DE19945544A1 - Brennstoffzuführsystem für eine fremdgezündete Brennkraftmaschine und Verfahren zum Betrieb einer solchen Brennkraftmaschine - Google Patents
Brennstoffzuführsystem für eine fremdgezündete Brennkraftmaschine und Verfahren zum Betrieb einer solchen BrennkraftmaschineInfo
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Abstract
Bekannte Brennstoffzuführsysteme besitzen ein Einblaseventil, das ein Brennstoff-Luft-Gemisch direkt in einen Brennraum abgeben kann. Werden aber große Einspritzmengen abverlangt, wie dies beispielsweise bei hohen Motorlasten der Fall ist, kann es zu Problemen bei der Güte der Gemischaufbereitung kommen. DOLLAR A Es wird ein Brennstoffzuführsystem für eine fremdgezündete Brennkraftmaschine vorgeschlagen, das zumindest ein in oder an einem Zylinderkopf angeordnetes Einblaseventil besitzt, dem Brennstoff und ein gasförmiges Medium unter Druck zugeführt wird, um mittels des Einblaseventils ein Brennstoff-Medium-Gemisch direkt in einen Brennraum der Brennkraftmaschine abzugeben. Erfindungsgemäß ist zumindest ein weiteres Einspritzventil vorgesehen, welches bei bestimmten Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine zusätzlich zur Abgabe des Brennstoff-Medium-Gemisches mittels des Einblaseventils oder zeitweise anstelle der Abgabe des Brennstoff-Medium-Gemisches mittels des Einblaseventils Brennstoff in einen Ansaugbereich der Brennkraftmaschine abgibt. DOLLAR A Das erfindungsgemäße Brennstoffzuführsystem ist für fremdgezündete Brennkraftmaschinen vorgesehen.
Description
Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzuführsystem für eine
fremdgezündete Brennkraftmaschine nach der Gattung des An
spruchs 1 bzw. 2 sowie ein Verfahren zum Betrieb einer
Brennkraftmaschine mit einem solchen Brennstoffzuführsy
stem.
Es ist bereits ein Brennstoffzuführsystem bekannt,
(EP 0 308 467 B1), das eine an einem Zylinderkopf ange
brachte Verteilerleiste besitzt, in welchem sowohl Brenn
stoff als auch Luft unter Druck zu im Zylinderkopf unterge
brachten Einblaseventilen geführt wird. Hierzu sind in der
Verteilerleiste entsprechende Brennstoffleitungen und Luft
leitungen zu den Einblaseventilen vorgesehen. Jedes Einbla
seventil weist ein in konventioneller Weise aufgebautes,
elektromagnetisch betätigbares Brennstoffeinspritzventil
auf, das Brennstoff in eine innerhalb des Einblaseventils
vorgesehene Gemischbildungskammer abgeben kann. Der in der
Gemischbildungskammer befindliche Brennstoff wird anschlie
ßend mit komprimierter Luft aufbereitet und in der Gemisch
bildungskammer teilweise verdampft. Der so aufbereitete
Brennstoff gelangt weiter in einen Abgabebereich des Ein
blaseventils, der ein elektromagnetisch betätigbares Ventil
aufweist. In einer Offenstellung eines Ventilschließkörpers
des elektromagnetisch betätigbaren Ventils des Abgabebe
reichs wird das in der Gemischbildungskammer befindliche
Brennstoff-Luft-Gemisch anschließend mit relativ niedrigem
Druck von beispielsweise 7 bis 8 bar aus einer Austritts
öffnung des Einblaseventils direkt in die Brennkammer aus
geblasen. Der Verteiler ist sowohl für die Brennstoff- als
auch für die Luftversorgung der Einblaseventile vorgesehen.
Werden von dem bekannten Brennstoffzuführsystem bzw. von
dem Einblaseventil aber große Einspritzmengen abverlangt,
wie dies beispielsweise bei hohen Motorlasten der Fall ist,
kann es zu Problemen bei der Güte der Gemischaufbereitung
kommen, da das Einblaseventil nur eine bestimmte maximale
Brennstoffmenge mit guter Aufbereitung bereitstellen kann.
