WO2007085657A1 - Verfahren und vorrichtung zum betreiben einer brennkraftmaschine - Google Patents

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WO2007085657A1
WO2007085657A1 PCT/EP2007/050848 EP2007050848W WO2007085657A1 WO 2007085657 A1 WO2007085657 A1 WO 2007085657A1 EP 2007050848 W EP2007050848 W EP 2007050848W WO 2007085657 A1 WO2007085657 A1 WO 2007085657A1
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gas
cylinder
combustion chamber
crk
crankshaft angle
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PCT/EP2007/050848
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French (fr)
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Erwin Bauer
Dietmar Ellmer
Rüdiger Herweg
Matthias Pfau
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Continental Automotive Gmbh
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    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0025—Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
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    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/3011—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion
    • F02D41/3017—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion characterised by the mode(s) being used
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    • F02D41/3041—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion characterised by the mode(s) being used a mode being the premixed charge compression-ignition mode with means for triggering compression ignition, e.g. spark plug
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M69/00—Low-pressure fuel-injection apparatus ; Apparatus with both continuous and intermittent injection; Apparatus injecting different types of fuel
    • F02M69/30—Low-pressure fuel-injection apparatus ; Apparatus with both continuous and intermittent injection; Apparatus injecting different types of fuel characterised by means for facilitating the starting-up or idling of engines or by means for enriching fuel charge, e.g. below operational temperatures or upon high power demand of engines
    • F02M69/32—Low-pressure fuel-injection apparatus ; Apparatus with both continuous and intermittent injection; Apparatus injecting different types of fuel characterised by means for facilitating the starting-up or idling of engines or by means for enriching fuel charge, e.g. below operational temperatures or upon high power demand of engines with an air by-pass around the air throttle valve or with an auxiliary air passage, e.g. with a variably controlled valve therein
    • F02M69/325—Low-pressure fuel-injection apparatus ; Apparatus with both continuous and intermittent injection; Apparatus injecting different types of fuel characterised by means for facilitating the starting-up or idling of engines or by means for enriching fuel charge, e.g. below operational temperatures or upon high power demand of engines with an air by-pass around the air throttle valve or with an auxiliary air passage, e.g. with a variably controlled valve therein with an auxiliary injection nozzle therein
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D2041/3088—Controlling fuel injection for air assisted injectors

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for operating an internal combustion engine.
  • the self-ignition and thus the course of combustion is controlled by the amount of reactive energy in the cylinder of the internal combustion engine.
  • This amount of energy can be provides, among other things by a very high compared with the conventional ignition gasoline engine operating residual gas quiltge ⁇ .
  • the internal combustion engine with a high Abgasruckbowrate in order to optimize the combustion posted the Gutekriterien consumption and emissions.
  • Thermodynamic basis of such internalszundender ⁇ methods are described in the technical article "self-ignition combustion control by, Part 1: Thermodynamic Basics" discloses Motortechnische Zeitschrift 1/2004, Year 65, pages 56 to 62nd
  • the object of the invention is to provide a method and a device for operating an internal combustion engine, which ermögli ⁇ chen high efficiency of the internal combustion engine.
  • the invention is characterized by a method and a corresponding device for operating an internal combustion engine having at least one cylinder, in which a combustion chamber is formed and to which a piston is assigned, with an intake tract which depends on the position of a gas inlet valve with the combustion chamber of the cylinder communicates with an exhaust gas tract of the dependent to communicate the position of a gas outlet valve to the combustion chamber of the cylinder, with an injection valve, which is seen for metering fuel pre ⁇ , and with a Einblasevoriques, the sen to Einbla- of gas directly into the combustion chamber of the cylinder is provided independently of the position of the gas exhaust valve and independently of the metering of the fuel.
  • the sparger is actuated to deflate gas within an aspirated crankshaft wrench window extending from a camshaft angle close to a closed crankshaft angle of the gas exhaust valve to an end crankshaft angle in the range of the following upper dead center. point of the piston extends.
  • the be injected gas may include at ⁇ game as oxygen, but it may for example also be substantially of an inert gas, such as nitrogen, or a noble gas consist or a gas which is at a maximum at a combustion of the air in the combustion chamber / fuel mixture as a low-energy partner participates.
  • the injection process of the gas during the injection crankshaft angle window can advantageously influence the combustion of the air / fuel mixture in the cylinder, in particular in the case of self-ignition of the air / fuel mixture in the cylinder.
  • the injection of the gas through the injection device preferably depends on at least one operating variable of the internal combustion engine.
  • the injection device for blowing the gas is controlled depending on a torque to be generated by the internal combustion engine.
  • a torque to be generated by the internal combustion engine In this way, presence may especially at higher chendem additional torques to be generated gas, in this case containing oxygen are blown and so on entspre ⁇ of Corresponding fuel to be released by the combustion of the air / fuel mixture energy can be increased.
  • an operating range in which the internal combustion engine can be operated with self-ignition of the air / fuel mixture can be extended.
  • the injection device for blowing in the gas is controlled as a function of a predetermined start of the combustion of the air / fuel mixture in the respective cylinder.
  • the injection device for the injection of the gas is controlled as a function of a predetermined duration of the combustion of the air / fuel mixture in the respective cylinder.
  • a predetermined duration of the combustion of the air / fuel mixture in the respective cylinder is controlled as a function of a predetermined duration of the combustion of the air / fuel mixture in the respective cylinder.
  • the injection device for blowing in the gas is controlled as a function of a predetermined flow of the mixture in the respective cylinder.
  • the flow may be predetermined, for example, such that the additionally injected gas flows along the cylindrical walls of the cylinder and thus advantageously acts as a thermal insulator and thus reduces wall heat losses. In this way, the combustion efficiency can be increased.
  • an optionally reduced peak combustion temperature can be achieved and the formation of nitrogen oxides can be reduced.
  • the injection device thus allows the targeted setting of the predetermined flow of the mixture.
  • Em for the crankshaft angle-related position of the blowing of the gas representative crankshaft angle serves as a handle parameter in the context of controlling the blowing of the Ga ⁇ ses by the injection device. This is characterized by the fact that this intervention parameter is particularly easy to adjust.
  • a gas mass to be injected serves as an intervention parameter in the context of controlling the blowing of the gas through the injection device. This has the advantage that can be set by this engagement Para ⁇ meters particularly effective desired effects.
  • the injection device is actuated for multiple pulsed injection of gas within the injection
  • Kurbelwellenwmkelppers In this manner, particularly a desired distribution may Example ⁇ as the injected gas to be precisely achieved, or the predetermined good flow of the mixture are adjusted in the respective cylinder in particular.
  • the injection device for blowing in the gas is controlled as a function of a parameter which is representative of an exhaust gas mass located in the combustion chamber before the combustion of the air / fuel mixture.
  • a parameter which is representative of an exhaust gas mass located in the combustion chamber before the combustion of the air / fuel mixture.
  • FIG. 2 shows a sectional view of a metering unit
  • FIG. 3 is a block diagram of a portion of the control device
  • An internal combustion engine comprises an intake tract 1, an engine block 2, a cylinder head 3 and an exhaust tract 4.
  • the intake tract 1 preferably comprises a throttle valve 5, furthermore a collector 6 and an intake manifold 7, which leads to a cylinder Z 1 via an intake passage into the engine block 2 is guided.
  • the engine block 2 further includes a crankshaft 8, which is coupled via a connecting rod 10 with the piston 11 of the Zy ⁇ Linders Zl.
