WO2005035953A1 - Verbrennungsmotor - Google Patents

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WO2005035953A1
WO2005035953A1 PCT/EP2004/052399 EP2004052399W WO2005035953A1 WO 2005035953 A1 WO2005035953 A1 WO 2005035953A1 EP 2004052399 W EP2004052399 W EP 2004052399W WO 2005035953 A1 WO2005035953 A1 WO 2005035953A1
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WO
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combustion engine
internal combustion
cai
mode
engine according
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PCT/EP2004/052399
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Dietmar Ellmer
Thorsten Lauer
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • F02B11/02—Engines characterised by both fuel-air mixture compression and air compression, or characterised by both positive ignition and compression ignition, e.g. in different cylinders convertible from fuel-air mixture compression to air compression or vice versa
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    • F02D41/38—Controlling fuel injection of the high pressure type
    • F02D41/40—Controlling fuel injection of the high pressure type with means for controlling injection timing or duration
    • F02D41/402—Multiple injections
    • F02D41/405—Multiple injections with post injections

Definitions

  • CAI Compressed Auto Ignition / compression ignition
  • SI Spark Ignition / spark ignition
  • a promising approach in this context is the dethrottling, which is to be achieved in particular through lean concepts and stratified charging processes.
  • the disadvantage of this combustion process is the high NOx concentration in the raw exhaust gas.
  • a 3-way catalytic converter has an insufficient NOx conversion. Therefore, complex NOx trap catalysts with regular regeneration cycles are required in order to comply with statutory exhaust gas limits, for example.
  • exhaust systems cause high costs.
  • the regeneration cycles of the NOx trap catalytic converters, in which a rich mixture and higher exhaust gas temperatures are requested at short notice are not consumption-neutral, as a result of which at least part of the fuel saved by dethrottling is required again.
  • the combustion process consists of the CAI process, in which an attempt is made to circumvent the disadvantages explained above despite dethrottling.
  • HCCI Homogeneous Charge Compression Ignition / homogeneous mixture self-ignition
  • RZV room ignition process
  • the CAI process only works satisfactorily in a restricted load or speed range. The closer the load or speed comes to the edge of this area, the more the raw NOx emissions increase.
  • a mechanical limitation for the use of the CAI operating mode is the high combustion peak pressures or the high pressure gradients, which increase the component load considerably. Particularly in the transition area of the load or speed range suitable for the CAI operating mode, it proves problematic that the raw NOx emissions cannot be converted in the desired manner by a conventional 3-way catalytic converter due to the lean exhaust gas, and CAI operation with ⁇ ⁇ 1 leads to an unstable combustion.
  • the invention has for its object to develop the generic internal combustion engines such that the for CAI mode suitable load or speed range is increased compared to the prior art, in particular without restricting the possibility of 3-way catalysis.
  • the internal combustion engine according to the invention builds on the generic state of the art in that it continues to have a CAI operating mode with subsequent mixture enrichment.
  • the 3-way catalytic converter can be brought into the catalytic converter window (clear the catalytic converter) by means of a lambda control and, if necessary, a targeted pilot control, after which the NOx emissions resulting from the non-optimal CAI combustion can be converted in the desired manner .
  • the present invention provides, in particular, a load and speed range in which both the CAI operating mode and the SI operating mode can be used in an emission-neutral manner, by this enlargement of the transition range in which both the SI operating mode and
  • the CAI operating mode can also be used on an equivalent basis, it is possible to increase the number of changes between the operating modes reduce, which can reduce fuel consumption and improve emissions behavior.
  • an advantageous development of the internal combustion engine according to the invention provides that it has an operating mode manager which selects one of the operating modes depending on at least one decision criterion.
  • the operating mode manager can be implemented using suitable hardware and / or software components and can be integrated, for example, into the engine control.
  • the at least one decision criterion comprises the load and / or the rotational speed.
  • the current load and / or the current speed can be recorded in any suitable manner and made available to the mode manager.
  • Modern motor controls in particular record these quantities anyway, so that no significant additional effort is generally required in this regard.
  • the operating mode manager carries out at least certain changes between the operating modes which are subject to hysteria.
  • a change between the CAI mode and the SI mode is a highly unsteady process, which is associated with higher emissions and higher fuel consumption. It is therefore advantageous to further limit the number of switching operations actually carried out by using hysteresis functions.
