WO2005038220A1

WO2005038220A1 - Verfahren zum betrieb einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: WO2005038220A1
Application number: PCT/EP2004/009829
Authority: WO
Inventors: Götz Brachert; Rüdiger Herweg; Kai Kanning; Matthias Pfau; Jochen SCHÄFLEIN; Hans-Jürgen WEIMANN
Original assignee: Daimlerchrysler Ag
Priority date: 2003-09-25
Filing date: 2004-09-03
Publication date: 2005-04-28
Also published as: US7284531B2; DE10344428B4; US20060201476A1; DE10344428A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen, bei welchem die Einspritzung von Kraftstoff in einer Voreinspritzung und einer Haupteinspritzung vorgesehen ist. Erfindungsgemäss ist vorgesehen, dass der Kraftstoff für die Voreinspritzung je nach der Verbrennungslage vor dem oberen Totpunk des Gaswechsels und der Kraftstoff für die Haupteinspritzung saugsynchron eingespritzt wird. Das Verfahren findet Anwendung für Brennkraftmaschine, insbesondere für Personen- und Lastkraftfahrzeuge.

Description

Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1.

Beispielsweise ist aus der DE 195 19 663 AI ein Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors mit Selbstzündung bekannt, bei welchem in einer ersten Stufe ein homogenes, nicht selbstzündendes vorverdichtetes Kraftstoff-Luft-Gemisch im Arbeitsraum bereitgestellt wird und in einer; zweiten Stufe eine Zusatzmenge desselben Kraftstoffs in den Arbeitsraum eingespritzt wird, um die Selbstzündung herbeizuführen. Das Kraftstoff-Luft-Gemisch wird dabei mittels äußerer Gemischbildung bereitet und in den Arbeitsraum eingebracht, um dort bis nahe an den Selbstzündungspunkt verdichtet zu werden. Die Einspritzung der Zusatzmenge Kraftstoff in der zweiten Stufe erfolgt fein zerstäubt unter Vermeidung von Wandberührungen unter Bildung einer Gemischwolke, in der einerseits das Kraftstoff-Luft-Verhältnis nicht größer als das stöchio- metrische Mischungsverhältnis ist und in der- andererseits die Selbstzündungsbedingung erreicht wird.

Weiterhin ist aus der DE 198 52 552 C2 ein Verfahren zum Betrieb eines im Viertakt arbeitenden Verbrennungsmotors bekannt, welches bei Teillast ein mageres Girundgemisch aus Luft, Kraftstoff und zurückgehaltenem Abgas und bei Volllast ein stöchiometrisches Gemisch bildet. Bei Teillast erfolgt eine Kompressionszündung, während bei Volllast eine Funkenzündung stattfindet. Weiterhin ist eine mechanisch gesteuerte Abgasrückhaltung mit schaltbarer Ventilunterschneidung und Abgasdrosselung vorgesehen. In das zurückgehaltene Abgas kann eine Aktivierungseinspritzung vorgenommen werden. Die Menge des zurückgehaltenen Abgases ist bei eingeschalteter Ventilunterschneidung abhängig von der Motordrehzahl und -last durch eine für alle Brennräume wirksamen Abgasdrosselklappe gesteuert bzw. voreingestellt. Der Druck beim Öffnen der Einlassorgane in die einzelnen Brennräume wird durch eine zylinderselektive und zykluskonsistente Aktivierungseinspritzung gleichgestellt.

Auch aus der DE 198 18 569 C2 ist ein Verfahren zum Betrieb einer im Viertakt arbeitenden Hubkolbenbrennkraft aschine bekannt. Es ist durch ein homogenes, mageres Grundgemisch aus Luft, Kraftstoff und zurückgehaltenem Abgas sowie Kompressionszündung und direkte Einspritzung des Kraftstoffs in den Brennraum gekennzeichnet . Das Volumen des Brennraums verändert sich zyklisch. Der Brennraum ist durch mindestens ein Einlassorgan mit Frischgas befüllbar, während die Verbrennungsabgase durch wenigstens ein Auslassorgan zumindest teilweise ausschiebbar sind. Die Brennkraftmaschine wird im Teillastbereich und im unteren Volllastbereich mit Kompressionszündung und vorzugsweise mechanisch gesteuerter Abgasrückhaltung betrieben, während sie im Volllast- und hohen Teillastbereich ottomotorisch betrieben wird.