  • the cylinder head 3 comprises a valve with a gas inlet valve 12 and a gas outlet valve 13.
  • the valve drive is preferably in each case for the gas inlet valve 12 and optionally also for the gas outlet valve 13, a phaser 14, 15 assigned, by means of which a phase of the Gaseinlisterventilhubverlaufs or the Gasaus- lassventilhubverlaufs relative to a reference point with respect to the crankshaft is adjustable.
  • a phase of the Gaseinlisterventilhubverlaufs or the Gasaus- lassventilhubverlaufs relative to a reference point with respect to the crankshaft is adjustable.
  • ⁇ vorzugt least one Ventilhubversteller provided by means of which the valve lift of the gas inlet valve 12 and / or the gas outlet valve 13 is adjustable.
  • valvetrain for each of the gas inlet valve 12 and / or the gas outlet valve 13 may be assigned a vollva ⁇ abler valvetrain, which may be formed, for example, as an electromagnetic, piezoelectric, electro-pneumatic, electro-hydraulic or other known to those skilled in the art for this purpose actuator.
  • the cylinder head 3 further comprises a spark plug 33, an injection valve and a blowing device.
  • the injection valve and the injection device are arranged in a structural unit, namely in a metering assembly 18.
  • the Zumessbautechnik 18 includes a Gehause- body 19 ( Figure 2), which has a first recess 20 into which a fuel inlet 21 mouths, which is intended to be hydraulically coupled to a fuel supply, such as a common rail.
  • a nozzle needle 22 is arranged, which prevents a fluid flow through an injection nozzle 23 in a closed position and releases it in other positions ⁇ and thus a metering of fluid, in particular force ⁇ material in the combustion chamber of the respective cylinder Zl to Z4 allows.
  • a return spring 24 is supported on a shoulder 25 of the Gehausekorpers 19 at its one axial free end and is coupled at its other free axial end with a spring plate 26, which in turn mechanically coupled In this way, the mandrel needle 22 is biased into the closed position without the intervention of further forces.
  • an actuator 27 is arranged, which acts on the nozzle needle 22.
  • the actuator is preferably designed as Festkorperaktuator, in particular as a piezoelectric actuator.
  • it can also be designed as another actuator known to the person skilled in the art for this purpose, for example an electromagnetic actuator.
  • the Gehausekorper 19 further includes a further recess 28 which communicates with a gas inlet 29 which is pneumatically coupled at the purpose mounted Zumessbauaji 18 with an air supply unit which preferably air under elevated pressure, such as. B. 6 bar or more o- the slightly less, provides.
  • the internal combustion engine may for example be associated with a compressor which compresses the air accordingly.
  • a blow-in valve 30 is arranged in the white ⁇ ner recess 28, by means of which a blowing of the air in the combustion chamber of the cylinder Zl is controllable.
  • an exhaust gas catalyst 34 is arranged, which is preferably designed as a three-way catalyst.
  • a control device 36 is provided, which is associated with sensors which detect different measurement quantities and in each case determine the value of the measured variable. Measuring variables and variables derived therefrom are referred to below as operating variables .
  • the control device may also be referred to as a device for operating the internal combustion engine.
  • the tax Ervorraum 36 determines depending on at least one of the operating variables manipulated variables, which are then implemented in one or more control signals for controlling the actuators by means of appropriate actuators.
  • the sensors are a pedal position sensor 37, which detects a pedal position PV of an accelerator pedal 38, an air mass sensor 39, which detects an air mass flow upstream of the throttle valve 5, a first temperature sensor 42, which detects an intake air temperature TIA, a Saugrohr- pressure sensor 44 which an intake manifold pressure in the collector 6 detects a crankshaft angle sensor 46, which detects a crankshaft angle CRK, which then a speed N is assigned ⁇ assigned .
  • a throttle position sensor 40 is preferably provided, which detects a TPS opening degree of the throttle valve 5.
  • a second temperature sensor 48 is preferably provided, which detects a coolant temperature.
  • a cylinder pressure sensor 50 is preferably provided which detects a pressure profile in the combustion chamber of the cylinder Z1.
  • a fuel pressure sensor is provided, which detects a fuel pressure P FUEL, with which the injection valve is acted upon.
  • an exhaust gas probe 51 is preferably provided, which is arranged upstream of the catalytic converter 34 and detects the residual oxygen content of the exhaust gas.
  • any subset of said sensors may be present or additional sensors may also be present.
  • the actuators are, for example, the throttle valve 5, the gas inlet and gas outlet valves 12, 13, the phaser 14A, 15A or the valve lift adjuster, the swirl flap, the injection valve, the injection device or the ignition ⁇ candle.
  • cylinders Z2 to Z4 are preferably also provided, to which corresponding actuators and, if appropriate, sensors are then assigned.
  • a block Bl operating variables are supplied to the internal combustion engine.
  • the zugebowten operating variables of the block Bl for example, the rotational speed N, the pedal value PV, the degree of opening TPS of the throttle valve 5, the crank angle CRK, a Conversely ⁇ ambient pressure AMP, which can for example be derived from the measurement signal of the intake manifold pressure sensor 44, the intake air temperature TIA, a Phase CAM_IN of the gas inlet valve and a phase CAM EX of the gas outlet valve.
  • both the gas inlet valve 12 and the gas outlet valve 13 is preferably associated with a separate camshaft and the respective phase CAM IN, CAM EX is referred to a predetermined reference position of the crankshaft 8 and a predetermined angle mark on the respective camshaft.
  • the phase CAM IN of the gas outlet valve 12 is adjustable by means of the phase adjuster 14 and the phase CAM_EX of the gas outlet valve is adjustable by means of the phase adjuster 15 of the gas outlet valve 13.
  • the block Bl can also be supplied with further operating variables of the internal combustion engine.
  • the block Bl preferably also comprises a torque model of the internal combustion engine, which preferably comprises corresponding characteristic maps and by means of which a torque TQI SP to be generated can be determined, depending on at least one of the operating variables. SEN.
  • a subset or all of the operating variables supplied to the block B1 or else additional operating variables determined in the block B1 or also the torque TQI_SP to be generated are then fed to blocks B2 to B4.
  • Block B2 is designed to determine an air mass flow MAF CYL in the respective combustion chamber of the respective cylinder Zl to Z4. For this purpose, it preferably comprises an intake manifold filling model of the intake tract 1.
  • Em block B4 is designed for output variables depending on the large supplied to him a predetermined air / fuel ratio LAM_SP and / or a predetermined degree of homogenization ⁇ HOM SP of the mixture and in particular the air / fuel mixture in the combustion chamber of the respective cylinder Zl to Z4, and / or a predetermined start ST_COMB the combustion and / or a predetermined duration DUR COMB of combustion, and / or a predetermined flow CURRENT of the mixture in the respective combustion chamber of the respective cylinder Zl to Z4 and / or a number N INJ of the injections of the fuel and / or a number N MAF ADD of injections of gas by means of the injection device to be determined depending on in each case at least one of the operating variables or the torque TQI_SP to be generated.
  • a block B6 which convey formed He ⁇ a characteristic variable, which is representative of a located in the combustion chamber exhaust gas mass prior to combustion of the air / fuel mixture. This is preferably an exhaust gas recirculation rate EGR. Determining the Abgasruckchtrate takes place depending e- depending on at least one of the operating variables. The Abgasruckbowrate is then exemplified block B4 also supplied.