  • the operating mode manager changes between the CAI operating mode and the CAI operating mode with subsequent mixture enrichment and changes between the CAI operating mode with subsequent mixture enrichment and the SI operating mode .
  • the catalytic converter can be prepared for the changeover to the SI mode of operation before the switchover process (enrichment of the catalytic converter, emptying of the oxygen store) by the enrichment of the exhaust gas according to the invention. In this way, an optimal catalyst function can be guaranteed during the emission-critical switching process.
  • the operating mode manager selects one of the operating modes depending on the actual and / or expected effects on the NOx emissions and / or the fuel consumption and / or the load on a catalytic converter. It is preferred that the optimal compromise between the effects mentioned is determined and the optimum operating mode selected in each case. For holistic accounting, it is also advantageous in this context if a switchover process is taken into account when calculating emissions and determining consumption.
  • the delta which is pending on the consumption and emission side during the switchover process, is preferably stored in at least one map.
  • the determination of the actual and / or the expected effects on the NOx emissions takes place via at least one first map in which specific NOx emissions of the different operating modes are stored.
  • the determination of the actual and / or the expected effects on the fuel consumption takes place via at least one second map in which specific fuel consumption values of the different operating modes are stored.
  • the use of a characteristic diagram represents only a preferred embodiment, which does not exclude the use of other methods, for example the evaluation of a mathematical function.
  • a temperature measurement via a temperature sensor represents a particularly preferred variant, the term “temperature measurement” is to be interpreted broadly in the present context and is also intended, for example, to determine the determination of the temperature via other suitable variables and / or characteristic maps.
  • Map and / or the second map can be recalibrated during operation.
  • Suitable measurement sensors can be provided for this purpose, for example NOx sensors or flow rate sensors.
  • the internal combustion engine according to the invention it can be provided that it is a direct-injection internal combustion engine and that the subsequent enrichment takes place by post-injection of fuel during an exhaust cycle.
  • the invention can be implemented with particularly little effort since no or only slight mechanical modifications of the motor are required.
  • it can also be provided that it is an internal combustion engine with intake manifold injection and that it has a device for introducing fuel into the exhaust system.
  • the device for introducing fuel into the exhaust tract can be formed, for example, in the form of a (comparatively simple) injection nozzle.
  • a basic idea of the invention is that the possible CAI operating range can be increased by providing an additional CAI operating mode with subsequent mixture enrichment compared to the prior art. In this way, fuel can be saved without adversely affecting the emission behavior.
  • Figure 1 is a schematic block diagram of an embodiment of the internal combustion engine according to the invention.
  • Figure 2 is a graph illustrating the individual operating ranges and limits of the operating modes provided according to the invention.
  • FIG. 1 schematically shows an internal combustion engine 10 which is designed to be operated in addition to the CAI operating mode and the SI operating mode in a CAI operating mode with subsequent mixture enrichment.
  • the internal combustion engine 10 shown in FIG. 1 is an internal combustion engine with intake manifold injection, which is why a device 20 is provided for introducing fuel into the exhaust tract 22, which is only indicated schematically. Through the Device 20 for introducing fuel can be enriched for the raw exhaust gas before it is fed to a 3-way catalytic converter 18.
  • the internal combustion engine 10 is also assigned an operating mode manager 12, which can be part of the engine control, for example.
  • the mode manager 12 changes between the CAI mode and the CAI mode with subsequent mixture enrichment and changes between the CAI mode with subsequent mixture enrichment and the SI mode.
  • the operating mode manager 12 determines the operating mode in which the optimal compromise results from fuel consumption, NOx emissions and catalyst temperature.
  • the catalyst temperature is detected by a temperature sensor 24 and fed to the operating mode manager 12, as is the current load and the current speed.
  • the operating mode manager 12 has a first map 14, in which specific NOx emissions of the different operating modes are stored, and a second map 16, in which specific fuel consumption values of the various Operating modes are stored.
  • FIG. 2 illustrates in graphical form the operating ranges of the CAI mode, the CAISTEG mode and the SI mode depending on the load and speed.
  • FIG. 2 shows in particular that the CAISTEG area lies between the CAI area and the SI area, so that overall there is a larger CA ⁇ I area than in the prior art.
  • the upper limit of the CAI range based on FIG. 2, is no longer determined by the still acceptable NOx emissions without enrichment, but rather by the limit of the mechanical strength or the ⁇ -1 limit.