Nachteilig an den aus den oben genannten Druckschriften bekannten Verfahren ist insbesondere, dass sich bei Laständerungen auch die Temperatur und die Zusammensetzung des Arbeitsgases ändert. Dadurch wird die Reaktionsfähigkeit des Gemischs bei der Kompressionszündung ebenfalls verändert, bis hin zu Zündaussetzern bei zu niedrigen Arbeitsgastemperaturen.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine bereitzustellen, bei welchem die Änderungen der Arbeitsgastemperatur und -Zusammensetzung bei Lastwechseln berücksichtigt bzw. korrigiert werden können .

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst .

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dabei dadurch aus, dass die Masse des einzuspritzenden Kraftstoffs auf eine Voreinspritzung und eine Haupteinspritzung aufgeteilt ist, wobei die Voreinspritzung vor dem oberen Totpunkt des Gaswechsels je nach Betriebszustand der Brennkraftmaschine erfolgt und die Haupteinspritzung saugsynchron erfolgt. Durch derart gezielte Änderungen der Aufteilung der Einspritzung in Voreinspritzung und Haupteinspritzung können Änderungen der Gemischreaktivität bei Lastwechseln effektiv korrigiert werden .

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die Masse des einzuspritzenden Kraftstoffs zwischen den Teileinspritzungen aufgeteilt, wobei die Massenverteilung vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine abhängt. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt die Aufteilung der eingespritzten Kraftstoffmassen in Vor- und Haupteinspritzung etwa 50:50.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird bei einem Lastwechsel die Massenänderung der Vor- und Haupteinspritzung so verändert, dass sich ein zyklischer Verbrennungsprozess einstellt .

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung bleibt die Ventilunterschneidung bei der Einstellung der Verbrennung bei Lastwechseln konstant oder ist nur beschränkt variabel .

Weitere Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren. Es zeigen: Fig. 1 ein Diagramm von Luftzahl, indiziertem Mitteldruck und Verbrennungslage in Abhängigkeit von der Einspritzmenge;

Fig. 2 eine Graphik zur Erläuterung der Aufteilung der Ein- spritzmenge auf Voreinspritzung und saugsynchrone Haupteinspritzung;

Fig. 3 ein Diagramm der Verbrennungslage in Abhängigkeit der Einspritzmengenaufteilung und der Luftzahl;

Fig. 4 ein Diagramm des Ladungswechselmitteldrucks in Abhängigkeit von der Einspritzmengenaufteilung und der Luftzahl;

Fig. 5 Graphiken des Druck-, Temperatur- und Heizverlaufs im Zünd- und Gaswechsel-OT in Abhängigkeit von der Luft- zahl ;

Fig. 6 ein Diagramm zur Erläuterung der Schnellverstell - Strategie zur Erhöhung der Last bei konstanter Drehzahl ;

Fig. 7 eine Graphik zur Einordnung des Lastsprungs in das von der Raumzündverbrennung abgedeckte Kennfeld;

Fig. 8 eine kurbelwinkelaufgelöste Darstellung zweier Last- sprungvarianten;

Fig. 9 eine zyklisch aufgelöste Darstellung der integralen Indiziergrößen während des Lastsprungs;

Fig. 10 eine Darstellung des indizierten Mitteldrucks während Lastverringerung; und Fig. 11 eine Darstellung des kurbelwinkelaufgelösten Brennraumdrucks während der Lastverringerung.

