WO2012045462A2 - Betriebsverfahren für eine brennkraftmaschine - Google Patents

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WO2012045462A2
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Torsten Dieler
Dirk Haase
Rüdiger Herweg
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Daimler Ag
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention describes an operating method for an internal combustion engine.
  • a reciprocating engine for example, for a gasoline engine with direct injection, in a motor vehicle, with low-NO x combustion (NAV).
  • NAV low-NO x combustion
  • Downsizing means designing, deploying and operating smaller displacement engines to achieve comparable or improved driveability, unlike previous large displacement engines. By downsizing the fuel consumption can be reduced thereby reducing the C0 2 emissions. In addition, smaller displacement engines have lower absolute friction losses.
  • cubic capacity engines are characterized by a lower torque, especially at low speeds, and thus lead to a poorer dynamic behavior of the vehicle, and thus for example to a poorer elasticity.
  • operating method disadvantages which brings the downsizing of gasoline engines, at least largely be compensated.
  • an operating method in which a lean fuel / exhaust gas / air mixture in the respective combustion chamber of the internal combustion engine is caused to autoignite. So that the compression ignition starts at the desired time, fuel is injected into the combustion chamber in the lean, homogeneous fuel / exhaust gas / air mixture with corresponding compression shortly before spark ignition, so that a more greasy mixture cloud is formed. Embedded in the lean, homogeneous fuel / exhaust gas / air mixture, this concentrated mixture cloud serves as the ignition initiator for the compression-ignited combustion in the combustion chamber.
  • DE102006041467A1 an operating method for a gasoline engine with homogeneous, compression-ignition combustion is described.
  • the homogeneous fuel / exhaust gas / air mixture is formed lean compressed so sets in contrast to the spark ignited, Otto engine operating method and starting from the ignition in the combustion chamber no flame front, but the homogeneous fuel - / Exhaust / air mixture ignited in the respective combustion chamber at a corresponding compression rate at several points almost simultaneously, so that adjusts a Jardinzündverbrennung in this case.
  • Room ignition combustion (RZV) has a significantly lower nitrogen oxide emission and a high fuel consumption efficiency in comparison to the Otto engine, spark ignition operation.
  • a method for operating an internal combustion engine in which is switched between at least one spark-ignited and between at least one compression-fired partial operating method.
  • the compression ratio ⁇ is changed.
  • a compression-ignited partial operating method has a high ⁇
  • a spark-ignited partial operating method has a low compression ratio ⁇ .
  • the present invention addresses the problem of providing an improved or at least one alternative embodiment for an operating method of an internal combustion engine, which is characterized in particular by an overall strategy which is improved with regard to the NO x emission values and with regard to fuel consumption. According to the invention, this problem is solved by the subject matter of the independent claim. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.
  • the invention is thus based on the general idea, in an operating method for a, in particular directly injected, multiple combustion chambers having internal combustion engine, in particular for a directly injected gasoline engine, for example a motor vehicle, with at least partial NO x low combustion (NAV) and with several
  • NAV NO x low combustion
  • ZZP ignition time
  • FFV spark ignition flame front combustion
  • RZV room ignition combustion
  • a room ignition combustion in a wide operating range and at least in a low and in a medium engine load range, a room ignition combustion (RZV) can be carried out, so that in the case of the respective partial operation method with room ignition combustion the fuel consumption is reduced and also the NO x emission values are reduced in comparison to one Otto engine partial operating procedure.
  • RZV room ignition combustion
  • the DES partial operating method may be used instead of the RZV partial operating method.
  • the stoichiometric, partial engine operating mode can be used throughout the engine load and / or engine speed range. It is preferably also used when other partial operating methods are used in the high engine load and / or engine speed range.
  • An Otto engine partial operating method can also be carried out externally ignited with excess air and thus with a combustion air ratio ⁇ > 1.
  • This partial operating method is usually also referred to as a DES partial operating method (direct injection layer), wherein a stratified, generally lean fuel / exhaust gas / air mixture is formed in the respective combustion chamber by means of a plurality of direct injections. Due to the layered design, at least idealized two partial areas with a different combustion air ratio ⁇ are arranged in the respective combustion chamber. This stratification is usually generated by multiple injections. In this case, a lean, homogeneous fuel / exhaust gas / air mixture in the respective combustion chamber can first be formed by one or more injections.
  • a final injection which may be formed as a multiple injection, in the region of the ignition device, a mixture cloud, which is formed richer than the lean, homogeneous region.
