Teillast, wie sie hier verwendet wird, entspricht
einer Motorlast unterhalb etwa 125 kPa effektivem Nettomitteldruck.
Eine Zwischenteillast, wie sie hier verwendet wird, entspricht einer
Motorlast von etwa 125 bis etwa 200 kPa effektivem Nettomitteldruck.
Außerdem
entspricht eine hohe Teillast, wie sie hier verwendet wird, einer
Motorlast von etwa 200 bis etwa 450 kPa effektivem Nettomitteldruck.
In dem in 3 veranschaulichten vorliegendem
Beispiel ist angenommen, dass veranlasst wird, dass ein Auslassereignis
auftritt, in dem das Auslassventil wenigstens für einen Abschnitt des Ausstoßtakts von
180 bis 360 Grad geöffnet
wird. Der tatsächliche Öffnungs- und
Schließwinkel
des Auslassventils während
eines Auslassereignisses ändern
sich in Überein stimmung mit
solchen Faktoren wie der Motordrehzahl oder -last und Abgasleitungsgeometrien
sowie anderen gewünschten
Motorabstimmungseigenschaften. Wie in jeder der einzelnen Kurven
veranschaulicht ist, die der Auslassplan 43 enthält, ist
in dem vorliegenden veranschaulichten Beispiel angenommen, dass
das Auslassventilöffnen
im Wesentlichen direkt nach 120 Grad nach OT Verbrennungstakt entspricht.
Allerdings ist zu sehen, dass sich die Schließzeit des Auslassventils, wie
durch den Pfeil abnehmender Last zentral in der Figur angegeben
ist, als eine Funktion der Motorlast ändert. Während des Teillastbetriebs wird
die Auslassventil-Schließzeit
umso mehr nach früh
vorgestellt, je niedriger die Motorlast wird. Somit ist es allgemein
wahr, dass abnehmende Lasten zu erhöhtem Einfang von verbranntem
Gas und höheren
Verdichtungen davon führen.
Die durch die Ventilsteuerung bewirkten höheren Drücke und Temperaturen schaffen
eine zylinderinterne Umgebung, die förderlich für eine Teilreformation von
darin eingespritztem Kraftstoff ist, wobei die Reformation und die nachfolgende
Zerstreuung von Reformat innerhalb der Verbrennungskammern eine
gesteuerte Selbstzündung
ermöglichen.
Der gewünschte
Trend der Erhöhungen
eingefangener verbrannter Gase und der Erhöhungen der Drücke und
Temperaturen bei Abnahme der Motorbetriebslasten schafft über den
gesamten Teillastbereich des Motorbetriebs eine optimale Selbstzündungsverbrennungs-Phaseneinstellung.
Wie in jeder der einzelnen Kurven, die den Einlassplan 45 umfassen,
veranschaulicht ist, wird außerdem
eine allgemein symmetrische und in Bezug auf die Richtung entgegengesetzte
Phaseneinstellung der Einlassventil-Öffnungszeit bewirkt. Dadurch wird
die Entspannung des hohen Drucks innerhalb der Verbrennungskammer
bewirkt und die gespeicherte Energie des verdichteten Gases an den
Kolben und an die Motorkurbelwelle zurückgegeben.
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Die
FFVA-Steuerung des Einlass- und des Auslassventils zum Herstellen
der Bedingungen des eingefangenen verbrannten Gases und des Drucks innerhalb
der Verbrennungskammer werden ausgeführt, um zylinderinterne Gas-,
Druck- und Temperaturtrends als eine Funktion der Motorlast herzustellen,
die im herkömmlichen
bekannten Viertaktbetrieb nicht zu finden sind.
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Es
wird nun die bevorzugte Kraftstoffbeaufschlagungsmethodik für einen
Motor beschrieben, der wie im Folgenden dargelegt betrieben wird.
Flüssige
und gasförmige
Einspritzungen sind Kandidaten für
die DI. Zusätzlich
wird betrachtet, dass luftgestützte
und andere Typen der Förderung
genutzt werden können.