Dieselbe Problematik liegt auch bei einem Brennstoffzuführ
system vor, das über Direkteinspritzventile für die Benzin-
Direkteinspritzung verfügt. Direkteinspritzventile geben
den Brennstoff mit relativ hohem Druck in direkter Weise in
Form einer Brennstoffwolke bestehend aus feinsten Tröpfchen
in einen Brennraum der Brennkraftmaschine ab. Bei abver
langten höheren Brennstoffmengen ergibt sich aber keine
vollständige Aufbereitung des vom Direkteinspritzventil ab
gegebenen Brennstoffs und keine optimale Luftausnutzung im
Brennraum. Auch bei Einblaseventilen läßt sich keine voll
ständige Aufbereitung des vom Einblaseventil abgegebenen
Brennstoff-Luft-Gemisches erhalten. All dies hat zur Folge,
daß es zu einem Benetzen der Zylinderinnenwände und der
Kolbenfläche mit Brennstoff kommen kann. Etwas derartiges
führt aber zu einer unvollständigen Verbrennung des Brenn
stoffs im Brennraum, wodurch es zu einem Anstieg an schäd
lichen Bestandteilen im Abgas kommt. Besonders betroffen
sind davon Brennkraftmaschinen, die über eine Aufladung der
angesaugten Luft, zum Beispiel mittels Abgasturbolader,
verfügen, da diese Brennkraftmaschinen bezogen auf das Zy
lindervolumen relativ hohe Einspritzmengen an Brennstoff
benötigen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das
gattungsgemäße Brennstoffzuführsystem derart weiterzubil
den, daß in sämtlichen Betriebsbereichen eine hinsichtlich
Verbrauch und Abgasemission optimale Gemischaufbereitung in
der Brennkraftmaschine erfolgt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Brennstoffzu
führsystem mit den Merkmalen der Ansprüche 1 oder 2 gelöst.
Desweiteren umfaßt die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb
einer Brennkraftmaschine mit dem erfindungsgemäßen Brenn
stoffzuführsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 7.
Das erfindungsgemäße Brennstoffzuführsystem für eine
fremdgezündete Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des An
spruchs 1 bzw. 2 hat den Vorteil, daß auch hohe Leistungen
im gesamten Drehzahlbereich von der Brennkraftmaschine be
reitgestellt werden können, ohne dabei den Anteil an schäd
lichen Bestandteilen im Abgas wesentlich zu erhöhen.
Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzsystem bietet die
Möglichkeit, den zur Gemischbildung erforderlichen Brenn
stoff neben der direkten Abgabe in den Brennraum mittels
des Einblaseventils in der einen Ausgestaltung oder mittels
Direkteinspritzung in der anderen vorgesehenen Ausführungs
form zusätzlich über den Ansaugbereich der Brennkraftma
schine zuzuführen. Eine Steuereinheit steuert dabei das dem
Brennraum zugeordnete Ventil (Einblaseventil oder Direkt
einspritzventil) und das zusätzliche Einspritzventil im An
saugbereich in Abhängigkeit des Betriebsbereiches der
Brennkraftmaschine und bestimmt deren jeweiligen Durchsatz.
Besonders zweckmäßig wird dabei die zusätzliche Brennstoff
abgabe und Zuführung über den Ansaugbereich im wesentlichen
im höheren Lastbereich der Brennkraftmaschine vorgesehen.
Aufgrund der vorgelagerten Kraftstoffabgabe im Ansaugbe
reich kann das zur direkten Brennstoffabgabe in den Brenn
raum vorgesehene Ventil mit einem günstigen Kleinst-/Größt
mengenverhältnis (Spreizung) ausgebildet werden, da die pro
Arbeitsspiel abzugebende Brennstoffmenge auf zwei Wegen zu
führbar ist. Eine schädliche Absenkung des Kraftstoff
druckes bei ausschließlicher Direktabgabe in den Brennraum,
der insbesondere im Niedriglastbereich schädlich ist, wird
dabei verhindert und so insbesondere die Gemischbildung im
wichtigen Niederlastbereich verbessert. Die zur direkten
Brennstoffzufuhr in den Brennraum erforderlichen Bauteile
des Brennstoffzuführsystems können dabei vorteilhaft auf
geringere Gesamtmassendurchsätze bei Vollast ausgelegt wer
den, als dies bisher bei ausschließlicher Direkteinsprit
zung oder -einblasung der Fall war. Dies reduziert die
Reibleistung in der Brennstoffpumpe und bei aufgeladenen
Brennkraftmaschinen im Verdichter und führt daher zu einer
Verringerung des Brennstoffverbrauchs. Bei dem erfindungs
gemäßen Brennstoffzuführsystem mit einem Einblaseventil im
Zylinderkopf kann das luftunterstützte Zuführsystem zusätz
lich auf erhöhte Ausblasedrücke ausgelegt sein (mindestens
10 bar), wodurch eine freie Wahl des Einblaszeitpunktes
möglich ist.