  • the block B4 is further designed to determine the fuel masses to be metered for a block B8 and / or optionally an injection end EOI_x of the metering of the fuel for the respective cylinder, depending on the quantities supplied to it and also determined internally in the block B4.
  • An x represents here and also in the fol ⁇ ing each one payer for a first, second or even further metering and that of fuel or in the following also possibly of gas through the injection device.
  • the block B4 is more particularly designed to determine its output variables of the self-ignition for controlling-sensitive in the respective combustion chamber of the cylinder Zl to Z4 be ⁇ air / fuel mixture.
  • a block B8 is provided, the input variables of which include the fuel mass M FUEL x to be metered, the injection end EOI x and preferably the fuel pressure P FUEL and a fuel temperature T_FUEL.
  • the fuel temperature T_FUEL may be determined depending on the coolant temperature. However, it can also be provided a separate temperature sensor for this purpose.
  • signals for the respective injection valve are determined in this control. This can ⁇ example, comprise a start of injection S0I_x and / or an injection duration TI FUEL x. In accordance with the control signals determined in block B8, the respective control valve is then actuated.
  • the block B4 is also designed to determine intervention parameters in the context of controlling the blowing of the gas through the injection device.
  • a gas mass MAF ADD x to be injected and / or an injecting EOI MAF ADD x are determined.
  • the blowing end EOI_MAF_ADD_x is a crankshaft angle-related position of blowing in of the gas representative crankshaft angle.
  • a block BIO is formed by the input variables supplied to it, such as the gas mass MAF_ADD_x to be injected, the injection end EOI_MAF_ADD_x and, taking into account a blow-in gas pressure P AIR and / or a blowing gas temperature T AIR, to determine an actuating signal for the injection device and to control it accordingly.
  • the control signal may include, for example, a start of injection SOI AIR x and / or injection duration TI AIR x.
  • the determination of the output variables of the block B4 takes place, for example, such that the self-firing of the air / fuel mixture in the respective combustion chamber, the torque TQI SP to be set can be set as precisely as possible, even if it assumes a relatively high value. Further, the determination of the output variables of the block B4 is also carried out within the framework of the proposed self-ignition of the mixture in the combustion chamber further preferable in the sense that the predetermined flow CURRENT is suitable incorporated ⁇ may be, so as in particular the combustion efficiency as high as possible to adjust. Furthermore, the determination of the output variables also takes place in such a way that the start of the combustion ST COMB and / or the predetermined duration of the combustion DUR COMB are set in a targeted manner.
  • the injection device can ensured with appropriate control of the injection device so that even at high speeds and high load, the mixture in the combustion chamber is not ignited too early.
  • This can be ensured, in particular, by the fact that the injected gas as a whole acts in a cooling manner on the mixture located in the combustion chamber.
  • the injected gas by means of the injection device may also contain or even deviate from the usual composition of gas constituents deviating from the air, in particular with regard to influencing the predetermined start ST_COMB of the combustion and / or the predetermined duration DUR COMB of combustion or of the predetermined flow CURRENT do not contain oxygen.
  • the gas can, for example, an inert gas cover which does not participate in the combustion process or comprise a gas Linders participates merely as a low energy partner to the combustion of the mixture in the combustion chamber of the particular Cy ⁇ .
  • a high proportion of exhaust gas is present in the combustion chamber of the cylinder.
  • the exhaust gas is expelled to a part in the exhaust tract 4, while the gas outlet valve 13 is in its open position.
  • the open position of the gas outlet valve 13 can be seen from the Ventilhubverlaufs 52 of the gas outlet valve 13.
  • the range in which the gas ⁇ exhaust valve 13 is located in its open position with respect to the crankshaft angle is set so that even suffi- Crankshaft angle is available to suitably compress the fluid in the combustion chamber of the cylinder during the intermediate compression.
  • the area of the open position of the gas inlet valve 12 relative to the crankshaft angle CRK is suitably selected to be late, as shown by way of example with reference to the valve lift curve 54 of the gas inlet valve 12.
  • the intermediate compression can be used to at least partially oxidize unburned fuel components so as to ensure a suitably high temperature in the combustion chamber for the compression stroke Komp and then for the space cycle of the air / fuel taking place in the expansion stroke or towards the end of the compression stroke Mixture to provide the necessary high temperature.
  • the intermediate compression also langerkettige Kohlenwasserstoffmolekule be fractionated, which the main combustion may be conducive possibly also for easier Zundle the mixture while.
  • by the intermediate compression and the formation of radicals can be supported.
  • the actuation signal for the injection device is generated during the discharge crankshaft window CRK_W and causes an opening of the injection valve 30 and concomitantly an injection of air into the combustion chamber of the respective cylinder Z1 to Z4.
  • Em start crankshaft angle CRK B of the Emblas crankshaft Wmkel donors CRK W is given close to a Sch drunkt crankshaft angle CRK_CL the gas inlet valve 12, in which the gas inlet valve just reached its closed position and thus from this crankshaft angle a communication tion of the combustion chamber of the respective cylinder Zl to Z4 with the intake tract 1 prevented.
  • the start crankshaft angle CRK B is preferably predetermined such that the injection of the gas through the injection device does not substantially affect an inflow behavior of fluid from the intake tract 1 in the combustion chamber of the respective cylinder Z1 to Z4.
  • the start crankshaft angle CRK B can also be ahead of the closing crankshaft angle CRK CL of the gas release valve 12 in terms of time and thus crankshaft angle due to a transit time of a pressure wave, which is predetermined by the commencement of the insufflation of the gas by the inflator, until it reaches Inlet into the combustion chamber relative to the exhaust tract 1.
  • the injection crank angle window CRK W extends to an end crankshaft angle CRK E of the range of the following top dead center TDC of the piston 11, that is, the dead center TDC, to the end of the compression stroke COMP.
  • it may also be before or after top dead center TDC, which on the one hand depends on the available injection gas pressure P AIR and on the other hand may also depend on which crankshaft angle the combustion of the air / fuel mixture extends.
  • suitably high standing for grouting Einblasegasdruck P_AIR optionally also gas through the insufflation device ⁇ during the already taking place combustion of the air / fuel mixture are blown.

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Abstract

Vorrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine Eine Brennkraftmaschine umfasst eine Einblasevorrichtung, die zum Einblasen von Luft direkt in einen Brennraum eines Zylinders unabhängig von der Stellung eines Gaseinlassventils und unabhängig von dem Zumessen des Kraftstoffs vorgesehen ist. Die Einblasevorrichtung wird zum Einblasen von Gas angesteuert innerhalb eines Einblas-Kurbelwellenwinkelfensters, das sich von einem Beginn-Kurbelwellenwinkel (CRK B) nahe zu einem Schließt-Kurbelwellenwinkel (CRK CL) des Gaseinlassventils bis zu einem Ende-Kurbelwellenwinkel (CRK E) in dem Bereich des folgenden oberen Totpunkts des Kolbens erstreckt.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine.
