DE19952096C2 - Compression ignition internal combustion engine - Google Patents

Compression ignition internal combustion engine

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Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht aus von einer Brennkraftmaschine mit Kompressionszündung gemäß den Oberbegriffen von Anspruch 1, Anspruch 7 und Anspruch 10.The invention is based on an internal combustion engine Compression ignition according to the preambles of claim 1, claim 7 and claim 10.

Eine Brennkraftmaschine mit Kompressionszündung ist aus der Veröffentlichung "Compression Ratio Effect On Methane HCCI Combustion" von Aceves S., Smith R., Westbrook C. and Pitz W., Paper No. 98-ICE-150, ASME 1998 bekannt. Bei einem dort beschriebenen homogenen Verbrennungsprozeß der Brennkraftmaschine wird durch eine dezentrale Aktivierung einer in einem Brennraum befindlichen Ladung mittels Kompression eine parallele Energiefreisetzung erzielt im Gegensatz zu bisher üblichen Prozessen, bei welchen durch eine zentrale Aktivierung mittels einer Zündquelle (Otto-Prozess) oder mittels Einspritzung (Diesel-Prozess) eine serielle Verbrennung der Ladung mit sich allmählich ausbreitender Flammenfront stattfindet. Die dezentrale Aktivierung verleiht jedem Ladungselement genügend Aktivierungsenergie, um das Energiefreisetzungsniveau zu erreichen. An internal combustion engine with compression ignition is from the publication "Compression Ratio Effect On Methane HCCI Combustion" by Aceves S., Smith R., Westbrook C. and Pitz W., Paper No. 98-ICE-150, ASME 1998 known. In a homogeneous combustion process of the internal combustion engine described there, a decentralized activation of a charge in a combustion chamber by means of compression achieves a parallel release of energy, in contrast to processes that were previously common, in which central activation by means of an ignition source (Otto process) or by means of injection ( Diesel process) a serial combustion of the charge takes place with a gradually spreading flame front. The decentralized activation gives each charge element enough activation energy to reach the energy release level.

Die DE 198 04 988 C1 offenbart ein Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors, bei dem mit homogenem, mageren Grundgemisch von Luft und Kraftstoff und mit Kompressionszündung mittels eines steuerbaren Einflußorgans das im Brennraum gebildete Kraftstoff/Luft-Verhältnis veränderbar ist. Um eine möglichst rasche Anpassung an veränderte Verbrennungsabläufe zu erreichen, erfolgt eine Messung der jeweiligen Verbrennung, und in Abhängigkeit des aus dieser Messung gewonnenen Signals wird der Zeitpunkt des Schließens des Einlaßorgans des Brennraums für den nächsten Zyklus geregelt.DE 198 04 988 C1 discloses a method for operating a Internal combustion engine in which with a homogeneous, lean basic mixture of Air and fuel and with compression ignition by means of a controllable Influencing element the fuel / air ratio formed in the combustion chamber is changeable. To adapt to changes as quickly as possible To achieve combustion processes, each is measured Combustion, and depending on what is obtained from this measurement The signal becomes the point in time at which the combustion chamber inlet element closes regulated for the next cycle.

Aus der DE 195 43 219 C1 ist ein Verfahren zum Betrieb eines Dieselmotors bekannt, bei dem eine Motorregelung eine Fett/Mager-Regelung in Abhängigkeit von dessen Betriebsparametern ermöglicht, wodurch mit Hilfe eines hinter einem Speicherkatalysator angeordneten Sensors zur Erfassung der NOx-Konzentration im Abgasstrom die Regeneration des NOx- Speicherkatalysators eingeleitet wird. Dabei wird der Regenerationsbetrieb durch Abgasrückführung, Erhöhung des Abgasgegendruckes oder eine zusätzliche Kraftstoffeinspritzung unterstützt.DE 195 43 219 C1 describes a method for operating a diesel engine known in which an engine control in a rich / lean control Dependency on its operating parameters enables, with the help of a sensor arranged behind a storage catalytic converter for detection the NOx concentration in the exhaust gas flow, the regeneration of the NOx Storage catalyst is initiated. The regeneration operation through exhaust gas recirculation, increasing the exhaust gas back pressure or a supports additional fuel injection.

Die WO 98/10179 A2 offenbart eine Brennkraftmaschine mit homogener Ladung und Kompressionszündung, die eine Verbrennungs­ regelungsvorrichtung zur Regelung der Verbrennung, eine Betriebs­ zustanderkennungsvorrichtung zum Überwachen der Verbrennung und eine Steuer- bzw. Verarbeitungsvorrichtung aufweist. Dabei werden Verbrennungsparameter wie Beginn oder Dauer der Verbrennung sowie Gemischbildung und Verdichtung so eingestellt, daß eine homogene Dieselverbrennung beispielsweise über die Ansteuerung von variablen Gaswechselventilen realisiert und beeinflußt werden kann. WO 98/10179 A2 discloses an internal combustion engine with a homogeneous Charge and compression ignition, which is a combustion Control device for controlling the combustion, an operating state detection device for monitoring the combustion and a Has control or processing device. In doing so Combustion parameters such as the start or duration of the combustion as well Mixture formation and compression set so that a homogeneous Diesel combustion, for example, by controlling variable ones Gas exchange valves can be realized and influenced.  

Besondere Vorteile bei der homogenen Verbrennung durch de­ zentrale Aktivierung der Ladung ergeben sich aus der Möglichkeit, ex­ trem magere Gemische im wesentlichen vollständig verbrennen zu können, weshalb der Brennstoffverbrauch sinkt. Mit der Verbrennung solcher extrem magerer Gemische gehen andererseits geringe Ver­ brennungstemperaturen einher, welche meist unterhalb der Grenztem­ peratur für die Bildung von Stickoxiden (NOx) liegen, so daß auch die Stickoxid-Emissionen einer solchen Brennkraftmaschine zumindest bei geringer Last niedrig sind.Special advantages in homogeneous combustion through decentralized activation of the charge result from the possibility of being able to completely burn extremely lean mixtures, which is why the fuel consumption drops. With the combustion of such extremely lean mixtures, on the other hand, low combustion temperatures are associated, which are usually below the temperature limit for the formation of nitrogen oxides (NO x ), so that the nitrogen oxide emissions of such an internal combustion engine are low, at least at low load.

Die Selbstzündung der Ladung innerhalb des Verbrennungspro­ zesses erfordert jedoch ein bestimmtes Energie- und Temperaturni­ veau der Ladung. Um die Temperatur im Brennraum auf das erforder­ liche Aktivierungsniveau zu bringen, offenbart die Veröffentlichung "The Knocking Syndrome - Its Cure and Its Potential" von J. Willand, SAE-Paper 982483, eine Brennkraftmaschine mit einem Ventiltrieb zur variablen Ansteuerung von Einlaß- und Auslaßventilen, um durch ge­ eignete Ventilsteuerzeiten eine bestimmte Menge von heißem Abgas des vorangehenden Zyklusses zur Mischung mit der frischen Ladung des hierzu aktuellen Zyklusses im Brennraum zurückhalten zu können. Demnach bildet die Menge und Temperatur bzw. die Energie des im Brennraum verbleibenden Abgases eine wesentliche Stellgröße, durch welche der Verbrennungsprozeß, insbesondere der Beginn und die Dauer oder der Schwerpunkt der Umsetzung/Verbrennung der Ladung, steuer- und regelbar ist.The auto-ignition of the charge within the combustion pro Processes, however, require a certain energy and temperature level level of cargo. To the temperature in the combustion chamber on the required The publication reveals a level of activation "The Knocking Syndrome - Its Cure and Its Potential" by J. Willand, SAE-Paper 982483, an internal combustion engine with a valve train for variable control of intake and exhaust valves to by ge suitable valve timing a certain amount of hot exhaust gas of the previous cycle to mix with the fresh load to be able to withhold the current cycle in the combustion chamber. Accordingly, the amount and temperature or the energy of the im Combustion chamber remaining exhaust gas, an essential control variable which the combustion process, especially the beginning and the Duration or focus of the implementation / combustion of the cargo, is controllable and regulatable.