Besonders vorteilhaft ist, daß bei zeitweisem alleinigen
Betrieb der Brennkraftmaschine mit einem Zusatzeinspritz
ventil eine Temperaturerhöhung an den Einblaseventilen bzw.
an den Direkteinspritzventilen erzielt werden kann, da
diese in dieser abgabefreien Zeit nicht mehr vom Brennstoff
gekühlt werden, so daß es durch den dann stattfindenden
Temperaturanstieg an den Einblaseventilen bzw. Direktein
spritzventilen zu einem Abbau eventuell vorhandener Ablage
rungen kommt.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im
Anspruch 1 bzw. 2 angegebenen Brennstoffzuführsystems für
eine fremdgezündete Brennkraftmaschine möglich.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher er
läutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen teilweisen Schnitt einer Brennkraftmaschine
mit einem Brennstoffzuführsystem nach einem ersten
erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel,
Fig. 2 einen teilweisen Schnitt einer Brennkraftmaschine
mit einem Brennstoffzuführsystem nach einem zweiten
erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel,
Fig. 3 ein Diagramm der von der Brennkraftmaschine abgege
benen Leistung aufgetragen über der Drehzahl,
Fig. 4 ein Diagramm der Betriebsbereiche der Brennkraftma
schine mit unterschiedlichen Betriebsmodi.
Die Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch eine Brennkraftmaschi
ne nach einem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel.
Die Brennkraftmaschine besitzt einen Zylinderkopf 1, in
welchem ein Einblaseventil 2 untergebracht ist. Das Einbla
seventil 2 weist in bekannter Weise ein nicht näher darge
stelltes, elektromagnetisch betätigbares Brennstoffein
spritzventil auf, das Brennstoff in eine Gemischbildungs
kammer oder in einen Gemischbildungsbereich im Innern des
Einblaseventils 2 abgeben kann. In der Gemischbildungskam
mer bzw. im Gemischbildungsbereich wird der vorn nicht näher
dargestellten Brennstoffeinspritzventil abgegebene Brenn
stoff und ein in die Gemischbildungskammer bzw. in den Ge
mischbildungsbereich unter Druck zugeführtes gasförmiges
Medium anschließend gemischt, um so den Brennstoff in der
Gemischbildungskammer bzw. im Gemischbildungsbereich teil
weise verdampfen zu können. Der so aufbereitete Brennstoff
gelangt danach, gesteuert über ein weiteres, nicht näher
dargestelltes, elektromagnetisch oder piezoelektrisch betä
tigbares Ventil, in Form eines Brennstoff-Medium-Gemisches
aus einer Austrittsöffnung 5 des Einblaseventils 2 direkt
in den Brennraum 7 eines Zylinders 8 der Brennkraftmaschi
ne. In dem Zylinder 8 ist in bekannter Weise ein Kolben 10
bewegbar untergebracht. Zur Zündung des im Brennraum 7 ein
geschlossenen Brennstoff-Medium-Gemisches ist eine Zündker
ze 6 vorgesehen. Bei dem gasförmigen Medium kann es sich um
Luft oder um Luft mit vermischtem Abgas oder aber auch um
Luft mit vermischtem Brennstoff handeln. Es liegt somit ei
ne Brennkraftmaschine mit innerer Gemischbildung in Verbin
dung mit einem luftunterstützten Einspritzsystem vor. Der
Aufbau und die Betriebsweise derartiger Einblaseventile ist
dem Fachmann zum Beispiel auch aus dem SAE-Paper 98P-136,
1988, Rodney Houston, Geoffrey Cathcart, Orbital Engine
Company, Perth, Western Australia, "Combustion and
Emissions Characteristics of Orbital's Combustion Process
Applied to Multi-Cylinder Automotive Direct Injected 4-
Stroke Engines", Seiten 1-12, hinreichend bekannt.