  • This enlargement of the transition area, in which both the CAI mode and the SI mode can be used the number of required changes between these operating modes is reduced, which has a positive effect on fuel consumption and emissions behavior.

Landscapes

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor (10), der eine CAI-Betriebsart (CAI = Compressed Auto Ignition / Selbstzündung unter Kompression) und eine SI-Betriebsart (SI = Spark Ignition / Funkenzündung) aufweist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Verbrennungsmotor (10) weiterhin eine CAI-Betriebsart mit nachträglicher Gemischanfettung aufweist. Auf diese Weise kann der Übergangsbereich, in dem sowohl das CAI-Verfahren als auch das SI-Verfahren angewendet werden kann, vergrößert werden. Dies ermöglicht es, die Anzahl der erforderlichen Wechsel zwischen den jeweiligen Betriebsarten zu verringern, was sich positiv auf den Kraftstoffverbrauch und das Emissionsverhalten auswirkt.

Description

Beschreibung
Verbrennungsmotor
Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor, der eine CAI- Betriebsart (CAI = Compressed Auto Ignition / Selbstzündung unter Kompression) und eine SI-Betriebsart (SI = Spark Ignition / Funkenzündung) aufweist.
Beispielsweise bei der Weiterentwicklung von Ottomotoren besteht ein permanentes Ziel darin, verbrauchsgünstigere Brennverfahren zu verwirklichen.
Ein vielversprechender Ansatz besteht in diesem Zusammenhang in der Entdrosselung, die insbesondere über Magerkonzepte und Schichtladeverfahren verwirklicht werden soll. Nachteilig bei diesem Brennverfahren ist jedoch die hohe NOx-Konzentration im Rohabgas. Bei einem mageren Abgas weist ein 3-Wege- Katalysator eine unzureichende NOx-Konvertierung auf. Daher sind aufwendige NOx-Trap-Katalysatoren mit regelmäßigen Regenerationszyklen erforderlich, um beispielsweise gesetzliche Abgasgrenzwerte einzuhalten. Derartige Abgasanlagen verursachen jedoch hohe Kosten. Weiterhin sind die Regenerationszyklen der NOx-Trap-Katalysatoren, bei denen kurzfristig ein fettes Gemisch sowie höhere Abgastemperaturen angefordert werden, nicht verbrauchsneutral, wodurch zumindest ein Teil des durch die Entdrosselung eingesparten Kraftstoffs wieder benötigt wird.
Ein weiterer Ansatz bei der Entwicklung verbrauchsgünstiger
Brennverfahren besteht in dem CAI-Verfahren, bei dem versucht wird, die vorstehend erläuterten Nachteile trotz Entdrosselung zu umgehen. In der CAI-Betriebsart, die auch als HCCI- (HCCI = Homogeneous Charge Compression Ignition / homogene Gemischselbstentflammung) oder RZV-Betriebsart (RZV = Raumzündungsverfahren) bezeichnet wird, wird das sehr gut homogenisierte Gemisch durch den bei der Kompression entstehenden Temperaturanstieg zur Zündung gebracht. Um die hohen Zündtemperaturen zu erreichen, wird bevorzugt mit einer hohen inneren Abgasrückführrate gearbeitet. Während einer optionalen CAI-Verbrennung entstehen nur geringe NOx-Konzentrationen im Rohabgas, weshalb davon ausgegangen wird, dass ein Verbrennungsmotor, der in der CAI-Betriebsart betrieben wird, mit einem gewöhnlichen beziehungsweise nur leicht modifizierten 3-Wege-Katalysator arbeiten kann, obwohl in der CAI- Betriebsart nur ein relativ mageres Rohabgas vorliegt.
