EP1325219A1 - Verfahren und computerprogramm zum betreiben einer brennkraftmaschine sowie brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren und computerprogramm zum betreiben einer brennkraftmaschine sowie brennkraftmaschine

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EP1325219A1
EP1325219A1 EP01974031A EP01974031A EP1325219A1 EP 1325219 A1 EP1325219 A1 EP 1325219A1 EP 01974031 A EP01974031 A EP 01974031A EP 01974031 A EP01974031 A EP 01974031A EP 1325219 A1 EP1325219 A1 EP 1325219A1
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EP
European Patent Office
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combustion chamber
internal combustion
combustion engine
gasoline
ignition
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Withdrawn
Application number
EP01974031A
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English (en)
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Inventor
Gernot Wuerfel
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the amount of fuel injected concentrates until the controlled ignition in the center of the combustion chamber, while in the Edge zones of almost pure combustion air is distributed without fuel components. So there can be no knocking and no knocking. There can also be no uncontrolled pre-combustion. Even in the presence of hot combustion chamber areas, the combustion in the method according to the invention is triggered by the ignition or injection timing and not by a hot "ignition source", as can be done during an injection during the intake stroke.
  • the internal combustion engine 10 is operated as follows:
  • an intake phase in which the piston 18 moves away from the high-pressure injection valve 22 and from the spark plug 26, air flows through the intake pipe 14 and an intake valve (not shown) into the combustion chamber 12 formed between the piston 18 and the cylinder head 39.
  • the servomotor 32 is regulated by the control and regulating device 36 such that the throttle valve 30 is essentially parallel to the longitudinal extent of the intake pipe 14 is aligned.
  • the exact position of the throttle valve 30 is transmitted to the control and regulating device 36 via the position transmitter 34.
  • Position transmitter 34, control and regulating device 36 and servomotor 32 form a closed control loop. Because the throttle valve 30 is fully open during the intake phase, there are no throttle losses. This in turn means that the combustion chamber 12 can fill with air in an optimal manner.
  • the control and regulating device 36 controls the high-pressure injection valve 22 at an angle of the crankshaft 20 of approximately ⁇ 61 ° before the top dead center ignition (ZOT) so that it opens. At an angle of the crankshaft 20 of ⁇ 34 ° ZOT, the high-pressure injection valve 22 is closed again by the control and regulating device 36. According to the low

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Abstract

Eine Brennkraftmaschine (10) wird mit einem Verfahren betrieben, bei dem Benzin direkt in einen Brennraum (12) eingespritzt wird. Die Einspritzung erfolgt mindestens zeitweise so, dass im Zusammenhang mit einer entsprechenden Zuführung der Luft in den Brennraum (12) das Benzin-Luftgemisch im Brennraum (12) geschichtet vorliegt. Um den Benzinverbrauch der Brennkraftmaschine (10) durch ein höheres Kompressionsverhältnis senken zu können, ohne dass die Gefahr des Klopfens besteht, wird vorgeschlagen, dass das Benzin ausschliesslich und auch bei Vollast während der Kompressionsphase der Brennkraftmaschine (12) von einer Mehrloch-Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (22) eingespritzt wird.

Description

Verfahren und Computerprogramm zum Betreiben einer Brennkraftmaschine sowie Brennkraftmaschine
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, bei dem Benzin direkt in einen Brennraum mindestens zeitweise so eingespritzt und Luft dem Brennraum mindestens zeitweise so zugeführt wird, dass das Benzin-Luftgemisch im Brennraum der Brennkraftmaschine geschichtet vorliegt.
Ein solches Verfahren wird im Allgemeinen als Verfahren zur Benzin-Direkteinspritzung bezeichnet (BDE) . Bei diesem Verfahren wird das Benzin in einer als Rail bezeichneten Kraftstoff-Sammelleitung mit einem sehr hohen Druck beaufschlagt. An die Kraftstoff-Sammelleitung sind Hochdruck-Einspritzventile angeschlossen, welche das Benzin direkt in den Brennraum einspritzen. Das Benzin .wird in den Brennraum so eingespritzt, dass in unmittelbarer Nähe einer Zündeinrichtung ein eher fettes Benzin-Luftgemisch vorliegt, welches zündfähig ist. Im .übrigen Brennraum ist. das Benzin- Luftgemisch sehr mager. Im Extremfall kann in bestimmten Bereichen des Brennraumes auch reine Luft vorliegen. Vorzugsweise liegt eine solche "Schichtung" des Benzins im Brennraum im gesamten Betriebs- bzw. Kennfeldbereich der Brennkraftmaschine vor.