Als weitere Möglichkeiten zur Prozeßsteuerung werden in der bekannten Veröffentlichung das Vorheizen der Ansaugluft genannt, um die Temperatur im Brennraum auf das erforderliche Maß anzuheben. Demselben Zweck dient das Zünden einer im Brennraum angeordne­ ten Zündkerze, um durch Initialzündung der Ladung deren Temperatur und Dichte auf das für die anschließende Kompressionszündung er­ forderliche Niveau zu erhöhen. Die Initialzündung erfolgt hierbei kurz bevor die Ladung den für eine Kompressionszündung notwendigen Selbstzündungszustand erreicht hat.As further possibilities for process control are in the known publication called preheating the intake air to raise the temperature in the combustion chamber to the required level. The ignition of one arranged in the combustion chamber serves the same purpose ten spark plug to check the temperature of the charge by initial ignition  and density on that for subsequent compression ignition increase required level. The initial spark is brief before the charge is necessary for compression ignition Has reached auto-ignition.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine mit Kompressionszündung der eingangs erwähn­ ten Art zu schaffen, bei welcher eine Regelung bzw. Steuerung des Verbrennungsprozesses im Hinblick auf einen niedrigeren Verbrauch und geringere Schadstoffemissionen möglich ist.The present invention has for its object a Internal combustion engine with compression ignition mentioned at the beginning to create a type in which regulation of the Combustion process with a view to lower consumption and lower pollutant emissions is possible.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeich­ nenden Teil der Ansprüche 1, 7 und 10 genannten Merkmale gelöst.According to the invention, this object is characterized by ning part of claims 1, 7 and 10 mentioned features.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine mit Kompressions­ zündung gemäß Anspruch 1 hat den Vorteil, daß durch Änderung der dort genannten Stellgrößen die Lage des Verbrennungsprozesses in wirkungsgrad- bzw. verbrauchsoptimaler Weise einregel- bzw. einsteu­ erbar ist. Regelgrößen sind dabei der Beginn und die Dauer der Um­ setzung/Verbrennung der Ladung, welche außer auf verbrauchsopti­ male auch auf schadstoffarme Verbrennungslagen eingeregelt werden können, um Abgas-Emissionen zu reduzieren. Mit der erfindungsge­ mäßen Regelung des Verbrennungsprozesses können darüber hinaus eine unvollständige Verbrennung der Ladung, Aussetzer und extrem steile Druckanstiege vermieden werden, was zu einer Minderung der bei der Verbrennung entstehenden Geräusche führt und die mechani­ sche Belastung des Motors senkt.The internal combustion engine according to the invention with compression Ignition according to claim 1 has the advantage that by changing the the position of the combustion process in Efficiency or consumption-optimal manner is noticeable. Control variables are the beginning and the duration of the order Settlement / combustion of the cargo, which except for consumption opt can also be adjusted to low-emission combustion sites can to reduce exhaust emissions. With the fiction The combustion process can also be regulated an incomplete combustion of the cargo, misfires and extreme steep pressure increases are avoided, which leads to a reduction in resulting noises during combustion and the mechani low engine load.

Bei der Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 7 erfolgt die Fremdzündung zeitlich vor dem Auftreten der Selbstzündung, so daß sich in der Folge eine Kombination aus üblicher Flammenfrontverbren­ nung und einer sog. "Bulk Combustion", die auch als "Niedriglast- Klopfen" bezeichnet wird, ergibt. Ausgehend von der Zündkerze breitet sich die Flammenfront aus und verdichtet die Ladung zusätzlich zur Kompression aufgrund der Kolbenbewegung bis die Selbstzündungs­ bedingungen erreicht werden. Somit ergibt sich die Möglichkeit, durch Fremdzündung die Lage der Verbrennung zu beeinflussen, gleichzeitig bleiben die Vorteile der Kompressionszündung, wie z. B. niedrige Gas­ temperatur, kurze Brenndauer etc., erhalten.In the internal combustion engine according to claim 7, the Spark ignition before the auto-ignition occurs, so that  subsequently a combination of the usual flame front burns and a so-called "bulk combustion", which is also known as "low load Knocking "is the result. Spreads starting from the spark plug the flame front and compresses the charge in addition to Compression due to the piston movement until the auto-ignition conditions can be achieved. Thus there is the possibility of Spark ignition to affect the location of the combustion, at the same time remain the advantages of compression ignition, such as B. low gas temperature, short burning time, etc.

Da die Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 10 mit einer λ- Regelung und katalytischer Abgasnachbehandlung versehen ist, kön­ nen auch strenge Abgas-Grenzwerte eingehalten werden, insbesonde­ re bei höherer Last, wenn vermehrt Stickoxid im Abgas auftritt. Zweck­ mäßig wird die λ-Regelung bei niedriger Last außer Kraft gesetzt, wenn die Stickoxid-Emissionen ohnehin gering sind, und die Brennkraftma­ schine mit magerem Luft-Brennstoff-Gemisch betrieben wird.Since the internal combustion engine according to claim 10 with a λ- Control and catalytic exhaust gas aftertreatment is provided strict exhaust gas limits are also complied with, in particular re at higher load, if more nitrogen oxide occurs in the exhaust gas. Purpose The λ control is overridden at low load if the nitrogen oxide emissions are low anyway, and the internal combustion engine machine is operated with a lean air-fuel mixture.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den Pa­ tentansprüchen 1, 7 und 10 angegebenen Erfindung möglich.By the measures listed in the subclaims are advantageous developments and improvements of the Pa Claims 1, 7 and 10 specified invention possible.

Eine besonders zu bevorzugende Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die variabel ansteuerbaren Einlaß- und Auslaßventile durch die Steuer- und Regeleinrichtung derart ansteuerbar sind, daß in Abhängigkeit der Regelgrößen bildenden Größen Beginn und Dauer der Umsetzung/Verbrennung der Ladung während eines Zyklusses als zusätzliche Stellgröße eine bestimmte Menge von Abgas im Brennraum rückhaltbar oder dorthin rückführbar und dementsprechend eine be­ stimmte Temperatur des rückgehaltenen oder rückgeführten Abgases erzielbar ist, zur Festlegung von Beginn und Dauer der Umset­ zung/Verbrennung der Ladung für den jeweils nächsten Zyklus.A particularly preferred development of the invention provides that the variably controllable intake and exhaust valves can be controlled by the control and regulating device such that in Dependency of the variables forming the control variables on the beginning and duration the conversion / combustion of the load during a cycle as additional manipulated variable a certain amount of exhaust gas in the combustion chamber retainable or traceable there and accordingly a be correct temperature of the retained or recirculated exhaust gas  is achievable, to determine the start and duration of the implementation charge / combustion for the next cycle.

Der motorische Prozeß ist vorzugsweise ein Viertakt-Prozeß und wenigstens ein Einlaßventil und ein Auslaßventil der variabel an­ steuerbaren Einlaß- und Auslaßventile einer Zylinder-Kolbeneinheit sind durch die Steuer- und Regeleinrichtung derart ansteuerbar, daß das Auslaßventil-Öffnen vor einer zwischen einem Ausstoß- und einem Ansaugtakt liegenden oberen Ladungswechsel-Totpunktlage eines Kolbens und das Auslaßventil-Schließen nach dieser oberen Ladungs­ wechsel-Totpunktlage im wesentlichen gleichzeitig mit dem Einlaßven­ til-Öffnen stattfinden, um Abgas von einem Brennraum der Zylinder- Kolbeneinheit durch das geöffnete Auslaßventil in einen Auslaßkanal zu schieben und danach vom Auslaßkanal wieder in den Brennraum zurückzusaugen. Da der wiederverwendete Restgasanteil nicht aus dem Auslaßkanal ausgespült wird, wird auf diese Weise eine sog. "in­ nere Abgasrückführung" realisiert.The motor process is preferably a four-stroke process and at least one inlet valve and one outlet valve which are variable controllable intake and exhaust valves of a cylinder-piston unit can be controlled by the control device in such a way that the exhaust valve opening before one between one exhaust and one Intake stroke lying top charge change dead center position of a Piston and exhaust valve closing after this top charge Change dead center position essentially simultaneously with the inlet valve til-opening take place to exhaust gas from a combustion chamber of the cylinder Piston unit through the open exhaust valve into an exhaust port to push and then from the exhaust duct back into the combustion chamber suck back. Since the reused residual gas content does not run out the outlet channel is rinsed out, a so-called "in nere exhaust gas recirculation "realized.