Antrieb der Forschung und Entwicklung bei Brennkraftmaschinen ist die stetige Verbesserung des Verbrauchs bei gleichzeitiger Verringerung der Rohemission. Bei fremdgezündeten Brennkraftmaschinen bieten sich vor allem alternative Laststeuerverfahren an, um den Teillastwirkungsgrad zu erhöhen. Wichtigste Entwicklungsrichtungen sind der geschichtete Direkteinspritzer, der fremdgezündete Brennkraftmaschinen mit Hilfe von Qualitätsregelung den selbstzündenden Brennkraftmaschinen (Dieselmotor) näher rückt, und der variable Ventiltrieb kombiniert mit Restgasstrategien, welche die Ladungswechselverluste begrenzen sollen. Beide Verfahren versprechen theoretisch große Vorteile, scheitern aber im einen Fall an der teuren Abgasnachbehandlung des überstöchiometrischen Gemischs, im anderen Fall an der begrenzten Restgasverträglichkeit von fremdgezündeten Brennkraftmaschinen. Ideal stellt sich eine Verknüpfung beider Verfahren dar: eine qualitätsgeregelte Brennkraftmaschine mit hohen Restgasgehalten und Selbstzündung, die durch homogene Verbrennung bei überstöchio etrischem Betrieb kein oder kaum Stickoxid emittiert.

Eigenschaft homogener Brennverfahren ist der durch die Temperatur bzw. die Gemischzusammensetzung bestimmte Selbstzündungszeitpunkt. Realisiert man die notwendigen Ladungstemperaturen mit Hilfe von Abgasrückhaltung, genauer über die Parameter Abgastemperatur und -menge, ergibt sich eine Abhängigkeit der Verbrennungslage des Zyklus n vom Vorzyklus (n-1) , im Extremfall wird die notwendige Selbstzündungs- temperatur nicht erreicht . Die Verbrennungslage ihrerseits ist bestimmend für die Zielgrößen der Brennkraftmaschine und rauss deshalb last- und drehzahlabhängig definierte Werte aufweisen. Aufgabe der Erfindung ist es, Möglichkeiten zu finden, die bei Betriebspunktwechsel innerhalb des von der Raumzündverbrennung abgedeckten Teillastbereichs notwendigen Veränderungen in Abgasmenge bzw. -te peratur umzusetzen, ohne die Verbrennung negativ zu beeinflussen.

Abgasrückhaltung kann prinzipiell mit Hilfe geeigneter Steuerzeiten erreicht werden. Nötig ist zunächst ein frühes Schließen des Auslassventils, um die nötige Menge Restabgas im Brennraum der Brennkraftmaschine zu halten. Um ein Rückströmen des heißen Abgases in das Saugrohr und dadurch bedingte Abkühleffekte und Füllungsverluste zu vermeiden, wird gleichzeitig das Einlassventil später geöffnet. Bei konventionellen, fremdgezündeten Brennkraftmaschinen ist dieses Konzept jedoch nicht ohne weitere Maßnahmen anwendbar.

Gestaltet man diese Ventilunterschneidung ausreichend variabel, ergibt sich das erste Steuerungskonzept für diese Art der Bereitstellung der notwendigen Temperatur. Die Forderung nach einem unbeeinflussten Hochdruckteil und somit bestmöglicher Füllung setzt hierbei allerdings den Einsatz eines vollvariablen Ventiltriebs voraus.

Kehrt man zurück zur herkömmlichen Nockenwelle, bleibt die Einstellung einer definierten Abgasrückhalterate den schon im Serieneinsatz verbreiteten Nockenwellenstellern vorbehalten. Als unerwünschter Nebeneffekt verändert sich bei einer starren Nockenkontur mit dem Winkel, bei welchem das Ventil schließt, jeweils auch der Winkel, bei welchem das Ventil öffnet, was zu Ladungs- und Wirkungsgradverlusten und nicht zuletzt zu einem eingeschränkten Betriebsbereich in Last und Drehzahl führt .

