EP1549844A1 - Brennkraftmaschine mit selbstzündung - Google Patents

Brennkraftmaschine mit selbstzündung

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EP1549844A1
EP1549844A1 EP03753455A EP03753455A EP1549844A1 EP 1549844 A1 EP1549844 A1 EP 1549844A1 EP 03753455 A EP03753455 A EP 03753455A EP 03753455 A EP03753455 A EP 03753455A EP 1549844 A1 EP1549844 A1 EP 1549844A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fuel
combustion chamber
additional
combustion
mixture
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP03753455A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Juretzka
Jochen SCHÄFLEIN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
DaimlerChrysler AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by DaimlerChrysler AG filed Critical DaimlerChrysler AG
Publication of EP1549844A1 publication Critical patent/EP1549844A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Definitions

  • the invention relates to a method for operating a supercharged internal combustion engine according to the preamble of claim 1, in particular a self-igniting internal combustion engine with direct injection.
  • the invention is therefore based on the object of providing a method for operating an internal combustion engine in which reliable operation with auto-ignition is ensured.
  • the method according to the invention is characterized in that, after the combustion of the main mixture, an additional quantity of combustion air and an additional quantity of fuel are introduced into the combustion chamber in such a way that a fuel / exhaust gas / air mixture is formed which is located in an area of an upper gas exchange dead center Piston is implemented.
  • an intermediate mixture for raising the combustion chamber temperature is formed, which is implemented before the main combustion takes place by means of a compression ignition and / or spark ignition such that a main mixture temperature control is made possible.
  • the additional amount of fuel is introduced into the combustion chamber in a region between the end of an expansion stroke of the piston and an end part of an extension stroke of the piston. This ensures that the additional fuel quantity is distributed and evaporated in the combustion chamber in good time before the gas exchange dead center.
  • the additional quantity of fresh air is supplied to the combustion chamber in a region between an end part of the expansion stroke of the piston and an end part of the extension stroke of the piston.
  • an ignitable mixture is formed, the additional quantity of fresh air being allocated as a function of the additional fuel.
  • the temperature of the intermediate mixture is raised to a certain temperature level by the exhaust gas energy, the temperature of the mixture being determined by the proportions of fresh air and exhaust gas.
  • At least one outlet valve and at least one inlet valve are opened during the introduction of the additional fresh air quantity and / or the additional fuel quantity.
  • the outlet valve is preferably opened first and then the inlet valve. Due to the opening sequence, part of the exhaust gas is first pushed out of the combustion chamber, so that the introduction of an additional quantity of fresh air is ensured by means of the pressure built up in the intake manifold.
  • Fig. 1 is a schematic diagram of a cylinder pressure curve of a supercharged internal combustion engine during a work cycle plotted against the crank angle
  • FIG. 2 shows a schematic diagram of a valve lift of the internal combustion engine from FIG. 1 plotted over the crank angle during operation.
  • An exemplary internal combustion engine with supercharging and direct injection preferably comprises four cylinders in which a piston which is held in a longitudinally displaceable manner is guided.
  • the internal combustion engine comprises at least one inlet valve, at least one outlet valve, a fuel injector and an ignition source per combustion chamber.
  • the combustion chamber of the internal combustion engine is closed at the top by a cylinder head, the piston limiting the combustion chamber at the bottom.
  • the internal combustion engine works on the 4-stroke principle, whereby it can alternatively be operated on the 2-stroke principle.
  • the internal combustion engine is charged by supplying the combustion air supplied to the combustion chamber at a pressure P s higher than the ambient pressure Pu.
  • the combustion air and the resulting exhaust gases are supplied to the combustion chamber via the inlet and outlet valves of the internal combustion engine or are pushed out of the combustion chamber.
  • the inlet and outlet valves are opened and closed by an actuating device, a control unit controlling the opening and closing times of the inlet and outlet valves according to the operating point driven.
  • one stroke corresponds to a full piston stroke.
  • 1 shows the course of a combustion chamber pressure during an operating cycle of an internal combustion engine according to the invention.
  • the work cycle of the internal combustion engine consisting of four cycles corresponds to a combustion tion cycle, wherein a combustion cycle begins with a first intake stroke, in which the piston moves in a downward movement to a bottom dead center UT.
  • combustion air is supplied to the combustion chamber, a certain amount of exhaust gas being retained in the combustion chamber according to the invention in a push-out cycle of a previous work cycle.