Bekannte Methoden zur inneren Abgasrückführung, bei welchen z. B. das Auslaßventil früh geschlossen und der hierdurch zurückgehal­ tene Abgasrest anschließend verdichtet wird, haben den Nachteil, daß zwischen dem heißen Abgas und der demgegenüber relativ kalten Zy­ linderwand ein Wärmeübergang stattfindet und somit die Temperatur des Abgases in unerwünschter Weise sinkt. Bei Lösungen mit großer Ventilüberschneidung zur Erhöhung des Abgasanteils gelangt durch das frühe Öffnen des Einlaßventils Abgas vom Brennraum in den relativ kalten Ansaugkanal und wird von dort wieder in den Brennraum zurück gesaugt, weshalb sich das Abgas abkühlt und die gewünschte Erhö­ hung der Ladungstemperatur im Brennraum nicht oder nur unzurei­ chend eintritt. Demgegenüber wird gemäß der vorangehend beschrie­ benen Weiterbildung der Erfindung das heiße Abgas in den Auslaßkanal geschoben, in welchem die Wandtemperaturen höher sind als die der Zylinderwand, weshalb sich das Abgas nicht abkühlt und seine für die gewünschte Erhöhung des Energieniveaus der Ladung hohe Tem­ peratur beibehält.Known methods for internal exhaust gas recirculation, in which e.g. B. the exhaust valve is closed early and this retains tene exhaust gas residue is then compressed, have the disadvantage that between the hot exhaust gas and the relatively cold Zy heat transfer takes place and thus the temperature of the exhaust gas drops undesirably. For solutions with large Valve overlap to increase the proportion of exhaust gas passes through the early opening of the exhaust valve from the combustion chamber in the relative cold intake duct and from there it is returned to the combustion chamber sucked, which is why the exhaust gas cools down and the desired increase charge temperature in the combustion chamber is not or only insufficiently appropriate entry. In contrast, is described in accordance with the above benen development of the invention, the hot exhaust gas in the outlet channel  pushed in which the wall temperatures are higher than that the cylinder wall, which is why the exhaust gas does not cool down and its for the desired increase in the energy level of the charge high tem maintains temperature.

Der Einfluß der Abgasrückhaltung bzw. der Abgasrückführung oder der anderen Stellgrößen auf den homogenen Verbrennungspro­ zeß wird mittels geeigneter Sensoren, z. B. Brennraumdrucksensoren, Ionenstromsensoren oder Lichtleitmeßtechnik mittels Lichtleitsensor, gemessen.The influence of exhaust gas retention or exhaust gas recirculation or the other manipulated variables on the homogeneous combustion pro zeß is by means of suitable sensors, for. B. combustion chamber pressure sensors, Ion current sensors or fiber optics using fiber optics, measured.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung beinhaltet die Steuer- und Regeleinrichtung einen Kennfeldspeicher mit Kennfel­ dern, in denen Stellgrößen der Stellglieder abhängig von Beginn und Dauer der Umsetzung/Verbrennung der Ladung oder dem Schwerpunkt der Umsetzung der Ladung während eines Zyklusses abgelegt sind, um den Beginn und die Dauer der Umsetzung/Verbrennung der Ladung oder den Schwerpunkt der Umsetzung der Ladung für den jeweils fol­ genden Zyklus festzulegen.According to a further embodiment of the invention the control and regulating device a map memory with map in which manipulated variables of the actuators depend on the start and Duration of implementation / combustion of the cargo or the focus the implementation of the charge are deposited during a cycle in order to the start and duration of the implementation / combustion of the cargo or the focus of the implementation of the cargo for the fol cycle.

Zeichnungendrawings

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention are in the drawings shown and explained in more detail in the following description. It demonstrate:

Fig. 1 einen Wirkungsplan einer Steuer- und Regeleinrichtung einer Brennkraftmaschine mit Kompressionszündung ge­ mäß der Erfindung in einer bevorzugten Ausführungsform; Fig. 1 is a functional diagram of a control and regulating device of an internal combustion engine with compression ignition accelerator as the invention in a preferred embodiment;

Fig. 2 ein Diagramm, in welchem der Kolbenweg und die Ventil­ steuerzeiten der Brennkraftmaschine von Fig. 1 über dem Kurbelwinkel dargestellt sind; FIG. 2 is a diagram in which the piston travel and the valve timing of the internal combustion engine of FIG. 1 are shown over the crank angle;

Fig. 3a eine schematische Querschnittsansicht einer Zylinder- Kolben-Einheit der Brennkraftmaschine von Fig. 1 bei ei­ nem Kurbelwinkel von ca. 200 Grad; Figure 3a is a schematic cross-sectional view of a cylinder-piston unit of the engine of Figure 1 in egg nem crank angle of approximately 200 degrees..;

Fig. 3b eine schematische Querschnittsansicht der Zylinder- Kolben-Einheit bei einem Kurbelwinkel von ca. 400 Grad; Figure 3b is a schematic cross-sectional view of the cylinder-piston unit at a crank angle of approximately 400 degrees.

Fig. 3c eine schematische Querschnittsansicht der Zylinder- Kolben-Einheit bei einem Kurbelwinkel von ca. 500 Grad; 3c is a schematic cross-sectional view of the cylinder-piston unit at a crank angle of approximately 500 degrees.

Fig. 4 ein Diagramm, in welchem die Brennfunktionen eines rein fremdgezündeten und eines gemischt fremd- und selbst­ gezündeten Verbrennungsprozesses über dem Kurbel­ winkel dargestellt sind; Fig. 4 is a diagram in which the combustion functions of a purely spark-ignited and a mixed spark-ignited and self-ignited combustion process are shown over the crank angle;

Fig. 5 ein Diagramm, in welchem der Verlauf der spezifischen Arbeit einer gemischt selbst- und fremdgezündeten Brennkraftmaschine über der Drehzahl dargestellt ist. Fig. 5 is a diagram in which the course of the specific work of a mixed self-ignited and spark-ignition internal combustion engine is shown against the speed.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 dient die insgesamt mit 1 be­ zeichnete Steuer- und/oder Regeleinrichtung einer Brennkraftmaschine 2 mit Kompressionszündung und 4-Takt-Zyklus zur Regelung des Ver­ brennungsprozesses, insbesondere zur Regelung des Beginns und der Dauer der Umsetzung/Verbrennung oder der Wärmefreisetzung einer in einem Brennraum der Brennkraftmaschine 2 befindlichen Ladung, gebildet durch ein Luft-Brennstoff-Gemisch. Durch Änderung des Be­ ginns und der Dauer der Umsetzung/Verbrennung der Ladung kann die "Lage" des Verbrennungsprozesses an die jeweiligen Randbedingungen angepaßt werden, um ihn hinsichtlich Brennstoffverbrauch und Ab­ gasemissionen zu optimieren, weshalb vorzugsweise diese Größen Regelgrößen x der Steuer- und Regeleinrichtung 1 darstellen. Die Re­ gelstrecke wird durch die Brennkraftmaschine 2 gebildet, auf welche Störgrößen z wirken, z. B. in Form von Änderungen der Temperatur der Ansaugluft oder deren Drucks.In the exemplary embodiment according to FIG. 1, the control and / or regulating device of an internal combustion engine 2 with compression ignition and 4-stroke cycle, which is designated overall by 1, serves to regulate the combustion process, in particular to regulate the start and duration of the implementation / combustion or Heat release of a charge located in a combustion chamber of the internal combustion engine 2 , formed by an air-fuel mixture. By changing the start and the duration of the implementation / combustion of the load, the "location" of the combustion process can be adapted to the respective boundary conditions in order to optimize it with regard to fuel consumption and exhaust gas emissions, which is why these variables are preferably controlled variables x of the control and regulating device 1 represent. The re gel track is formed by the internal combustion engine 2 , on which disturbance variables act z, z. B. in the form of changes in the temperature of the intake air or its pressure.

Die Regelgrößen Beginn und Dauer der Umset­ zung/Verbrennung der Ladung sind von Sensoren 4 meßbar, vorzugs­ weise durch einen an sich bekannten Brennraumdrucksensor und/oder einen Ionenstromsensor, um elektrische Signale für ein Regelgerät 6 zum Vergleich der gemessenen Größen mit entsprechenden Füh­ rungsgrößen w zu erzeugen, welche z. B. in einem Kennfeldspeicher des Regelgeräts 6 abgespeichert sind. Möglich ist aber auch zur Er­ zeugung elektrischer Signale einen Lichtleitsensor zu verwenden, wel­ cher die Strahlungsintensität im Brennraum messen kann.The control variables start and duration of the implementation / combustion of the charge can be measured by sensors 4 , preferably by a combustion chamber pressure sensor known per se and / or an ion current sensor, in order to provide electrical signals for a control device 6 for comparing the measured variables with corresponding control variables w generate which z. B. are stored in a map memory of the control device 6 . However, it is also possible to use a light guide sensor for generating electrical signals, which can measure the radiation intensity in the combustion chamber.