Neben der Steuerung der Temperatur bei Kompressionsende mit Hilfe der Abgasrückhalterate bzw. -menge ergibt sich durch den Einsatz der Direkteinspritzung und den Betrieb der Brennkraftmaschine mit Luftüberschuss auch eine Einflussnahme auf die Arbeitsgastemperatur und/oder die

Gemischzusammensetzung des Kraftstoffs. Die Wirkungsweise der Direkteinspritzung lässt sich dabei in zwei Mechanismen untergliedern: zum einen in einen thermischen Effekt, der eine Erhöhung der Arbeitsgastemperatur in Folge der Umsetzung des voreingespritzten Kraftstoffs vorsieht, zum anderen eine auftretende Vorkonditionierung des Kraftstoffs, die dessen Reaktivität erhöht und somit Einfluss auf den integralen Zündverzug nimmt .

Fig. 1 zeigt zum besseren Verständnis des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Diagramm der Luftzahl, des indizierten Mittel - drucks sowie der Verbrennungslage in Abhängigkeit von der Einspritzmenge .

Zur Ermittlung des Einflusses der Last auf die Raumzündverbrennung wird hierbei ausgehend von einem Referenzpunkt der Brennkraftmaschine (2.000 U/min und 3 bar p_mi) die Einspritzmenge bei ansonsten konstanten Randbedingungen erhöht. Zwischen dem Luft-Kraftstoff-Gemisch und der eingespritzten Kraftstoffmasse besteht, wie aus Fig. 1 ersichtlich, ein linearer Zusammenhang. Die angesaugte Frischluftmasse bleibt also unter den gewählten Randbedingungen, insbesondere bei konstanten Steuerzeiten, lastunabhängig konstant. Die Last (p_mι) steigt zunächst linear an, später nur noch unterproportional. Diese Wirkungsgradverschlechterung bei relativ fettem Gemisch folgt aus einer Verminderung des Umsetzungsgrades und aus der zu frühen Verbrennungslage. Die Verschlechterung der Umsetzung, die vor allem in einem Anstieg der CO-Emission bemerkbar ist, resultiert aus der Kombination von Abgasrückhaltung und Direkteinspritzung. Wird der Kraftstoff direkt in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingebracht, ist unter der Voraussetzung einer mehr oder weniger starken Schichtung zwischen Restgas und Frischladung eine Vermischung mit Abgas nicht zu vermeiden bzw. sehr wahrscheinlich. Mit fetten Luftzahlen sinkt auch der Sauerstoffgehalt im Abgas und der dort aufbereitete Kraftstoff kann dann nicht mehr vollständig oxidiert werden. Die sichtbare Verschiebung der Verbrennungslage nach früh ergibt sich aus den höher werdenden Abgastemperaturen. Verschlechtert sich die Umsetzung und sinken damit die Abgastemperaturen trotz weiterer Erhöhung der Einspritzmenge, kommt auch die Verschiebung der Verbrennungslage zum Erliegen.

Mit der eingeschränkten Variabilität und Dynamik des mechanischen Ventiltriebs mit fester Nockenkontur wird der Einspritzzeitpunkt bzw. die Aufteilung der Einspritzmenge auf verschiedene Einspritzzeitpunkte zum wichtigsten Parameter zur Steuerung der Verbrennungslage . In Fig. 2 ist die Aufteilung der Einspritzmenge auf Voreinspritzung und saugsynchrone Haupteinspritzung dargestellt.

Die Ventilunterschneidung macht dabei eine Einspritzung vor dem Gaswechsel-OT möglich. Die Einbringung der Hauptkraf stoffmenge erfolgt weiterhin saugsynchron.

Fig. 3 zeigt die Abhängigkeit der Verbrennungslage von der genannten Einspritzaufteilung. Der Versuch wurde am Referenzpunkt (2.000 U/min, ca. 3 bar p_mι) bei verschiedenen, über jede Variation konstant gehaltenen Ventilunterschneidungen durchgeführt . Gestrichelte Linien bezeichnen dabei konstante Auslaßsteuerzeiten. Verfolgt man eine dieser Linien, ergibt sich im Bestfall eine Verschiebung der Verbrennungslage um über 10° Kurbelwinkel nur durch eine Veränderung der Aufteilung. Außerdem fällt auf, dass bei konstanter Ein- und Auslassphasenlage höhere Luftzahlen bei geringerer voreingespritzter Kraftstoffmenge erreicht werden.