Eine nach dem eingangs genannten Verfahren betriebene B'rennkraftmaschine verbraucht relativ wenig Benzin und hat ein günstiges Emissionsverhalten. Dennoch besteht der Wunsch, den Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine, welche mit dem bekannten Verfahren betrieben wird, noch weiter zu senken.
Bekannt ist eine solche Brennkraftmaschine beispielsweise aus der DE 196 02 065 AI. Bei dieser wird der Kraftstoff während des Kompressionstaktes mittels einer Haupteinspritzung und einer Zündeinspritzung in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingebracht. Hierdurch entsteht eine Schichtung des Kraftstoffes im Brennraum. Der Schichtbetrieb ist bei dieser 'Brennkraftmaschine bis max. 80% der Volllast vorgesehen.
Derzeitige Brennkraftmaschinen mit Benzin-Direkteinspritzung arbeiten mit einem geometrischen Kompressionsverhältnis von ungefähr 12. Ein günstiger Kraftstoffverbrauch wird jedoch bei einem geometrischen Kompressionsverhältnis von ca. 13 bis 16 erreicht (unter dem geometrischen Kompressionsverhältnis wird die Summe aus Hubvolumen und Kompressionsvolumen, dividiert durch das
Kompressionsvolumen, verstanden) . Analog zu einem höheren geometrischen Kompressionsverhältnis, bei dem in der oberen Zündtotpunktlage des Kolbens ein höherer Kompressionsenddruck vorhanden ist, kann bei Brennkraftmaschinen mit mechanischer Aufladung oder mit Abgasturboaufladung oder mit anderen Aufladesystemen (beispielsweise Druckwellenlader) das effektive Druckverhältnis (Druck vor Aufladung / Druck nach Aufladung) gesteigert werden.
Ein derartig hohes Kompressionsverhältnis ist bisher nicht möglich, da es insbesondere im Volllastbetrieb, also bei hoher Motorlast, bei der üblicherweise während des Ansaugtaktes eingespritzt wird, bei einem höheren geometrischen und effektiven Kompressionsverhältnis zu unkontrollierten Vorverbrennungen des im Brennraum befindlichen Benzins kommen kann. Die Vorverbrennungen werden durch stark erhitzte Bauteile und Bereiche im Brennraum verursacht. Eine weitere Gefahr für die Haltbarkeit der Brennkraftmaschine besteht durch eine stark erhöhte "Klopfanfälligkeit" . Durch ein solches Klopfen kann die Brennkraftmaschine beschädigt werden. Aus diesem Grunde wird das Kompressionsverhältnis nach dem derzeitigen Stand der Technik so festgelegt, dass im Volllastbetrieb der Motor sicher, ohne Klopfgefahr und ohne unkontrollierte Verbrennungen, betrieben werden kann. Dieses
Kompressionsverhältnis liegt unterhalb des für den Verbrauch optimalen Kompressionsverhältnisses .
Darüber hinaus wird vor allem bei Motoren mit Vorverdichtung, also solchen Brennkraftmaschinen, welche beispielsweise einen Turbolader aufweisen, vor allem auch aus thermischen Gründen die Gemischzusammensetzung zumindest zeitweise im Volllastbetrieb über die stöchiometrische Gemischzusammensetzung (Lambda = 1) hinaus bis auf Lambdawerte um 0,7 angefettet. Eine solche Gemischanfettung im Volllastbereich der Brennkraftmaschine bedingt jedoch einen gravierenden Nachteil:
Im Katalysator können aufgrund des Sauerstoffmangels im Abgas lediglich Stickoxide mit Hilfe von Kohlenmonoxid zu Stickstoff und Kohlendioxid reduziert werden, es findet jedoch keine Oxidation von unverbrannt.en Kohlenwasserstoffen statt. Diese gelangen unbehandelt in die Umgebung. Die Reinigung des Abgases im Katalysator ist also nicht optimal. Um auch unverbrannte Kohlenwasserstoffe oxidieren zu können, benötigt man eine zusätzliche Sekundärluftpumpe, die Zusatzluft in den Abgaskanal fördert. Eine solche Pumpe hat jedoch einen hohen Leistungsbedarf und ist daher möglichst zu vermeiden. Um dem zu begegnen, wird bei heutigen Brennkraftmaschinen das Kompressionsverhältnis reduziert. Im. Leerlauf und im Teillastbetrieb wäre aber wieder ein höheres Kompressionsverhältnis günstig.