Die Brennstoffzufuhr zu dem Einblaseventil 2 erfolgt an ei
nem Brennstoffanschluß 15 des Einblaseventils 2 zum Bei
spiel über einen Verteiler 20 (fuel/air-rail). In den Ver
teiler 20 wird über eine nicht näher dargestellte Brenn
stoffpumpe Brennstoff aus einem nicht näher dargestellten
Brennstofftank gefördert. Die Zufuhr des gasförmigen Medi
ums zu dem Einblaseventil 2 erfolgt an einem Mediumanschluß
16 des Einblaseventils 2, beispielsweise ebenfalls über den
Verteiler 20. Das gasförmige Medium wird über einen nicht
näher dargestellten Verdichter in den Verteiler 20 geför
dert, der das verdichtete Medium auf die einzelnen Einbla
seventile 2 verteilt.
Der Brennraum 7 wird von dem Kolben 10 und dem Zylinderkopf
1 begrenzt. Über beispielsweise ein einzelnes Einlaßventil
3 der Brennkraftmaschine wird beim Ansaugtakt Luft aus ei
nem Ansaugrohr 22 in den Brennraum 7 angesaugt. Nach der
Verbrennung werden die Abgase über zum Beispiel ein einzel
nes Auslaßventil 4 in ein Abgasrohr 23 abgegeben. Selbst
verständlich können zwei oder mehr Einlaßventile 3 und zwei
oder mehr Auslaßventile 4 pro Zylinder 8 vorgesehen sein.
Bei der Brennkraftmaschine kann es sich um eine aufgeladene
Brennkraftmaschine handeln, bei welcher Luft unter Druck in
das Ansaugrohr 22 der Brennkraftmaschine gefördert wird.
Hierzu kann beispielsweise ein Abgasturbolader verwendet
werden.
Erfindungsgemäß verfügt die Brennkraftmaschine über zumin
dest ein Zusatzeinspritzventil 25, das Brennstoff in einen
Ansaugbereich 26 der Brennkraftmaschine abgeben kann. Bei
dem Zusatzeinspritzventil 25 kann es sich um ein konventio
nelles, beispielsweise elektromagnetisch betätigbares Nie
derdruck-Einspritzventil 25 bekannter Bauart handeln. Der
Ansaugbereich 26 wird vom Inneren des Ansaugrohres 22 ge
bildet, in welchem Luft und der vom Zusatzeinspritzventil
25 abgegebene Brennstoff bei offenem Einlaßventil 3 in den
Brennraum 7 strömen kann. Der Brennstoff wird vom Zusatz
einspritzventil 25 zum Beispiel in Richtung des Einlaßven
tils 3 der Brennkraftmaschine abgegeben. Das Zusatzein
spritzventil 25 befindet sich beispielsweise stromab einer
drehbar in das Ansaugrohr 22 untergebrachten Drosselklappe
27 und ist zur Brennstoffversorgung über seinen Brennstoff
anschluß 17 beispielsweise auch an den Verteiler 20 ange
schlossen. Es ist möglich, für jeden Zylinder 8 der Brenn
kraftmaschine jeweils ein Zusatzeinspritzventil 25 vorzuse
hen. Diese können direkt in den Einlaßkanälen angeordnet
sein. Dem Fachmann ist diese Einspritzweise unter dem Be
griff der Multipoint-Einspritzung hinreichend bekannt. Mög
lich ist aber auch, nur ein einzelnes Zusatzeinspritzventil
25 für alle oder zumindest für eine Teilanzahl der Zylinder
8 einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine vorzusehen. Das
Zusatzeinspritzventil 25 gibt dabei den Brennstoff stromauf
einer Verzweigung des Ansaugrohres 22 für die einzelnen Zy
linder 8 in das noch unverzweigte Ansaugrohr 22 ab, der
sich anschließend in den Verzweigungen auf die einzelnen
Zylinder 8 gleichmäßig aufteilt. Dem Fachmann ist diese
Einspritzweise unter dem Begriff der Singlepoint-Einsprit
zung hinreichend bekannt.