Die Veränderungen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses folgen aus einer Veränderung der angesaugten Frischluftmasse, da die Gesamteinspritzmenge konstant gehalten wird. Die Verschiebung der Verbrennungslage hängt also eng mit den Vorgängen in der Ladungswechselschleife zusammen. Der Blick auf den Ladungs- wechselmitteldruck gemäß Fig. 4, gemessen von UT zu UT, zeigt, dass man bei etwa gleichmäßiger Aufteilung der Einspritzmenge auf Vor- und Haupteinspritzung und hohen Luftzahlen positive Werte für die Ladungswechselarbeit erhält, obwohl deren Vorzeichen durch Ansaug-, Ausschiebe- und Wandwärmeverluste eigentlich negativ sein müsste. Die Einspritzung des Kraftstoffs in das heiße Abgas, welches im Gaswechsel-OT ein zur Selbstzündung ausreichend hohes Temperaturniveau besitzt und durch den überstöchiometrischen Betrieb zudem mit Restsauerstoff ausgestattet ist, lässt eine Umsetzung vermuten.

Aussagen zu den Mechanismen dieser Umsetzung sind aus der folgenden Fig. 5 ersichtlich. Ausgehend vom Punkt mit maximaler Ladungswechselarbeit aus dem oben gezeigten Kennfeld bei einer Aufteilung vom 50:50 und λ « 1,4 wurde die Luftzahl λ über Aufladung erhöht.

Zunächst ist auch im unaufgeladenen Zustand die Umsetzung im unsymmetrischen Druck- und Temperaturverlauf zu erkennen. Beide Maxima liegen nach dem oberen Totpunkt. Bildet man ein Heizgesetz im GOT mit Masseberechnungen nach thermodynamischen Grundgleichungen, zeigt sich eine Wärmefreisetzung. Erhöht man nun schrittweise den Ladegrad und damit den Restluftgehalt im Abgas, erhöht sich der Umsetzungsgrad im Ladungswechsel-OT trotz ansonsten konstanter Randbedingungen, was auf Sauerstoffmangel schließen lässt. Trotz des so erzeugten Luftüberschusses kann nicht die gesamte voreingespritzte Kraftstoffmasse umgesetzt werden. Die Voreinspritzung erfolgt etwa 60° KW vor dem Gaswechsel -OT, d.h. es ist hier von Gemischbildungsproblemen und sogar Rußbildung auszugehen. Dieser Ruß wird jedoch in der Hauptumsetzung wieder aufoxidiert . Eine Verbesserung des Umsetzungsgrades in der Zwischenkompression führt zu einer Erhöhung der Temperatur und des Drucks des zurückgehaltenen Abgases. Über die Druckerhöhung auch bei Öffnen des Einlassventils erklärt sich auch die Abnahme der Luftzahl bei großen Voreinspritzmengen im oben gezeigten Fall. Dieses nun erlangte höhere Temperaturniveau führt zu einer Frühverschiebung der Verbrennung. Da nun aber ein je nach Ladegrad immer größer werdender Teil des Kraftstoffs im GOT schon verbrannt wird, fällt die Hauptumsetzung immer geringer aus. Die Abgastemperatur sinkt damit und beeinflusst wiederum die Umsetzung in der Zwischenkompression.

Mit dem Wissen über den Einfluss von Last und Drehzahl auf die die Verbrennung bestimmenden Parameter wie Luftaufwand, Abgastemperatur und -rückhalterate und die zur Aussteuerung einer Verbrennungsverschiebung vorhandenen Steuerungsgrößen wie Phasenlage der Nockenwelle und Aufteilung der Einspritzmenge kann man aus stationär erzeugten Last- Drehzahl-Kennfeldern Strategien zur dynamischen Änderung dieser Größen ermitteln.