  • This method is commonly referred to as HOS (Homogeneous Layer). Due to the greasy mixture cloud in the region of the ignition device, the overall lean fuel / exhaust gas / air mixture in the combustion chamber can be ignited and converted by a flame front combustion (FFV).
  • FFV flame front combustion
  • the DES and HOS split modes are preferably used in a lower engine load and / or engine speed range.
  • the DES and HOS sub-operations may also be compression-ignited and are then typically no longer referred to as DES, HOS sub-operations.
  • the RZV partial operating method can be applied, in which a lean, homogeneous fuel / exhaust gas / air mixture is started in the respective combustion chamber by space ignition combustion and thus compression ignited.
  • a partial engine operating mode in which a flame-front combustion (FFV) occurs by means of spark ignition
  • the fuel / exhaust gas / air mixture arranged in the respective combustion chamber begins to ignite almost simultaneously in several areas of the respective combustion chamber, so that a room ignition combustion occurs.
  • the RZV partial operating procedure has a significantly lower NO x emission compared with the partial engine operating modes and is characterized by a lower fuel consumption.
  • the NAV partial operating method according to the invention can now be understood as a combination of a spark-ignited, Otto engine partial operating method and an RZV partial operating method.
  • the NAV partial operating method involves a homogeneous, lean fuel / exhaust gas / air mixture which is externally ignited by means of an ignition device.
  • FFV initial flame front combustion
  • RZV room ignition combustion
  • the NAV-part method of operation compared to the gasoline engine part operating method, due to the occurring homogeneous charge compression ignition (RZV) to a reduced fuel consumption and reduced NO x emissions.
  • the combustion is externally ignited by an igniter.
  • the operating stability of the mixture ignition and / or combustion is significantly improved.
  • the homogeneous, lean fuel / exhaust gas / air mixture begins to burn in the manner of an internal combustion engine flame-retardant combustion (FFV), which then subsequently passes into a room-temperature combustion (RZV).
  • FFV internal combustion engine flame-retardant combustion
  • RZV room-temperature combustion
  • the NAV fractional operation method combines the advantages of room ignition combustion (RZV) and gasoline engine, operational stable ignition of the fuel / exhaust gas / air mixture. It can be controlled by the provision of a correspondingly composed fuel / exhaust gas / air mixture in the respective combustion chamber, as well as controlled by the external ignition by means of an ignition at the right time of this invention NAV partial operation method can be performed.
  • the NAV partial operation method is characterized by a low pressure gradient and a reduction in knock tendency. Accordingly, by means of the NAV partial operating method, a room ignition combustion (RZV) in a higher engine load range feasible in which the pure RZV partial operation method due to the increasing pressure gradient and due to irregular combustion conditions, especially because of the increased tendency to knock, can no longer be carried out sufficiently stable operation.
  • RZV room ignition combustion
  • the combustion air ratio is a dimensionless physical quantity describing a mixture composition of a fuel / exhaust gas / air mixture.
  • the mixture composition of the fuel / exhaust gas / air mixture can be specified by the charge dilution. Regardless of whether there is a lean or a rich or stoichiometric fuel / exhaust / air mixture, the charge dilution indicates how much fuel has been positioned in relation to the other components of the fuel / exhaust / air mixture in the respective combustion chamber.
  • the charge dilution is the quotient of the mass of fuel and the total mass of fuel / exhaust gas / air mixture present in the respective combustion chamber.
  • a charge dilution of 0.03 to 0.05 is set.
  • the ignition timing plays an essential role in the NAV partial operation method, it is preferable to arrange the ignition timing at a crank angle (KWW) of -45 to -10 ° KWW.
  • the crankshaft angle is understood to mean a movement of the piston in the respective cylinder or combustion chamber that is divided into degrees.
  • a four-stroke cycle in which an intake stroke transits into a compression stroke and then into an expansion stroke and subsequently into an exhaust stroke, usually the top dead center of the piston retracted into the respective combustion chamber becomes between the compression stroke and the expansion stroke with the crankshaft angle of zero ° referenced. Starting from this top dead center at 0 ° KWW, the crankshaft angle decreases in the direction of the expansion stroke and exhaust stroke, and in the direction of the compression stroke and intake stroke.
  • the intake stroke is arranged in this division between - 360 ° KWW and - 180 ° KWW, the compression stroke between -180 ° KWW and 0 ° KWW, the expansion stroke between 0 ° KWW and 180 ° KWW and the exhaust stroke between 180 ° KWW and 360 ° KWW.