Die Abgabe von Brennstoff mittels des Zusatzeinspritzven
tils 25 ist erfindungsgemäß zusätzlich zur Abgabe des
Brennstoff-Medium-Gemisches mittels des Einblaseventils 2
vorgesehen. Die Abgabe von zusätzlichem Brennstoff mit dem
Zusatzeinspritzventil 25 ist dabei im wesentlichen im obe
ren Teillastbereich bis einschließlich der Vollast der
Brennkraftmaschine vorgesehen. Die zusätzliche Abgabe von
Brennstoff kann über den gesamten Drehzahlbereich der
Brennkraftmaschine durchgeführt werden, sobald höhere La
sten von der Brennkraftmaschine abverlangt werden. Über ein
elektronisches Steuergerät 30 kann die Steuerung der Brenn
stoffabgabe des Zusatzeinspritzventils 25 und des Einblase
ventils 2 abhängig von Betriebsparametern der Brennkraftma
schine durchgeführt werden. Vorgesehen ist aber auch, zeit
weise einen alleinigen Betrieb der Brennkraftmaschine durch
Abgabe von Brennstoff mittels des Zusatzeinspritzventils 25
durchzuführen. Das Einblaseventil 2 gibt in dieser Zeit
kein Brennstoff-Medium-Gemisch ab, mit der Folge, daß das
Einblaseventil 2 nicht von Brennstoff durchströmt und ge
kühlt wird, so daß es zu einer Temperaturerhöhung am Ein
blaseventil 2 aufgrund der weiterhin stattfindenden Ver
brennung im Brennraum 7 kommt. Der zeitweise alleinige Be
trieb mit dem Zusatzeinspritzventil 25 ermöglicht eine Rei
nigung des Einblaseventils 2 von Ablagerungen, da Verkokun
gen oder dergleichen durch die relativ hohe Temperatur am
Einblaseventil 2 abgebrannt werden. Der Betrieb der Brenn
kraftmaschine mit ausschließlicher Brennstoffzufuhr kann
für vorgegebene Reinigungsintervalle turnusmäßig unabhängig
vom vorliegenden Lastbereich vorgesehen sein.
Die Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch eine Brennkraftmaschi
ne nach einem zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbei
spiel, bei dem alle gleichen oder gleichwirkenden Teile mit
denselben Bezugszeichen des ersten Ausführungsbeispiels
nach Fig. 1 gekennzeichnet sind. In Abwandlung zum ersten
Ausführungsbeispiel besitzt die Brennkraftmaschine kein
Einblaseventil 2, sondern ist anstelle des Einblaseventils
2 mit einem Direkteinspritzventil 32 zur Benzin-Direktein
spritzung ausgestattet. Die Abgabe von zusätzlichem Brenn
stoff mittels des Zusatzeinspritzventils 25 ist dabei in
gleicher Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel vorgese
hen. Bei dem Direkteinspritzventil 32 wird der Brennstoff
mit relativ hohem Druck von etwa 70 bar oder mehr in direk
ter Weise in Form einer Brennstoffwolke bestehend aus fein
sten Tröpfchen in den Brennraum 7 des Zylinders 8 der
Brennkraftmaschine abgegeben. Die Zündung des in den Brenn
raum 7 eingebrachten Brennstoffs erfolgt in bekannter Weise
über die Zündkerze 6. Die Zündelektroden 12 der Zündkerze
befinden sich dabei in unmittelbarer Nähe eines äußeren
Randes 14 eines vom Direkteinspritzventil 32 abgegebenen
Kegelstrahls 19 oder teilweise in dem Kegelstrahl 19. Bei
dem Kegelstrahl 19 kann es sich um einen Hohlkegelstrahl
oder um einen Vollkegelstrahl handeln. Das Direkteinspritz
ventil kann dabei elektromagnetisch oder piezoelektrisch
betätigbar sein. Der Aufbau und die Wirkungsweise derarti
ger Ventile 32 ist dem Fachmann zum Beispiel aus der
DE 195 48 526 A1 bekannt. Es ist auch möglich, im Unter
schied zur Darstellung in Fig. 2 das Direkteinspritzventil
32 nicht zentral, sondern in seitlicher Lage anzuordnen, so
daß eine seitliche Einspritzung in den Brennraum 7 erfolgt.
Die Zündkerze befindet sich dabei dann zum Beispiel in zen
traler, insbesondere senkrechter Lage im Brennraum 7.
Bei einem Einsatz eines Direkteinspritzventils 32 kann der
Mediumabschluß 16 nach Fig. 1 entfallen, da derartige Ven
tile lediglich einen Brennstoffanschluß 15 benötigen. In
gleicher Weise wie bei dem beschriebenen Einblaseventil 2
kann auch hier ein gemeinsamer Verteiler 20 (Common-Rail)
zur Brennstoffversorgung der einzelnen Direkteinspritzven
tile 32 vorgesehen werden.