  • the introduction of fuel into the combustion chamber forms a main mixture, which is compressed in a subsequent compression stroke.
  • the piston moves in an upward movement from bottom dead center UT to an upper ignition dead center ZOT, with a main fuel quantity preferably being introduced into the combustion chamber during the intake stroke in the main mixture.
  • the skin mixture formed is self-ignited in an area of the upper ignition dead center ZOT by the present compression.
  • the main mixture can be spark-ignited by means of an ignition source, for example in starting operation or in the case of high load ranges.
  • an ignition source for example in starting operation or in the case of high load ranges.
  • the piston expands in a downward movement to a bottom dead center UT.
  • the piston moves upwards to an upper gas exchange dead center GOT and pushes the exhaust gases out of the combustion chamber.
  • an exhaust valve is opened during the push-out cycle, so that the exhaust gases are pushed out of the combustion chamber, a certain amount of exhaust gas being retained in the combustion chamber by early closing of the exhaust valve.
  • an additional fuel quantity and an additional combustion air quantity are supplied to the combustion chamber in such a way that an intermediate mixture of fuel, exhaust gas and air is formed, which is converted in a region of the top gas exchange dead center GOT.
  • the conversion of the additional mixture takes place in the area of the top gas exchange dead center GOT, so that the combustion chamber temperature is raised by an additional combustion ZV.
  • the energy conversion in the area of the upper gas exchange dead center GOT likewise raises the temperature of the exhaust gas retained in the combustion chamber overall, so that the high heat losses of the exhaust gas to a combustion chamber wall, in particular in the lower speed and load ranges, are compensated for.
  • a higher energy or temperature level is thus available for the subsequent main combustion HV, as a result of which an energy loss due to the smaller amount of fuel converted can be compensated for when realizing low engine loads.
  • This enables reliable operation of the internal combustion engine with compression ignition even in the lower speed and load ranges.
  • the operating range driven with compression ignition is thus enlarged, so that further improved exhaust emissions, for example when idling, can be achieved.
  • the additional fuel quantity m z can be introduced into the combustion chamber by means of direct fuel injection, it also being possible for fuel to be introduced into the intake duct of the internal combustion engine.
  • the inlet valve E z is opened when the pressure in the combustion chamber has dropped below the boost pressure P s in the intake pipe is.
  • the additional combustion air then flows due to a pressure gradient between the intake pipe and the combustion chamber, the fuel being introduced into the combustion chamber at the same time by means of direct or duct injection.
  • the exhaust valve A z is then closed again before the injected fuel can flow into the exhaust duct via the opened exhaust valve A z .
  • the inlet valve E z is then closed again, so that the piston cannot push the additional fresh combustion chamber charge into the inlet channel.
  • a defined amount of residual gas, which determines the temperature level in the combustion chamber, is retained in the combustion chamber via the closing time of the exhaust valve A z .
  • the increase in the combustion chamber temperature is determined by the additional quantity of fuel m z or influenced by the energy converted during the additional combustion Z v .
  • the additional quantity of combustion air supplied to the combustion chamber is defined via the closing time of the intake valve E z and via the boost pressure P s .
  • the piston begins to compress the additional mixture when the gas exchange dead center GOT is raised, so that at the end of the compression the compression mixture will self-ignite due to a compression end temperature and the temperature of the retained exhaust gas.
  • the additional mixture is spark-ignited depending on the load. Such spark ignition can be useful, especially during start-up.
  • the combustion chamber pressure P z increases in the combustion chamber in such a way that the piston also does work during the intake stroke.
  • the inlet valve E H is opened and the main combustion air quantity and the main fuel quantity m are fed to the combustion chamber.
  • the main combustion HV then takes place after the compression of the main mixture.
  • the internal combustion engine can be operated with compression ignition at all load points or load ranges without it misfires. Raising the temperature in the combustion chamber at the top dead center of the gas exchange GOT ensures that combustion with compression ignition can take place in each combustion cycle.
  • exhaust gas recirculation valve not shown, is used to recirculate exhaust gas from the exhaust gas outlet duct into the inlet duct, so that a certain basic mixture temperature can be set.
  • exhaust gas recirculation can take place internally.
  • the exhaust gas is partially pushed out into the intake duct via the open intake valve and then sucked back into the combustion chamber with the intake of combustion air during the intake cycle.