Der Typ des nutzbaren Zündungssystems
ist ebenfalls – allgemein
in Übereinstimmung mit
Motorlast- und Klopfbetrachtungen – veränderlich und enthält solche
nicht einschränkenden
Beispiele wie SI, CI und gesteuerte Selbstzündung.
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In Übereinstimmung
mit den Kraftstoffbeaufschlagungs-Steuerungsaspekten der vorliegenden Erfindung
werden innerhalb des Teillast-Betriebsbereichs des Motors drei allgemeine
Lastbereiche abgegrenzt. Anhand von 4 ist der
Bereich niedriger Teillast durch L-PL bezeichnet, ist der Zwischenteillastbereich
durch I-PL bezeichnet und ist der Bereich hoher Teillast durch H-PL
bezeichnet. Diese Bereiche sind gegenüber einem vollständigen Viertakt-Verbrennungszyklus
dargestellt, der unterschiedlich unten durch den Kurbelwinkel nach
OT Verbrennungstakt und oben durch Bereiche entsprechend aufeinander
folgend wiederholter Verbrennungszyklen abgegrenzt ist. Allgemein
wird in dem Bereich niedriger Teillast und in dem Zwischenteillastbereich
veranlasst, dass eine Aufteilungseinspritzung der Gesamtkraftstoffladung
erfolgt, während
in dem Bereich hoher Teillast veranlasst wird, dass eine Einzeleinspritzung
der Gesamtkraftstoffladung erfolgt. In der Figur sind die Übergangsberei che 42 und 54 veranschaulicht,
die sich jeweils mit einem oder mit beiden angrenzenden Teillastbereichen
wesentlich überlappen
können,
was die Teillastbereiche für
die entsprechenden Kraftstoffsteuerungen effektiv erweitert.
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Bei
der Aufteilungseinspritzung wird die Gesamtkraftstoffanforderung
für den
Zyklus in zwei Einspritzereignisse geteilt. In dem Betriebsbereich
niedriger Teillast (L-PL) wird eines der Einspritzereignisse spät in dem
Ausstoßzyklus
ausgeführt,
während
das andere Einspritzereignis spät
in dem Verdichtungszyklus ausgeführt
wird. Allgemein spritzt das erste Kraftstoffbeaufschlagungsereignis
etwa 10 bis etwa 50 Prozent der Gesamtkraftstoffanforderung für den Zyklus
ein. Die durch diesen ersten Kraftstoffbruchteil hergestellte Zylinderladung
reicht allgemein für
die Selbstzündung
innerhalb der Verbrennungskammer nicht aus. Der Rest der Kraftstoffanforderung
für den Zyklus
wird während
des zweiten Kraftstoffbeaufschlagungsereignisses eingespritzt. Dieser
zweite Kraftstoffbruchteil reichert die Zylinderladung bei niedrigen
Teillasten während
eines Verdichtungstakts des Kolbens ausreichend an, um eine Selbstzündung zu
veranlassen.
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Das
Eindringen und die Zerstreuung des zweiten Kraftstoffsprühstrahls
werden wegen höherer
zylinderinterner Ladungstemperatur und -dichte unterdrückt. In
der Verbrennungskammer wird ein lokalisierter Bereich fetten Gemischs
gebildet. Das Gemisch aus Luft, eingefangenem verbranntem Gas und
Kraftstoff aus der ersten Kraftstoffeinspritzung wirkt mit dem lokalisierten
fetten Gemisch zusammen, das durch die zweite Kraftstoffeinspritzung
gebildet wird, um die Selbstzündung
des Benzins im Vergleich zu einem verhältnismäßig hohen Verdichtungsverhältnis, das
bei der Selbstzündung
von Dieselkraftstoff verwendet wird, unter einem verhältnismäßig niedrigen
Verdichtungsverhältnis
ohne irgendeine Hilfe eines Funkens auszuführen.
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In
dem Zwischenteillast-Betriebsbereich wird ähnlich eines der Einspritzereignisse
spät in
dem Ausstoßzyklus
ausgeführt.