Die Brennkraftmaschine 2 umfaßt folgende Stellgrößen y liefe­ rende Stellglieder 8: Variabel ansteuerbare Einlaß- und Auslaßventile, eine Einspritzanlage zum Einspritzen von Brennstoff in den Brennraum. Darüber hinaus kann die Brennkraftmaschine 2 aufgeladen sein, wes­ halb sie eine Aufladeeinrichtung, z. B. einen Abgasturbolader mit einem Ladeluftkühler zum Kühlen der Ladeluft umfaßt. Zusätzlich kann eine Abgasrückführeinrichtung zur äußeren Abgasrückführung vorgesehen werden, bei welcher dem Abgas der Brennkraftmaschine ein definierter Teilstrom entnommen und über ein vom Regelgerät 6 angesteuertes Ventil dem Frischgemisch zugeführt wird. Zusätzlich kann ein Wärme­ tauscher vorgesehen werden, um z. B. die im Kühlsystem der Brenn­ kraftmaschine 2 vorhandene Wärme zum Vorheizen der Ansaugluft im Saugrohr zu nutzen. The internal combustion engine 2 includes the following manipulated variables y supply actuators 8 : variably controllable intake and exhaust valves, an injection system for injecting fuel into the combustion chamber. In addition, the internal combustion engine 2 can be charged, which is why it is a charging device, for. B. comprises an exhaust gas turbocharger with an intercooler for cooling the charge air. In addition, an exhaust gas recirculation device can be provided for external exhaust gas recirculation, in which a defined partial flow is taken from the exhaust gas of the internal combustion engine and fed to the fresh mixture via a valve controlled by the control device 6 . In addition, a heat exchanger can be provided to z. B. to use the existing heat in the cooling system of the internal combustion engine 2 for preheating the intake air in the intake manifold.

Abhängig vom Vergleich der Regelgrößen x mit den zugeordne­ ten Führungsgrößen w erzeugt das Regelgerät 6 Signale zur Ansteue­ rung der genannten Stellglieder 8 zur Beeinflussung des Verbren­ nungsprozesses der Brennkraftmaschine 2. Dabei werden die variabel ansteuerbaren Einlaß- und Auslaßventile durch das Regelgerät 6 derart angesteuert, daß in Abhängigkeit des von den Sensoren 4 gemesse­ nen Beginns und der Dauer der Umsetzung/Verbrennung der Ladung während eines Zyklusses als Stellgrößen y eine bestimmte angesaugte Luftmasse und damit ein bestimmtes Luftverhältnis λ sowie eine be­ stimmte effektive Verdichtung erzeugt werden, zur Festlegung von Be­ ginn und Dauer der Umsetzung/Verbrennung der Ladung für den je­ weils nächsten Zyklus. Mit demselben Ziel erfolgt die Ansteuerung der Einspritzanlage, um einen bestimmten Einspritzdruck, einen bestimm­ ten Einspritzzeitpunkt und eine bestimmte Einspritzmenge als Stellgrö­ ßen y zu erzeugen. Im Falle einer Mehrpunkteinspritzung kann zusätz­ lich eine bestimmte Inhomogenität der Zylinderladung erzeugt werden.Depending on the comparison of the control variables x with the assigned reference variables w, the control unit 6 generates signals for controlling the actuators 8 mentioned in order to influence the combustion process of the internal combustion engine 2 . The variably controllable intake and exhaust valves are controlled by the control device 6 such that depending on the measured by the sensors 4 beginning and the duration of the implementation / combustion of the charge during a cycle as manipulated variables y a certain intake air mass and thus a certain Air ratio λ and a certain effective compression be generated to determine the start and duration of the implementation / combustion of the cargo for the next cycle. The injection system is controlled with the same aim in order to generate a specific injection pressure, a specific injection time and a specific injection quantity as manipulated variables y. In the case of multi-point injection, a certain inhomogeneity of the cylinder charge can also be generated.

Ebenso sind die Aufladeeinrichtung und der Ladeluftkühler der Brennkraftmaschine ansteuerbar, um in Abhängigkeit von Beginn und Dauer der Entflammung der Ladung während eines Zyklusses als Stell­ größe y Ladeluft mit einer bestimmten Ladelufttemperatur zu liefern. Dasselbe gilt auch für den Wärmetauscher, der als Stellgröße eine be­ stimmte Temperatur der Ansaug-/Ladeluft erzeugt. Der Ladedruck der Ansaug-/Ladeluft kann durch druckbeeinflussende Stellglieder 8 wie z. B. eine Bypassklappe oder ein Wastegate eingestellt werden. Schließlich liefert die Abgasrückführeinrichtung als Stellgröße eine be­ stimmte Menge von Abgas, die in den Brennraum zurückgeführt wird.Likewise, the charging device and the charge air cooler of the internal combustion engine can be controlled in order to supply charge air with a specific charge air temperature as a control variable y as a control variable y, depending on the start and duration of the ignition of the charge. The same also applies to the heat exchanger, which generates a certain temperature of the intake / charge air as a manipulated variable. The boost pressure of the intake / charge air can by pressure-influencing actuators 8 such. B. a bypass flap or a wastegate can be set. Finally, the exhaust gas recirculation device delivers as a manipulated variable a certain amount of exhaust gas that is returned to the combustion chamber.

Es hat sich herausgestellt, daß Menge und Temperatur im Brennraum verbleibenden oder dorthin rückgeführten Abgases wesent­ liche Einflußgrößen zur Steuerung des Verbrennungsprozesses darstellen. Um neben der geschilderten äußeren Abgasrückführung durch die Abgasrückführeinrichtung auch eine innere Abgasrückhaltung zu ermöglichen, verfügt die Brennkraftmaschine 2 über eine variable Ven­ tilsteuerung vorzugsweise mit elektromagnetischen oder elektrohydrau­ lischen Einlaß- und Auslaßventilen.It has been found that the quantity and temperature of the exhaust gas remaining or returned to the combustion chamber are essential influencing variables for controlling the combustion process. In order to enable in addition to the described external exhaust gas recirculation by the exhaust gas recirculation device also an internal exhaust gas retention, the internal combustion engine 2 has a variable valve control Ven preferably with electromagnetic or electrohydrau lic inlet and outlet valves.