  • the exhaust gas recirculation can take place internally in such a way that the exhaust gas is completely pushed out into the exhaust duct during the push-out stroke and then partially sucked back into the combustion chamber via the open exhaust valve during the intake stroke.
  • the inlet valve is opened after or during the closing process of the outlet valve.
  • a charge stratification is additionally or alternatively carried out, which is ignited by means of an ignition source. That is, in the area of the gas exchange dead center, a second additional amount of fuel is introduced into the combustion chamber in such a way that an ignitable mixture cloud is formed in the area of an ignition source within the intermediate mixture.
  • the mixture cloud formed with the second additional fuel quantity is ignited by means of the ignition source, the lean intermediate mixture present in the combustion chamber subsequently being caused to self-ignite by the combustion of the mixture cloud formed with the second additional fuel quantity.
  • the one formed with the second additional fuel quantity Mixture cloud are ignited by means of the ignition source in such a way that the combustion initiated thereby also detects the intermediate mixture present in the combustion chamber without auto-ignition.
  • a fuel injector via which an amount of air and the amount of fuel are introduced.
  • the air and the fuel are mixed by the injection device and then blown into the combustion chamber by the fuel injector.
  • the fuel injector can serve as an ignition source.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer aufgeladenen Brennkraftmaschine mit Kraftstoffdirekteinspritzung, bei dem einem Brennraum eine Hauptverbrennungsluftmenge und eine Hauptkraftstoffmenge zugeführt werden, mit denen ein Hauptgemisch gebildet wird, wobei das gebildete Hauptgemisch in einem Bereich eines oberen Zünd-Totpunkts gezündet wird. Nach der Verbrennung des Hauptgemischs werden eine zusätzliche Verbrennungsluftmenge und eine zusätzliche Kraftstoffmenge in den Brennraum derart eingebracht, dass ein KraftstoffAbgas/Luft-Gemisch gebildet wird, welches in einem Bereich eines oberen Gaswechsel-Totpunkts des Kolbens umgesetzt wird.

Description

Brennkraftmaschine mit Selbstzύndung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer aufgeladenen Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere eine selbstzündende Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung .
Bei Brennkraftmaschinen mit Selbstzündung werden oftmals homogene magere Kraftstoff/Luft-Gemische zur Selbstzündung gebracht, so dass hohe Wirkungsgrade und verbesserte Abgasemissionen erzielt werden. Eine bestimmte Abgasmenge wird im Brennraum zurückgehalten, um die Gemischtemperatur am Ende einer Kompressionsphase der Brennkraftmaschine zu beeinflussen. Im unteren Last- und Drehzahlbereich kommt es zu einer Abnahme des Temperaturniveaus im Brennraum, wodurch eine Regelung der Gemischtemperatur aufgrund der geringen umgesetzten Kraftstoffmassen nicht gewährleistet ist. Um den Energieverlust durch sinkende Abgastemperaturen auszugleichen, kann unter anderem die Abgasrückhaltungsrate erhöht werden.
Ab einem bestimmten Abgastemperaturniveau ist es trotz einer hohen Abgasrückhaltungsrate jedoch nicht mehr möglich, eine stabile Verbrennung zu ermöglichen. Grund hierfür ist, dass das zurückgehaltene Abgas im wesentlichen reaktionsträge ist und es dadurch zu einer Verschleppung der Verbrennung kommt . Dies führt zu erhöhten Abgasemissionen, welche den Wirkungsgrad der Verbrennung verringern und ebenfalls zu hohen Mitteldruckschwankungen der Brennkraftmaschine führen.
Aus der Patentschrift DE 198 10 935 C2 ist ein Verfahren zum Betrieb einer nach dem Vier-Takt-Prinzip arbeitenden Brennkraftmaschine bekannt, bei dem ein homogenes mageres Grundgemisch aus Luft, Kraftstoff und zurückgehaltenem Abgas gebil- det wird, welches durch eine Kompressionszündung verbrannt wird. Dabei wird zur Erweiterung des motorischen Betriebsbereiches mit Kompressionszündung eine Aktivierungsphase zwischengeschaltet. Während der Kompression des zurückgehaltenen Abgases wird eine Aktivierungskraftstoffmenge in den Brennraum eingespritzt und mit den restlichen Gemischanteilen im Brennraum möglichst homogen verteilt. Dem Kraftstoff wird eine thermische Energie durch Leistung und Kompression zugeführt, so dass eine chemische Reaktion bzw. eine Zündung im Gaswechsel-Totpunkt eingeleitet wird.