  • a homogeneous, lean fuel / exhaust gas / air mixture which is distributed substantially homogeneously in the respective combustion chamber.
  • an exactly homogeneous design is present.
  • small inhomogeneities may occur, but they have no significant influence on the respective partial operating procedure.
  • Such a homogeneous, lean fuel / exhaust / air mixture can be generated by single or multiple injection.
  • the injections or the multiple injections are made load-dependent and / or speed-dependent.
  • the respective partial operating method is preferably selected as a function of the engine load and / or the engine speed.
  • the RZV partial operation method or the DES partial operation method may be performed, while in a middle and upper engine load range, the NAV partial operation method is performed.
  • the RZV split operation method and the DES split operation method are applicable to approximately a same engine load range, while higher engine load ranges may be changed from an RZV split operation method to the NAV split operation method and / or from a DES split operation method to the NAV split operation method ,
  • a combustion method with correspondingly low NO x emission and reduced fuel consumption can also be produced at medium load ranges.
  • the compression ratio ⁇ is lowered or raised when changing from an RZV partial operating method and / or a DES partial operating method to the NAV partial operating method or vice versa. Due to the lowered compression ratio ⁇ the tendency to knock is significantly reduced and given an earlier center of gravity of the combustion conversion, as well as a resulting increased operational stability of the NAV partial operating procedure.
  • a compression ratio ⁇ is the ratio of the total combustion chamber before compression to the remaining space after compression.
  • the compression ratio ⁇ is calculated as the quotient of the compression volume and the sum of the displacement volume and the compression volume.
  • the NAV partial operation method is performed at a compression ratio ⁇ of 10 to 13.
  • the RZV partial operating procedure is preferably used in a compaction ratio ⁇ of 10 to 15 carried out.
  • the DES partial operation method is preferably performed at a compression ratio ⁇ of 10 to 15.
  • compression ratios are the preferred ranges. However, all of the firing methods mentioned here can also be represented at lower or higher compression ratios.
  • a change between the RZV split operation method and the NAV split operation method is preferably made at an engine speed of 5% to 70% of the maximum engine speed and / or at an engine load of 5% to 30% of the maximum engine load.
  • a change between the DES partial operation method and the NAV partial operation method is preferably made at an engine speed of 5% to 70% of the maximum engine speed and / or at an engine load of 5% to 30% of the maximum engine load.
  • the ottomotorische partial operating method is operated at a lower compression ratio ⁇ than the NAV partial operating method, whereby also with regard to the ottomotor partial operating method advantageously the tendency to knock and the operational stability can be improved.
  • FIG. 2 a comparison of valve lifts of an RZV, NAV and DES operating method
  • FIG. 3 a graphic representation of a map area of the RZV and NAV
  • FIG. 5 shows an operating strategy for an internal combustion engine operated at least with an RZV partial operating method and with a NAV partial operating method.
  • a combustion course diagram 1 of a NAV partial operating method shown in FIG. 1 the crankshaft angle in degrees KWW is plotted on an abscissa 2, while a combustion curve in Joules is plotted on an ordinate 3.
  • the combustion process of the NAV partial operation method is represented by a curve 4.
  • An arranged in the respective combustion chamber fuel / exhaust gas / air mixture is externally ignited at an ignition timing 5 at a crankshaft angle of - 30 ° +/- 5 ° KWW.
  • the combustion chamber arranged in the respective fuel / exhaust gas / air mixture burns with a ottomisches flame front combustion (FFV).
  • FFV ottomisches flame front combustion
  • the fuel / exhaust gas / air mixture which has been heated further by the flame front combustion (FFV) and is pressurized more intensely, begins to be converted into a room ignition combustion.
  • FFV flame front combustion
  • a temperature necessary for the space ignition and a sufficiently high pressure are built up by the progressive flame front combustion (FFV).
  • the NAV-Teil ists vide is subdivided into a phase I of the homogeneous flame front combustion (FFV) and a phase II of the homogeneous Kunststoffzündverbrennung (RZV), wherein both phases ⁇ , ⁇ are limited by the boundary line 6.
  • a cylinder pressure / valve lift diagram 7 of FIG. 2 the crankshaft angle in degrees KWW is plotted on an abscissa 8, while the cylinder pressure in bar or the valve lift in millimeters is plotted on the ordinates 9, 9 '.