Ähnlich wie das Entdrosselungsverfahren, arbeitet auch das CAI-Verfahren nur in einem eingeschränkten Last- beziehungsweise Drehzahlbereich zufriedenstellend. Je näher die Last beziehungsweise Drehzahl dem Rand dieses Bereiches kommt, desto mehr steigen die NOx-Rohemissionen an. Eine mechanische Begrenzung für den Einsatz der CAI-Betriebsart besteht in den hohen Verbrennungsspitzendrücken beziehungsweise den hohen Druckgradienten, welche die Bauteilbelastung erheblich steigern. Insbesondere im Übergangsbereich des für die CAI- Betriebsart geeigneten Last- beziehungsweise Drehzahlbereichs erweist es sich als problematisch, dass die NOx-Rohemissionen aufgrund des mageren Abgases von einem herkömmlichen 3-Wege- Katalysator nicht in der gewünschten Weise umgewandelt werden können und ein CAI-Betrieb mit λ < 1 zu einer labilen Verbrennung führt. Obwohl der CAI-Betrϊeb in diesem Last- und Drehzahlbereich hinsichtlich der mechanischen Belastung und der VerbrennungsStabilität beibehalten werden könnte, muss bei bekannten Verbrennungsmotoren mit CAI-Betriebsart zur E- missionsbegrenzung früher in die SI-Betriebsart gewechselt werden, als dies aus physikalischer beziehungsweise mechanischer Sicht notwendig wäre. Bei einem Wechsel zwischen der CAI- und der SI-Betriebsart handelt es sich jedoch um einen stark instationären Vorgang, der mit höheren Emissionen und einem höheren Verbrauch verbunden ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäßen Verbrennungsmotoren derart weiterzubilden, dass der für die CAI-Betriebsart geeignete Last- beziehungsweise Drehzahlbereich im Vergleich zum Stand der Technik vergrößert wird, insbesondere ohne die Möglichkeit einer 3-Wege-Katalyse einzuschränken.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst,
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Der erfindungsgemäße Verbrennungsmotor baut auf dem gattungsgemäßen Stand der Technik dadurch auf, dass er weiterhin eine CAI-Betriebsart mit nachträglicher Gemischanfettung aufweist. Die CAI-Betriebsart mit nachträglicher Gemischanfettung er- möglicht es, eine 3-Wege-Katalyse auch während der CAI- Betriebsart in Last- beziehungsweise Drehzahltsereichen mit vergleichsweise hoher NOx-Konzentration im Rohabgas durchzuführen, da ein Kraftstoff-Luftverhältnis im Bereich von λ = 1 in weiten Betriebsbereichen sichergestellt werden kann. Durch eine Lambdaregelung und gegebenenfalls eine gezielte Vorsteuerung kann der 3-Wege-Katalysator dabei in das Katalysatorfenster gebracht werden (ausräumen des Katalysators) , wobei anschließend die durch die nicht optimale CAI—Verbrennung entstehenden NOx-Emissionen in der gewünschten Weise umgewan- delt werden können. Durch die erfindungsgemäße Lösung sind für einen im Vergleich zum Stand der Technik vergrößerten CAI-Betriebsbereich alle Katalysatorfunktionen, beispielsweise eine Zwangsanregung und eine Lambdaregelung", darstellbar, die auch in der SI-Betriebsart für ein Erreichen von optima- len Konvertierungsraten bei λ = 1 eingesetzt werden. Aus diesem Grund ergibt die vorliegende Erfindung insbesondere einen Last- und Drehzahlbereich, in dem sowohl die CAI-Betriebsart als auch die SI-Betriebsart emissionsneutral gleichwertig einsetzbar sind. Durch diese Vergrößerung des Übergangsbe- reichs, in dem sowohl die SI-Betriebsart als auch die CAI- Betriebsart gleichwertig eingesetzt werden kann, ist es möglich, die Anzahl von Wechseln zwischen den Betriebsarten zu verringern, wodurch der Kraftstoffverbrauch gesenkt und das Emissionsverhalten verbessert werden kann.
Bei bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors ist weiterhin vorgesehen, dass die CAI- Betriebsart mit nachträglicher Gemischanfettung eine CAISTEG- Betriebsart (CAISTEG = CAI with Stoichiometric Exhaust Gas / CAI mit stöchiometrischem Abgas) ist. In diesem Fall werden besonders gute Ergebnisse der 3-Wege-Katalyse erzielt.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors sieht vor, dass er einen Betriebsartenma- nager aufweist, der in Abhängigkeit von zumindest einem Entscheidungskriterium eine der Betriebsarten auswählt. Der Be- triebsartenmanager kann dabei durch geeignete Hard- und/oder Softwarekomponenten verwirklicht und beispielsweise in die Motorsteuerung integriert werden.
Im vorstehend erläuterten Zusammenhang kann insbesondere vor- gesehen sein, dass das zumindest eine Entscheidungskriterium die Last und/oder die Drehzahl umfasst. Die aktuelle Last und/oder die aktuelle Drehzahl können dabei durch irgendeine geeignete Weise erfasst und dem Betriebsartmanager zur Verfügung gestellt werden. Insbesondere moderne Motorsteuerungen erfassen diese Größen ohnehin, so dass diesbezüglich in der Regel kein nennenswerter Mehraufwand erforderlich ist.