Hieraus ergibt sich für die vorliegende Erfindung die Aufgabe, ein Verfahren der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass der Verbrauch an Benzin besonders im Leerlauf und im Teillastbetrieb nochmals reduziert und gleichzeitig das Emissionsverhalten auch im oberen Teillast- und Volllastbereich günstig beeinflusst wird.
Diese Aufgabe wird bei dem bekannten Verfahren dadurch gelöst, dass das Benzin ausschließlich und auch bei Volllast während der Kompressionsphase der Brennkraftmaschine von einer Mehrloch-Kraftstoff-Einspritzvorrichtung eingespritzt wird.
Vorteile der Erfindung
Die Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine erfolgt ausschließlich, also im gesamten möglichen Lastbereich der Brennkraftmaschine, während der Kompressionsphase. Aufgrund dieser späten Einspritzung ist die Brennkraftmaschine äußerst unempfindlich gegenüber einer unkontrollierten Verbrennung bzw. einer ungewollten Selbstentzündung ("Klopfen") . Bei dem herkömmlichen . Verfahren wird das Benzin im oberen Teillastbereich während des Ansaugtaktes eingespritzt. Dabei werden auch entfernte Zonen des Brennraums mit Benzin benetzt, die bei einer überhitzten Verbrennung Klopfherde bilden.
Bei der erfindungsgemäß späten Einspritzung dagegen konzentriert sich die eingespritzte Kraftstoffmenge bis zur kontrollierten Zündung in der Brennraummitte, während in den Randzonen nahezu reine Brennluft ohne Kraftstoffbestandteile verteilt ist. Somit kann es zu keinen Klopfherden und zu keinem Klopfen kommen. Es kann auch keine unkontrollierte Vorverbrennung statt finden. Auch bei dem Vorhandensein heißer Brennraumbereiche wird die Verbrennung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren durch den Zünd- bzw. den Einspritzzeitpunkt ausgelöst und nicht durch einen heißen "Zündherd", wie dies bei einer Einspritzung' während des Ansaugtaktes geschehen kann.
Besondere Maßnahmen, wie z.B. ein späterer Zündwinkel, sind bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Vermeidung des Klopfens nicht erforderlich.' Insofern hat das erfindungsgemäße Verfahren auch den Vorteil-, dass das volle Motordrehmoment zu jedem Zeitpunkt zur Verfügung steht. Ferner ist auch keine Anfettung mehr erforderlich. Stattdessen ist insgesamt im Brennraum bei Volllast immer ein im Wesentlichen stöchiometrisches Gemisch aus Luft und Benzin vorhanden. Somit steht die volle
Abgasreinigungskapazität (NOx-Reduktion und HC-Oxidation) -nach dem Prinzip des Dreiwege-Katalysators zur Verfügung.
Insgesamt kann dank des erfindungsgemäßen Verfahrens die entsprechende Brennkraftmaschine auf deutlich höhere, d.h. verbrauchsoptimale Kompressionsverhältnisse ausgelegt werden, die vor allem einen Verbrauchsarmen Teillastbetrieb begünstigen. Dies ist besonders bei Brennkraftmaschinen mit größerem Hubraum wichtig, da diese im Allgemeinen vorwiegend im Teillastbereich betrieben werden. Auf den im Übrigen möglichen Einsatz von Einrichtungen, mit denen das Kompressionsverhältnis während des Betriebs der Brennkraftmaschine variiert werden kann, kann darüber hinaus verzichtet werden. Hierdurch werden Kosten gespart. Dabei sei darauf hingewiesen, dass Brennkraftmaschinen mit Benzin-Direkteinspritzung nach dem derzeitigen Stand der Technik nach dem wandgeführten bzw. luftgeführten Verfahren, oder eine Kombination aus beiden, arbeiten. Bei diesen beiden Brennverfahren muss im Gegensatz zum strahlgeführten Brennverfahren, das dieser Erfindung zugrunde liegt, bei Volllastbetrieb bereits während des Ansaugtaktes eingespritzt werden. Nur beim strahlgeführten Brennverfahren, welches erfindungsgemäß durch den Einsatz eines Mehrlochventils realisiert wird, ist auch bei Volllast eine Einspritzung in den Kompressionstakt möglich. Hier kann die Einspritzung unmittelbar kurz vor dem Zündzeitpunkt oder gleichzeitig mit dem Zündzeitpunkt erfolgen, d.h., das Ende der Einspritzung kann später als der Zündzeitpunkt liegen.