Das oben genannte Verfahren setzt dabei voraus, dass es bei jedem Arbeitsspiel zu einer Verbrennung kommt, bei der genügend Abgase mit einer hohen Temperatur entstehen. Da die Selbstzündung eines homogenen mageren Gemisches sehr stark von den motorischen Parametern und den Umgebungsbedingungen abhängt, können Zündaussetzer auftreten, welche im Extremfall zu einem Ausbleiben der Verbrennung führen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine zu schaffen, bei dem ein zuverlässiger Betrieb mit Selbstzündung gewährleistet wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst .
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass nach der Verbrennung des Hauptgemisches eine zusätzliche Verbrennungsluftmenge und eine zusätzliche Kraftstoffmenge in den Brennraum derart eingebracht werden, dass ein Kraftstoff- Abgas/Luft -Gemisch gebildet wird, welches in einem Bereich eines oberen Gaswechsel-Totpunkts des Kolbens umgesetzt wird. Dadurch wird ein Zwischengemisch zur Anhebung der Brennraumtemperatur gebildet, welches vor einem Stattfinden der Hauptverbrennung mittels einer Kompressionszündung und/oder Fremdzündung derart umgesetzt wird, dass eine Hauptgemischtemperaturregelung ermöglicht ist. In Ausgestaltung der Erfindung wird die zusätzliche Kraftstoffmenge in einem Bereich zwischen dem Ende eines Expansionshubes des Kolbens und einem Endteil eines Ausschiebehubes des Kolbens in den Brennraum eingebracht. Dadurch wird sichergestellt, dass die zusätzliche Kraftstoffmenge rechtzeitig vor dem Gaswechsel-Totpunkt im Brennraum verteilt und verdampft ist.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die zusätzliche Frischluftmenge in einem Bereich zwischen einem Endteil des Expansionshubes des Kolbens und einem Endteil des Ausschiebehubes des Kolbens dem Brennraum zugeführt. Durch die Einbringung der zusätzlichen Frischluftluftmenge in den Brennraum wird ein zündfähiges Gemisch gebildet, wobei die zusätzliche Frischluftmenge abhängig von der zusätzlichen Kraftstoff enge zugeteilt wird. Die Temperatur des Zwischengemisches wird durch die Abgasenergie auf ein bestimmtes Temperaturniveau angehoben, wobei die Temperatur des Gemisches durch die Anteile aus Frischluft und Abgas bestimmt wird.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden während der Einbringung der zusätzlichen Frischluftmenge und/oder der zusätzlichen Kraftstoffmenge mindestens ein Auslassventil und mindestens ein Einlassventil geöffnet. Vorzugsweise wird zuerst das Auslassventil und dann das Einlassventil geöffnet. Durch die Öffnungsreihenfolge wird zuerst ein Teil des Abgases aus dem Brennraum ausgeschoben, so dass die Einbringung einer zusätzlichen Frischluftmenge mittels des aufgebauten Druckes im Saugrohr gewährleistet ist.
Weitere Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der Beschreibung. Konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein schematisches Diagramm eines Zylinderdruckverlaufes einer aufgeladenen Brennkraftmaschine während eines Arbeitsspiels aufgetragen über dem Kurbelwinkel, und
Fig. 2 ein schematisches Diagramm eines Ventilhubes der Brennkraftmaschine aus Fig. 1 während des Betriebs aufgetragen über dem Kurbelwinkel .
Eine beispielhafte Brennkraftmaschine mit Aufladung und Direkteinspritzung umfaßt vorzugsweise vier Zylinder, in denen ein längsverschieblich gehaltener Kolben geführt ist. Die Brennkraftmaschine umfaßt pro Brennraum mindestens ein Einlassventil, mindestens ein Auslassventil, einen Kraftstoffin- jektor und eine Zündquelle. Der Brennraum der Brennkraftmaschine wird von einem Zylinderkopf nach oben hin abgeschlossen, wobei der Kolben den Brennraum nach unten hin begrenzt. Die Brennkraftmaschine arbeitet nach dem 4-Takt-Prinzip, wobei sie alternativ nach dem 2-Takt-Prinzip betrieben werden kann.