Weiterhin wird bevorzugt, dass der Betriebsartenmanager zumindest bestimmte Wechsel zwischen den Betriebsarten hystere- sebehaftet durchführt. Wie erwähnt, handelt es sich bei einem Wechsel zwischen der CAI-Betriebsart und der SI-Betriebsart um einen stark instationären Vorgang, der mit höheren Emissionen und einem höheren Kraftstoffverbrauch verbunden ist. Daher ist es vorteilhaft, die Anzahl der tatsächlich vorgenom- menen Umschaltvorgänge durch den Einsatz von Hysteresefunkti- onen weiter zu begrenzen. Wie vorstehend bereits mehrfach angedeutet , wird im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor bevorzugt, dass der Betriebsartenmanager Wechsel zwischen der CAI- Betriebsart und der CAI-Betriebsart mit nachträglicher Ge- mischanfettung sowie Wechsel zwischen der CAI-Betriebsart mit nachträglicher Gemischanfettung und der SI—Betriebsart vornimmt. Beispielsweise bei einem Übergang von einer NOx-armen zu einer NOx-reicheren CAI-Verbrennung kann der Katalysator durch die erfindungsgemäße Anfettung des Abgases schon vor dem Umschaltvorgang zum Wechsel in die SI-Betriebsart vorbereitet werden (Ausräumen des Katalysators, Leeren des SauerstoffSpeichers) . Auf diese Weise kann während des emissionskritischen Umschaltvorgangs eine optimale Katalysatorfunktion gewährleistet werden.
Eine ebenfalls besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Betriebsartenmanager eine der Betriebsarten in Abhängigkeit von tatsächlichen und/oder zu erwartenden Auswirkungen auf die NOx-Emissionen und/oder den Kraftstoffverbrauch und/oder die Belastung eines Katalysators auswählt. Dabei wird bevorzugt, dass der optimale Kompromiss zwischen den genannten Auswirkungen bestimmt und in Abhängigkeit davon die jeweils optimale Betriebsart ausgewählt wird. Zur ganzheitlichen Bilanzierung ist es in diesem Zusammenhang weiterhin vorteilhaft, wenn ein Umschaltvorgang bei der Emissionsberechnung und der Verbrauchsermittlung berücksichtigt wird. Das Delta, welches auf Verbrauchs- und Emissionsseite beim Umschaltvorgang ansteht, wird vorzugsweise in mindestens je einem Kennfeld abgelegt.
In diesem Zusammenhang wird weiterhin bevorzugt, dass die Bestimmung der tatsächlichen und/oder der erwarteten Auswirkungen auf die NOx-Emissionen über zumindest ein erstes Kennfeld erfolgt, in dem spezifische NOx-Emissionen der verschiedenen Betriebsarten abgelegt sind. Alternativ zur Verwendung eines Kennfeldes kann beispielsweise die Auswertung einer mathema- tischen Funktion oder irgendeine andere dem Fachmann geläufige Variante zum Einsatz kommen.
Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass die Be- Stimmung der tatsächlichen und/oder der erwarteten Auswirkungen auf den Kraftstoffverbrauch über zumindest ein zweites Kennfeld erfolgt, in dem spezifische Kraftstoffverbrauchswerte der verschiedenen Betriebsarten abgelegt sind. Auch in diesem Fall stellt der Einsatz eines Kennfeldes nur eine be- vorzugte Ausführungsform dar, die den Einsatz anderer Verfahren, beispielsweise der Auswertung einer mathematischen Funktion, nicht ausschließt.
Im Zusammenhang mit der Wahl der optimalen Betriebsart kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Bestimmung der tatsächlichen und/oder der erwarteten Auswirkungen auf die Belastung des Katalysators über eine Temperaturmessung erfolgt. Obwohl die Temperaturmessung über einen Temperatursensor eine besonders bevorzugte Variante darstellt, ist der Begriff "Tempera- turmessung" im vorliegenden Zusammenhang weit auszulegen und soll beispielsweise auch die Bestimmung der Temperatur über andere geeignete Größen und/oder Kennfelder erfassen.