Die Fig. 3 zeigt ein Diagramm der Leistungsabgabe der
Brennkraftmaschine pme aufgetragen über der Drehzahl n.
nmin stellt dabei die Minimaldrehzahl und nmax die Maximal
drehzahl der Brennkraftmaschine dar. Die Linie I zeigt den
Verlauf der maximal möglichen Leistungsabgabe der Brenn
kraftmaschine, die bei einer Brennstoffabgabe mit nur dem
Einblaseventil 2 oder mit nur dem Direkteinspritzventil 32
erzielt werden kann. Die Linie II zeigt den Verlauf der ma
ximal möglichen Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine, die
mit der Abgabe des Brennstoff-Medium-Gemisches des Einbla
seventils 2 oder des Direkteinspritzventils 32 und mit der
zusätzlichen Saugrohreinspritzung mittels des Zusatzein
spritzventils 25 möglich ist. Wie die Linie II zeigt, läßt
sich mit der zusätzlichen Einspritzung des Zusatzeinspritz
ventils 25 eine über die Drehzahl im wesentlichen gleichmä
ßige Steigerung der Leistung der Brennkraftmaschine erzie
len.
Mit dem erfindungsgemäßen Brennstoffzuführsystem stehen zum
Betrieb der Brennkraftmaschine zwei Prinzipien zur Gemisch
bildung zur Verfügung, nämlich zum einen die innere Ge
mischbildung mit direkter Brennstoffabgabe in den Brennraum
und andererseits die Zuführung außerhalb des Brennraumes
aufbereiteten Gemisches mittels Saugrohreinspritzung. Durch
Kombination der Gemischbildungsprinzipien ist in jedem Be
triebsbereich der Brennkraftmaschine eine optimale Gemisch
bildung realisierbar im Hinblick auf niedrige Schadstoffe
missionen und geringen Kraftstoffverbrauch. Dabei ist ins
besondere in höheren Lastbereichen die zusätzliche Gemisch
zuführung über den Ansaugbereich vorgesehen. In den unteren
Lastbereichen wird innere Gemischbildung bevorzugt, wobei
mittels Kraftstoffzumessung während des Kompressionstaktes
geschichtete Gemischbildung erfolgt. Im Schichtladungsbe
rieb kann die Brennkraftmaschine weitgehend ungedrosselt
und über die Brennstoffmenge qualitätsgeregelt betrieben
werden, wobei Vorteile im Kraftstoffverbrauch erzielt wer
den.
Fig. 4 zeigt in einem Diagramm mit der über der Drehzahl n
der Brennkraftmaschine aufgetragenen Brennstoffmenge pme
ein Beispiel für verschiedene Betriebsmodi der Brennkraft
maschine, bei denen innere Gemischbildung KHDE, SHDE und
Saugrohreinspritzung SRE entsprechend dem Lastbereich kom
biniert sind. Im Leerlaufbereich BM1 sowie im Niedriglast
bereich BM2 der Brennkraftmaschine ist ein Schichtladungs
betrieb mit innerer Gemischbildung vorgesehen. Im Schicht
ladungsbetrieb wird im Brennraum eine geschichtete Gemisch
wolke mit örtlich unterschiedlichen Brennstoffkonzentratio
nen gebildet. Die Gemischwolke wird einem örtlichen Bereich
mit zündfähiger Gemischzusammensetzung gezündet, wodurch
die Brennkraftmaschine insgesamt mit magerer Gemischbildung
und geringem Kraftstoffverbrauch betrieben wird.