Bei dem erfindungsgemäß vorgesehenen strahlgeführten Verfahren erfolgt die Schichtung des Benzins im Brennraum nämlich durch das Einspritzventil selbst. Bei diesem Verfahren übernimmt ein Injektor eines Einspritzventils die Kraftstoffverteilung im Brennraum. Die Schichtung ist somit unabhängig von der Strömung der angesaugten Frischluft im Brennraum, wodurch eine Schichtung mit einem in der Nähe der Zündeinrichtung örtlich überfetteten Gemisch und einem im übrigen Brennraum stark abgemagerten Gemisch bei Volllast ebenso wie im Leerlauf zuverlässig möglich ist (Volllast kann auch bei niedrigen Drehzahlen vorliegen, wenn das Gaspedal ganz durchgetreten ist und der Motor die maximale Luftmenge und die dazugehörige stöchiometrisch angepaßte Kraftstoffmenge (lambda = 1) erhält) .
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.
Zunächst ist eine Weiterbildung angegeben, bei der die Einspritzung des Benzins in räumlicher Nähe zu einer Zündeinrichtung erfolgt. Hierdurch wird gewährleistet, dass unter allen Betriebsbedingungen, besonders auch bei Volllast und einem kurzen Zeitraum zwischen Einspritzung und Zündung ein zündfähiges Luft-Kraftstoffgemisch bis zur Zündeinrichtung gelangt und von dieser gezündet werden kann.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, dass im Leerlauf der Brennkraftmaschine keine Androsselung stattfindet. Eine solche Androsselung ist im Leerlauf bei dem herkömmlichen Verfahren erforderlich, um zu vermeiden, dass aufgrund einer ungedrosselt starken Luftströmung der zündfähige Bereich des-, Kraftstoff-Luftgemisches von der Zündeinrichtung "weggeweht" wird und zum Zündzeitpunkt somit im Bereich der Zündeinrichtung kein zündfähiges Gemisch mehr vorliegt .'
Dadurch, dass bei der Erfindung das Benzin während der Kompressionsphase der Brennkraftmaschine, also in einem sehr viel kürzeren zeitlichen Abstand zum Zündzeitpunkt als beim Stand der Technik, eingespritzt wird, ist diese Gefahr des "Verwehens" des zündfähigen Kraftstoff-Luftgemisches von der Einspritz-Zündeinrichtung nicht mehr gegeben. Somit ist bei geringer Betriebslast und insbesondere im Leerlauf keine Androsselung der Luftströmung mehr erforderlich, so dass auch unter diesen Betriebsbedingungen die Brennkraftmaschine ohne die damit einhergehenden Drosselverluste betrieben werden kann.
Vorzugsweise liegt das geometrische Kompressionsverhältnis der Brennkraftmaschine im Bereich von 12 bis 16. Bei einem solchen Kompressionsverhältnis liegt bereits eine erhebliche Reduktion des Benzinverbrauches vor. Darüber hinaus sind Kompressionsverhältnisse im besagten Bereich technisch noch problemlos realisierbar. Besonders gut ist das erfindungsgemäße Verfahren dann geeignet, wenn die Ansaugluft vorverdichtet wird, da auch bei vorverdichteter Ansaugluft der Betrieb der Brennkraftmaschine bei Volllast unkritisch ist.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Zündung des Gemisches durch die Zündeinrichtung nach oder noch während der Einspritzung des Benzins in den Brennraum, vorzugsweise nach einer Drehung der Kurbelwelle vom EinspritzZeitpunkt um ungefähr 0 bis 30°, erfolgt. In diesem Fall hat das eingespritzte Benzin noch ausreichend Zeit, sich in der erforderlichen Weise auszubreiten (sich also zu "schichten") , andererseits ist der Zeitraum zwischen Einspritzung und Zündung auch so kurz, dass die Gefahr des "Verwehens" der Kraftstoffwolke von der Zündeinrichtung weg nicht gegeben ist, also eine sichere Zündung erfolgt. Die Einspritzung kann aber auch gleichzeitig mit bzw. während der Zündung erfolgen. Einspritzung und Zündung finden so insgesamt zum verbrennungsoptimalen Zeitpunkt statt.