Die Brennkraftmaschine wird aufgeladen, indem dem Brennraum die zugeführte Verbrennungsluft mit einem höheren Druck Ps als dem Umgebungsdruck Pu zugeführt wird. Die Verbrennungsluft sowie die entstehenden Abgase werden über die Einlass- und Auslassventile der Brennkraftmaschine dem Brennraum zugeführt bzw. aus dem Brennraum ausgeschoben. Die Einlass- und Auslassventile werden von einer Betätigungsvorrichtung geöffnet und geschlossen, wobei ein Steuergerät die Öffnungs- und Schließzeitpunkte der Einlass- und Auslassventile dem gefahrenen Betriebspunkt entsprechend steuert.
Bei einem 4 -Takt -Verfahren entspricht ein Takt einem vollen Kolbenhub. In Fig. 1 ist der Verlauf eines Brennraumdruckes während eines Arbeitsspiels einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine dargestellt. Das aus vier Takten bestehende Arbeitsspiel der Brennkraftmaschine entspricht einem Verbren- nungszyklus, wobei ein Verbrennungszyklus mit einem ersten Ansaugtakt beginnt, bei dem sich der Kolben in einer Abwärtsbewegung bis zu einem unteren Totpunkt UT bewegt . Beim Ansaugtakt wird dem Brennraum Verbrennungsluft zugeführt, wobei erfindungsgemäß in einem Ausschiebetakt eines vorherigen Arbeitsspiels eine bestimmte Menge an Abgas im Brennraum zurückgehalten wird.
Während des Ansaugtaktes wird durch die Einbringung von Kraftstoff in den Brennraum ein Hauptgemisch gebildet, welches in einem nachfolgenden Kompressionstakt verdichtet wird. Während des Kompressionstaktes bewegt sich der Kolben in einer Aufwärtsbewegung vom unteren Totpunkt UT bis zu einem o- beren Zündtotpunkt ZOT, wobei vorzugsweise beim Hauptgemisch eine Hauptkraftstoffmenge während des Ansaugtaktes in den Brennraum eingebracht wird. Das gebildete Hautgemisch wird in einem Bereich des oberen Zündtotpunkts ZOT durch die vorliegende Kompression selbstgezündet.
Alternativ kann das Hauptgemisch lastabhängig, beispielsweise im Startbetrieb oder bei hohen Lastbereichen mittels einer Zündquelle fremdgezündet werden. Während der noch laufenden Verbrennung des Hauptgemisches expandiert der Kolben in einer Abwärtsbewegung bis zu einem unteren Totpunkt UT. Im darauf folgenden Ausschiebetakt fährt der Kolben in einer Aufwärtsbewegung bis zu einem oberen Gaswechsel-Totpunkt GOT und schiebt die Abgase aus dem Brennraum aus. Erfindungsgemäß wird ein Auslassventil während des Ausschiebetakts geöffnet, so dass die Abgase aus dem Brennraum ausgeschoben werden, wobei durch ein frühzeitiges schließen des Auslassventils eine bestimmte Menge an Abgas im Brennraum zurückgehalten wird. Während des Ausschiebetakts werden dem Brennraum eine zusätzliche Kraftstoffmenge und eine zusätzliche Verbrennungsluft- menge derart zugeführt, dass ein Zwischengemisch aus Kraftstoff, Abgas und Luft gebildet wird, welches in einem Bereich des oberen Gaswechsel-Totpunkts GOT umgesetzt wird. Gemäß Fig. 1 findet im Bereich des oberen Gaswechsel- Totpunktes GOT die Umsetzung des Zusatzgemisches statt, so dass durch eine Zusatzverbrennung ZV eine Anhebung der Brennraumtemperatur stattfindet. Dies führt zu einer Anhebung des Brennraumdruckes Pz. Durch die Energieumsetzung im Bereich des oberen Gaswechsel -Totpunkts GOT wird ebenfalls die Temperatur des im Brennraum zurückgehaltenen Abgases insgesamt angehoben, so dass die hohen Wärmeverluste des Abgases an eine Brennraumwandung, insbesondere in unteren Drehzahl- und Last- bereichen kompensiert werden. Für die anschließende Hauptverbrennung HV steht somit ein höheres Energie bzw. Temperaturniveau zur Verfügung, wodurch ein Energieverlust aufgrund der kleineren umgesetzten Kraftstoffmenge bei der Realisierung niedriger Motorlasten kompensiert werden kann. Dadurch wird ein zuverlässiger Betrieb der Brennkraftmaschine mit Kompressionszündung auch in unteren Drehzahl- und Lastbereichen ermöglicht. Der mit Kompressionszündung gefahrene Betriebsbereich wird somit vergrößert, so dass weiterhin verbesserte Abgasemissionen beispielsweise bei Leerlauf erzielt werden können.