  • the curves 10, 10 ', 10 "respectively refer to the cylinder pressure curves of the DES, RZV, and NAV partial operating modes. For these curves, the cylinder pressure graduation of the ordinate 9 applies.
  • the DES valve lift curves 11, 11' the RZV valve lift curves 12, 12 'and the NAV valve lift curves 3, 3' are included in the cylinder pressure valve lift diagram 7. records.
  • a map 15 for the RZV partial operation method or DES partial operation method and a map 16 for the NAV partial operation method is shown in an engine load / engine speed diagram 14.
  • the speed is plotted on the abscissa 17, while the engine load is plotted on the ordinate 18.
  • a limit curve 19 limits that engine load or engine speed range in which the engine can be operated.
  • a partial engine operating partial engine operation may be performed.
  • the charge dilution is decreased, decreasing in the direction of the abscissa 22, visualized by a decreasing bar 30.
  • the engine load increases in the direction of the abscissa 22.
  • On an ordinate 23 of the crankshaft angle of the ignition (ZZP) is removed, which also decreases in orientation of the ordinate 23, visualized by a decreasing bar 30 '.
  • the operation areas 24, 25, 26, 27, 28, 29 are shown.
  • the operating area 24 identifies a possible operating range of the RZV partial operating method. In this very high charge dilution range, it is not possible to externally ignite the accordingly dilute fuel / exhaust gas / air mixture by means of an ignition device.
  • the RZV partial operating method can be used in this operating region 24.
  • both the RZV partial operating method and the NAV partial operating method can be carried out in the operating region 25.
  • the NAV partial operation method by means of the ignition timing, the center of gravity of combustion conversion can be shifted toward an earlier crankshaft angle.
  • the operating range 26 in which the RZV partial operating method can be carried out is reached, but in this charge dilution range the RZV partial operating method has a higher tendency to knock and is characterized by a correspondingly high pressure rise.
  • the RZV partial operation method in this charge dilution region suffers from an increased operational instability, which can be improved, for example, by an external exhaust gas recirculation.
  • This operating range 26 can be skipped by the NAV partial operating method, in which case the center of gravity of the combustion conversion can likewise be shifted towards a low crankshaft angle by the appropriate selection of the ignition point (ZZP).
  • the NAV partial operating method is preferably to be used.
  • an Otto engine partial operation method can be applied.
  • neither the RZV, NAV or DES partial operation method can be used in the operation area 29.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Betriebsverfahren für eine, insbesondere direkteinspritzende, mehrere Brennräume aufweisende Brennkraftmaschine, insbesondere für einen direkteinspritzenden Ottomotor eines Kraftfahrzeugs, mit zumindest teilweiser NOx-armer Verbrennung (NAV) und mit mehreren Teilbetriebsverfahren, bei dem zwischen zumindest einem weiteren Teilbetriebsverfahren und einem NAV-Teilbetriebsverfahren gewechselt wird, wobei im Falle des NAV-Teilbetriebsverfahrens zu einem Zündzeitpunkt (ZZP) ein weitgehend homogenes, mageres Kraftstoff-/Abgas-/Luftgemisch mit einem Verbrennungsluftverhältnis von λ ≥1 in dem jeweiligen Brennraum mittels einer Zündvorrichtung fremdgezündet wird und eine durch die Fremdzündung gestartete Flammenfrontverbrennung (FFV) in eine Raumzündverbrennung (RZV) übergeht. Durch Variation des Verdichtungsverhältnisses ε lässt sich die Betriebsstabilität in dem jeweiligen Teilbetriebsverfahren verbessern.

Description

Betriebsverfahren für eine Brennkraftmaschine
Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Betriebsverfahren für eine Brennkraftmaschine. Insbesondere eines Hubkolbenmotors, z.B. für einen Ottomotor mit Direkteinspritzung, in einem Kraftfahrzeug, mit NOx-armer Verbrennung (NAV).
Um C02-Emissionswerte zu verbessern, kann man im Kraftfahrzeugbau neben anderen Maßnahmen Downsizing betreiben. Dabei versteht man unter Downsizing, Motoren mit kleinerem Hubraum so zu konstruieren, einzusetzen und zu betreiben, dass sie vergleichbare oder verbesserte Werte bezüglich des Fahrverhaltens erreichen, im Gegensatz zu vorangegangenen, hubraumgroßen Motoren. Durch Downsizing kann dabei der Kraftstoffverbrauch gesenkt und somit die C02-Emissionswerte reduziert werden. Zudem haben hubraumkleinere Motoren eine geringere absolute Reibleistung.