Möglich ist aber auch, dass die Zündung des Gemissches mittels einer Glüheinrichtung erfolgt. In diesem Fall liegt also keine Trennung zwischen Einspritzung und Zündung vor. Stattdessen wird der Verbrennungsvorgang durch den Einspritzbeginn eingeleitet .' Die Flammkernbildung findet, ähnlich wie bei einer Funkenzündung an einer Elektrode, ebenfalls punktuell statt, nämlich in der heißen Umgebung der Glüheinrichtung, da die Glüheinrichtung selbst nicht direkt angespritzt werden darf. Die Glüheinrichtung umfasst vorzugsweise einen Glühstift. Der Vorteil einer solchen Glüheinrichtung liegt in ihrem niedrigeren Preis.
Die Glüheinrichtung kann dabei bei höherer Drehzahl bzw. Motorlast mit wesentlich geringerer Leistung betrieben werden als bei geringerer Drehzahl und Last. Dies hängt damit zusammen, dass bei höherer Last der Brennkraftmaschine aufgrund der zugeführten höheren Kraftstoffenergie und deren Umsetzung bei der Verbrennung weniger elektrische Energie zugeführt werden muss, um die Glüheinrichtung am Glühen zu halten.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Computerprogramm, welches zur Durchführung des obigen Verfahrens geeignet ist, wenn es auf einem Computer ausgeführt wird. Besonders bevorzugt ist das Computerprogramm dann, wenn es auf einem Speicher, insbesondere auf einem Flash-Memory, abgespeichert ist.
Schließlich betrifft die Erfindung auch eine Brennkraftmaschine mit einer Einspritzeinrichtung, weiche Benzin direkt in einen Brennraum mindestens zeitweise so einspritzt und mit einer Luftzuführeinrichtung, welche Luft dem Brennraum mindestens zeitweise so zuführt, dass das Benzin-Luftgemisch im Brennraum geschichtet vorliegt. Um den Verbrauch der Brennkraftmaschine zu senken, wird vorgeschlagen, dass das Benzin ausschließlich und auch bei Volllast während der Kompressionsphase der Brennkraftmaschine von einer Mehrloch-Kraftstoff- Einspritzvorrichtung eingespritzt wird, so dass die Schichtung des Benzins im Brennraum durch die Kraftstoff- Einspritzvorrichtung erfolgt. Hierdurch ist ein höheres Kompressionsverhältnis realisierbar .
Zeichnung
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung im Detail erläutert. In der Zeichnung zeigen: Fig. 1: ein Blockschaltbild einer Brennkraftmaschine mit strahlgeführter Einspritzung;
Fig. 2: einen Schnitt durch einen Bereich der Brennkraftmaschine von Fig. 1;
Fig. 3: ein Säulendiagramm, in dem verschiedene Betriebsparameter der Brennkraftmaschine von Fig. 1 einer herkömmlichen Brennkraftmaschine gegenübergestellt sind;
Fig. 4a - 4d: vier Säulendiagramme, in denen Betriebsparameter der Brennkraftmaschine von Fig. 1 einer herkömmlichen Brennkraftmaschine gegenübergestellt sind;
Fig. 5: ein Diagramm, in dem Einspritz- und Zündzeiten über dem Kurbelwellenwinkel bei niedriger Drehzahl aufgetragen sind; und
Fig. 6: eine Darstellung ähnlich Fig. 5 bei höherer Drehzahl .
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In Fig. 1 trägt eine Brennkraftmaschine das Bezugszeichen 10. Sie umfasst einen Brennraum 12, dem Luft über ein Ansaugrohr 14 zugeführt wird. Die Abgase werden aus dem Brennraum 12 über ein Abgasrohr.16 abgeleitet.