Im mittleren Lastbereich BM3 ist zusätzlich zur inneren Ge
mischbildung die Zuführung mageren homogenen Gemisches über
den Ansaugbereich der Brennkraftmaschine vorgesehen. Das
durch Saugrohreinspritzung SRE mittels des Zusatzeinspritz
ventils gebildete Gemisch wird im Brennraum durch die di
rekt eingebrachte Brennstoffmenge auf ein zündfähiges Maß
angereichert. Die direkte Abgabe von Brennstoff mittels
Kraftstoffeinspritzung oder Gemischeinblasung erfolgt wäh
rend des Kompressionstaktes KHDE in geringem Abstand vor
dem Zündzeitpunkt. Durch das direkt dem Brennraum zugeord
nete Ventil, das heißt dem Einblaseventil oder dem Direkt
einspritzventil, erfolgt also eine Zündeinspritzung einer
Brennstoffmenge zur örtlichen Gemischanfettung. Auf diese
Weise ist im mittleren Lastbereich BM3 eine sehr magere
Verbrennung im Zusammenhang mit einer späten Zündeinleitung
möglich. Eine weitere Abmagerung des Gemisches wird durch
Aufladung erzielt. Mit der kombinierten Gemischbildung mit
Saugrohreinspritzung SRE und innerer Gemischbildung mit
Kraftstoffabgabe während des Kompressionstaktes KHDE können
niedrige Stickoxidemissionen erreicht werden, wie sie bei
bisherigen Verfahren zur inneren Gemischbildung nur mit Ab
gasrückführung erreichbar waren. Mit dem erfindungsgemäßen
Brennstoffzuführsystem können somit aufgrund der möglichen
Reduzierung der Abgasrückführungsrate bzw. Verzicht auf Ab
gasrückführung Vorteile im Instationärbetrieb der Brenn
kraftmaschine erreicht werden. Desweiteren tritt in diesem
Betriebsmodus BM3 der Brennkraftmaschine mit kombinierter
Gemischbildung SRE + KHDE eine Absenkung der Abgastempera
tur ein, wodurch die Wirksamkeit einer Abgasnachbehandlung
bei magerer Verbrennung erheblich gesteigert wird.
Im Hochlastbereich BM4 erfolgt die Gemischbildung über
Saugrohreinspritzung SRE und direkte Kraftstoffabgabe in
den Brennraum während des Ansaugtaktes SHDE, wobei im
Brennraum homogenes Gemisch gebildet wird. Möglich ist da
bei auch, die homogene Brennraumladung ausschließlich über
Saugrohreinspritzung SRE aufzubereiten.
Die Kombination von Saugrohreinspritzung und innerer Ge
mischbildung gestattet auch im Falle eines Ausfalls insbe
sondere der Direkteinspritzventile den Betrieb des Motors
in einem im Steuergerät abgelegten Notbetriebsmodus. Damit
ist für einen zuverlässigen Motorbetrieb eine zusätzliche
Sicherheit gegeben.
Claims (16)
1. Brennstoffzuführsystem für eine fremdgezündete Brenn
kraftmaschine, das zumindest ein in oder an einem Zy
linderkopf (1) angeordnetes Einblaseventil (2) besitzt,
dem Brennstoff und ein gasförmiges Medium unter Druck
zugeführt wird, um mittels des Einblaseventils (2) ein
Brennstoff-Medium-Gemisch direkt in einen Brennraum (7)
der Brennkraftmaschine abzugeben,
dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein weiteres Ein
spritzventil (25) in einem Ansaugbereich (26) der
Brennkraftmaschine zur zusätzlichen Brennstoffabgabe
vorgesehen ist, wobei das Einblaseventil (2) und das
Einspritzventil (25) im Ansaugbereich (26) einem ge
meinsamen Steuergerät zugeordnet sind und aufeinander
abgestimmt freigebbar sind.
2. Brennstoffzuführsystem für eine fremdgezündete Brenn
kraftmaschine, das zumindest ein in oder an einem Zy
linderkopf (1) angeordnetes Direkteinspritzventil (32)
besitzt, dem Brennstoff unter Druck zugeführt wird, um
mittels des Direkteinspritzventils (32) Brennstoff di
rekt in einen Brennraum (7) der Brennkraftmaschine ab
zugeben,
dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein weiteres Ein
spritzventil (25) in einem Ansaugbereich (26) der
Brennkraftmaschine zur zusätzlichen Brennstoffabgabe
vorgesehen ist, wobei das Direkteinspritzventil (32)
und das Einspritzventil (25) im Ansaugbereich (26) ei
nem gemeinsamen Steuergerät zugeordnet sind und aufein
ander abgestimmt freigebbar sind.
3. Brennstoffzuführsystem nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß es sich um eine aufgeladene
Brennkraftmaschine handelt, bei welcher Luft unter
Druck in den Ansaugbereich (26) der Brennkraftmaschine
gefördert wird.
4. Brennstoffzuführsystem nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß pro Zylinder (8) der Brenn
kraftmaschine jeweils ein Einspritzventil (25) vorgese
hen ist (Multipoint-Einspritzung).