In Fig. 2 und Fig. 3a bis Fig. 3c ist beispielhaft ein besonders zu bevorzugendes Beispiel für die Ventilsteuerung eines elektromagneti­ schen Einlaßventils 10 und eines elektromagnetischen Auslaßventils 12 einer Zylinder-Kolbeneinheit 14 der Brennkraftmaschine 2 dargestellt, um eine innere Abgasrückführung zu realisieren. Im einzelnen sind in Fig. 2 in Diagrammform der Kolbenweg und die Ventilsteuerzeiten in Abhängigkeit vom Kurbelwinkel gezeigt. Bei dem motorischen Prozeß der Brennkraftmaschine 2 handelt es sich vorzugsweise um einen hin­ länglich bekannten Viertakt-Prozeß mit einem Ansaugtakt, einem Ver­ dichtungstakt, einem Arbeitstakt und einem Ausstoßtakt. Gemäß Fig. 2 beginnend bei einem Kurbelwinkel von Null Grad befindet sich der Kol­ ben 16 in einer oberen Zünd-Totpunktlage ZOT, welche den Arbeitstakt einleitet. Der Verbrennungsbeginn des Luft-Brennstoff-Gemischs erfolgt in einem Bereich zwischen 10 Grad vor ZOT bis etwa 10 Grad nach ZOT (Null-Grad Kurbelwinkel). Kurz vor Erreichen der sich anschließenden unteren Totpunktlage des Kolbens 16 öffnet das Auslaßventil 12 - in Fig. 2 als AÖ bezeichnet - in einem Kurbelwinkelbereich zwischen 150 Grad und 180 Grad, vorzugsweise bei 165 Grad. Das Auslaßventil 12 bleibt während des sich anschließenden Ausstoßtaktes mit Aufwärts­ bewegung des Kolbens 16 geöffnet, damit heißes Abgas in einen Aus­ laßkanal 18 geschoben werden kann, wie durch die in Fig. 3a darge­ stellte Kolbenlage bei etwa 200 Grad Kurbelwinkel veranschaulicht wird. Anstatt wie üblich kurz vor Erreichen einer oberen Ladungswech­ sel-Totpunktlage LWOT bei 360 Grad Kurbelwinkel das Einlaßventil 10 zu öffnen, bleibt dieses bis weit in den sich nun anschließenden An­ saugtakt geschlossen, wodurch mit dem sich zur unteren Totpunktlage bewegenden Kolben 16 anstatt Frischluft das zuvor in den Auslaßkanal 18 geschobene, noch heiße Abgas in den Brennraum 20 zurückgezo­ gen wird, wie die in Fig. 3b dargestellte Kolbenlage bei etwa 400 Grad Kurbelwinkel verdeutlicht. Frühestens bei etwa 360 Grad Kurbelwinkel (entspricht 360 Grad vor ZOT) kann Brennstoff über eine Einspritzdüse 22 direkt in den Brennraum 20 eingespritzt werden. Möglich ist aber auch eine Saugrohreinspritzung, die beispielsweise während des An­ saugens der Frischluft bei geöffnetem Einlaßventil realisiert wird. Eine Vorlagerung des Kraftstoffs bei noch geschlossenem Einlaßventil ist dabei auch denkbar. Erst nachdem das Abgas in den Brennraum 20 zurückgesaugt wurde, erfolgt das Öffnen des Einlaßventils 10 - in Fig. 2 als EÖ bezeichnet -, um mittels des verbleibenden Rests der Abwärts­ bewegung des Kolbens 16 Frischluft aus einem Ansaugkanal 23 anzu­ saugen, wie durch Fig. 3c bei einer Kurbelwinkellage von ca. 500 Grad veranschaulicht ist. Das Einlaßventil-Öffnen EÖ erfolgt im wesentlichen gleichzeitig mit dem Auslaßventil-Schließen AS in einem Kurbelwinkel­ bereich zwischen 450 und 540 Grad, vorzugsweise bei 470 Grad. Nach Überwinden einer unteren Totpunktlage des Kolbens 16 erfolgt das mit ES bezeichnete Schließen des Einlaßventils 10 in einem Kurbelwinkel­ bereich zwischen 540 und 630 Grad, vorzugsweise bei 560 Grad. Bei der anschließenden Verdichtung des durch die rückgeführten heißen Abgase auf ein höheres Energieniveau gebrachten Luft-Brennstoff- Abgas-Gemischs wird schließlich dessen Selbstzündung im Bereich der oberen Zünd-Totpunktlage ZOT ausgelöst.In Fig. 2 and Fig. 3a to Fig. 3c is an example of a particularly preferred example of the valve control of an electromagnetic intake valve 10 and an electromagnetic exhaust valve 12 of a cylinder-piston unit 14 of the internal combustion engine 2 to realize an internal exhaust gas recirculation. In detail, the piston travel and the valve timing as a function of the crank angle are shown in diagram form in FIG. 2. In the motor process of the internal combustion engine 2 , it is preferably a well-known four-stroke process with an intake stroke, a sealing stroke, a working stroke and an exhaust stroke. Referring to FIG. 2 starting the Kol is ben 16 in an ignition top dead center OT Z, which initiates the power stroke at a crank angle of zero degrees. The combustion of the air-fuel mixture takes place in a range between 10 degrees before ZDC to approximately 10 degrees after ZDC (zero degree crank angle). Shortly before the subsequent bottom dead center position of the piston 16 is reached , the outlet valve 12 - referred to as AÖ in FIG. 2 - opens in a crank angle range between 150 degrees and 180 degrees, preferably at 165 degrees. The exhaust valve 12 remains open during the subsequent exhaust stroke with upward movement of the piston 16 so that hot exhaust gas can be pushed into an outlet channel 18 , as illustrated by the piston position shown in FIG. 3a, at approximately 200 degrees crank angle. Instead of opening the inlet valve 10 as usual just before reaching an upper charge change dead center position LW OT at a crank angle of 360 degrees, this remains closed until well into the now following suction cycle, so that the piston 16 moving to the bottom dead center position instead of fresh air previously pushed into the exhaust duct 18 , still hot exhaust gas is pulled back into the combustion chamber 20 , as the piston position shown in FIG. 3b illustrates at a crank angle of approximately 400 degrees. At the earliest at approximately 360 degrees crank angle (corresponds to 360 degrees before Z OT ), fuel can be injected directly into the combustion chamber 20 via an injection nozzle 22 . However, an intake manifold injection is also possible, which is implemented, for example, during the intake of fresh air with the inlet valve open. A pre-storage of the fuel with the inlet valve still closed is also conceivable. Only after the exhaust gas has been sucked back into the combustion chamber 20 , does the intake valve 10 - referred to as EÖ in FIG. 2 - open in order to suck in fresh air from an intake duct 23 by means of the remaining residue of the downward movement of the piston 16 , as shown in FIG. 3c is illustrated with a crank angle position of approximately 500 degrees. The intake valve opening EÖ takes place essentially simultaneously with the exhaust valve closing AS in a crank angle range between 450 and 540 degrees, preferably at 470 degrees. After overcoming a bottom dead center position of the piston 16 , the closing of the inlet valve 10, designated ES, takes place in a crank angle range between 540 and 630 degrees, preferably at 560 degrees. During the subsequent compression of the air-fuel-exhaust gas mixture brought to a higher energy level by the recirculated hot exhaust gases, its auto-ignition is finally triggered in the region of the upper ignition dead center position Z OT .

Zur Beeinflussung der Regelgrößen Beginn und Dauer der Um­ setzung/Verbrennung der Ladung im Brennraum 20 werden vom Re­ gelgerät 6 elektrische Signale an die elektromagnetischen Einlaß- und Auslaßventile 10, 12 ausgesteuert, um die Kurbelwinkellage des Aus­ laßventil-Schließens AS bzw. des Einlaßventil-Öffnens EÖ innerhalb der oben genannten Kurbelwinkelbereiche zu höheren oder niedrigeren Kurbelwinkeln hin zu verschieben, wobei der Kurbelwinkelabstand zwi­ schen Auslaßventil-Öffnen AÖ und Einlaßventil-Schließen ES vorzugs­ weise im wesentlichen konstant bleibt.In order to influence the controlled variables start and duration of the implementation / combustion of the charge in the combustion chamber 20 , electrical signals from the regulating device 6 to the electromagnetic intake and exhaust valves 10 , 12 are controlled to control the crank angle of the exhaust valve closing AS and the intake valve. Opening EÖ within the above-mentioned crank angle ranges to move to higher or lower crank angles, the crank angle distance between the exhaust valve opening AÖ and intake valve closing ES preferably remains essentially constant.

Das Auslaßventil-Schließen AS und Einlaßventil-Öffnen EÖ er­ folgt annähernd im selben Kurbelwinkel-Bereich. Idealerweise findet das Auslaßventil-Schließen AS und das Einlaßventil-Öffnen EÖ im we­ sentlichen im selben Zeitpunkt statt. Unter dem Schwerpunkt der Ver­ brennung wird der Zeitpunkt einer 50%-igen Umsetzung der einge­ spritzten Brennstoffmasse verstanden.The exhaust valve closing AS and intake valve opening EÖ er follows approximately in the same crank angle range. Ideally takes place the exhaust valve closing AS and the intake valve opening EÖ in the we held at the same time. Under the focus of Ver the time of a 50% conversion of the sprayed fuel mass understood.

Wegen Ihrer Bedeutung für den Verbrennungsprozeß kann die im Brennraum verbleibende oder dorthin zurückgeführte Abgasmenge anstatt Stellgröße y auch Regelgröße x sein, wobei in diesem Fall die Ein- und Auslaßventile 10, 12 durch das Regelgerät 6 derart ansteuert werden, daß in Abhängigkeit der im Brennraum 20 zurückgehaltenen oder dorthin zurückgeführten Abgasmenge während eines Zyklusses als Stellgrößen beispielsweise die oben beschriebenen Steuerzeiten der Einlaß- und Auslaßventile 10, 12 zur Bestimmung der im Brenn­ raum 20 verbleibenden oder dorthin rückgeführten Abgasmenge für den jeweils nächsten Zyklus erzeugbar sind.Because of their importance for the combustion process, the amount of exhaust gas remaining or returned to the combustion chamber can also be control variable x instead of control variable y, in which case the inlet and exhaust valves 10 , 12 are controlled by the control device 6 in such a way that, depending on the quantity in the combustion chamber 20 restrained or returned exhaust gas amount during a cycle as manipulated variables, for example, the control times of the intake and exhaust valves 10 , 12 described above for determining the remaining in the combustion chamber 20 or returned exhaust gas amount for the next cycle can be generated.