Der Brennraum 12 ist nach unten hin durch einen Kolben 18 begrenzt, der auf eine Kurbelwelle 20 arbeitet. Benzin wird in den Brennraum 12 über ein Hochdruck-Einspritzventil 22 eingespritzt, welches an eine Benzin-Sammelleitung 24 angeschlossen ist. Die Benzin-Sammelleitung 24 wird auch als "Rail" bezeichnet. Gezündet wird das sich im Brennraum 12 befindliche Luft-Benzingemisch durch eine Zündkerze 26, die von einer Zündanlage 28 gespeist wird.
Im Ansaugrohr 14 ist eine Drosselklappe 30 vorhanden, welche von einem Stellmotor 32 bewegt wird. Die Winkelstellung der Drosselklappe 30 wird von einem Stellungsgeber 34 erfasst, der entsprechende Signale an ein Steuer- und Regelgerät 36 weiterleitet. Dieses erhält ebenfalls Signale von einem Drehzahlgeber 38, welcher die Drehzahl der Kurbelwelle 20 abgreift. Ausgangsseitig ist das Steuer- und Regelgerät 36 einerseits mit dem Stellmotor 32 der Drosselklappe 30, andererseits mit der Zündanlage 28 und schließlich noch mit dem Hochdruck-Einspritzventil 22 verbunden.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist das Hochdruck- Einspritzventil 22 in einem Zylinderkopf 39 im Wesentlichen parallel zu einer Kolbenlängsachse 41 angeordnet. Die Zündkerze 26 ist schräg von der Seite her in den Zylinderkopf 39 eingesetzt, und zwar derart, dass ihre Elektroden 40 sich in unmittelbarer Nähe und unterhalb eines Auslasses 42 des Hochdruck-Einspritzventils 22 befinden. In der dem Hochdruck-Einspritzventil 22 und der Zündkerze 26 zugewandten Begrenzungswand des Kolbens 18 ist eine Brennraummulde 44 ausgebildet.
Die Brennkraftmaschine 10 wird folgendermaßen betrieben:
Während einer Ansaugphase, in welcher sich der Kolben 18 vom Hochdruck-Einspritzventil 22 und von der Zündkerze 26 wegbewegt, strömt Luft durch das Ansaugrohr 14 und ein nicht dargestelltes Einlassventil in den zwischen dem Kolben 18 und dem Zylinderkopf 39 gebildeten Brennraum 12. Der Stellmotor 32 wird dabei von dem Steuer- und Regelgerät 36 so geregelt, dass die Drosselklappe 30 im Wesentlichen parallel zur Längserstreckung des Ansaugrohrs 14 ausgerichtet ist. Die exakte Stellung der Drosselklappe 30 wird dem Steuer- und Regelgerät 36 über den Stellungsgeber 34 übermittelt. Stellungsgeber 34, Steuer- und Regelgerät 36 und Stellmotor 32 bilden einen geschlossenen Regelkreis. Dadurch, dass die Drosselklappe 30 während der Ansaugphase vollständig geöffnet ist, gibt es keine Drosselverluste. Dies führt wiederum dazu, dass sich der Brennraum 12 in optimaler Weise mit Luft füllen kann.
Wenn der Kolben 18 seinen unteren Totpunkt erreicht hat, wird das Einlassventil geschlossen, und es beginnt die Kompressionsphase der Brennkraftmaschine 10. Diese ist auch in den Fig. 5 und 6 dargestellt (in den Figuren 5 und 6 sind Ausführungsbeispiele dargestellt, die ein gewisses Optimum bilden; bei anderen Drücken des Kraftstoffs in der Benzin- Sammelleitung und/oder anders ausgebildeten
Einspritzventilen (z.B. anderer Spritzlochverteilung) können sich die gezeigten Zeitverhältnisse verschieben) .