Steigende Energiekosten und Verschärfungen gesetzlicher Bestimmungen bezüglich des zulassigen Kraftstoffverbrauchs oder der zulassigen Schadstoffemissionen von Kraftfahrzeugen, in denen Brennkraftmaschinen angeordnet sind, machen es erfor¬ derlich, Maßnahmen zu ergreifen, um einerseits den Kraftstoffverbrauch von Brennkraftmaschinen zu senken und andererseits sicherzustellen, dass die von dem Kraftfahrzeug ausgestoßenen Schadstoffemissionen geringe Werte einnehmen. In diesem Zusammenhang ist es bekannt geworden, Brennkraftmaschinen, insbesondere benzinbetriebene, in bestimmten Betriebspunkten mit einem selbstzundenden Brennverfahren zu betreiben, das auch als Homogeneous Charge Compression Igni- tion (HCCI), Controlled Auto Ignition (CAI) oder Raumzun- dungsverfahren (RZV) genannt wird. Bei diesem selbstzundenden Brennverfahren wird die Selbstzundung und damit der Verbrennungsverlauf über die reaktive Energiemenge in dem Zylinder der Brennkraftmaschine gesteuert. Diese Energiemenge kann unter anderem durch einen im Vergleich zum konventionell gezündeten Ottomotorenbetrieb sehr hohen Restgasanteil bereitge¬ stellt werden. Auch für konventionell gezündete Ottomotoren ist es bekannt, im unteren und mittleren Teillastbereich die Brennkraftmaschine mit einer hohen Abgasruckfuhrrate zu betreiben, um die Verbrennung bezuglich der Gutekriterien Verbrauch und Emissionen zu optimieren. Thermodynamische Grundlagen derartiger selbstzundender Brenn¬ verfahren sind in dem Fachartikel „Verbrennungssteuerung durch Selbstzundung, Teil 1: Thermodynamische Grundlagen", Motortechnische Zeitschrift 1/2004, Jahrgang 65, Seiten 56 bis 62 offenbart.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine zu schaffen, die einen hohen Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine ermögli¬ chen.
Die Aufgabe wird gelost durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteranspruchen gekennzeichnet.
Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren und eine korrespondierende Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder, in dem ein Brennraum ausgebildet ist und dem ein Kolben zugeordnet ist, mit einem Ansaugtrakt, der abhangig von der Stellung eines Gaseinlass- ventils mit dem Brennraum des Zylinders kommuniziert, mit einem Abgastrakt, der abhangig von der Stellung eines Gasauslassventils mit dem Brennraum des Zylinders kommuniziert, mit einem Einspritzventil, das zum Zumessen von Kraftstoff vorge¬ sehen ist, und mit einer Einblasevorrichtung, die zum Einbla- sen von Gas direkt in den Brennraum des Zylinders unabhängig von der Stellung des Gasemlassventils und unabhängig von dem Zumessen des Kraftstoffs vorgesehen ist. Die Einblasevorrichtung wird zum Emblasen von Gas angesteuert innerhalb eines Emblas-Kurbelwellenwmkelfensters, das sich von einem Be- gmn-Kubelwellenwmkel nahe zu einem Schließt- Kurbelwellenwmkel des Gasemlassventils bis zu einem Ende- Kurbelwellenwinkel in dem Bereich des folgenden oberen Tot- punkts des Kolbens erstreckt. Das einzublasende Gas kann bei¬ spielsweise Sauerstoff umfassen, es kann jedoch beispielsweise auch im Wesentlichen aus einem Inertgas, wie zum Beispiel Stickstoff, oder einem Edelgas bestehen oder einem Gas, das an einer Verbrennung des in dem Brennraum befindlichen Luft/Kraftstoff-Gemisches maximal als ein energiearmer Partner teilnimmt. Durch den Einblasevorgang des Gases wahrend des Einblas-Kurbelwellenwinkelfensters kann die Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches in dem Zylinder vorteilhaft be- emflusst werden, insbesondere bei einer Selbstzundung des Luft/Kraftstoff-Gemisches in dem Zylinder. Bevorzugt hangt das Einblasen des Gases durch die Einblasevorrichtung ab von mindestens einer Betriebsgroße der Brennkraftmaschine.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Einblasevorrichtung zum Einblasen des Gases angesteuert abhangig von einem durch die Brennkraftmaschine zu erzeugenden Drehmoment. Auf diese Weise kann insbesondere bei höheren zu erzeugenden Drehmomenten zusätzliches Gas, in diesem Fall enthaltend Sauerstoff, eingeblasen werden und so bei entspre¬ chendem Vorhandensein von korrespondierendem Kraftstoff die durch die Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches freizusetzende Energie erhöht werden. Auf diese Weise kann auch ein Betriebsbereich, in dem die Brennkraftmaschine mit Selbstzundung des Luft/Kraftstoff-Gemisches betrieben werden kann erweitert werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird die Einblasevorrichtung zum Einblasen des Gases angesteuert abhangig von einem vorgegebenen Beginn der Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches in dem jeweiligen Zylinder. Dies hat den Vorteil, dass durch das Einblasen des Gases ein Beginn der Verbrennung beeinflusst werden kann, insbesondere bei der Selbstzundung des Luft/Kraftstoff-Gemisches in dem Brennraum durch das Beeinflussen der Temperatur des in dem Brennraum befindlichen Gemisches.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird die Einblasevorrichtung zum Einblasen des Gases angesteuert abhangig von einer vorgegebenen Dauer der Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches in dem jeweiligen Zylinder. Auf diese Weise können beispielsweise extrem hohe Druckgradienten wahrend der Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches vermieden werden, die die Brennkraftmaschine schadigen können und so kann ferner ein Klopfen vermieden werden. Durch die so e- benfalls gesenkte Verbrennungsspitzentemperatur kann auch die Bildung von Stickoxiden effizient verringert werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird die Einblasevorrichtung zum Einblasen des Gases angesteuert abhangig von einer vorgegebenen Strömung des Gemisches in dem jeweiligen Zylinder. Die Strömung kann beispielsweise so vorgegeben sein, dass das zusatzlich eingeblasene Gas an ZyIm- deπnnenwanden des Zylinders entlang strömt und so vorteilhaft thermisch isolierend wirkt und damit Wandwarmeverluste reduziert werden. Auf diese Weise kann der Verbrennungswirkungsgrad gesteigert werden. Ferner kann durch eine geeignet vorgegebene Strömung des Gemisches unterstutzt durch den Einblasevorgang des Gases auch eine gegebenenfalls gesenkte Verbrennungsspitzentemperatur erreicht werden und die Bildung von Stickoxiden so verringert werden. Die Einblasevorrichtung ermöglicht so das gezielte Einstellen der vorgegebenen Strömung des Gemisches.
Em für die Kurbelwellenwinkel bezogene Lage des Einblasens des Gases repräsentativer Kurbelwellenwinkel dient als Ein- griffsparameter im Rahmen des Steuerns des Einblasens des Ga¬ ses durch die Einblasevorrichtung. Dies zeichnet sich dadurch aus, dass dieser Eingriffsparameter besonders einfach einstellbar ist.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung dient eine einzublasende Gasmasse als Eingriffsparameter im Rahmen des Steuerns des Einblasens des Gases durch die Einblasevorrichtung. Dies hat den Vorteil, dass durch diesen Eingriffspara¬ meter insbesondere wirkungsvoll gewünschte Wirkungen eingestellt werden können.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird die Einblasevorrichtung angesteuert zum mehrfachen gepulsten Ein- blasen von Gas innerhalb des Einblas-
Kurbelwellenwmkelfensters . Auf diese Weise kann beispiels¬ weise insbesondere eine gewünschte Verteilung des eingeblasenen Gases präzise erreicht werden oder auch besonders gut die vorgegebene Strömung des Gemisches in dem jeweiligen Zylinder eingestellt werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird die Einblasevorrichtung zum Einblasen des Gases angesteuert abhangig von einer Kenngroße, die repräsentativ ist für eine in dem Brennraum befindliche Abgasmasse vor der Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches . Auf diese Weise kann die Temperatur des Gemisches in dem Brennraum des Zylinders sehr gut be- einflusst werden und insbesondere präzise eingestellt werden, da insbesondere durch die in dem Brennraum befindliche Abgasmasse zunächst die Temperatur des Gemisches maßgeblich beein- flusst wird und so durch das Zumessen des eingeblasenen Gases sehr präzise eingestellt werden kann. Dies kann insbesondere im Hinblick auf das gezielte Einstellen des Beginns der Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches im Rahmen des Selbstzundungsprozesses wesentlich sein. Ferner kann auch auf diese Weise die Füllung des Brennraums mit dem Gemisch sehr geeignet eingestellt werden.
Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine Brennkraftmaschine mit einer Steuervorrichtung,
Figur 2 eine Schnittdarstellung einer Zumessbaueinheit,
Figur 3 ein Blockschaltbild eines Teils der Steuervorrichtung und
Figur 4 Druckverlaufe des Drucks in dem Brennraum und Ventil¬ hubverlaufe .
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figuren- ubergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Eine Brennkraftmaschine umfasst einen Ansaugtrakt 1, einen Motorblock 2, einen Zylinderkopf 3 und einen Abgastrakt 4. Der Ansaugtrakt 1 umfasst bevorzugt eine Drosselklappe 5, ferner einen Sammler 6 und ein Saugrohr 7, das hin zu einem Zylinder Zl über einen Einlasskanal in den Motorblock 2 gefuhrt ist. Der Motorblock 2 umfasst ferner eine Kurbelwelle 8, welche über eine Pleuelstange 10 mit dem Kolben 11 des Zy¬ linders Zl gekoppelt ist.
Der Zylinderkopf 3 umfasst einen Ventiltπeb mit einem Gas- einlassventil 12 und einem Gasauslassventil 13. Ferner ist dem Ventiltrieb bevorzugt jeweils für das Gaseinlassventil 12 und gegebenenfalls auch für das Gasauslassventil 13 ein Pha- senversteller 14, 15 zugeordnet, mittels dessen eine Phase des Gaseinlassventilhubverlaufs beziehungsweise des Gasaus- lassventilhubverlaufs bezogen auf einen Referenzpunkt bezüglich der Kurbelwelle verstellbar ist. Darüber hinaus ist be¬ vorzugt mindestens ein Ventilhubversteller vorgesehen mittels dessen der Ventilhub des Gaseinlassventils 12 und/oder des Gasauslassventils 13 verstellbar ist. Alternativ kann dem Ventiltrieb für jeweils das Gaseinlassventil 12 und/oder das Gasauslassventil 13 ein vollvaπabler Ventiltrieb zugeordnet sein, der beispielsweise als elektromagnetischer , piezoelektrischer, elektropneumatischer, elektrohydraulischer oder als sonstiger dem zustandigen Fachmann für diese Zwecke bekannter Stellantrieb ausgebildet sein kann.
Der Zylinderkopf 3 umfasst ferner neben einer Zündkerze 33 ein Einspritzventil und eine Einblasevorrichtung. Besonders bevorzugt sind das Einspritzventil und die Einblasevorrichtung in einer Baueinheit und zwar in einer Zumessbaueinheit 18 angeordnet. Die Zumessbaueinheit 18 umfasst einen Gehause- korper 19 (Figur 2), der eine erste Ausnehmung 20 aufweist, in die ein Kraftstoffeinlass 21 mundet, der dazu vorgesehen ist mit einer Kraftstoffversorgung, wie beispielsweise einem Common Rail, hydraulisch gekoppelt zu sein. Ferner ist in der ersten Ausnehmung 20 eine Dusennadel 22 angeordnet, die in einer Schließposition einen Fluidfluss durch eine Einspritzdüse 23 unterbindet und diesen in sonstigen Positionen frei¬ gibt und somit ein Zumessen von Fluid, insbesondere Kraft¬ stoff, in den Brennraum des jeweiligen Zylinders Zl bis Z4 ermöglicht. Eine Ruckstellfeder 24 stutzt sich auf einen Absatz 25 des Gehausekorpers 19 an ihrem einen axialen freien Ende ab und ist an ihrem anderen freien axialen Ende mit einem Federteller 26 gekoppelt, der wiederum mechanisch gekop- pelt ist mit der Dusennadel 22. Auf diese Weise wird die Du- sennadel 22 ohne das Einwirken weiterer Kräfte in ihre Schließposition vorgespannt.
Ferner ist in dem Gehausekorper 19, insbesondere in der ers¬ ten Ausnehmung 20, ein Aktuator 27 angeordnet, der auf die Dusennadel 22 einwirkt. Der Aktuator ist vorzugsweise als Festkorperaktuator, insbesondere als Piezoaktuator, ausgebildet. Er kann jedoch auch als ein weiterer dem Fachmann für diesen Zweck bekannter Aktuator ausgebildet sein, wie beispielsweise ein elektromagnetischer Aktuator.
Der Gehausekorper 19 umfasst ferner eine weitere Ausnehmung 28, die mit einem Gaseinlass 29 kommuniziert, der bei der bestimmungsgemäß montierten Zumessbaueinheit 18 mit einer Luftversorgungseinheit pneumatisch gekoppelt ist, die bevorzugt Luft unter erhöhtem Druck, wie z. B. 6 bar oder auch mehr o- der etwas weniger, zur Verfugung stellt. Dazu kann der Brennkraftmaschine beispielsweise ein Kompressor zugeordnet sein, der die Luft entsprechend verdichtet. Ferner ist in der wei¬ teren Ausnehmung 28 ein Einblaseventil 30 angeordnet, mittels dessen ein Emblasen der Luft in den Brennraum des Zylinders Zl steuerbar ist.
In dem Abgastrakt 4 ist ein Abgaskatalysator 34 angeordnet, der bevorzugt als Dreiwegekatalysator ausgebildet ist.
Eine Steuervorrichtung 36 ist vorgesehen, der Sensoren zugeordnet sind, die verschiedene Messgroßen erfassen und jeweils den Wert der Messgroße ermitteln. Messgroßen und von diesen abgeleitete Großen werden im Folgenden als Betriebsgroßen be¬ zeichnet. Die Steuervorrichtung kann auch als Vorrichtung zum Betreiben der Brennkraftmaschine bezeichnet werden. Die Steu- ervorrichtung 36 ermittelt abhangig von mindestens einer der Betriebsgroßen Stellgroßen, die dann in ein oder mehrere Stellsignale zum Steuern der Stellglieder mittels entsprechender Stellantriebe umgesetzt werden.