Dagegen wird das andere Einspritzereignis früh in dem Ansaugzyklus ausgeführt. Allgemein
spritzt das erste Kraftstoffbeaufschlagungsereignis etwa 10 bis
etwa 50 Prozent der Gesamtkraftstoffanforderung für den Zyklus
ein. Allgemein reicht die durch diesen ersten Kraftstoffbruchteil
hergestellte Zylinderladung für
die Selbstzündung
innerhalb der Verbrennungskammer nicht aus, schafft aber die Keimladung
von Kraftstoff und Reformat, die entscheidend für die Selbstzündung ist.
Der Rest der Kraftstoffanforderung für den Zyklus wird während des
zweiten Kraftstoffbeaufschlagungsereignisses eingespritzt. Dieser
zweite Kraftstoffbruchteil reichert die Zylinderladung während des
Ansaugtakts des Kolbens ausreichend an, um bei Zwischenteillasten
eine Selbstzündung
zu veranlassen.
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Das
Eindringen und die Zerstreuung des zweiten Kraftstoffsprühstrahls
werden anfangs wegen der höheren
zylinderinternen Ladungstemperatur und -dichte und wegen des zuerst
eingespritzten Kraftstoffs unterdrückt. Allerdings schaffen die
Entspannung des zylinderinternen Drucks und die nachfolgende Frischluftaufnahme
und Verwirbelung Bedingungen für
eine wesentliche Zerstreuung und Homogenität des Zylindergemischs. Dieses
homogene Gemisch aus Luft, aufbewahrtem verbranntem Gas und Kraftstoff
arbeitet zusammen, um die Selbstzündung des Benzins im Vergleich
zu einem verhältnismäßig hohen
Verdichtungsverhältnis,
das bei der Selbstzündung
von Dieselkraftstoff verwendet wird, unter einem verhältnismäßig niedrigen
Verdichtungsverhältnis
ohne irgendwelche Hilfe eines Funkens auszuführen.
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Wie
später
anhand der 6 und 7 demonstriert
wird, ist die Gesamtkraftstoffbeaufschlagungsanforderung (d. h.
der kombinierte erste und zweite Kraftstoffbruchteil) für die Aufteilungseinspritzungsstrategie,
wie gegenüber
solchen üblichen
Metriken wie der Verbrennungsstabilität bestimmt wird, sowohl bei
niedriger Teillast als auch bei Zwischenteillast wesentlich niedriger
als die Kraftstoffbeaufschlagungsanforderung eines ähnlichen
herkömmlich
betriebenen Verbrennungsmotors.
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Bei
der Einzeleinspritzung wird die Gesamtkraftstoffanforderung für den Zyklus
in einem Einspritzereignis, das während der negativen Ventilüberlappung
ausgeführt
wird, vereinigt.
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4 demonstriert
außerdem
bestimmte Präferenzen
hinsichtlich der Einspritzzeit. Der durch die mit 44 und 46 bezeichneten
durchgezogenen Linien abgegrenzte Bereich entspricht bevorzugten Winkelbereichen
innerhalb des Ausstoß-
und des Verdichtungszyklus für
die Lieferung des ersten Kraftstoffbeaufschlagungsereignisses bzw.
des zweiten Kraftstoffbeaufschlagungsereignisses für den Betriebsbereich
niedriger Teillast. Vorzugsweise wird der erste Kraftstoffbruchteil
bei etwa 300 bis etwa 350 Grad nach OT Verbrennungstakt eingespritzt. Wie
in der Figur gezeigt ist, wird außerdem vorzugsweise die Einspritzzeit
für die
erste Einspritzung auf kontinuierliche Weise nach spät verstellt,
während die
Motorlast ansteigt. Außerdem
wird der zweite Kraftstoffbruchteil etwa 640 bis etwa 695 Grad nach OT
Verbrennungstakt (25 bis 80 Grad vor oberer Totpunkt Verbrennungstakt)
eingespritzt. Diese Einspritzzeit wird gewählt, um einen rauchfreien Betrieb sicherzustellen,
und wird durch den Einspritzdüsen-Sprühkegelwinkel
und durch den Betrag des eingespritzten Kraftstoffs bewirkt. Vorzugsweise
wird die Einspritzzeit für
die zweite Einspritzung ebenfalls auf kontinuierliche Weise nach
früh vorgestellt,
während die
Motorlast ansteigt. Es können
weitere Winkelbereiche für
die Auftei lungseinspritzungs-Einspritzung genutzt werden, die aber
keinen so wesentlichen Vorteil wie die bevorzugten Bereiche liefern
können.