Läuft die Brennkraftmaschine 10 mit geringer Drehzahl, wird dies vom Drehzahlgeber 38 an das Steuer- und Regelgerät 36 übermittelt. In diesem Fall erfolgt während der Kompressionsphase zunächst ausschließlich eine Kompression der im Brennraum 12 eingeschlossenen Luft. Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, steuert das Steuer- und Regelgerät 36 das Hochdruck-Einspritzventil 22 bei einem Winkel der Kurbelwelle 20 von ungefähr - 61° vor dem oberen Totpunkt Zündung (ZOT) so an, dass dieses öffnet. Bei einem Winkel der Kurbelwelle 20 von - 34° ZOT wird das Hochdruck- Einspritzventil 22 vom Steuer- und Regelgerät 36 wieder geschlossen. Entsprechend den niedrigen
Leistungsanforderungen bei geringer Drehzahl erfolgt also nur ein relativ kurzer Einspritzimpuls . Wie aus Fig. 2 ersichtlich 'ist, wird das Benzin von dem Hochdruck-Einspritzventil 2-2 so in den Brennraum 12 eingespritzt, dass es in diesem geschichtet vorliegt. Dies heißt, dass insbesondere in der Mitte des Brennraums 12, also auch im Bereich der Elektroden 40 der Zündkerze 26 und innerhalb einer Brennraummulde, ein überfettes Gemisch mit einem lokalen Lambda-Wert < 1 existiert, wohingegen in den Randzonen des Brennraums 12 nahezu reine Brennluft ohne Benzinbestandteile verteilt ist. Die kurz nach dem Einspritzen durch das Hochdruck-Einspritzventil 22 im Brennraum 12 vorhandene Benzinwolke ist in Fig. 2 durch eine gestrichelte Linie angedeutet und trägt dort insgesamt das Bezugszeichen 46. Obwohl in der Brennraummitte ein überfettes Gemisch mit lokalem Lambda-Wert < 1 und in den Randbereichen ein mageres Gemisch mit Lambda-Wert > 1 existiert, ist das Gemisch global im Brennraum 12 stöchiometrisch mit einem im Abgasstrom des Abgasrohrs 16 gemessenen bzw. errechneten Lambda-Wert von 1.
Bei einem Winkel der Kurbelwelle 20 von - 18° ZOT steuert das Steuer- und Regelgerät 36 die Zündanlage 28 so an, dass an den Elektroden 40 der Zündkerze 26 ein Zündfunken erzeugt wird. Dadurch, dass im Bereich der Elektroden 40 ein überfettes Gemisch vorhanden ist, kann dieses zuverlässig gezündet und entflammt werden. Zwar ist der Zeitraum, welcher zwischen dem Schließen des Einspritzventils 22 und der Erzeugung des Zündfunkens an der Zündkerze 26 liegt, relativ kurz, er reicht jedoch aus, um das Gemisch in der erforderlichen Weise aufzubereiten und zu schichten.
Insgesamt ist die Zeit jedoch so kurz, dass die vom Auslass 42 des Hochdruck-Einspritzventils 22 entfernten Zonen des Brennraums 12 nicht mit Benzin benetzt werden, so dass es in keiner Phase des Betriebs der Brennkraftmaschine 10 zu einer unkontrollierten Vorverbrennung und auch nicht zu "Klopfen" kommen kann. Da insgesamt das Gemisch im Brennraum 12 stöchiometrisch ist, stehen alle Möglichkeiten der Abgasreinigung durch einen Dreiwege-Katalysator (in der Figur nicht dargestellt) zur Verfügung. Wie aus den Fig. 3 und 4 hervorgeht, zeichnet sich die Brennkraftmaschine 10 im Betrieb daher durch geringe Abgasemissionen und einen günstigen Benzinverbrauch aus.
Bei höherer Drehzahl (vgl. Fig. 6) wird in dem vorliegenden Ausführungsbeipiel das Hochdruck-Einspritzventil von dem Steuer- und Regelgerät 36 so angesteuert, dass der Einspritzbeginn auf die Winkelstellung der Kurbelwelle 20 bezogen früher liegt als bei geringerer Drehzahl (vgl. 5) , vorliegend bei einem Winkel der Kurbelwelle von - 144° ZOT. Die Einspritzung wird bei einem Winkel der Kurbelwelle 20 von - 36° ZOT beendet und die Zündung erfolgt bei einem Winkel der Kurbelwelle 20 von - 20° ZOT. Da die absolute Zeit zwischen dem Ende der Einspritzung und der Zündung bei höherer Drehzahl relativ kurz ist, ergibt sich in diesem Betriebsbereich ein Anstieg des Benzinverbrauchs von ungefähr 5 % im Vergleich zu einer Einspritzung des Kraftstoffs während der Ansaugphase (Fig. 4a) . Dieser Verbrauchsanstieg tritt jedoch nur im Bereich der Volllast auf und kann durch ein höheres Kompressionsverhältnis und enstprechend verbrauchsoptimale Zündwinkel ausgeglichen werden. Wie aus Fig. 4d hervorgeht, zeigt sich bei Volllast auch eine höhere Rußemission, welche jedoch immer noch unter 1 liegt. Durch eine Feinabstimmung und mit höheren Drücken der Kraftstoff-Sammelleitung 24 können jedoch auch noch niedrigere Rußwerte erhalten werden.