Die Sensoren sind ein Pedalstellungsgeber 37, welcher eine Pedalstellung PV eines Fahrpedals 38 erfasst, ein Luftmassensensor 39, welcher einen Luftmassenstrom stromaufwärts der Drosselklappe 5 erfasst, ein erster Temperatursensor 42, welcher eine Ansauglufttemperatur TIA erfasst, ein Saugrohr- drucksensor 44, welcher einen Saugrohrdruck in dem Sammler 6 erfasst, ein Kurbelwellenwinkelsensor 46, welcher einen Kurbelwellenwinkel CRK erfasst, dem dann eine Drehzahl N zuge¬ ordnet wird. Ferner ist bevorzugt ein Drosselklappenstellungssensor 40 vorgesehen, der einen TPS Offnungsgrad der Drosselklappe 5 erfasst. Ferner ist bevorzugt ein zweiter Temperatursensor 48 vorgesehen, der eine Kuhlmitteltemperatur erfasst. Ein Zylinderdrucksensor 50 ist bevorzugt vorgesehen, der einen Druckverlauf in dem Brennraum des Zylinders Zl erfasst. Ein Kraftstoffdrucksensor ist vorgesehen, der einen Kraftstoffdruck P FUEL erfasst, mit dem das Einspritzventil beaufschlagt wird. Ferner ist bevorzugt eine Abgassonde 51 vorgesehen, die stromaufwärts des Abgaskatalysators 34 angeordnet ist und den Restsauerstoffgehalt des Abgases erfasst.
Je nach Ausfuhrungsform der Erfindung kann eine beliebige Untermenge der genannten Sensoren vorhanden sein oder es können auch zusatzliche Sensoren vorhanden sein.
Die Stellglieder sind beispielsweise die Drosselklappe 5, die Gaseinlass- und Gasauslassventile 12, 13, die Phasenverstel- ler 14A, 15A oder die Ventilhubversteller, die Drallklappe, das Einspritzventil, die Einblasevorrichtung oder die Zünd¬ kerze .
Neben dem Zylinder Zl sind bevorzugt auch noch weitere Zylinder Z2 bis Z4 vorgesehen, denen dann auch entsprechende Stellglieder und gegebenenfalls Sensoren zugeordnet sind.
Anhand des Blockschaltbilds gemäß der Figur 3 ist ein relevanter Teil der Steuervorrichtung 36 dargestellt. Einem Block Bl sind Betriebsgroßen der Brennkraftmaschine zugeführt. Die zugefuhrten Betriebsgroßen des Blockes Bl umfassen beispielsweise die Drehzahl N, den Pedalwert PV, den Offnungsgrad TPS der Drosselklappe 5, den Kurbelwellenwinkel CRK, einen Umge¬ bungsdruck AMP, der beispielsweise aus dem Messsignal des Saugrohrdrucksensors 44 abgeleitet sein kann, die Ansauglufttemperatur TIA, eine Phase CAM_IN des Gaseinlassventils und eine Phase CAM EX des Gasauslassventils. In diesem Zusammenhang ist bevorzugt sowohl dem Gaseinlassventil 12 als auch dem Gasauslassventil 13 eine separate Nockenwelle zugeordnet und die jeweilige Phase CAM IN, CAM EX bezeichnet ist bezogen auf eine vorgegebene Bezugsstellung der Kurbelwelle 8 und einer vorgebbaren Winkelmarke auf der jeweiligen Nockenwelle. Die Phase CAM IN des Gasemlassventils 12 ist mittels des Phasenverstellers 14 und die Phase CAM_EX des Gasauslassven- tils ist mittels des Phasenverstellers 15 des Gasauslassven- tils 13 verstellbar.
Ferner können dem Block Bl auch weitere Betriebsgroßen der Brennkraftmaschine zugeführt sein. Bevorzugt umfasst der Block Bl auch ein Drehmomentmodell der Brennkraftmaschine, das bevorzugt entsprechende Kennfelder umfasst und mittels dessen ein zu erzeugendes Drehmoment TQI SP ermittelt werden kann und zwar abhangig von mindestens einer der Betriebsgro- ßen. Eine Untermenge oder auch alle der dem Block Bl zuge- fuhrten Betriebsgroßen oder auch weitere zusatzliche in dem Block Bl ermittelte Betriebsgroßen oder auch das zu erzeugende Drehmoment TQI_SP sind dann Blocken B2 bis B4 zugeführt.
Block B2 ist ausgebildet zum Ermitteln eines Luftmassenstroms MAF CYL in den jeweiligen Brennraum des jeweiligen Zylinders Zl bis Z4. Dazu umfasst er bevorzugt ein Saugrohrfullungsmo- dell des Ansaugtraktes 1.
Em Block B4 ist dazu ausgebildet Ausgangsgroßen abhangig von den ihm zugefuhrten Großen ein vorgegebenes Luft/Kraftstoff- Verhaltnis LAM_SP und/oder einen vorgegebenen Homogenisie¬ rungsgrad HOM SP des Gemisches und zwar insbesondere des Luft/Kraftstoff-Gemisches in dem Brennraum des jeweiligen Zylinders Zl bis Z4, und/oder einen vorgegebenen Beginn ST_COMB der Verbrennung und/oder einer vorgegebenen Dauer DUR COMB der Verbrennung, und/oder einer vorgegebenen Strömung CURRENT des Gemisches in dem jeweiligen Brennraum des jeweiligen Zylinders Zl bis Z4 und/oder einer Anzahl N INJ der Einspritzungen des Kraftstoffs und/oder einer Anzahl N MAF ADD an Einblasungen von Gas mittels der Einblasevorrichtung zu ermitteln und zwar abhangig von jeweils mindestens einer der Betriebsgroßen oder auch dem zu erzeugenden Drehmoment TQI_SP.
Ferner ist ein Block B6 vorgesehen, der ausgebildet zum Er¬ mitteln einer Kenngroße, die repräsentativ ist für eine in dem Brennraum befindliche Abgasmasse vor der Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches . Bevorzugt ist dies eine Abgasruck- fuhrrate EGR. Das Ermitteln der Abgasruckfuhrrate erfolgt e- benso abhangig von mindestens einer der Betriebsgroßen. Die Abgasruckfuhrrate ist dann beispielhaft dem Block B4 ebenso zugeführt .
Der Block B4 ist ferner dazu ausgebildet abhangig von den ihm zugefuhrten Großen und auch den intern in dem Block B4 ermittelten Großen oder Werten für einen Block B8 zuzumessende Kraftstoffmassen und/und gegebenenfalls ein Einspritzende EOI_x des Zumessens des Kraftstoffs für den jeweiligen Zylinder zu ermitteln. Ein x repräsentiert hier und auch im Fol¬ genden jeweils einen Zahler für eine erste, zweite oder auch weitere Zumessungen und zwar von Kraftstoff oder im Folgenden auch gegebenenfalls von Gas durch die Einblasevorrichtung.
Bevorzugt ist der Block B4 insbesondere ausgebildet zum Ermitteln seiner Ausgangsgroßen zum Steuern der Selbstzundung des in dem jeweiligen Brennraum des Zylinders Zl bis Z4 be¬ findlichen Luft/Kraftstoff-Gemisches .
Ein Block B8 ist vorgesehen, dessen Eingangsgroßen die zuzumessende Kraftstoffmasse M FUEL x, das Einspritzende EOI x und bevorzugt den Kraftstoffdruck P FUEL und eine Kraftstofftemperatur T_FUEL umfassen. Die Kraftstofftemperatur T_FUEL kann beispielsweise ermittelt sein abhangig von der Kuhlmitteltemperatur. Es kann jedoch auch ein eigener Temperatursensor für diese Zwecke vorgesehen sein. Abhangig von den Eingangsgroßen des Blocks B8 werden in diesem Stellsignale für das jeweilige Einspritzventil ermittelt. Dies kann beispiels¬ weise umfassen einen Einspritzbeginn S0I_x und/oder eine Einspritzdauer TI FUEL x. Entsprechend der in dem Block B8 ermittelten Stellsignale wird dann das jeweilige Emspπtzven- til angesteuert. Ferner ist der Block B4 auch ausgebildet zum Ermitteln von Eingriffsparametern im Rahmen des Steuerns des Einblasens des Gases durch die Einblasevorrichtung. So wird in dem Block B4 beispielsweise abhangig von dem diesem zur Verfugung stehenden Großen oder einer Untermenge dieser Großen eine einzublasende Gasmasse MAF ADD x und/oder ein Einblasende EOI MAF ADD x ermittelt. Dabei ist das Einblasende EOI_MAF_ADD_x ein für die Kurbelwellenwinkel bezogene Lage des Einblasens des Gases repräsentativer Kurbelwellenwinkel.