Hubraumkleinere Motoren zeichnen sich jedoch durch ein geringeres Drehmoment, insbesondere bei niedrigen Drehzahlen, aus und führen somit zu einem schlechteren Dynamikverhalten des Fahrzeuges, und damit beispielsweise zu einer schlechteren Elastizität. Durch dementsprechende Betriebsverfahren können Nachteile, die das Downsizing von Ottomotoren mit sich bringt, zumindest weitgehend kompensiert werden.
Aus der EP 1 543 228 B1 ist beispielsweise ein Betriebsverfahren bekannt, bei dem ein mageres Kraftstoff-/Abgas-/Luftgemisch in dem jeweiligen Brennraum der Brennkraftmaschine zur Selbstzündung veranlasst wird. Damit die Kompressionszündung zu dem gewünschten Zeitpunkt einsetzt, wird in das magere, homogene Kraftstoff-/Abgas- /Luftgemisch bei dementsprechender Kompression kurz vor einer Fremdzündung Kraftstoff in den Brennraum eingespritzt, so dass sich eine fettere Gemischwolke bildet. Eingebettet in das magere, homogene Kraftstoff-/Abgas-/Luftgemisch dient diese konzentrierte Gemischwolke als Zündinitiator für die kompressionsgezündete Verbrennung im Brennraum. In der DE102006041467A1 ist ein Betriebsverfahren für einen Ottomotor mit homogener, kompressionsgezündeter Verbrennung beschrieben. Wird dabei im jeweiligen Brennraum der Brennkraftmaschine das homogene Kraftstoff-/Abgas-/Luftgemisch, das mager ausgebildet ist, komprimiert, so stellt sich im Gegensatz zum fremdgezündeten, ottomotorischen Betriebsverfahren und ausgehend von der Zündstelle in dem Brennraum keine Flammenfrontverbrennung ein, sondern das homogene Kraftstoff-/Abgas-/Luftgemisch zündet in dem jeweiligen Brennraum bei einer dementsprechenden Kompressionsrate an mehreren Stellen nahezu gleichzeitig durch, sodass sich in diesem Fall eine Raumzündverbrennung einstellt. Die Raumzündverbrennung (RZV) hat dabei im Vergleich zu dem ottomotorischen, fremdgezündeten Betriebsverfahren eine deutlich geringere Stickoxidemission bei gleichzeitigem hohem Wirkungsgrad hinsichtlich des Kraftstoffverbrauches. Allerdings kann dieses emissionsarme, effiziente RZV-Betriebsverfahren mit Raumzündverbrennung nur in einem unteren und ggf. in einem mittleren Motorlast- /Motordrehzahlbereich eingesetzt werden, da mit sinkender Ladungsverdünnung die Klopfneigung ansteigt und somit der Einsatz des RZV-Betriebsverfahrens zu höheren Motorlastbereichen hin beschränkt ist.
Aus der DE10350798A1 ist ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine bekannt, bei dem zwischen zumindest einem fremdgezündeten und zwischen zumindest einem kompressionsgezündeten Teilbetriebsverfahren gewechselt wird. Beim Wechsel zwischen einem fremdgezündeten und einem kompressionsgezündeten Teilbetriebsverfahren wird das Verdichtungsverhältnis ε verändert. Dabei weist ein kompressionsgezündetes Teilbetriebsverfahren ein hohes ε auf, während ein fremdgezündetes Teilbetriebsverfahren ein geringes Verdichtungsverhältnis ε aufweist. Durch das Anpassen des Verdichtungsverhältnisses ε an das jeweilige Teilbetriebsverfahren ist ein wirkungsgradoptimierter Betrieb sowohl in einem Selbstzündungsmodus als auch in einem Fremdzündungsmodus möglich.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für ein Betriebsverfahren einer Brennkraftmaschine eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine hinsichtlich der NOx-Emissionswerte und hinsichtlich des Kraftstoffverbrauches verbesserte Gesamtstrategie auszeichnet. Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Die Erfindung beruht somit auf dem allgemeinen Gedanken, bei einem Betriebsverfahren für eine, insbesondere direkt eingespritzte, mehrere Brennräume aufweisende Brennkraftmaschine, insbesondere für einen direkt eingespritzten Ottomotor, zum Beispiel eines Kraftfahrzeugs, mit zumindest teilweiser NOx-armer Verbrennung (NAV) und mit mehreren Teilbetriebsverfahren zwischen einem NAV-Teilbetriebsverfahren und zumindest einem weiteren Teilbetriebsverfahren zu wechseln, wobei im Falle des NAV- Teilbetriebsverfahrens zu einem Zündzeitpunkt (ZZP) ein weitgehend homogenes, mageres Kraftstoff-/Abgas-/Luftgemisch mit einem Verbrennungsluftverhältnis von λ > 1 in dem jeweiligen Brennraum mittels einer Zündvorrichtung fremdgezündet wird und eine durch die Fremdzündung gestattete Flammenfrontverbrennung (FFV) in eine Raumzündverbrennung (RZV) übergeht.