Nun kann die endliche Geschwindigkeit der in diesem Fall hydraulischen Nockenwellensteller die Einsetzbarkeit dieser Variante einschränken. Schnelle, zyklische Laständerungen müssen anders realisiert werden. Fig. 6 zeigt, wie der indizierte Mitteldruck und die entsprechende Verbrennungslage nur mit Hilfe der Einspritzmenge und deren Aufteilung auf Vor- und saugsynchrone Haupteinspritzung eingestellt werden kann. Auf die Wirkungsweise der Voreinspritzung wurde weiter oben bereits eingegangen. Sie beruht auf einer Erhöhung der Abgastemperatur in der durch die Ventilunterschneidung erzeugten Zwischenkompression in Folge einer Umsetzung des voreingespritzten Kraftstoffs. Bleiben die Steuerzeiten wie in diesem Fall konstant, ändert sich die Restgasmenge im Brennraum nur gering mit dem durch die Last veränderten Druck beim Öffnen des Auslassventils. Dies wiederum bedeutet, dass sich beide Lastpunkte, d.h. der aktuelle und der neu einzustellende, in der ersten Phase des Ladungswechsels nur durch das Abgastemperaturniveau unterscheiden. Mit Hilfe der Voreinspritzung bzw. der folgenden Umsetzung wird das Niveau angepasst. Dies hat wiederum Konsequenzen für den Lastsprung: von niedriger Last kommend muss die Voreinspritzmenge zunächst konstant gehalten werden. Die Erhöhung der saugsynchronen Haupteinspritzmenge führt nach dem Hochdruckteil mit Verbrennung zur Erhöhung der Abgastemperatur. Um beim Öffnen des Einlassventils des nächsten Zyklus wieder gleiche Bedingungen zu erzeugen, muss nun die Voreinspritzmenge verringert werden. Dies mindert die Umsetzung in der Zwischenkompression. Gleiches gilt umgekehrt für eine Lastverringerung. Diese Strategie kann nur so lange zyklisch ablaufen, wie der durch die Umsetzung im Ladungswechsel angebrachte Lastanteil relativ gering ist. Andernfalls ist die neu eingestellte Last erst nach zwei Zyklen korrekt eingestellt.

Innerhalb des durch die Raumzündverbrennung abgedeckten Betriebsbereichs können bei verschiedenen Drehzahlen zyklische Laständerungen in der oben beschriebenen Strategie durchgeführt werden. Eine Änderung von indiziertem Mitteldruck und Verbrennungslage ist dabei nur über die Einspritzmenge und deren Aufteilung unter Beibehaltung der Ventilunterschneidung vorgesehen.

In Fig. 7 ist beispielhaft ein Lastsprung bei 1.500 U/min dargestellt. Der Lastsprung ist dabei in zwei Varianten umgesetzt: in der ersten erfolgt zunächst die Anpassung der Voreinspritzmenge und dann die Einstellung der saugsynchron eingebrachten Kraftstoffmenge auf die vom stationären Zustand bekannten Werte. Die zweite Variante folgt den weiter oben aufgestellten Forderungen nach in etwa konstanten Bedingungen beim Öffnen des Einlassventils und damit zunächst einer Anpassung der Last durch die Haupteinspritzung. Die Abgastemperatur muss erst im darauf folgenden Zyklus durch Veränderung der Voreinspritzmenge eingestellt werden.

In Fig. 8 sind die beiden Vorgänge für eine Lasterhöhung dargestellt. Dabei wird, wie aus dem oberen Teil von Fig. 8 ersichtlich, zunächst die Voreinspritzmenge verkleinert, bevor nach der Zwischenkompression die Haupteinspritzmenge erhöht wird. Im unteren Teil von Fig. 8 ist dargestellt, wie gemäß der zweiten Variante zunächst die Haupteinspritzmenge erhöht und damit die Last im Hochdruckteil vergrößert wird. Nach dem anschließenden Ausstoßen des Abgases wird die Voreinspritzmenge verringert.