Gemäß einer Weiterbildung ist eine vom Regelgerät 6 ansteuer­ bare Zündanlage mit einer Zündkerze je Zylinder vorgesehen zur Fremdzündung des Luft-Brennstoff-Gemischs im Brennraum 20, wobei die Fremdzündung zeitlich vor der sich anschließend einstellenden Selbstzündung des Luft-Brennstoff-Gemischs erfolgt. Ausgehend von der Zündkerze breitet sich die Flammenfront aus und verdichtet das Endgas zusätzlich zur Kompression aufgrund der Kolbenbewegung bis die Selbstzündungsbedingungen erreicht sind. Insofern bildet die Fremdzündung lediglich eine Initialzündung für die anschließende Selbstzündung. Dieser Sachverhalt wird durch Fig. 4 veranschaulicht, in welchem die Brennfunktionen von Verbrennungsprozessen über dem Kurbelwinkel dargestellt ist. Die in strichpunktierten Linien gezeichnete Kurve 24 stellt dabei den Verlauf der Brennfunktion dar, wie sie sich er­ gäbe, wenn der Verbrennungsprozeß ausschließlich durch eine Fremd­ zündung gesteuert werden und keine Selbstzündung stattfinden würde. Demgegenüber ergibt sich der in gestrichelter Linie gezeichnete Brennfunktionsverlauf 26, wenn zunächst eine Fremd- oder Initialzün­ dung erfolgt, um die Bedingungen für die anschließende erfolgende Selbstzündung zu schaffen. Der Kurvenverlauf 26 der Brennfunktion ist in letzterem Fall durch zwei Abschnitte charakterisiert, einem ersten Abschnitt 28, in welchem wegen der zunächst erfolgenden Initialzün­ dung sich die Flammenfront ausgehend von der Zündkerze allmählich ausbreitet und einem sich hieran anschließenden zweiten Abschnitt 30, in welchem die Selbstzündung des durch die Initialzündung auf ein hö­ heres Energieniveau gebrachten Luft-Brennstoff-Gemischs stattfindet. Wegen der zunächst ausschließlich fremdgezündeten Verbrennung ist der Kurvenverlauf 26 der Brennfunktion im ersten Abschnitt 28 parallel zum Brennfunktionsverlauf 24 bei ausschließlicher Fremdzündung, während er im zweiten Abschnitt 30 wegen der schnelleren Umsetzung steiler wird.According to a further development, an ignition system that can be controlled by the control device 6 is provided with one spark plug per cylinder for spark ignition of the air-fuel mixture in the combustion chamber 20 , the spark ignition occurring before the self-ignition of the air-fuel mixture that subsequently occurs. Starting from the spark plug, the flame front spreads and compresses the tail gas in addition to compression due to the piston movement until the auto-ignition conditions are reached. In this respect, spark ignition is only an initial spark for the subsequent auto-ignition. This fact is illustrated by FIG. 4, in which the combustion functions of combustion processes are shown over the crank angle. The curve 24 drawn in dash-dotted lines represents the course of the combustion function as it would be if the combustion process were controlled exclusively by a spark and no auto-ignition would take place. In contrast, the combustion function curve 26 drawn in dashed lines results when an external or initial ignition is initially carried out in order to create the conditions for the subsequent auto-ignition. The curve shape 26 of the burner function is characterized in the latter case by two sections, a first section 28 in which, because of the initial ignition, the flame front gradually spreads starting from the spark plug and a subsequent second section 30 , in which the auto-ignition of the takes place through the initial ignition of a higher energy level air-fuel mixture. Because of the initially exclusively spark-ignited combustion, the curve shape 26 of the combustion function in the first section 28 is parallel to the combustion function curve 24 with exclusively spark ignition, while it becomes steeper in the second section 30 because of the faster conversion.

Die Brennkraftmaschine 2 kann erfindungsgemäß mit einer λ- Regelung für das Luftverhältnis λ versehen sein, um in Abhängigkeit des von einem λ-Sensor gemessenen Luftverhältnisses λ ein im we­ sentlichen stöchiometrisches Gemisch (λ = 1) im Brennraum einzure­ geln. Zur Abgasreinigung ist zweckmäßigerweise ein üblicher Drei- Wege-Katalysator vorgesehen. Da vor allem bei höherer Last die Stickoxid-Emissionen ansteigen, ist die λ-Regelung vorzugsweise nur bei höherer Last wirksam, während in Bereichen niedriger Last, in wel­ chen die Stickoxid-Emissionen niedrig sind, die Brennkraftmaschine weiterhin mit magerem Luft-Brennstoff-Gemisch (λ < 1) und ohne λ- Regelung betrieben wird.The internal combustion engine 2 can, according to the invention, be provided with a λ control for the air ratio λ in order to regulate an essentially stoichiometric mixture (λ = 1) in the combustion chamber as a function of the air ratio λ measured by a λ sensor. A conventional three-way catalytic converter is advantageously provided for exhaust gas purification. Since the nitrogen oxide emissions increase especially at higher loads, the λ control is preferably only effective at higher loads, while in areas where the load is low and the nitrogen oxide emissions are low, the internal combustion engine continues to have a lean air / fuel mixture (λ <1) and is operated without λ control.

Fig. 5 zeigt ein Diagramm, in welchem die spezifische Arbeit pm einer weiteren Ausführungsform der Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung über der Drehzahl n dargestellt ist. Wie bereits vorangehend beschrieben, kann wegen der vernachlässigbaren Bildung von Stickoxiden in einem unteren, durch ein mageres Gemisch (λ < 1) ge­ kennzeichneten Lastbereich 32 auf eine zusätzliche Abgasreinigung z. B. durch konventionelle Drei-Wege-Katalysatoren verzichtet werden. In einem mittleren Lastbereich 34 wird wegen der dort vermehrt anfal­ lenden Stickoxide vorzugsweise eine λ-Regelung (λ = 1) in Kraft ge­ setzt, um eine katalytische Abgas-Nachbehandlung zu ermöglichen. Ausgehend von der Annahme, daß der homogene Verbrennungspro­ zeß mit den üblichen Brennkraftmaschinen in einem höheren Lastbe­ reich 36 an seine Grenzen stößt, wird bei weiterer Steigerung der Last von der im mittleren Lastbereich 34 vorherrschenden Selbstzündung vorzugsweise auf einen konventionellen, rein fremdgezündeten Ver­ brennungsprozeß umgeschaltet. Das heißt, daß ab einer Grenzlast pmgrenz keine Selbstzündung der Ladung mehr erfolgt, sondern aus­ schließlich Fremdzündung mittels Zündkerze. Die Abgasreinigung wird im höheren Lastbereich 36 wiederum mittels konventioneller 3-Wege- Katalysatoren bewerkstelligt, weshalb die λ-Regelung wirksam ist. We­ gen der Regelung des Luftverhältnisses λ auf den Wert λ = 1 sowohl im mittleren Lastbereich 34 wie auch im höheren Lastbereich 36 wird der Übergang von der selbstgezündeten Verbrennung auf die rein fremd­ gezündete Verbrennung und umgekehrt wesentlich erleichtert. Demgegenüber findet im Vollastbereich 38 die übliche Vollastanreicherung (λ < 1) statt. FIG. 5 shows a diagram in which the specific work p m of a further embodiment of the internal combustion engine according to the invention is shown over the speed n. As already described above, due to the negligible formation of nitrogen oxides in a lower, by a lean mixture (λ <1) characterized load area 32 to an additional exhaust gas cleaning z. B. can be dispensed with by conventional three-way catalysts. In a medium load range 34 , λ control (λ = 1) is preferably put into force because of the nitrogen oxides that accumulate there to enable catalytic exhaust gas aftertreatment. Based on the assumption that the homogeneous combustion process reaches its limits with the usual internal combustion engines in a higher load range 36 , the load is preferably switched to a conventional, purely spark-ignited combustion process when the load increases from the auto-ignition prevailing in the medium load range 34 . This means that from a limit load p m limit, the charge no longer self- ignites , but instead spark ignition by means of a spark plug. The exhaust gas cleaning in the higher load range 36 is in turn accomplished by means of conventional 3-way catalysts, which is why the λ control is effective. Because of the regulation of the air ratio λ to the value λ = 1, both in the middle load range 34 and in the higher load range 36 , the transition from the self-ignited combustion to the purely externally ignited combustion and vice versa is made considerably easier. In contrast, the usual full-load enrichment (λ <1) takes place in the full-load region 38 .