Auch wenn dies im vorliegenden Ausführungsbeispiel nicht dargestellt ist, eignet sich die Brennkraftmaschine 10 besonders für den Einsatz mit einem Turbolader, welcher die dem Brennrum 12 zugeführte Luft vorverdichtet. Da, wie oben ausgeführt worden ist, aufgrund der strahlgeführten Einspritzung erst kurz vor der Zündung ein zündfähiges Gemisch nur in Brennraummitte vorliegt, besteht auch bei vorverdichteter Ansaugluft keine Gefahr von "Klopfen" und auch nicht die Gefahr unkontrollierter Glühzündungen.
Anstelle einer Zündkerze 26 könnte auch eine Glüheinrichtung verwendet werden. Eine solche, von Dieselmotoren her bekannte Einrichtung, ist relativ preiswert und erfordert keine komplexe Zündanlage. In diesem Fall wird der Verbrennungsvorgang nicht mehr durch die Zündung eines Funkens, sondern durch den Beginn der Benzineinspritzung eingeleitet. Die Bildung eines Flammkerns findet jedoch ebenfalls punktuell statt, nämlich im Bereich z.B. eines Glühstifts der Glüheinrichtung, also letztlich ähnlich wie bei der Funkenzündung an den Elektroden 40 der Zündkerze 26 im vorliegenden Ausführungsbeispiel. Bei hoher Drehzahl und/oder insbesondere bei hoher Last kann die Glüheinrichtung mit geringerer Leistung betrieben werden.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (10), bei dem Benzin direkt in einen Brennraum (12) mindestens zeitweise so eingespritzt und Luft dem Brennraum (12) mindestens zeitweise so zugeführt wird, dass das Benzin-Luftgemisch im Brennraum (12) geschichtet vorliegt, dadurch gekennzeichnet, dass das Benzin ausschließlich und auch bei Volllast während der Kompressionsphase der Brennkraftmaschine (12) von einer Mehrloch-Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (22 ) eingespritzt wird, so dass die Schichtung des Benzins im Brennraum (12) durch die Kraftstoff- Einspritzvorrichtung (22) erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzung des Benzins in den Brennraum (12) in räumlicher Nähe zu einer Zündeinrichtung (40) erfolgt.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei geringer Betriebslast, insbesondere im Leerlauf der Brennkraftmaschine (12) r keine Androsselung der Ansaugluft stattfindet.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das geometrische Kompressionsverhältnis der Brennkraftmaschine (10) im Bereich von 12 bis 16 liegt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansaugluft vorverdichtet wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündung des Gemisches durch die Zündeinrichtung (40) nach der Einspritzung des Benzins in den Brennraum (12), vorzugsweise nach einer Drehung der Kurbelwelle (20) um ungefähr 0 bis 30°, und/oder während der Einspritzung, erfolgt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündung des Gemisches mittels einer Glüheinrichtung erfolgt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Glüheinrichtung bei höherer Drehzahl und/oder Last mit geringerer Leistung betrieben wird als bei geringerer Drehzahl und/oder Last.
9. Computerprogramm, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 geeignet ist, wenn es auf einem Computer ausgeführt wird.
10. Computerprogramm nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass es auf einem Speicher, insbesondere auf einem Flash-Memory, abgespeichert ist.
11. Brennkraftmaschine' mit einer Einspritzeinrichtung (22), welche Benzin direkt in einen Brennraum (12) mindestens zeitweise so einspritzt, und mit einer Luftzuführeinrichtung (14) , welche Luft dem Brennraum
(12) mindestens zeitweise so zuführt, dass das Benzin- Luftgemisch im Brennraum (12) geschichtet vorliegt, dadurch gekennzeichnet, dass das Benzin ausschließlich und auch bei Volllast während der Kompressionsphase der Brennkraftmaschine (12) von einer Mehrloch-Kraftstoff- Einspritzvorrichtung (22) eingespritzt wird, so dass die Schichtung des Benzins im Brennraum (12) durch die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (22) erfolgt.
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