Ein Block BIO ist ausgebildet von den ihm zugefuhrten Eingangsgroßen, wie beispielsweise der einzublasenden Gasmasse MAF_ADD_x, des Einblasendes EOI_MAF_ADD_x und unter Berücksichtigung eines Einblasegasdrucks P AIR und/oder einer Em- blasegastemperatur T AIR ein Stellsignal für die Einblasevorrichtung zu ermitteln und diese entsprechend anzusteuern. Das Stellsignal kann beispielsweise einen Einblasbeginn SOI AIR x und/oder Einblasdauer TI AIR x umfassen.
Das Ermitteln der Ausgangsgroßen des Blockes B4 erfolgt beispielsweise derart, dass im Rahmen der Selbstzundung des Luft/Kraftstoff-Gemisches in dem jeweiligen Brennraum das einzustellende Drehmoment TQI SP möglichst präzise eingestellt werden kann, auch wenn es einen relativ hohen Wert annimmt. Ferner erfolgt das Ermitteln der Ausgangsgroßen des Blocks B4 ebenfalls im Rahmen der beabsichtigten Selbstzundung des Gemisches in dem Brennraum bevorzugt ferner in dem Sinne, dass die vorgegebene Strömung CURRENT geeignet einge¬ stellt werden kann, um so insbesondere den Wirkungsgrad der Verbrennung möglichst hoch einzustellen. Ferner erfolgt das Ermitteln der Ausgangsgroßen auch derart, dass der Beginn der Verbrennung ST COMB und/oder die vorgegebene Dauer der Verbrennung DUR COMB gezielt eingestellt werden. Auf diese Weise kann bei geeigneter Ansteuerung der Einblasevorrichtung so sichergestellt werden, dass auch bei hohen Drehzahlen und einer hohen Last das Gemisch in dem Brennraum nicht zu früh gezündet wird. Dies kann insbesondere dadurch sichergestellt werden, dass das eingeblasene Gas insgesamt kühlend auf das in dem Brennraum befindliche Gemisch wirkt. Das eingeblasene Gas mittels der Einblasevorrichtung kann insbesondere im Hinblick auf das Beeinflussen des vorgegebenen Beginns ST_COMB der Verbrennung und/oder der vorgegebenen Dauer DUR COMB der Verbrennung oder auch der vorgegebenen Strömung CURRENT auch von der üblichen Zusammensetzung von Luft abweichende Gasbe- standteile enthalten oder auch gar keinen Sauerstoff enthalten. So kann das Gas beispielsweise ein Inertgas umfassen das an der Verbrennung nicht teilnimmt oder auch ein Gas umfassen, das lediglich als ein energiearmer Partner an der Verbrennung des Gemisches in dem Brennraum des jeweiligen Zy¬ linders teilnimmt.
Durch das Einblasen des Gases mittels der Einblasevorrichtung kann auch gegebenenfalls eine Verbesserung der Akustik der Brennkraftmaschine erreicht werden.
Im Folgenden ist der Betrieb der Brennkraftmaschine im Hinblick auf das durch die Steuervorrichtung 36 erfolgende Ansteuern der Zumessbaueinheit noch naher anhand des Verlaufs des Drucks P und zwar des Zylinderdrucks in dem jeweiligen Brennraum des jeweiligen Zylinders Zl bis Z4 und der zugeord¬ neten Ventilhube bezogen auf den Kurbelwellenwinkel CRK er¬ läutert (Figur 4) . 52 bezeichnet den Gasauslassventilhubver- lauf, 54 bezeichnet den Gasemlassventilhubverlauf und 56 bezeichnet den Zylinderdruckverlauf. TDC bezeichnet einen obe¬ ren Totpunkt des Kolbens 11. Die vier Takte des Arbeitszyklusses eines Viertaktbetriebs sind bezeichnet mit Komp für den Kompressionstakt, Exp für den Arbeitstakt, Aus für den Ausschiebetakt und An für den Ansaugtakt. Für eine bessere Verständlichkeit sind diese Bezeichnungen gewählt, auch wenn die Brennkraftmaschine quasi in einem Zweitaktbetrieb betrieben werden kann, wie nachfolgend erläutert ist.
Der Zylinderdruck steigt wahrend des Kompressionstaktes Komp stark an und bevorzugt hat das Gemisch in dem Zylinder eine derart hohe Temperatur, dass in der Nahe des oberen Totpunktes TDC eine Selbstzundung des Luft/Kraftstoff-Gemisches erfolgt. Zum Sicherstellen einer geeignet hohen Temperatur vor dem Zünden des Gemisches ist ein hoher Abgasanteil in dem Brennraum des Zylinders vorhanden. Durch das Zünden des Gemisches in der Nahe des oberen Totpunkts TDC, also hier im Be¬ reich um 0° Kurbelwellenwinkel, erfolgt dann ein sehr deutlicher Druckanstieg des Zylinderdrucks in dem jeweiligen Brennraum des jeweiligen Zylinders Zl bis Z4, der dann innerhalb des Arbeitstaktes mit zunehmender Abwartsbewegung des Kolbens 11 wieder abnimmt.
Das Abgas wird zu einem Teil in den Abgastrakt 4 ausgeschoben, wahrend das Gasauslassventil 13 in seiner Offenstellung ist. Die Offenstellung des Gasauslassventils 13 ist anhand des Ventilhubverlaufs 52 des Gasauslassventils 13 ersichtlich. Für den Betrieb mit Zwischenkompression ist der Ventil¬ hub VL des Gasauslassventils 13 eher gering eingestellt, um tendenziell einen hohen Abgasanteil für die Zwischenkompression zum Erzeugen einer geeignet hohen Temperatur sicherzustellen. Darüber hinaus ist der Bereich, in dem sich das Gas¬ auslassventil 13 in seiner Offenstellung befindet, bezogen auf den Kurbelwellenwinkel so eingestellt, dass noch ausrei- chend Kurbelwellenwinkel zur Verfugung steht, um das in dem Brennraum des Zylinders befindliche Fluid wahrend der Zwischenkompression geeignet zu verdichten. Ferner ist zu diesem Zweck auch der auf den Kurbelwellenwinkel CRK bezogene Bereich der Offenstellung des Gaseinlassventils 12 geeignet spat gewählt, wie das beispielhaft anhand des Ventilhubverlaufs 54 des Gaseinlassventils 12 dargestellt ist.