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Der
durch die mit 47 und 48 bezeichneten durchgezogenen
Linien abgegrenzte Bereich entspricht bevorzugten Winkelbereichen
innerhalb des Ausstoß-
und des Ansaugzyklus für
die Lieferung des ersten Kraftstoffbeaufschlagungsereignisses bzw. des
zweiten Kraftstoffbeaufschlagungsereignisses für den Zwischenteillast-Betriebsbereich.
Vorzugsweise wird der erste Kraftstoffbruchteil etwa 300 bis etwa
360 Grad nach OT Verbrennungstakt eingespritzt. Wie in der Figur
gezeigt ist, wird die Einspritzzeit für die erste Einspritzung vorzugsweise
ebenfalls auf kontinuierliche Weise nach spät verstellt, während die
Motorlast ansteigt. Diese Einspritzzeit wird so gewählt, dass
ein rauchfreier Betrieb sichergestellt wird (z. B. Vermeidung des
Kraftstoffsprühstrahls
bei steigendem Kolben), was eine ausreichende Kraftstoffmenge und
Residenzzeit für
die angemessene Reformation sicherstellt und durch den Einspritzdüsen-Sprühkegelwinkel
und durch den Betrag des eingespritzten Kraftstoffs bewirkt wird.
Der zweite Kraftstoffbruchteil wird etwa 30 bis etwa 60 Grad nach
dem Ende der ersten Einspritzung eingespritzt. Vorzugsweise wird
die Einspritzzeit für
die zweite Einspritzung ebenfalls auf kontinuierliche Weise nach
spät verstellt,
während
die Motorlast ansteigt. Beide Zwischeneinspritzungen werden innerhalb
des negativen Überlappungsbereichs
des Auslass- und des Einlassventils ausgeführt. Weitere Winkelbereiche
für die
Aufteilungseinspritzungs-Einspritzung können genutzt werden, können aber
keinen so wesentlichen Vorteil wie die bevorzugten Bereiche liefern.
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Der
durch die mit 49 bezeichnete durchgezogene Linie abgegrenzte
Bereich entspricht einem bevorzugten Winkelbereich für die Förderung
des Kraftstoffs für
den Betriebsbereich hoher Teillast. Vorzugsweise wird dieser Kraftstoff
etwa 340 bis etwa 490 Grad nach OT Verbrennungstakt eingespritzt.
Wie in der Figur gezeigt ist, wird die Einspritzzeit für die Einzeleinspritzung
vorzugsweise ebenfalls auf kontinuierliche Weise nach spät verstellt,
während
die Motorlast ansteigt. Für
die Einzeleinspritzung können
andere Winkelbereiche genutzt werden, die aber keinen so wesentlichen
Vorteil wie die bevorzugten Bereiche liefern können.
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Der Übergang
von einer Einspritzungsstrategie zu einer anderen während einer
Laständerung wird
sowohl durch die Motorleistung als auch durch die Emissionen reguliert.