Anstatt einer Regelung kann gemäß einer weiteren Ausfüh­ rungsform eine Steuerung des Verbrennungsprozesses realisiert sein, indem anstelle des Regelgeräts 6 von Fig. 1 ein Steuergerät mit einem Kennfeldspeicher mit Kennfeldern bzw. Kennlinien vorgesehen ist, in denen die Stellgrößen y der genannten Stellglieder 8 abhängig vom Betriebszustand und Störgrößen abgelegt sind, um Beginn und Dauer der Verbrennung/Umsetzung der Ladung für den jeweils folgenden Zy­ klus festzulegen. Die in den Kennfeldern bzw. Kennlinien abgelegten Stellgrößen y können empirisch, rechnerisch (Simulation) oder durch Schätzung ermittelt worden sein.Instead of regulation, according to a further embodiment, the combustion process can be controlled by providing a control unit with a map memory with maps or characteristic curves in which the manipulated variables y of the actuators 8 mentioned depend on the operating state, instead of the control device 6 from FIG. 1 and disturbance variables are stored in order to determine the start and duration of the combustion / implementation of the charge for the following cycle. The manipulated variables y stored in the characteristic diagrams or characteristic curves may have been determined empirically, arithmetically (simulation) or by estimation.

Claims (10)

1. Brennkraftmaschine (2) mit Kompressionszündung umfassend folgende Stellgrößen y liefernde Stellglieder (8) zur Steuerung eines mehrzyklischen motorischen Prozesses: Variabel ansteuerbare Einlaß- und Auslaßventile (10, 12), eine Einspritzanlage zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum (20) oder zum Einspritzen in ein Ansaugrohr, und eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung (1) zur Steuerung und Regelung des Verbrennungsprozesses, dadurch gekennzeichnet, daß die variabel ansteuerbaren Einlaß- und Auslaßventile (10, 12) und die Einspritzanlage durch die Steuer- und/oder Regeleinrichtung (1) derart ansteuerbar sind, daß in Abhängigkeit eines Zeitpunkts der 50%-igen Umsetzung der eingespritzten Brennstoffmasse während eines Zyklusses als Stellgrößen (y) ein bestimmtes Luftverhältnis λ, eine bestimmte effektive Verdichtung, ein bestimmter Einspritzdruck, ein bestimmter Einspritzzeitpunkt und eine bestimmte Einspritzmenge zur Festlegung von Beginn und Dauer der Verbrennung/Umsetzung der Ladung oder des Schwerpunkts der Verbrennung für den jeweils nächsten Zyklus erzeugbar sind.1. Internal combustion engine ( 2 ) with compression ignition comprising the following actuating variables y actuators ( 8 ) for controlling a multi-cycle motor process: variably controllable intake and exhaust valves ( 10 , 12 ), an injection system for direct injection of fuel into a combustion chamber ( 20 ) or for injection into an intake pipe, and a control and / or regulating device ( 1 ) for controlling and regulating the combustion process, characterized in that the variably controllable intake and exhaust valves ( 10 , 12 ) and the injection system by the control and / or Control device ( 1 ) can be controlled in such a way that, depending on a point in time of the 50% conversion of the injected fuel mass during a cycle, a certain air ratio λ, a certain effective compression, a certain injection pressure, a certain injection time and a certain as control variables (y) Injection quantity to determine B The start and duration of the combustion / implementation of the load or the focus of the combustion can be generated for the next cycle. 2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die variabel ansteuerbaren Einlaß- und Auslaßventile (10, 12) vorzugsweise elektromagnetische oder elektrohydraulische Ventile und durch die Steuer- und Regeleinrichtung (1) derart ansteuerbar sind, daß in Abhängigkeit der Regelgrößen (x) bildenden Größen Beginn und Dauer der Verbrennung/Umsetzung der Ladung oder Schwerpunkt der Verbrennung während eines Zyklusses als Stellgrößen (y) eine bestimmte Menge von Abgas im Brennraum rückhaltbar oder dorthin zurückführbar und eine bestimmte Temperatur des rückgehaltenen oder rückgeführten Abgases erzielbar ist, zur Festlegung von Beginn und Dauer der Verbrennung/Umsetzung der Ladung oder Schwerpunkt der Verbrennung für den jeweils nächsten Zyklus.2. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the variably controllable intake and exhaust valves ( 10 , 12 ) are preferably electromagnetic or electrohydraulic valves and can be controlled by the control and regulating device ( 1 ) such that depending on the controlled variables (x) Formative variables Start and duration of the combustion / implementation of the charge or focus of the combustion during a cycle as control variables (y) a certain amount of exhaust gas can be retained or traced back to the combustion chamber and a specific temperature of the retained or recirculated exhaust gas can be achieved to determine the start and duration of the combustion / implementation of the load or focus of the combustion for the next cycle. 3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der motorische Prozeß ein Viertakt-Prozeß ist und wenigstens ein Einlaßventil (10) und ein Auslaßventil (12) der variabel ansteuerbaren Einlaß- und Auslaßventile einer Zylinder-Kolbeneinheit (14) durch die Steuer- und Regeleinrichtung (1) derart ansteuerbar sind, daß das Auslaßventil-Öffnen (AÖ) vor einer zwischen einem Ausstoß- und einem Ansaugtakt liegenden oberen Ladungswechsel- Totpunktlage (LWOT) eines Kolbens (16) und das Auslaßventil-Schließen (AS) nach dieser oberen Ladungswechsel-Totpunktlage (LWOT) im wesentlichen gleichzeitig mit dem Einlaßventil-Öffnen (EÖ) stattfinden, um Abgas von einem Brennraum (20) der Zylinder-Kolbeneinheit (14) durch das geöffnete Auslaßventil (12) in einen Auslaßkanal (18) zu schieben und danach vom Auslaßkanal (18) wieder in den Brennraum (20) zurückzusaugen.3. Internal combustion engine according to claim 2, characterized in that the motor process is a four-stroke process and at least one inlet valve ( 10 ) and one outlet valve ( 12 ) of the variably controllable inlet and outlet valves of a cylinder-piston unit ( 14 ) by the control and control means (1) may be controlled such that the exhaust valve opening (AO) before lying between a discharge and an intake stroke top dead center gas exchange (LW TDC) of a piston (16) and the exhaust valve closing (AS) according to this Upper charge cycle dead center position (LW OT ) take place essentially simultaneously with the opening of the intake valve (EÖ) to exhaust gas from a combustion chamber ( 20 ) of the cylinder-piston unit ( 14 ) through the opened exhaust valve ( 12 ) into an exhaust port ( 18 ) slide and then suck back into the combustion chamber ( 20 ) from the outlet channel ( 18 ). 4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenn die obere Ladungswechsel-Totpunktlage (LWOT) durch einen Kurbelwinkel von 360 Grad definiert ist, die Einlaß- und Auslaßventile (10, 12) folgende zu bevorzugende Steuerzeiten aufweisen
  • a) Öffnen des Auslaßventils (12) in einem Kurbelwinkelbereich zwischen 150 Grad und 180 Grad, vorzugsweise bei 165 Grad;
  • b) Schließen des Auslaßventils (12) und im wesentlichen gleichzeitiges Öffnen des Einlaßventils (10) in einem Kurbelwinkelbereich zwischen 450 Grad und 540 Grad, vorzugsweise bei 470 Grad; und
  • c) Schließen des Einlaßventils (10) in einem Kurbelwinkelbereich zwischen 540 und 630 Grad, vorzugsweise bei 560 Grad.
4. Internal combustion engine according to claim 3, characterized in that when the top dead center position (LW OT ) is defined by a crank angle of 360 degrees, the intake and exhaust valves ( 10 , 12 ) have the following preferred timing
  • a) opening the exhaust valve ( 12 ) in a crank angle range between 150 degrees and 180 degrees, preferably at 165 degrees;
  • b) closing the exhaust valve ( 12 ) and essentially simultaneously opening the intake valve ( 10 ) in a crank angle range between 450 degrees and 540 degrees, preferably at 470 degrees; and
  • c) Closing the inlet valve ( 10 ) in a crank angle range between 540 and 630 degrees, preferably at 560 degrees.