Grundsatzlich kann die Zwischenkompression dazu dienen, unverbrannte Kraftstoffanteile zumindest teilweise zu oxidie- ren, um so eine geeignet hohe Temperatur in dem Brennraum sicherzustellen für den Kompressionstakt Komp und so dann für das in dem Expansionstakt stattfindende oder gegen Ende des Kompressionstaktes stattfindende Raumzunden des Luft/Kraftstoff-Gemisches die notwendige hohe Temperatur zur Verfugung zu stellen. Darüber hinaus können wahrend der Zwi¬ schenkompression auch langerkettige Kohlenwasserstoffmolekule fraktioniert werden, was gegebenenfalls auch für eine leichtere Zundbarkeit des Gemisches wahrend der Hauptverbrennung forderlich sein kann. Darüber hinaus kann durch die Zwischenkompression auch das Bilden von Radikalen unterstutzt sein.
Das Stellsignal für die Einblasevorrichtung wird wahrend des Emblas-Kurbelwellenwmkelfensters CRK_W erzeugt und bewirkt ein Offnen des Einblaseventils 30 und damit einhergehend ein Einblasen von Luft in den Brennraum des jeweiligen Zylinders Zl bis Z4.
Em Beginn-Kurbelwellenwinkel CRK B des Emblas- Kurbelwellenwmkelfensters CRK W ist vorgegeben nahe zu einem Schließt-Kurbelwellenwinkel CRK_CL des Gaseinlassventils 12, bei dem das Gaseinlassventil gerade seine Schließstellung erreicht und somit ab diesem Kurbelwellenwinkel eine Kommunika- tion des Brennraums des jeweiligen Zylinders Zl bis Z4 mit dem Ansaugtrakt 1 unterbindet.
Der Beginn-Kurbelwellenwinkel CRK B ist bevorzugt so vorgegeben, dass das Einblasen des Gases durch die Einblasevorrich¬ tung sich im Wesentlichen nicht auf ein Einstromverhalten von Fluid aus dem Ansaugtrakt 1 in dem Brennraum des jeweiligen Zylinders Zl bis Z4 auswirkt. Insofern kann der Beginn- Kurbelwellenwinkel CRK B auch zeitlich und somit kurbelwel- lenwinkelmaßig vor dem Schließt-Kurbelwellenwmkel CRK CL des Gasemlassventils 12 liegen aufgrund einer Laufzeitdauer einer Druckwelle, die durch das Beginnen des Einblasens des Gases durch die Einblasevorrichtung vorgegeben ist, bis zum Erreichen des Einlasses in den Brennraum bezogen auf den Abgastrakt 1.
Das Einblas-Kurbelwellenwinkelfenster CRK W erstreckt sich bis zu einem Ende-Kurbelwellenwmkel CRK E des in dem Bereich des folgenden oberen Totpunktes TDC des Kolbens 11 also des Totpunkts TDC zu Ende des Kompressionstaktes COMP. Dabei kann es beispielsweise auch vor oder nach dem oberen Totpunkt TDC liegen was einerseits abhangt von dem zur Verfugung stehenden Einblasegasdrucks P AIR und andererseits auch abhangen kann davon bis zu welchen Kurbelwellenwinkel sich die Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches erstreckt. So kann beispielsweise bei geeignet hohem zur Verfugung stehenden Einblasegasdruck P_AIR gegebenenfalls auch noch Gas durch die Einblase¬ vorrichtung wahrend der schon stattfindenden Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches eingeblasen werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder (Zl bis Z4), in dem ein Brennraum ausgebildet ist und dem ein Kolben (11) zugeordnet ist, mit ei¬ nem Ansaugtrakt (1), der abhangig von der Stellung eines Gas- einlassventils (12) mit dem Brennraum des Zylinders (Zl bis Z4) kommuniziert, mit einem Abgastrakt (4), der abhangig von der Stellung eines Gasauslassventils (13) mit dem Brennraum des Zylinders (Zl bis Z4) kommuniziert, mit einem Einspritzventil, das zum Zumessen von Kraftstoff vorgesehen ist, und mit einer Einblasevorrichtung, die zum Einblasen von Luft direkt in den Brennraum des Zylinders (Zl bis Z4) unabhängig von der Stellung des Gaseinlassventils (12) und unabhängig von dem Zumessen des Kraftstoffs vorgesehen ist, bei dem
- die Einblasevorrichtung zum Einblasen von Gas angesteuert wird innerhalb eines Einblas-Kurbelwellenwinkelfensters
(CRK W) , das sich von einem Beginn-Kurbelwellenwinkel (CRK B) nahe zu einem Schließt-Kurbelwellenwmkel (CRK_CL) des Gaseinlassventils (13) bis zu einem Ende-Kurbelwellenwinkel
(CRK E) in dem Bereich des folgenden oberen Totpunkts des Kolbens (11) erstreckt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Einblasevorrichtung zum Einblasen des Gases angesteuert wird abhangig von einem durch die Brennkraftmaschine zu erzeugenden Drehmoment
(TQI_SP) .
3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Einblasevorrichtung zum Einblasen des Gases angesteuert wird abhangig von einem vorgegebenen Beginn (ST_COMB) der Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches in dem jeweiligen Zylinder (Zl bis Z4) .
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Einblasevorrichtung zum Einblasen des Gases angesteuert wird abhangig von einer vorgegebenen Dauer (DUR COMB) der Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches in dem jeweiligen Zylinder (Zl bis Z4) .
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Einblasevorrichtung zum Einblasen des Gases angesteuert wird abhangig von einer vorgegebenen Strömung (CURRENT) des Gemisches in dem jeweiligen Zylinder (Zl bis Z4) .
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem ein für die Kurbelwellenwinkel bezogene Lage des Einblasens des Gases durch die Einblasevorrichtung repräsentativer Kurbelwellenwinkel als Eingriffsparameter im Rahmen des Steuerns des Einblasens des Gases durch die Einblasevorrichtung dient.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die einzublasende Gasmasse als Eingriffsparameter im Rahmen des Steuerns des Einblasens des Gases durch die Einblasevorrichtung dient.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Einblasevorrichtung angesteuert wird zum mehrfachen gepulsten Einblasen von Gas innerhalb des Einblas- Kurbelwellenwmkelfensters (CRK_W) .
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Einblasevorrichtung zum Einblasen des Gases angesteuert wird abhangig von einer Kenngroße, die repräsentativ ist für eine in dem Brennraum befindliche Abgasmasse vor der Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches .
10. Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder (Zl bis Z4), in dem ein Brennraum ausgebildet ist und dem ein Kolben (11) zugeordnet ist, mit einem Ansaugtrakt (1), der abhangig von der Stellung eines Gaseinlassventils (12) mit dem Brennraum des Zylinders (Zl bis Z4) kommuniziert, mit einem Abgastrakt (4), der abhangig von der Stellung eines Gasauslassventils (13) mit dem Brennraum des Zylinders (Zl bis Z4) kommuniziert, mit einem Ein¬ spritzventil, das zum Zumessen von Kraftstoff vorgesehen ist, und mit einer Einblasevorrichtung, die zum Einblasen von Luft direkt in den Brennraum des Zylinders (Zl bis Z4) unabhängig von der Stellung des Gaseinlassventils (12) und unabhängig von dem Zumessen des Kraftstoffs vorgesehen ist, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist zum Ansteuern der Einblasevorrichtung zum Einblasen von Gas innerhalb eines Einblas- Kurbelwellenwinkelfensters (CRK W) , das sich von einem Beginn-Kurbelwellenwinkel (CRK B) nahe zu einem Schließt- Kurbelwellenwinkel (CRK_CL) des Gaseinlassventils (13) bis zu einem Ende-Kurbelwellenwinkel (CRK E) in dem Bereich des fol¬ genden oberen Totpunkts des Kolbens (11) erstreckt.
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