Zum Beispiel ist während des
Betriebs mit niedriger Teillast die Aufteilungseinspritzung mit
der ersten Einspritzung während
der Periode negativer Ventilüberlappung
und mit der zweiten Einspritzung während des Verdichtungstakts die
einzige Einspritzungsstrategie, die eine stabile Verbrennung mit
gesteuerter Selbstzündung
erzeugen kann. Die Einspritzzeit für die zweite Einspritzung wird
mit zunehmender Motorlast kontinuierlich nach früh verstellt, um die Zerstreuung
des Kraftstoffs innerhalb der Verbrennungskammer zu fördern und
um das Luft/Kraftstoff-Verhältnis
des lokalisierten Gemischs innerhalb eines akzeptablen Bereichs
zu halten, um inakzeptable Pegel von NOx- und Rauchemissionen zu
vermeiden. Allerdings kann selbst mit der nach früh verstellten
Einspritzzeit die Bildung von Stickoxiden (NOx) während des
Betriebs bei Zwischenteillast immer noch auf einen inakzeptablen Pegel
ansteigen. Somit wird die Einspritzungsstrategie von der Aufteilungseinspritzung
mit einer zweiten Einspritzung im Verdichtungszyklus zur Aufteilungseinspritzung
mit einer zweiten Einspritzung im Ansaugzyklus geschaltet. Experimente
bestätigen,
dass beide Aufteilungseinspritzungsstrategien zu ähnlicher
Motorleistung während
des Zwischenteillast-Motorbetriebs führen. Bei Aufteilungseinspritzungen
unter Verwendung einer zweiten Einspritzung während des Ansaugtakts können vergleichende
NOx-Emissionen wesentlich kleiner als bei Aufteilungseinspritzungen,
die eine zweite Einspritzung während
des Verdichtungstakts verwenden, sein. Dagegen sind vergleichende
Kohlenwasserstoffemissionen (HC-Emissionen) bei Aufteilungseinspritzungen,
die eine zweite Einspritzung während
des Ansaugtakts verwenden, wegen Zunahmen von im Spalt gefangenem
Kraftstoff, der der Verbrennung entgeht, höher als bei Aufteilungseinspritzungen,
die eine zweite Einspritzung während
des Verdichtungstakts verwenden. Somit wird die genaue Last, bei
der der Übergang
von Aufteilungseinspritzung bei niedriger Teillast und Aufteilungseinspritzung
bei Zwischenteillast stattfindet, durch NOx-HC-Emissions-Abwägung bestimmt. Ähnliche
Betrachtungen definieren Kriterien, die zur Festsetzung des Übergangs
von der Aufteilungseinspritzungsstrategie bei Zwischenteillast zur
Einzeleinspritzungsstrategie bei hoher Teillast verwendet werden
(z. B. NOx-HC-Emissionsabwägung).
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5 zeigt
für das
Einlass- und für
das Auslassventil eines Viertakt-Verbrennungsmotors,
der in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung unter Verwendung eines FFVA-Systems
arbeitet, beispielhafte Ventilöffnungs-
und Ventilschließzeiten
als eine Funktion der Motorlast. Darin ist die folgende Bezeichnung
verwendet: Einlassventilöffnen
(IVO); Einlassventilschließen
(IVC); Auslassventilöffnen (EVO);
Auslassventilschließen
(EVC). Außerdem sind
in 5 die lastabhängigen
Einspritzungsstrategien und verschiedene Verbrennungsbetriebsarten als
eine Funktion der Motorlast in Übereinstimmung mit
der vorliegenden Erfindung gezeigt. Insbesondere wird der Motor
unterhalb etwa 400 kPa NMEP in der Verbrennungsbetriebsart mit gesteuerter
Selbstzündung
mit magerem Luft/Kraftstoff-Gemisch (CAI-L) betrieben. Während dieser
Verbrennungsbetriebsart steigt der NOx-Emissionsindex mit zunehmender
Motorlast an. Bei etwa 400 kPa NMEP ist der NOx-Emissionsindex etwa
1 g/kg Kraftstoff. Zwischen etwa 400 und etwa 480 kPa NMEP wird
der Motor in der Verbrennungsbetriebsart mit gesteuerter Selbstzündung mit
stöchiometrischem
Luft/Kraftstoff-Verhältnis
(CAI-S) betrieben, um nach der Behandlung für die NOx-Steuerung die Verwendung des
herkömmlichen
3-Wege-Katalysators zu ermöglichen.