5. Brennstoffzuführsystem nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß für alle Zylinder (8) der
Brennkraftmaschine ein gemeinsames Einspritzventil (25)
vorgesehen ist (Singlepoint-Einspritzung).
6. Brennstoffzuführsystem nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der Ansaugbereich (26) vom
Inneren eines Ansaugrohres (22) gebildet ist.
7. Verfahren zum Betrieb einer fremdgezündeten Brennkraft
maschine mit einem Brennstoffzuführsystem nach Anspruch
1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (30) das
dem Brennraum (7) zugeordnete Ventil (2, 32) und das
zusätzliche Einspritzventil (25) im Ansaugbereich (26)
in Abhängigkeit des Betriebsbereiches der Brennkraftma
schine ansteuert und deren jeweiligen Durchsatz be
stimmt.
8. Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß im gesamten Lastbereich der
Brennkraftmaschine die Abgabe von Brennstoff mittels
des Einspritzventils (25) vorgesehen ist und dem Brenn
raum (7) zusätzliches Brennstoffgemisch (SRE) über den
Ansaugbereich (26) zugeführt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die Abgabe von Brennstoff
mittels des Einspritzventils (25) und die zusätzliche
Gemischzuführung (SRE) über den Ansaugbereich (26) zum
Brennraum (7) im wesentlichen in höheren Lastbereichen
der Brennkraftmaschine vorgesehen ist.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9,
gekennzeichnet durch einen Schichtladungsbetrieb der
Brennkraftmaschine im Leerlaufbereich und in unteren
bis mittleren Lastbereichen, wobei das dem Brennraum
(7) zugeordnete Ventil (2, 32) zum direkten Brennstoff
eintrag (KHDE) im Brennraum (7) während des Kompressi
onstaktes des jeweiligen Zylinders (8) geöffnet wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß im Leerlaufbereich und in
unteren Lastbereichen die Gemischbildung überwiegend
oder ausschließlich über direkte Zumessung im Brennraum
(7) während des Kompressionstaktes erfolgt.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11,
dadurch gekennzeichnet, daß in mittleren Lastbereichen
ein mageres Brennstoffgemisch über den Ansaugbereich
(26) zugeführt und durch direkte Zumessung (KHDE) wäh
rend des Kompressionstaktes im Brennraum ein geschich
tetes, zündfähiges Gemisch gebildet wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, daß in höheren Lastbereichen
ein direkter Brennstoffeintrag (SHDE) in den Brennraum
(7) während des Ansaugtaktes des jeweiligen Zylinders
(8) erfolgt.
14. Verfahren nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet, daß in höheren Lastbereichen
der Brennkraftmaschine bis zur Vollast direkter Brenn
stoffeintrag (SHDE) und zusätzliche Brennstoffzuführung
(SRE) über den Ansaugbereich (26) vorgesehen ist.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, daß in höheren Lastbereichen
und bei Vollast der Brennkraftmaschine dem Brennraum
(7) ausschließlich vom Einspritzventil (25) in den An
saugbereich (26) abgegebener Brennstoff zugeführt wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 15,
dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkraftmaschine be
darfsweise für ein Reinigungsintervall unabhängig vom
vorliegenden Lastbereich mit ausschließlicher Brenn
stoffzufuhr (SRE) über den Ansaugbereich (26) mittels
Kraftstoffabgabe durch das Zusatzeinspritzventil (25)
betrieben wird.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19945544A DE19945544A1 (de) | 1999-03-23 | 1999-09-23 | Brennstoffzuführsystem für eine fremdgezündete Brennkraftmaschine und Verfahren zum Betrieb einer solchen Brennkraftmaschine |
EP00102930A EP1039112A3 (de) | 1999-03-23 | 2000-02-12 | Brennstoffzuführungsystem für eine fremdgezündete Brennkraftmaschine |
US09/523,245 US6314940B1 (en) | 1999-03-23 | 2000-03-10 | Fuel feed system for a spark-ignition internal combustion engine and a method of operating such an internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (2)
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DE19912892 | 1999-03-23 | ||
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ID=7901956
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19945544A Withdrawn DE19945544A1 (de) | 1999-03-23 | 1999-09-23 | Brennstoffzuführsystem für eine fremdgezündete Brennkraftmaschine und Verfahren zum Betrieb einer solchen Brennkraftmaschine |
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- 1999-09-23 DE DE19945544A patent/DE19945544A1/de not_active Withdrawn
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8130 | Withdrawal |