Gemäß Fig. 2 werden während der Einbringung der zusätzlichen Verbrennungsluftmenge und/oder der zusätzlichen Kraftstoff- menge zuerst das Auslassventil und dann das Einlassventil geöffnet. Dabei werden die Öffnungs- bzw. die Schließzeitpunkte des Einlassventils Ez durch die benötigte zusätzliche Frischbzw. Verbrennungsluftmenge definiert. Aufgrund des herrschenden Ladedruckes Ps im Ansaugkanal der Brennkraftmaschine wird das Zurückströmen von Frischgas bzw. Abgas aus dem Brennraum in den Ansaugkanal verhindert .
Die Einbringung der zusätzlichen Kraftstoffmenge mz kann mittels einer Kraftstoffdirekteinspritzung in den Brennraum vorgenommen werden, wobei eine Kraftstoffeinbringung im Ansaugkanal der Brennkraftmaschine ebenfalls vorgenommen werden kann. Das Einlassventil Ez wird dann geöffnet, wenn der Druck im Brennraum unter dem Ladedruck Ps im Ansaugrohr gesunken ist. Dabei strömt dann die zusätzliche Verbrennungsluft aufgrund eines Druckgefälles zwischen dem Ansaugrohr und dem Brennraum, wobei gleichzeitig der Kraftstoff mittels einer Direkt- oder Kanaleinspritzung in den Brennraum eingebracht wird. Das Auslassventil Az wird dann wieder geschlossen, bevor der eingespritzte Kraftstoff über das geöffnete Auslassventil Az in den Abgaskanal strömen kann. Kurz darauf wird dann das Einlassventil Ez wieder geschlossen, so dass der Kolben die zusätzliche frische Brennraumladung nicht in den Einlasskanal ausschieben kann. Über den Schließzeitpunkt des Auslassventils Az wird eine definierte Restgasmenge im Brennraum zurückgehalten, die das Temperaturniveau im Brennraum bestimmt. Die Anhebung der Brennraumtemperatur wird durch die zusätzliche KraftStoffmenge mz bestimmt bzw. durch die umgesetzte Energie während der Zusatzverbrennung Zv beeinflusst .
Die dem Brennraum zugeführte zusätzliche Verbrennungsluftmenge wird über den Schließzeitpunkt des Einlassventils Ez und ü- ber den Ladedruck Ps definiert. Nach der Bildung des Zusatzgemisches beginnt der Kolben beim Hochfahren zum Gaswechsel- Totpunkt GOT, das Zusatzgemisch zu verdichten, so dass am Ende der Kompression durch eine Verdichtungsendtemperatur und durch die Temperatur des zurückgehaltenen Abgases zu einer Selbstzündung des Zusatzgemisches kommen wird. Es ist denkbar, dass das Zusatzgemisch lastabhängig fremdgezündet wird. Insbesondere im Startbetrieb kann eine solche Fremdzündung sinnvoll sein. Der Brennraumdruck Pz steigt im Brennraum derart an, dass der Kolben während des Ansaugtaktes ebenfalls Arbeit verrichtet. Im anschließenden Ansaugtakt wird das Einlassventil EH geöffnet und die Hauptverbrennungsluftmenge sowie die Hauptkraftstoffmenge m dem Brennraum zugeführt. Im Bereich des oberen Zündtotpunkts ZOT findet dann nach der Verdichtung des Hauptgemisches die HauptVerbrennung HV statt.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann die Brennkraftmaschine im wesentlichen bei allen Lastpunkten bzw. Lastbereichen mit Kompressionszündung betrieben werden, ohne dass es zu Zündaussetzern kommt. Durch die Anhebung der Temperatur im Brennraum beim oberen Gaswechsel-Totpunkt GOT wird sichergestellt, dass in jedem Verbrennungszyklus eine Verbrennung mit Kompressionszündung stattfinden kann.
Es ist denkbar, dass das erfindungsgemäße Verfahren anstatt der Abgasrückhaltung mit einer Abgasrückführung durchgeführt wird. Dabei wird mittels eines nicht dargestellten Abgasrück- führventils Abgas aus dem Abgasauslasskanal in den Einlasskanal zurückgeführt, so dass eine bestimmte Grundgemischtemperatur einstellbar ist. Alternativ kann die Abgasrückführung intern erfolgen. Dabei wird während des Ausschiebetakts über das geöffnete Einlassventil das Abgas zum Teil in den Einlasskanal ausgeschoben und dann mit der angesaugten Verbrennungsluft während des Ansaugtakts wieder in den Brennraum angesaugt . Des Weiteren kann die Abgasrückführung intern derart erfolgen, dass während des Ausschiebetakts das Abgas vollständig in den Auslasskanal ausgeschoben und dann während des Ansaugtakts über das geöffnete Auslassventil zum Teil wieder in den Brennraum angesaugt wird. Dabei wird nach oder während des Schließvorgangs des Auslassventils das Einlassventil geöffnet .
Es ist weiterhin denkbar, dass kurz vor dem Gaswechsel - Torpunkt GOT mittels der Direkteinspritzung zusätzlich oder alternativ eine Ladungsschichtung erfolgt, die mittels einer Zündquelle gezündet wird. D.h., im Bereich des Gaswechsel- Totpunkts wird eine zweite zusätzliche Kraftstoffmenge in den Brennraum derart eingebracht, dass innerhalb des Zwischengemisches eine zündfähige Gemischwolke im Bereich einer Zündquelle gebildet wird. Die mit der zweiten zusätzlichen Kraftstoffmenge gebildete Gemischwolke wird mittels der Zündquelle gezündet, wobei das im Brennraum vorliegende magere Zwischengemisch durch die Verbrennung der mit der zweiten zusätzlichen KraftStoffmenge gebildeten Gemischwolke nachfolgend zu einer Selbstzündung veranlasst wird. Alternativ kann die mit der zweiten zusätzlichen Kraftstoffmenge gebildete Gemischwolke mittels der Zündquelle derart gezündet werden, dass die dabei eingeleitete Verbrennung ebenfalls das im Brennraum vorliegende Zwischengemisch ohne Selbstzündung er- fasst .
Es ist weiterhin denkbar, einen Kraftstoffinjektor zu verwenden, über den eine Luftmenge und die Kraftstoffmenge eingebracht werden. Dabei werden die Luft und der Kraftstoff durch die Einspritzvorrichtung vermischt und danach durch den Kraftstoffinjektor in den Brennraum eingeblasen. Des Weiteren kann der Kraftstoffinjektor als eine Zündquelle dienen.

Claims

Patentansprüche
Verfahren zum Betrieb einer aufgeladenen Brennkraftmaschine mit einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung, einem Zylinder, einem Zylinderkopf, einem Kolben und einem zwischen dem Zylinderkopf und dem Kolben begrenzten Brennraum, bei dem dem Brennraum eine Hauptverbrennungsluftmenge und eine Hauptkraftstoffmenge zugeführt werden, mit denen ein Hauptgemisch gebildet wird, und das gebildete Hauptgemisch in einem Bereich eines oberen Zünd-Totpunkts gezündet wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass nach der Verbrennung des Hauptgemischs eine zusätzliche Verbrennungsluftmenge und eine zusätzliche Kraftstoffmenge in den Brennraum derart eingebracht werden, dass ein Kraftstoff-Abgas/Luft-Gemisch gebildet wird, welches in einem Bereich eines oberen Gaswechsel- Totpunkts des Kolbens umgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die zusätzliche Kraftstoffmenge in einem Bereich zwischen dem Ende eines Expansionshubes des Kolbens und einem Endteil eines Ausschiebehubes des Kolbens in den
Brennraum eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die zusätzliche Frischluftmenge in einem Bereich zwischen einem Endteil des Expansionshubes und einem Endteil des Ausschiebehubes dem Brennraum zugeführt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass während der Einbringung der zusätzlichen Frischluftmenge und/oder der zusätzlichen Kraftstoffmenge mindestens ein Auslassventil und mindestens ein Einlassventil geöffnet werden.
Verfahren nach Anspruch 4 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass während der Einbringung der zusätzlichen Frischluftmenge und/oder der zusätzlichen Kraftstoffmenge zuerst das Auslassventil und dann das Einlassventil geöffnet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass mittels der Kraftstoffeinspritzvorrichtung eine Kraftstoffeinspritzung in ein Saugrohr der Brennkraftmaschine oder in den Brennraum direkt vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Brennkraftmaschine mit einem Verdichtungsverhältnis zwischen 8 und 16, insbesondere zwischen 8 und 13 betrieben wird.
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