Im vorstehend erläuterten Zusammenhang kann eine Weiterbil- düng der vorliegenden Erfindung vorsehen, dass das erste
Kennfeld und/oder das zweite Kennfeld wahrend des Betriebs nachkalibrierbar sind. Zu diesem Zweck können geeignete Mess- sensoren vorgesehen sein, beispielsweise NOx-Sensoren oder Durchflussmengensensoren .
Bei dem erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor kann vorgesehen sein, dass er ein direkteinspritzender Verbrennungsmotor ist, und dass die nachträgliche Anfettung durch eine Nacheinspritzung von Kraftstoff während eines Auslasstaktes erfolgt. In diesem Fall ist die Verwirklichung der Erfindung mit besonders geringem Aufwand möglich, da keine oder nur geringe mechanische Modifikationen des Motors erforderlich sind. Hinsichtlich des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors kann aber auch vorgesehen sein, das s er ein Verbrennungsmotor mit Saugrohreinspritzung ist, und dass er eine Einrichtung zum Einbringen von Kraftstoff in den Abgastrakt aufweist . Dabei kann die Einrichtung zum Einbringen von Kraftstoff in den Abgastrakt beispielsweise in Form einer (vergleichsweise einfachen) Einspritzdüse gebildet sein .
Ein Grundgedanke der Erfindung besteht darin, dass der mögliche CAI -Betriebsbereich durch das Vorsehen einer zusätzlichen CAI-Betriebsart mit nachträglicher Gemischanfettung im Vergleich zum Stand der Technik vergrößert werden kann . Auf diese Weise kann Kraftstoff eingespart werden, ohne das Emissi- onsverhalten nachteilig zu beeinflus sen .
Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der zugehörigen Zeichnungen beispielhaft erläutert .
Es zeigen :
Figur 1 ein schematisches Blockschaltbild einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors; und
Figur 2 einen Graph, der die einzelnen Betriebsbereiche und Grenzen der erfindungsgemäß vorgesehenen Betriebsarten veranschaulicht.
Figur 1 zeigt schematisch einen Verbrennungsmotor 10, der dazu ausgelegt ist, neben der CAI-Betriebsart und der SI- Betriebsart auch in einer CAI-Betriebsart mit nachträglicher Gemischanfettung betrieben zu werden. Bei dem in Figur 1 dargestellten Verbrennungsmotor 10 handelt es sich um einen Verbrennungsmotor mit Saugrohreinspritzung, weshalb eine Einrichtung 20 zum Einbringen von Kraftstoff in den nur schematisch angedeuteten Abgastrakt 22 vorgesehen ist. Durch die Einrichtung 20 zum Einbringen von Kraftstoff kann das Rohabgas angefettet werden, bevor es einem 3-Wege-Katalysator 18 zugeführt wird. Dem Verbrennungsmotor 10 ist weiterhin ein Betriebsartenmanager 12 zugeordnet, der beispielsweise Be- standteil der Motorsteuerung sein kann. Der Betriebsartenmanager 12 nimmt Wechsel zwischen der CAI-Betriebsart und der CAI-Betriebsart mit nachträglicher Gemischanfettung sowie Wechsel zwischen der CAI—Betriebsart mit nachträglicher Gemischanfettung und der SI —Betriebsart vor. In Abhängigkeit von der aktuellen Last und der aktuellen Drehzahl ermittelt der Betriebsartenmanager 12 diejenige Betriebsart, bei der sich der optimale Kompromiss aus Kraftstoffverbrauch, NOx- Emissionen und Katalysatortemperatur ergibt. Wie dies in Figur 1 schematisch angedeutet ist, wird die Katalysatortempe- ratur durch einen Temperatursensor 24 erfasst und dem Betriebsartenmanager 12 ebenso zugeführt, wie die aktuelle Last und die aktuelle Drehzahl . Um den optimalen Kompromiss aus Kraftstoffverbrauch, NOx—Emissionen und Katalysatortemperatur bestimmen zu können, verfügt der Betriebsartenmanager 12 über ein erstes Kennfeld 14, i_n dem spezifische NOx-Emissionen der verschiedenen Betriebsarten abgelegt sind, und ein zweites Kennfeld 16, in dem spezifische Kraftstoffverbrauchswerte der verschiedenen Betriebsarten abgelegt sind.