5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in die Steuer- und Regeleinrichtung (1) eine Vorsteuerung in Abhängigkeit von der gewünschten Menge des im Brennraum (20) zurückgehaltenen oder dorthin rückgeführten Abgases integriert ist. 5. Internal combustion engine according to one of claims 2 to 4, characterized in that a pilot control is integrated in the control and regulating device ( 1 ) depending on the desired amount of the exhaust gas retained or returned there in the combustion chamber ( 20 ). 6. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie im weiteren folgende Stellgrößen y liefernde Stellglieder (8) umfaßt: Eine Aufladeeinrichtung zum Aufladen des Motors mit Ladeluft, einen Ladeluftkühler zum Kühlen der Ladeluft, einen Wärmetauscher zum Vorheizen von Ansaug-/Ladeluft, eine Abgasrückführeinrichtung zur äußeren Abgasrückführung, wobei die Aufladeeinrichtung durch die Steuer- und Regeleinrichtung (1) derart ansteuerbar ist, daß in Abhängigkeit der Regelgrößen (x) bildenden Größen Beginn und Dauer der Verbrennung/Umsetzung der Ladung oder Schwerpunkt der Verbrennung während eines Zyklusses als Stellgröße (y) ein bestimmter Ladedruck erzeugbar ist, und der Ladeluftkühler derart ansteuerbar ist, daß in Abhängigkeit der Regelgrößen (x) bildenden Größen Beginn und Dauer der Verbrennung/Umsetzung der Ladung oder Schwerpunkt der Verbrennung während eines Zyklusses als Stellgröße (y) eine bestimmte Luftführung der Ladeluft einstellbar ist, und der Wärmetauscher derart ansteuerbar ist, daß in Abhängigkeit der Regelgrößen (x) bildenden Größen Beginn und Dauer der Verbrennung/Umsetzung der Ladung oder Schwerpunkt der Verbrennung während eines Zyklusses als Stellgröße (y) eine bestimmte Vorheizung der Ansaug-/Ladeluft stattfindet, und die Abgasrückführeinrichtung derart ansteuerbar ist, daß in Abhängigkeit der Regelgrößen (x) bildenden Größen Beginn und Dauer der Verbrennung/Umsetzung der Ladung oder Schwerpunkt der Verbrennung während eines Zyklusses als Stellgröße (y) eine bestimmte Menge von Abgas in den Brennraum (20) zurückgeführt wird, zur Festlegung von Beginn und Dauer der Verbrennung/Umsetzung der Ladung oder Schwerpunkt der Verbrennung für den jeweils nächsten Zyklus.6. Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that it further comprises the following actuating variables y actuators ( 8 ): a charging device for charging the engine with charge air, a charge air cooler for cooling the charge air, a heat exchanger for preheating intake / Charge air, an exhaust gas recirculation device for external exhaust gas recirculation, the charging device being controllable by the control and regulating device ( 1 ) in such a way that, depending on the variables (x) forming variables, the start and duration of the combustion / conversion of the charge or focus of the combustion during a cycle a specific boost pressure can be generated as the manipulated variable (y), and the charge air cooler can be controlled such that, depending on the variables forming the controlled variables (x), the start and duration of the combustion / conversion of the charge or the focus of the combustion during a cycle as a manipulated variable (y) determined Lu guidance of the charge air is adjustable, and the heat exchanger can be controlled in such a way that, depending on the variables forming the control variables (x), the start and duration of the combustion / conversion of the charge or the focus of the combustion during a cycle as a control variable (y) a specific preheating of the intake / Charge air takes place, and the exhaust gas recirculation device can be controlled in such a way that, depending on the variables that form the control variables (x), the start and duration of the combustion / implementation of the charge or the focus of the combustion during a cycle as a control variable (y) a certain amount of exhaust gas into the combustion chamber ( 20 ) is returned to determine the start and duration of the combustion / implementation of the load or focus of the combustion for the next cycle. 7. Brennkraftmaschine (2) mit Kompressionszündung umfassend folgende Stellgrößen y liefernde Stellglieder (8) zur Steuerung eines mehrzyklischen motorischen Prozesses: Variabel ansteuerbare Einlaß- und Auslaßventile (10, 12), eine Einspritzanlage zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum (20) oder zum Einspritzen in ein Ansaugrohr, und eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung (1) zur Steuerung und Regelung des Verbrennungsprozesses, dadurch gekennzeichnet, daß eine von der Regel- und/oder Steuereinrichtung (1) derart ansteuerbare Zündanlage vorgesehen ist, daß diese kurz vor Erreichen der für die Kompressionszündung notwendigen Bedingungen wenigstens einen Zündfunken erzeugt, um eine Initialzündung im Brennraum (20) hervorzurufen, wobei die Einlaß- und Auslaßventile (10, 12) derart gesteuert sind, daß im Teillastbereich ein relativ hoher Abgasanteil im Brennraum (20) vorherrscht.7. Internal combustion engine ( 2 ) with compression ignition comprising the following manipulated variables y actuators ( 8 ) for controlling a multi-cycle motor process: variably controllable intake and exhaust valves ( 10 , 12 ), an injection system for the direct injection of fuel into a combustion chamber ( 20 ) or for injection into an intake pipe, and a control and / or regulating device (1), characterized in the control and regulation of the combustion process, that one (1) in such a manner controllable ignition system of the regulating and / or control device is provided that this just before Reaching the conditions necessary for the compression ignition generates at least one ignition spark to cause an initial ignition in the combustion chamber ( 20 ), the inlet and exhaust valves ( 10 , 12 ) being controlled in such a way that a relatively high proportion of exhaust gas prevails in the combustion chamber ( 20 ) in the part-load range . 8. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Brennraumdrucksensor (4) und/oder mindestens ein Ionenstromsensor (4) und/oder mindestens ein Lichtleitsensor zur Erzeugung elektrischer Signale in Abhängigkeit vom gemessenen Druck und/oder vom gemessenen Ionenstrom im Brennraum (20) und/oder von der gemessenen Strahlungsintensität als Eingangsgrößen für ein Regelgerät (6) der Steuer- und/oder Regeleinrichtung (1) vorgesehen ist, welche Einfluß auf die Regelgrößen (x) nehmen.8. Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that at least one combustion chamber pressure sensor ( 4 ) and / or at least one ion current sensor ( 4 ) and / or at least one light guide sensor for generating electrical signals as a function of the measured pressure and / or the measured ion current in Combustion chamber ( 20 ) and / or the measured radiation intensity is provided as input variables for a control device ( 6 ) of the control and / or regulating device ( 1 ), which influence the control variables (x). 9. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- und Regeleinrichtung (1) ein Steuergerät mit in einem Kennfeldspeicher gespeicherten Kennfeldern beinhaltet, in denen Stellgrößen (y) der Stellglieder (8) abhängig von Beginn und Dauer der Umsetzung/Verbrennung der Ladung oder Schwerpunkt der Verbrennung während eines Zyklusses abgelegt sind, um Beginn und Dauer der Umsetzung/Verbrennung der Ladung für den jeweils folgenden Zyklus festzulegen.9. Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the control and regulating device ( 1 ) includes a control unit with maps stored in a map memory, in which manipulated variables (y) of the actuators ( 8 ) depending on the start and duration of the implementation / Combustion of the load or focus of the combustion are stored during a cycle in order to determine the start and duration of the implementation / combustion of the load for the following cycle. 10. Brennkraftmaschine mit Kompressionszündung und mit ein Einstellen von Werten für das Luftverhältnis λ eines Luft-Brennstoff-Gemischs in einem Brennraum (20) ermöglichenden Stellgliedern (8), wobei sie eine Regeleinrichtung (1) für das Luftverhältnis λ beinhaltet, um in Abhängigkeit des von einem λ-Sensor gemessenen Ist-Werts für das Luftverhältnis λ einen Sollwert einzuregeln und daß im weiteren eine Vorrichtung zur katalytischen Nachverbrennung von Abgasen, insbesondere ein Drei-Wege-Katalysator, vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (1) derart ausgebildet ist, daß in einem Bereich niedriger Last (32) ein mageres Luft-Brennstoff-Gemisch (λ < 1) bei außer Kraft gesetzter λ-Regelung und in einem Bereich mittlerer Last (34) ein im wesentlichen stöchiometrisches Gemisch (λ = 1) bei in Kraft gesetzter λ- Regelung einregelbar ist und daß der Verbrennungsprozeß bei Überschreiten einer Grenzlast (pmgrenz) von der in Bereichen niedriger und mittlerer Last (32, 34) vorherrschenden Kompressionszündung für einen Bereich höherer Last (36) auf eine reine Fremdzündung umschaltbar ist.10. Combustion engine with compression ignition and with setting values for the air ratio λ of an air-fuel mixture in a combustion chamber ( 20 ) enabling actuators ( 8 ), wherein it includes a control device ( 1 ) for the air ratio λ to in dependence on the to set a target value for the air ratio λ measured by a λ sensor and that a device for the catalytic afterburning of exhaust gases, in particular a three-way catalytic converter, is further provided, characterized in that the control device ( 1 ) is designed in this way is that in a low load area ( 32 ) a lean air-fuel mixture (λ <1) with the λ control deactivated and in a medium load area ( 34 ) an essentially stoichiometric mixture (λ = 1) λ regulation in force can be adjusted and that the combustion process when a limit load (p mlimit ) is exceeded in the range The low and medium load ( 32 , 34 ) predominant compression ignition for a region of higher load ( 36 ) can be switched to a pure spark ignition.
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