Zwischen etwa 480 und etwa 620 kPa NMEP wird der Motor in der ungedrosselter
Betriebsart mit Funkenzündung
mit stöchiometrischem
Luft/Kraftstoff-Gemisch (NT-S) unter Verwendung eines frühen Einlassventilschließens zur
Laststeuerung betrieben. Jenseits etwa 620 kPa NMEP wird der Motor
bis zum Erreichen der Volllast in der herkömmlichen gedrosselten Betriebsart
mit Funkenzündung
mit stöchiometrischem
Luft/Kraftstoff-Gemisch (T-S) betrieben.
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Die 6 und 7 zeigen
die gemessene Verbrennungsstabilität (COV von IMEP) und den spezifischen
Nettokraftstoffverbrauch (NSFC) als eine Funktion der Motorlast
(NMEP) für
einen Einzylinder-Direkteinspritzungs-Benzin-Viertakt-Verbrennungsmotor, der
gemäß der Verbrennungsbetriebsart
mit gesteuerter Selbstzündung
unter Verwendung eines FFVA-Systems
arbeitet, um die oben beschriebenen Zylinderbedingungen zu bewirken.
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Ohne
Verwendung der Ventil- und Kraftstoffsteuerungen der vorliegenden
Erfindung ist der Grenzwert niedriger Teillast des beispielhaften
Viertakt-Direkteinspritzungs-Motors
mit Selbstzündung – und der
meisten typischen derartigen Motoren – etwa 240 kPa effektiver Nettomitteldruck
(NMEP) mit einem allgemein akzeptierten Koeffizienten von 5% der Änderung
des angegebenen effektiven Mitteldrucks (COV von IMEP) als ein Indikator.
Aus 6 ist zu sehen, dass mit der Kombination der jeweiligen
FFVA-Ventilaspekte und Kraftstoffbeaufschlagungsaspekte der vorliegenden
Erfindung über
den gesamten Teillastbereich bis zu etwa 70 kPa NMEP mit weniger als
5% COV IMEP gemäß der vorliegenden
Erfindung eine optimale Verbrennungsphaseneinstellung für Verbrennung
mit gesteuerter Selbstzündung
erhalten wird. 7 demonstriert den spezifischen Nettokraftstoffverbrauch,
der bei der Verwirklichung der Rücksang-
und Rückverdichtungs-FFVA-Ventilaspekte
bzw. Kraftstoffaspekte der vorliegenden Erfindung erhalten wird.
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Die 8–11 veranschaulichen
eine alternative Ventiltopologie-Realisierung der vorliegenden Erfindung,
um deren Aspekte der Aufbewahrung und Verdichtung von verbranntem
Gas zu bewirken. Darin schaffen hydraulisch gesteuerte 2-Schritt-Ventilhubmechanismen
zusammen mit Nockenphasenstellermechanismen, beide gut bekannter
Arten, eine Einlassventil- und Auslassventil-Phasenverschiebung,
um die gewünschten
Verbrennungskammerbedingungen in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung
zu bewirken. Der Einlassventilplan ist mit einer beispielhaften
Dauer von im Wesentlichen 165 Grad veranschaulicht, wobei er in
jeder der einzelnen Kurven veranschaulicht ist, die den Einlassplan 74 von
einer stärker
nach früh
verstellten zu einer stärker
nach spät
verstellten Phaseneinstellung umfassen, während die Motorlast abnimmt.
Der Auslassventilplan ist ähnlich
mit einer beispielhaften Dauer von im Wesentlichen 165 Grad veranschaulicht,
wobei er in jeder der einzelnen Kurven veranschaulicht ist, die
den Auslassplan 72 von einer stärker nach spät verstellten
zu einer stärker
nach früh
verstellen Phaseneinstellung umfassen, während die Motorlast abnimmt.
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Wie
durch den Pfeil abnehmender Last zentral in der Figur angegeben
ist, ist zu sehen, dass die Schließzeit des Auslassventils als
eine Funktion der Motorlast variiert. Während des Teillastbetriebs
wird die Auslassventil-Schließzeit umso
mehr nach früh verstellt
(und wird die Öffnungszeit
wegen der Phaseneinstellerrealisierung ebenso so mehr nach früh verstellt),
je niedriger die Motorlast wird. Somit ist es allgemein wahr, dass
abnehmende Lasten zu einem erhöhten
Einfang von verbranntem Gas und zu einer höheren Verdichtungstemperatur
und zu einem höheren
Verdichtungsdruck davon führen.