Figur 2 veranschaulicht n graphischer Form die Betriebsbereiche der CAI-Betriebsart, der CAISTEG-Betriebsart und der SI-Betriebsart in Abhängigkeit von Last und Drehzahl. Figur 2 ist insbesondere zu entnehmen, dass der CAISTEG-Bereich zwischen dem CAI-Bereich und dem SI-Bereich liegt, so dass sich insgesamt ein größerer CA^I-Bereich als beim Stand der Technik ergibt. Durch die erfindumgsgemäße Lösung wird die bezogen auf Figur 2 obere Grenze des CAI-Bereichs nicht mehr durch die noch vertretbaren NOx—Emissionen ohne Anfettung sondern durch die Grenze der mechanischen Belastbarkeit beziehungs- weise die λ-1-Grenze festgelegt. Durch diese Vergrößerung des Übergangsbereiches, in dem sowohl die CAI-Betriebsart als auch die SI-Betriebsart zum Einsatz kommen kann, wird die An- zahl der erforderlichen Wechsel zwischen diesen Betriebsarten verringert, was sich positiv auf den Kraftstoffverbrauch und das Emissionsverhalten auswirkt.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.

Claims

Patentansprüche
1. Verbrennungsmotor (10), der eine CAI-Betriebsart (CAI = Compressed Auto Ignition / Selbstzündung unter Kompression) und eine SI-Betriebsart (SI = Spark Ignition / Funkenzündung) aufweist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass er weiterhin eine CAI-Betriebsart mit nachträglicher Gemischan ettung aufweist.
2. Verbrennungsmotor 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 CAI-Betriebsart mit nachträglicher Gemischanfettung eine CAISTEG-Betriebsart (CAISTEG = CAI with Stoichiometric Exhaust Gas / CAI mit stöchiometrischem Abgas) ist.
3. Verb ennungsmotor 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 er einen Betriebsartenmanager (12) aufweist, der in Ab- hängigkeit von zumindest einem Entscheidungskriterium eine der Betriebsarten auswählt.
4. Verbrennungsmotor nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das zumindest eine Entscheidungskriterium die Last und/oder die Drehzahl umfasst.
5. Verbrennungsmotor nach Anspruch 3 oder 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Betriebsartenmanager zumindest bestimmte Wechsel zwischen den Betriebsarten hysteresebehaftet durchführt.
6. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 3 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Betriebsartenmanager Wechsel zwischen der CAI- Betriebsart und der CAI-Betriebsart mit nachträglicher Gemischanfettung sowie Wechsel zwischen der CAI-Betriebsart mit nachträglicher Gemischanfettung und der SI-Betriebsart vornimmt .
7. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 3 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Betriebsartenmanager eine der Betriebsarten in Abhängigkeit von tatsächlichen und/oder zu erwartenden Auswirkungen auf die NOx-Emissionen und/oder den Kraftstoffverbrauch und/oder die Belastung eines Katalysators (18) aus- wählt.
8. Verbrennungsmotor nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Bestimmung der tatsächlichen und/oder der erwarteten Auswirkungen auf die NOx-Emissionen über zumindest ein erstes Kennfeld (14) erfolgt, in dem spezifische NOx-Emissionen der verschiedenen Betriebsarten abgelegt sind.
9. Verbrennungsmotor nach Anspruch 7 oder 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Bestimmung der tatsächlichen und/oder der erwarteten Auswirkungen auf den Kraftstoffverbrauch über zumindest ein zweites Kennfeld (16) erfolgt, in dem spezifische Kraftstoffverbrauchswerte der verschiedenen Betriebsarten abgelegt sind.
10. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 7 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Bestimmung der tatsächlichen und/oder der erwarteten Auswirkungen auf die Belastung des Katalysators (18) über eine Temperaturmessung erfolgt.
11. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 7 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das erste Kennfeld (14) und/oder das zweite Kennfeld (16) während des Betriebs nachkalibrierbar sind.
12. Verbrennungsmotor 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 er ein direkteinspritzender Verbrennungsmotor ist, und dass die nachträgliche Anfettung durch eine Nacheinspritzung von Kraftstoff während eines Auslasstaktes erfolgt.
13. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass er ein Verbrennungsmotor mit Saugrohreinspritzung ist, und dass er eine Einrichtung (20) zum Einbringen von Kraftstoff in den Abgastrakt (22) aufweist.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006053254A1 (de) * 2006-11-08 2008-07-10 Iav Gmbh Ingenieurgesellschaft Auto Und Verkehr Verfahren zur Betriebsartenumschaltung für eine Brennkraftmaschine
WO2009074169A1 (de) * 2007-12-12 2009-06-18 Fev Motorentechnik Gmbh Selbstzündender verbrennungsmotor und verfahren zum regeln eines selbstzündenden verbrennungsmotors
DE102008012612A1 (de) * 2008-03-05 2009-09-10 Continental Automotive Gmbh Verfahren für einen emissionsoptimierten Wechsel von einer Betriebsart eines Verbrennungsmotors in eine andere
DE102010018441B4 (de) * 2009-04-30 2015-10-08 GM Global Technology Operations LLC (n. d. Ges. d. Staates Delaware) System und Verfahren zum Steuern einer Übergangsumschaltung zwischen einem HCCI-Modus und einem SI-Modus eines Motors

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20010015192A1 (en) * 2000-01-25 2001-08-23 Tomonori Urushihara System and method for auto-ignition of gasoline internal combustion engine
EP1136675A2 (de) * 1999-12-22 2001-09-26 Ford Global Technologies, Inc. Luft-Kraftstoffladungssteuerung zum Homogen-laden einer verdichtungsgezündeten Maschine
US20020046741A1 (en) * 2000-10-19 2002-04-25 Nissan Motor Co., Ltd. Intelligent control to stabilize auto-ignition combustion without rapid pressure increase
US20030047148A1 (en) * 2001-08-27 2003-03-13 Eduard Unger Method of operating an internal combustion engine
US20030062021A1 (en) * 2001-09-28 2003-04-03 Najt Paul M. Dual mode engine combustion process

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1136675A2 (de) * 1999-12-22 2001-09-26 Ford Global Technologies, Inc. Luft-Kraftstoffladungssteuerung zum Homogen-laden einer verdichtungsgezündeten Maschine
US20010015192A1 (en) * 2000-01-25 2001-08-23 Tomonori Urushihara System and method for auto-ignition of gasoline internal combustion engine
US20020046741A1 (en) * 2000-10-19 2002-04-25 Nissan Motor Co., Ltd. Intelligent control to stabilize auto-ignition combustion without rapid pressure increase
US20030047148A1 (en) * 2001-08-27 2003-03-13 Eduard Unger Method of operating an internal combustion engine
US20030062021A1 (en) * 2001-09-28 2003-04-03 Najt Paul M. Dual mode engine combustion process

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006053254A1 (de) * 2006-11-08 2008-07-10 Iav Gmbh Ingenieurgesellschaft Auto Und Verkehr Verfahren zur Betriebsartenumschaltung für eine Brennkraftmaschine
DE102006053254B4 (de) * 2006-11-08 2009-12-17 Iav Gmbh Ingenieurgesellschaft Auto Und Verkehr Verfahren zur Betriebsartenumschaltung für eine Brennkraftmaschine
WO2009074169A1 (de) * 2007-12-12 2009-06-18 Fev Motorentechnik Gmbh Selbstzündender verbrennungsmotor und verfahren zum regeln eines selbstzündenden verbrennungsmotors
DE102008012612A1 (de) * 2008-03-05 2009-09-10 Continental Automotive Gmbh Verfahren für einen emissionsoptimierten Wechsel von einer Betriebsart eines Verbrennungsmotors in eine andere
WO2009109540A2 (de) * 2008-03-05 2009-09-11 Continental Automotive Gmbh Verfahren für einen emissionsoptimierten wechsel von einer betriebsart eines verbrennungsmotors in eine andere
WO2009109540A3 (de) * 2008-03-05 2010-04-22 Continental Automotive Gmbh Verfahren für einen emissionsoptimierten wechsel von einer betriebsart eines verbrennungsmotors in eine andere
US8539754B2 (en) 2008-03-05 2013-09-24 Continental Automotive Gmbh Method for an emission-optimized transfer from a mode of an internal combustion engine to another mode
DE102008012612B4 (de) * 2008-03-05 2014-09-11 Continental Automotive Gmbh Verfahren für einen emissionsoptimierten Wechsel von einer Betriebsart eines Verbrennungsmotors in eine andere
DE102010018441B4 (de) * 2009-04-30 2015-10-08 GM Global Technology Operations LLC (n. d. Ges. d. Staates Delaware) System und Verfahren zum Steuern einer Übergangsumschaltung zwischen einem HCCI-Modus und einem SI-Modus eines Motors

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