In Fig. 9 ist das Verhalten der integralen Indiziermeßgrößen während des Lastsprungs für beide Varianten dargestellt. Im Verlauf des indizierten Mitteldrucks sind die gemäß den Erwartungen auftretenden Verbrennungsaussetzer bei der ersten Variante dargestellt. In der zweiten Variante wird der Lastsprung ohne Verbrennungsaussetzer vollzogen. Dass die Verbrennung nach den Verbrennungsaussetzern wieder in Gang kommt, kann durch den Einsatz eines Zündfunkens als Stützzündung unterstützt werden. Nach einigen unkontrollierten Verbrennungsvorgängen stellt sich wieder der stationäre Raumzündverbrennungszustand ein. Die anderen integralen Größen zeigen, dass sich die stationären Mittelwerte sofort nach dem Lastsprung einstellen, aussetzerfreier Betrieb vorausgesetzt. Auch die für beide Laststufen unterschiedlich starke Umsetzung in der Zwischenkompression ändert sich zyklisch und ist stabil.

Der Lastsprung von der höheren zur niedrigeren Last ist für beide Varianten anwendbar. Erst die vergrößerte Darstellung gemäß Fig. 10 zeigt im eingekreisten Bereich bei der ersten Variante nach der Lastverringerung einen Zyklus mit höherem indizierten Mitteldruck. Ursache hierfür ist die Differenz im Druckniveau der Abgaszwischenkompression zwischen beiden Laststufen, wie aus Fig. 11 erkennbar. Der Unterschied führt dazu, dass bei konstantem Einspritzdruck, konstantem Einspritzbeginn und konstanter Einspritzdauer mehr Kraftstoff in den Brennraum gelangt . Dies führt zu einer Erhöhung des Mitteldrucks gegenüber den stationären Werten.

Claims

Patentansprüche

Verfahren zum Betrieb einer im Viertakt arbeitenden

Brennkraftmaschine mit folgenden Merkmalen: in mindestens einen Brennraum der Brennkraftmaschine, dessen Volumen sich zyklisch ändert, wird Kraftstoff direkt eingespritzt, Frischgas wird durch mindestens ein Einlassventil zugeführt und Verbrennungsabgas wird durch mindestens ein Auslassventil abgeführt, bei Teillast wird ein mageres Grundgemisch aus Luft, Kraftstoff und rückgehaltenem Abgas und bei Volllast ein stöchiometrisches Gemisch gebildet, bei Teillast erfolgt eine Kompressionszündung und bei Volllast eine Funkenzündung, die Kraftstoffmenge wird in Form von einer Voreinspritzung und einer Haupteinspritzung bereitgestellt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Voreinspritzung je nach der Verbrennungslage der

Brennkraftmaschine vor dem oberen Totpunkt des

Gaswechsels erfolgt und die Haupteinspritzung saugsynchron erfolgt .

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 das Massenverhältnis der bei der Voreinspritzung eingespritzten Kraftstoffmasse und der bei der Haupteinspritzung eingespritzten Kraftstoffmasse je nach dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine aufgeteilt wird.

3. 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 bei einem Lastwechsel von niedriger zu hoher Last zunächst die Voreinspritzung konstant bleibt, dann die Masse der saugsynchronen Haupteinspritzung erhöht wird, was die Abgastemperatur erhöht, und in der Folge die Masse der Voreinspritzung reduziert wird, um einen zyklischen Verbrennungsprozess zu erhalten.

4. Verfahren 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 eine Ventilunterschneidung zwischen den Ein- und Auslassventilen während des Lastwechsels unveränderlich oder nur beschränkt variabel ist .

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Aufteilung der eingespritzten Kraftstoffmassen in Vor- und Haupeinspritzung etwa 50:50 beträgt.