Dies führt
zu denselben gewünschten zylinderinternen
Bedingungen, wie sie anhand einer FFVA-Realisierung beschrieben
wurden. Somit wird mit dem Mechanismus der Phasensteuerung des Auslassventilhubs
der gewünschte
Trend der Zunahmen eingefangener verbrannter Gase und Zunahmen der
Drücke
und Temperaturen bei Abnahme der Motorbetriebslasten ausgeführt. Wie
in jeder der einzelnen Kurven, die den Einlassplan 74 bilden,
veranschaulicht ist, wird außerdem
eine allgemein symmetrische und richtungsmäßig entgegengesetzte Phaseneinstellung
der Einlassventilzeit bewirkt, um die oben anhand der FFVA-Realisierung
beschriebenen Entspannungsvorteile zu schaffen.
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Die
zuvor ausführlich
beschriebene Kraftstoffbeaufschlagungsstrategie ist wünschenswert gleichfalls
anwendbar auf die unmittelbar zuvor beschriebene alternative Ventilsteuerungs-Realisierung.
Die Betrachtungen hinsichtlich Lastbereichen, Aufteilungs- und Einzeleinspritzung,
Zeiten, Verstellungen nach früh,
Verstellungen nach spät, Übergängen, Emissionen
und magerem und stöchiometrischem
Kraftstoffverhältnis
sind gegenwärtig
alle wie zuvor beschrieben anwendbar.
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9 zeigt
beispielhafte Öffnungs-
und Schließ-Ventilzeiten
als eine Funktion der Motorlast für das Einlass- und für das Auslassventil
eines Viertakt-Verbrennungsmotors, der in Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung arbeitet, um unter Verwendung von 2-Schritt/Phasenverstellungs-Hardware
mit variabler Ventilbetätigung
eine Abgasrückverdichtung
zu bewirken. Darin folgt die Bezeichnungskonvention der zuvor anhand
von 5 beschriebenen. Außerdem sind in 9 die
Strategien der lastabhängigen
Einspritzung und verschiedene Verbrennungsbetriebsarten als eine
Funktion der Motorlast in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung gezeigt.
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Die 10 und 11 zeigen
die gemessene Verbrennungsstabilität (COV von IMEP) und den spezifischen
Nettokraftstoffverbrauch (NSFC) als eine Funktion der Motorlast
(NMEP) für
einen Einzylinder-Direkteinspritzungs-Benzin-Viertakt-Verbrennungsmotor, der
gemäß der Verbrennungsbetriebsart
mit gesteuerter Selbstzündung
unter Verwendung einer 2-Schritt/Phasensteller-Hardware
arbeitet.
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Aus 10 ist
zu sehen, dass mit der Kombination des 2-Schritt/Phaseneinstellerventilaspekts und
des Kraftstoffbeaufschlagungsaspekts der vorliegenden Erfindung über den
gesamten Teillastbereich unterhalb 70 kPa NMEP mit weniger als 5% COV
IMEP gemäß der vorliegenden
Erfindung eine optimale Verbrennungsphaseneinstellung für die Verbrennung
mit gesteuerter Selbstzündung
erhalten wird. 11 demonstriert den spezifischen
Nettokraftstoffverbrauch, der jeweils bei der Verwirklichung des
2-Schritt/Phaseneinstellungsaspekts und des Kraftstoffbeaufschlagungsaspekts
der vorliegenden Erfindung erhalten wird.
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Die
vorliegende Erfindung ist hier in Bezug auf bestimmte bevorzugte
Ausführungsformen
und Änderungen
davon beschrieben worden. Weitere alternative Ausführungsformen, Änderungen
und Realisierungen können
realisiert und verwirklicht werden, ohne von dem Umfang der Erfindung
abzuweichen, der lediglich durch die folgenden Ansprüche beschränkt ist: