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Die Erfindung betrifft einen Direkteinspritzmotor mit einem Turbolader mit dem ein Verfahren zum Steuern eines Direkteinspritzmotors mit einem Turbolader, durchgeführt werden kann, und zwar mithilfe dessen insbesondere die Spülung von Abgasen beschleunigt werden kann.
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Ein Direkteinspritzmotor ist ein Motor, dessen Einspritzdüse direkt in den Zylinder einspritzt. Kennzeichen des Direkteinspritzmotors sind ein ungeteilter Brennraum und eine geringe Brennraumoberfläche im Vergleich beispielsweise zu einem Vorkammer- oder Wirbelkammermotor. Dies bewirkt geringere Wärme und Strömungsverluste und damit einen geringeren spezifischen Verbrauch und einen erhöhten Wirkungsgrad.
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Da bei gewöhnlichen Verbrennungsmotoren ein Großteil des Kraftstoffheizwertes mit den Abgasen verloren geht, besteht zudem das Bestreben von dieser Energie einen möglichst großen Anteil wieder zurückzugewinnen. Dabei wird für gewöhnlich ein Turbolader zum Erhöhen eines Motordrehmoments verwendet. Im Allgemeinen dreht der Turbolader eine Turbine durch die Verwendung einer Hochtemperaturabgasenergie und einen mit der Turbine verbundenen Kompressor, um dadurch die in den Motor aufzunehmende Luft zu komprimieren. Die Verwendung des Turboladers ermöglicht dem Motor, zum Zweck einer Erhöhung des Motordrehmoments eine größere Menge an Frischluft in die Motorbrennkammer zuzuführen.
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Um den Wirkungsgrad des Motors weiter zu erhöhen, sollte nach einem vollständigen Arbeitstakt der Motorbrennraum möglichst vollständig von verbrannten Gasen geleert und mit Frischladung gefüllt werden. Dieser Vorgang wird als Spülung bezeichnet. Dabei wird der, zu Beginn eines Arbeitstaktes während des Ansaugtaktes kurzzeitig herrschende Unterdruck genutzt, um über ein geöffnetes Einlassventil Luft anzusaugen und während des anschließenden Druckanstieges über ein gleichzeitig geöffnetes Auslassventil das Restgas aus dem Motorbrennraum hinaus zu blasen. Das Ziel der Spülung ist es dabei, in der kurzen Zeit, in der sowohl das Einlass- als auch das Auslassventil geöffnet sind, das verbrannte Gemisch durch Luft zu ersetzen. Hierbei soll einerseits möglichst wenig Restgas im Motorbrennraum verbleiben, andererseits aber auch möglichst wenig Frischluft durch den Auslass herausgeblasen werden. Als nachteilig erweist sich hierbei, dass dieser Zeitraum zeitlich begrenzt ist, so dass oftmals ein Teil der verbrannten Gase in der Motorbrennkammer verbleibt, das heißt Spülverluste entstehen, wodurch die Leistungsfähigkeit des Motors beeinträchtigt wird.
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Aus der Druckschrift
DE 601 16 823 T2 ist ein Verfahren zum Steuern eines Direkteinspritzmotors bekannt, insbesondere eine Spülbeschleunigungssteuerung für das Auslassgas durch ein Steuern der Stellungen von Einlass- und Auslassventilen mittels variabler Ventilmechanismen derart, dass eine Überlappungsperiode verlängert wird, während der die Einlass- und Auslassventile gleichzeitig geöffnet sind.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Direkteinspritzmotor sowie ein Verfahren zum Steuern eines Direkteinspritzmotors anzugeben, mithilfe dessen die Spülung beschleunigt und die Leistungsfähigkeit des Motors erhöht werden kann.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Gemäß einer Ausführungsform wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Steuern eines Direkteinspritzmotors mit einem Einlasssystem, einem Auslasssystem sowie einem Turbolader. Das Verfahren weist dabei folgende Schritte auf: Zunächst wird ein vollendeter Arbeitstakt eines Direkteinspritzmotors erkannt sowie zeitlich fortlaufend ein Ladedruck in einem Einlasskanal des Direkteinspritzmotors und ein Abgasgegendruck in einem Auslasskrümmer erfasst. Daraufhin werden, solange der Ladedruck kleiner oder gleich dem Abgasgegendruck ist, ein Einlassventil und ein Auslassventil in eine jeweilige Zwischenstellung verstellt bei einer gleichzeitigen Anfettung eines Luft-Kraftstoffgemisches in der Motorbrennkammer des Direkteinspritzmotors. Anschließend werden, sobald der Ladedruck größer als der Abgasgegendruck ist, das Einlassventil und das Auslassventil in ihre jeweiligen Spülpositionen verstellt.
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Unter Zwischenstellung wird hierbei die Stellung des Einlass- sowie des Auslassventils verstanden, bei welcher der größtmögliche, das heißt der maximale Druckanstieg in der Motorbrennkammer gewährleistet wird, das heißt der anfängliche Unterdruck am schnellsten abgebaut wird. Anfetten bedeutet, dass in die Brennkammer mehr Kraftstoff eingespritzt wird, als die Menge an Kraftstoff, welche dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis entspricht.
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Grundgedanke ist somit, vor dem eigentlichen Spülvorgang den Unterdruck in der Motorbrennkammer, welcher sich als Differenz zwischen dem Lade- und dem Abgasgegendruck ergibt, abzubauen bei einer gleichzeitigen Anfettung des Luft-Kraftstoffgemisches in der Motorbrennkammer.
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Ein derartiges Verfahren hat den Vorteil, dass die Spülung der Motorbrennkammer beschleunigt und gleichzeitig die Leistungsfähigkeit des Motors erhöht werden kann. Da zunächst der Unterdruck in der Motorbrennkammer abgebaut wird, welcher der Spülung entgegenwirken kann, bevor das Einlass- sowie das Auslassventil in ihre eigentliche Spülposition gestellt werden, steht genug Differenzdruck in der Motorbrennkammer zur Verfügung, wenn die Ventile auf ihre Spülposition gestellt werden, um die verbrannten Gase effektiv und schnell aus der Motorbrennkammer herauszuschieben. Durch das gleichzeitige Anfetten des Luft-Kraftstoffgemisches in der Motorbrennkammer kann einer Abmagerung des Luft-Kraftstoffgemisches in der Motorbrennkammer, verursacht durch eine ungenaue Erfassung einer tatsächlichen Luftmasse in der Motorbrennkammer, und einem damit verbundenen Drehmomentabfall vorgebeugt werden, so dass insbesondere bei einer geänderten Lastanforderungen schneller reagiert und die entsprechende Leistung zur Erzeugung des gewünschten Drehmoments bereitgestellt werden kann. Weiter kann das Verfahren einfach und ohne zusätzlichen Hardwareaufwand ausgeführt werden, da zur Realisierung und Steuerung des Spülvorgangs weiter keine Breitband-Lambdasonde vonnöten ist.
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Weiter kann das Verfahren den Schritt aufweisen, dass das Einlassventil und das Auslassventil ausgehend von ihrer jeweiligen Spülposition in eine stationäre Stellung verstellt werden, falls eine zeitlich fortlaufend erfasste Betriebsgröße einen Grenzwert überschreitet.
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Gemäß einer Ausführungsform handelt es sich bei der Betriebsgröße um eine Katalysatortemperatur. Bei dem Grenzwert handelt es sich in diesem Fall um eine kritische Katalysatortemperatur, ab welcher es zu einer Überhitzung des Katalysators kommen kann.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform handelt es sich bei der Betriebsgröße um den Ladedruck. Bei dem Grenzwert handelt es sich in diesem Fall um einen vorgegebenen Sollladedruck.
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Hierdurch kann einem Überhitzen des Katalysator, was zu einem Verschleiß oder zu einer Beschädigung des Motors führen kann, vorgebeugt werden. Da die Aufheizung des Katalysators durch exotherme Reaktionen der Spülluft hervorgerufen wird, kann durch zeitlich gesteuerte Reduzierung der Spülluft mittels Verstellung des Einlass- sowie des Auslassventils einer Überhitzung des Katalysators vorgebeugt werden. Unter stationärer Stellung wird hierbei die Stellung des Einlass- sowie des Auslassventils verstanden, mittels welcher die Menge an Spülluft derart kontrolliert wird, dass weiter exotherme Reaktionen im Katalysator erfolgen können, ohne dass dies zu einer Überhitzung des Katalysators führt.
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Mit der Erfindung wird auch ein Direkteinspritzmotor angegeben, mit einem Kraftstoffeinspritzventil zum direkten Einspritzen von Kraftstoff in eine Motorbrennkammer, einem Einlassventil und einem Auslassventil, welche an einer Einlassöffnung und an einer Auslassöffnung der Motorbrennkammer angeordnet sind, sowie je einem variablen Ventilmechanismus, zum Steuern der Ventilstellung des Einlass- und des Auslassventils. Weiter ist ein Turbolader mit einer in einem, an die Auslassöffnung anschließenden Auslasskanal des Motors angeordneten Turbine vorgesehen, welche mit Auslassgasen gedreht wird, ein in einem Einlasskanal des Motors, welcher in der Einlassöffnung mündet, angeordneter Kompressor, welcher mit der Drehkraft der Turbine gedreht wird, sowie ein erster Drucksensor, welcher im Einlasskanal angeordnet ist, zum Messen eines Ladedrucks, und ein zweiter Drucksensor, welcher in einem an die Auslassöffnung anschließendem Auslasskrümmer angeordnet ist, zum Messen eines Abgasgegendrucks vorgesehen. Der Direkteinspritzmotor umfasst dabei weiter eine Steuereinheit, welche ein erstes Mittel zum Steuern der variablen Ventilmechanismen und ein zweites Mittel zum Steuern des Kraftstoffeinspritzventils umfasst, wobei die Steuereinheit derart ausgebildet ist, dass bei einem Spülvorgang das erste Mittel die variablen Ventilmechanismen anweist, das Einlassventil und das Auslassventil zunächst in eine Zwischenposition zu stellen und in eine maximale Spülposition zu stellen, sobald der Ladedruck größer als der Abgasgegendruck ist, und das zweite Mittel das Kraftstoffeinspritzventil anweist, während das Einlassventil und das Auslassventil in die Zwischenstellung gestellt sind eine Menge an eingespritztem Kraftstoff derart zu steuern, dass sich ein angefettetes Luft/Kraftstoffverhältnis in der Motorbrennkammer einstellt.
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Unter Zwischenstellung des Einlass- sowie des Auslassventils werden hierbei die Stellungen der Ventile verstanden, für die sich ein maximaler Druckanstieg in der Motorbrennkammer ergibt, das heißt der anfänglich herrschende Unterdruck in der Motorbrennkammer am schnellsten abgebaut wird. Anfetten bedeutet, dass in die Brennkammer mehr Kraftstoff eingespritzt wird, als die Menge an Kraftstoff, welche dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis entspricht.
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Ein derartiger Direkteinspritzmotor hat den Vorteil, dass der Spülvorgang beschleunigt und gleichzeitig die Leistungsfähigkeit des Motors erhöht wird. So wird zunächst der Unterdruck in der Motorbrennkammer abgebaut, welcher der Spülung entgegenwirken kann, bevor das Einlass- sowie das Auslassventil in ihre eigentliche Spülposition gestellt werden, so dass genug Differenzdruck, zwischen dem Lade- und dem Abgasgegendruck in der Motorbrennkammer zur Verfügung steht, wenn die Ventile auf ihre Spülposition gestellt werden, um die verbrannten Gase effektiv und schnell aus der Motorbrennkammer herauszuschieben. Durch die gleichzeitige Anfettung des Luft-Kraftstoffgemisches in der Motorbrennkammer kann einer Abmagerung des Luft-Kraftstoffgemisches in der Motorbrennkammer, verursacht durch eine ungenaue Erfassung einer tatsächlichen Luftmasse in der Motorbrennkammer, und einem damit verbundenen Drehmomentabfall vorgebeugt werden, so dass insbesondere bei einer geänderten Lastanforderungen schneller reagiert und die entsprechende Leistung zur Erzeugung des gewünschten Drehmoments bereitgestellt werden kann. Weiter kann das Verfahren einfach und ohne zusätzlichen Hardwareaufwand ausgeführt werden, da zur Realisierung und Steuerung des Spülvorgangs weiter keine Breitband-Lambdasonde vonnöten ist. Ferner kann der Abgasgegendruck anstelle der Verwendung eines zweiten Drucksensors aber auch über ein physikalisches Modell ermittelt werden.
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Weiter kann das Mittel zum Steuern der variablen Ventilmechanismen derart ausgebildet sein, die variablen Ventilmechanismen anzuweisen, das Einlassventil und das Auslassventil ausgehend von ihrer jeweiligen Spülposition in eine stationäre Position zu stellen, falls eine Betriebsgröße einen Grenzwert überschreitet.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Direkteinspritzmotor dabei weiter einen im Ablasskanal angeordneten Katalysator mit einem Temperatursensor zum Messen der Katalysatortemperatur und ist die Betriebsgröße die Katalysatortemperatur. Bei dem Grenzwert handelt es sich in diesem Fall um eine kritische Katalysatortemperatur, ab welcher es zu einer Überhitzung des Katalysators kommen kann. Ferner ist es aber auch möglich, die Katalysatortemperatur über ein physikalisches Modell zu ermitteln.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform handelt es sich bei der Betriebsgröße um den Ladedruck und ist der Grenzwert ein vorgegebener Sollladedruck.
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Hierdurch kann einem Überhitzen des Katalysator, was zu einem Verschleiß oder zu einer Beschädigung des Motors führen kann, vorgebeugt werden. Da die Aufheizung des Katalysators durch exotherme Reaktionen der Spülluft hervorgerufen wird, kann durch zeitlich gesteuerte Reduzierung der Spülluft mittels Verstellung des Einlass- sowie des Auslassventils einer Überhitzung des Katalysators vorgebeugt werden. Die stationäre Position entspricht dabei der Ventilstellung, mithilfe derer der Abgasstrom aus der Motorbrennkammer derart gesteuert werden kann, dass eine Temperatur des Katalysators dauerhaft unter einem kritischen Wert bleibt, gleichzeitig aber noch exotherme Reaktionen im Katalysator ablaufen können und somit einem Überhitzen des Katalysators vorgebeugt werden kann.
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Bei dem Direkteinspritzmotor kann es sich dabei um einen Ottomotor handeln. Bei einem derartigen Motor muss das Luft-Kraftstoff-Gemisch häufig angefettet werden, um temperaturempfindliche Bauteile des Motors oder des Abgassystems vor Überhitzung zu schützen. Anfetten bedeutet, dass in die Brennkammer mehr Kraftstoff eingespritzt wird, als dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis entspricht. Der überschüssige Kraftstoff wird in der Brennkammer zerstäubt, er kann mangels ausreichendem Sauerstoffangebot nicht verbrennen, und dient so der Senkung der Temperatur des aus dem Motor ausgestoßenen Abgases und nachfolgend zur Kühlung des an den Motor angeschlossenen Abgassystems. Durch die Steuereinheit, insbesondere das erste Mittel zum Steuern der Variablen Ventilmechanismen sowie das zweite Mittel zum Steuern des Kraftstoffeinspritzventils kann dieser Effekt weiter verstärkt werden, woraus eine weitere Temperaturabsenkung des Abgases resultiert.
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Auch wird mit der Erfindung weiter ein Kraftfahrzeug angegeben, welches einen derartigen Direkteinspritzmotor umfasst. Ein derartiges Kraftfahrzeug hat den Vorteil, dass die Leistungsfähigkeit, insbesondere die Leistungsfähigkeit des Motors erhöht werden kann. So kann insbesondere schneller und effizienter auf sich ändernde Drehmomentanforderungen reagiert werden, da durch die beschleunigte Spülung mehr Leistung zur Verfügung gestellt und somit das gewünschte Drehmoment früher erreicht werden kann und gleichzeitig einer kurzzeitigen Abmagerung des Luft-Kraftstoffgemisches in der Motorbrennkammer, welche mit spürbaren Drehmomentverlusten verbunden ist, vorgebeugt werden kann.
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Zusammenfassend ist festzustellen, dass mit der vorliegenden Erfindung ein Direkteinspritzmotor sowie ein Verfahren zum Steuern eines Direkteinspritzmotors angegeben werden, mit welchen eine beschleunigte Spülung der Motorbrennkammer bei einer gleichzeitig verbesserten Leistungsfähigkeit des Motors gewährleistet werden kann. Da die Stellung des Einlass- sowie des Auslassventils derart variiert werden, dass diese zunächst in eine Zwischenstellung gestellt werden, durch welche ein maximaler Druckanstieg in der Motorbrennkammer realisiert und somit der anfänglich in der Motorbrennkammer herrschende Unterdruck schnellstmöglich abgebaut werden kann, bevor diese in ihre Spülposition gefahren werden, steht, sobald das Einlass- sowie das Auslassventil in ihre Spülposition gestellt werden, genug Druck in der Motorbrennkammer zur Verfügung, um verbrannte Gase schnell und effektiv aus der Motorbrennkammer auszuspülen.
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Gleichzeitig kann Drehmomentverlusten, verursacht durch eine ungenaue Erfassung der tatsächlichen Luftmasse in der Motorbrennkammer und der damit verbundenen Abmagerung des Luft-Kraftstoffgemisches in der Motorbrennkammer vorgebeugt werden, da gleichzeitig die Menge an eingespritztem Kraftstoff derart eingestellt wird, dass sich ein angefettetes Luft-Kraftstoffverhältnis in der Motorbrennkammer einstellt.
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Zudem kann einer Überhitzung des Katalysators vorgebeugt werden, da, falls eine Betriebsgröße, insbesondere eine Katalysatortemperatur oder der Ladedruck in der Motorbrennkammer einen Grenzwert überschreitet, das Einlass- sowie das Auslassventil in eine stationäre Stellung zurückgestellt werden, mithilfe welcher die Menge an Spülluft derart kontrolliert werden kann, dass weiter exotherme Reaktionen im Katalysator stattfinden können, ohne dass dies zu einer Überhitzung des Katalysators führt.
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Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
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1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Direkteinspritzmotors gemäß Ausführungsformen der Erfindung;
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2 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Steuern eines Direkteinspritzmotors gemäß Ausführungsformen der Erfindung.
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1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Direkteinspritzmotors 1 gemäß Ausführungsformen der Erfindung.
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1 zeigt dabei einen Direkteinspritzmotor 1 mit einem Einlasssystem 2 zum Zuführen von Luft in den Motor 1, einem Auslasssystem 3 zum Abführen von Abgasen aus dem Motor 1 und einem Turbolader 4, der in den Leitungen des Einlass- 2 und Auslasssystems 3 angebracht ist.
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Das Einlasssystem 2 umfasst dabei einen Luftströmungsratensensor 5 zum Messen der Menge an Luft, welche durch einen in 1 nicht gezeigten Luftfilter eingeführt wird, einen Kompressor 6, welcher die eingeführte Luft komprimiert und als Druckluft ausgibt, einen Einlasskanal 7, welcher den Kompressor mit einem Drosselventil 8 verbindet, sowie einen Einlassluftverteiler 9 zum Verteilen der durch das Drosselventil 8 gehenden Luft in jedem Zylinder des Motors 1. Wie 1 zeigt, ist dabei im Einlasskanal 7 ein erster Drucksensor 10 angeordnet, zum Messen eines Ladedrucks pe.
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Der in 1 gezeigte Direkteinspritzmotor 1 umfasst eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 11 mit einem Kraftstoffeinspritzventil 12 zum direkten Einspritzen von Kraftstoff in eine Motorbrennkammer 13, einen Kolben 14, ein Einlassventil 15, ein Auslassventil 16 sowie jeweils einen variablen Ventilmechanismus 17, 18 für das Einlassventil 15 und das Auslassventil 16.
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Auch weist der Direkteinspritzmotor 1 eine Abgasanlage 20 auf mit einer Turbine 21, welche mit dem Kompressor 6 und einem Auslasskanal 22 des Motors 1 verbunden ist, sowie einem Katalysator 23. Auch ist ein im Auslasskanal 22 angebrachtes Steuerventil 24 zu erkennen, über welches eine Querschnittsfläche des Strömungspfades in einem Bypasskanal 25 geändert werden kann, der die Turbine 21 von der stromaufwärtigen Seite zu der stromabwärtigen Seite umgeht. Weiter ist ein zweiter Drucksensor 31 zu erkennen, zum Messen eines Abgasgegendruckes pa. Ferner ist es aber auch möglich, den Abgasgegendruck pa über ein physikalisches Modell zu bestimmen.
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Dabei bewegt sich der Kolben 14 in der Motorbrennkammer 13 nach oben und nach unten, wodurch das Volumen der Motorbrennkammer 13 variiert. Mit der Auf- und Abwärtsbewegung des Kolbens 14 gelangt die Luft in den Motor 1 und werden verbrannte Gase herausgedrückt. Die Bewegung des Kolbens wird hierbei durch den mit Bezugszeichen 26 versehenen Pfeil symbolisiert. Die aus der Motorbrennkammer 13 herausgeblasenen Abgase werden in die Turbine 21 geleitet, die sich am Verlauf des Auslasskanals 22 befindet, und die Hochtemperaturenergie der verbrannten Abgase in eine Rotation der Turbine umgewandelt und die Abgase dann abgelassen. Der mit der Turbine 21 verbundene Kompressor 6 kann die Geschwindigkeit mit der von der Turbine 21 empfangenen Energie erhöhen und komprimiert die neu eingeführte frische Luft und sendet dann die komprimierte frische Luft an den Motor 1.
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Der Direkteinspritzmotor 1 gemäß 1 umfasst weiter eine Steuereinheit 27, welche ein erstes Mittel 28 zum Steuern der variablen Ventilmechanismen 17, 18 und ein zweites Mittel 29 zum Steuern des Kraftstoffeinspritzventils 12 aufweist. Die Steuereinheit 27 ist dabei derart ausgebildet, dass bei einem Spülvorgang das erste Mittel 28 die variablen Ventilmechanismen 17, 18 anweist, das Einlass- 15 sowie das Auslassventil 16 zunächst in eine Zwischenposition zu stellen und in eine Spülposition zu stellen, falls der Ladedruck pe größer als der Abgasgegendruck pa ist, und dass das zweite Mittel 29 das Kraftstoffeinspritzventil 12 anweist, während das Einlass- 15 und das Auslassventil 16 in ihre Zwischenstellung gestellt sind, die Menge an in die Motorbrennkammer 13 eingespritzten Kraftstoff derart zu steuern, dass sich ein angefettetes Luft/Kraftstoffverhältnis in der Motorbrennkammer 13 einstellt. 1 zeigt das Einlass- 15 und das Auslassventil 16 in ihrer Zwischenstellung. Die Spülpositionen werden durch die mit Bezugszeichen 30 versehenen strichlierten Linien symbolisiert. Unter Zwischenstellung des Einlass- 15 sowie des Auslassventils 16 werden hierbei die Stellungen des Einlass- 15 sowie des Auslassventils 16 verstanden, für welche der anfänglich in der Motorbrennkammer 13 herrschende Unterdruck am schnellsten abgebaut werden kann, das heißt der Druckanstieg in der Motorbrennkammer 13 maximal ist. Insgesamt herrscht somit zu Beginn des eigentlichen Spülvorgangs, das heißt wenn das Einlass- 15 und das Auslassventil 16 in ihre Spülposition gestellt werden, ein positives Druckgefälle zwischen dem Ladedruck pe und dem Abgasgegendruck pa in der Motorbrennkammer 13, wodurch ein effektives und beschleunigtes Spülen der Motorbrennkammer gewährleistet werden kann. Durch die Anfettung des Luft-Kraftstoffgemisches in der Motorbrennkammer 13 kann gleichzeitig einem Leistungsverlust, verursacht durch die Abmagerung des Luft-Kraftstoffgemisches in der Motorbrennkammer 13 durch eine ungenaue Erfassung der tatsächlich in der Motorbrennkammer 13 verbleibenden Luft, vorgebeugt werden, so dass die Leistungsfähigkeit des Motors 1 erhöht und dieser insbesondere bei sich ändernden Drehzahlanforderungen schneller reagieren und die gewünschte Leistung schneller zur Verfügung stellen kann.
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Das Mittel 28 zum Steuern der variablen Ventilmechanismen 17, 18 des in 1 dargestellten Direkteinspritzmotors 1 ist dabei weiter derart ausgebildet, die variablen Ventilmechanismen 17, 18 anzuweisen, das Einlass- 15 und das Auslassventil 16 ausgehend von der Spülposition in eine stationäre Position zu stellen, falls ein Lastwechsel abgeschlossen oder eine Betriebsgröße einen Grenzwert überschreitet. Dabei handelt es sich bei der Betriebsgröße um den Ladedruck pe sowie bei dem Grenzwert um einen vorgegebenen Sollladedruck. Sobald dieser überschritten wird, ist dies ein Indiz dafür, dass die Menge an durch den Kompressor 6 komprimierter Luft ansteigt, was zu einer Temperaturerhöhung des Katalysators 23 führen kann. Unter stationärer Stellung wird hierbei die Stellung des Einlass- 15 sowie des Auslassventils 16 verstanden, bei welcher ein optimaler stetiger Betrieb des Direkteinspritzmotors 1 gewährleistet werden kann, insbesondere die Stellung, bei welcher das Luft-Kraftstoffverhältnis in der Motorbrennkammer 13 derart reguliert werden kann, dass weiter exotherme Reaktionen im Katalysator 23 ablaufen können, ohne dass es zu einer Überhitzung des Katalysators 23 kommt. Ferner kann auch die Katalysatortemperatur T als Indiz hierfür herangezogen werden, welche beispielsweise über einen Temperatursensor 32 gemessen werden kann. Die stationären Stellungen des Einlass- 15 sowie des Auslassventils 16 werden hierbei durch die mit Bezugszeichen 33 versehenen strichpunktierten Lienen symbolisiert.
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Bei den in 1 gezeigten Ausführungsformen handelt es sich bei dem Direkteinspritzmotor 1 dabei um einen Ottomotor 34.
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2 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 40 zum Steuern eines Direkteinspritzmotors 1 gemäß Ausführungsformen der Erfindung. Komponenten und Bauteile mit gleicher Funktion oder Konstruktion wie in 1 tragen dabei dieselben Bezugszeichen und werden nicht näher erläutert.
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Das Verfahren 40 umfasst dabei folgende Schritte: Zunächst wird in einem ersten Schritt 41 ein vollendeter Arbeitstakt des Direkteinspritzmotors 1 erfasst sowie zeitlich fortlaufend ein Ladedruck pe in einem Einlasskanal des Direkteinspritzmotor und ein Abgasgegendruck pa in einem Auslasskrümmer. Daraufhin werden, solange der Ladedruck pe kleiner gleich dem Abgasgegendruck pa ist, in einem folgenden Schritt 42 das Einlass- 15 und das Auslassventil 16 in eine jeweilige Zwischenstellung verstellt bei einer gleichzeitigen Anfettung eines Luft-Kraftstoffgemisches in der Motorbrennkammer 13 des Direkteinspritzmotors 1. Sobald der Ladedruck pe größer als der Abgasgegendruck pa ist, werden das Einlass- 15 und das Auslassventil 16 dann in einem folgenden Schritt 43 in ihre Spülposition verstellt. Unter Zwischenstellung wird hierbei diejenige Stellung des Einlass- 15 sowie des Auslassventils 16 verstanden, bei der der anfänglich in der Motorbrennkammer 13 herrschende Unterdruck am schnellsten abgebaut wird, das heißt der Druckanstieg in der Motorbrennkammer 13 maximal ist. Hierdurch kann gewährleistet werden, dass zu Beginn des eigentlichen Spülvorgangs, das heißt wenn das Einlass- 15 sowie das Auslassventil 16 in ihre Spülposition gestellt werden, genug Druck vorhanden ist, um eine effektive und beschleunigte Spülung zu gewährleisten. Durch das zusätzliche Anfetten des Luft-Kraftstoffgemisches in der Motorbrennkammer 13 wird gleichzeitig einer Abmagerung des Luft-Kraftstoffgemisches in der Motorbrennkammer 13, verursacht durch das Ansaugen von Luft durch den anfänglich herrschenden Unterdruck und damit verbundenen Leistungsverlusten vorgebeugt, so dass die Leistungsfähigkeit des Motors 1 erhöht wird und dieser insbesondere auf sich ändernde Drehmomentanforderungen besser reagieren und die gewünschte Leistung schneller bereitstellen kann.
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Wie 2 zeigt, weist das Verfahren weiter den Schritt auf, das Einlass- und das Auslassventil in eine stationäre Stellung zu stellen, falls eine zeitlich fortlaufend erfasste Betriebsgröße einen Grenzwert überschreitet.
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Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der Betriebsgröße um den Ladedruck pe sowie bei dem Grenzwert um einen vorgegebenen Sollladedruck ps. Falls der Ladedruck pe dabei größer als der Sollladedruck ps ist, werden in einem Schritt 44 das Einlass- 15 sowie das Aulassventil 16 in ihre stationäre Stellung gestellt. Dies ist ein Indiz dafür, dass die Menge an durch den Kompressor 6 strömender Luft zunimmt, was zu einem Überhitzen des Katalysators 23 und somit zu Verschleiß und Schäden am Motor führen kann. Unter stationärer Stellung des Einlass- 15 sowie des Auslassventils 16 werden hierbei die Ventilstellungen verstanden, mit welchen ein optimaler stetiger Betrieb des Direkteinspritzmotors 1 gewährleistet werden kann, insbesondere bei welchen noch exotherme Reaktionen im Katalysator 23 ablaufen können, ohne dass es zu einer Überhitzung des Katalysators 23 kommt. Ferner kann hierbei auch eine Katalysatortemperatur T als Betriebsgröße herangezogen werden.
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Obwohl beispielhafte Ausführungsform in der vorhergehenden Beschreibung gezeigt wurden, können verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden. Die genannten Ausführungsformen sind lediglich Beispiele und nicht dazu vorgesehen, den Gültigkeitsbereich, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration in irgendeiner Weise zu beschränken. Vielmehr stellt die vorhergehende Beschreibung dem Fachmann einen Plan zur Umsetzung zumindest einer beispielhaften Ausführungsform zur Verfügung, wobei zahlreiche Änderungen in der Funktion und der Anordnung von in einer beispielhaften Ausführungsform beschriebenen Elementen gemacht werden können, ohne den Schutzbereich der angefügten Ansprüche.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Direkteinspritzmotor
- 2
- Einlasssystem
- 3
- Auslasssystem
- 4
- Turbolader
- 5
- Luftströmungsratensensor
- 6
- Kompressor
- 7
- Einlasskanal
- 8
- Drosselventil
- 9
- Einlassluftverteiler
- 10
- erster Drucksensor
- 11
- Kraftstoffeinspritzvorrichtung
- 12
- Kraftstoffeinspritzventil
- 13
- Motorbrennkammer
- 14
- Kolben
- 15
- Einlassventil
- 16
- Auslassventil
- 17, 18
- variable Ventilmechanismen
- 20
- Abgasanlage
- 21
- Turbine
- 22
- Auslasskanal
- 23
- Katalysator
- 24
- Steuerventil
- 25
- Bypasskanal
- 26
- Bewegung Kolben
- 27
- Steuereinheit
- 28
- erstes Mittel
- 29
- zweites Mittel
- 30
- Spülposition
- 31
- zweiter Drucksensor
- 32
- Temperatursensor
- 33
- stationäre Stellung
- 34
- Ottomotor
- 40
- Verfahren
- 41, 42, 43, 44
- Verfahrensschritte
- pe
- Einlasskanaldruck
- pa
- Auslasskanaldruck
- ps
- Sollladedruck
- T
- Katalysatortemperatur
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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