Vorteilhaft ist bei einer derartigen Gesamtstrategie in weiten Betriebsbereichen und zumindest in einem niedrigen und in einem mittleren Motorlastbereich eine Raumzündverbrennung (RZV) durchführbar, sodass im Falle des jeweiligen Teilbetriebsverfahrens mit Raumzündverbrennung der Kraftstoffverbrauch verringert und ebenfalls die NOx- Emissionswerte reduziert sind im Vergleich zu einem ottomotorischen Teilbetriebsverfahren.
Alternativ kann in niedrigen und in einem mittleren Motorlastbereich das DES- Teilbetriebsverfahren an Stelle des RZV-Teilbetriebsverfahren zum Einsatz kommen.
Eine, insbesondere direkteinspritzende, mehrere Brennräume aufweisende Brennkraftmaschine kann nach verschiedenen Betriebsverfahren bzw. mit verschiedenen Teilbetriebsverfahren betrieben werden. So sind mehrere ottomotorische Teilbetriebsverfahren möglich. Das stöchiometrische, ottomotorische Teilbetriebsverfahren weist ein Verbrennungsluftverhältnis oder auch Luftzahl λ = 1 auf und wird durch eine Zündeinrichtung fremdgezündet, wobei sich eine Flammenfrontverbrennung (FFV) einstellt. Das stöchiometrische, ottomotorische Teilbetriebsverfahren kann im gesamten Motorlast- und/oder Motordrehzahlbereich angewendet werden. Bevorzugt wird es bei Anwendung auch anderer Teilbetriebsverfahren im hohen Motorlast- und/oder Motordrehzahlbereich angewendet. Ein ottomotorisches Teilbetriebsverfahren kann fremdgezündet auch mit Luftüberschuss und somit mit einem Verbrennungsluftverhältnis λ > 1 durchgeführt werden. Dieses Teilbetriebsverfahren wird üblicherweise auch als DES-Teilbetriebsverfahren (DirektEinsprit- zungSchicht) bezeichnet, wobei mittels mehrerer Direkteinspritzungen ein geschichtetes, insgesamt mageres Kraftstoff-/ Abgas-/Luftgemisch in der jeweiligen Brennkammer ausgebildet wird. Aufgrund der geschichteten Ausbildung sind in dem jeweiligen Brennraum zumindest idealisiert zwei Teilbereiche mit einem unterschiedlichen Verbrennungsluftverhältnis λ angeordnet. Diese Schichtung wird üblicherweise durch mehrere Einspritzungen erzeugt. Dabei kann zuerst durch eine oder mehrere Einspritzungen ein mageres, homogenes Kraftstoff-/Abgas-/Luftgemisch in dem jeweiligen Brennraum ausgebildet werden. In diesen mageren, homogenen Bereich wird dann durch eine letzte Einspritzung, die auch als Mehrfach-Einspritzung ausgebildet sein kann, im Bereich der Zündeinrichtung eine Gemischwolke positioniert, die fetter ausgebildet ist, als der magere, homogene Bereich. Dieses Verfahren wir üblicherweise als HOS (HomogenSchicht) bezeichnet. Durch die fettere Gemischwolke im Bereich der Zündeinrichtung kann das insgesamt magere Kraftstoff-/Abgas-/Luftgemisch in der Brennkammer gezündet werden und durch eine Flammenfrontverbrennung (FFV) umgesetzt werden. Die DES- und HOS Teilbetriebsverfahren werden bevorzugt in einem unteren Motorlast- und/oder Motordrehzahlbereich angewendet.
Die DES-, und HOS Teilbetriebsverfahren können auch kompressionsgezündet werden und werden dann üblicherweise aber nicht mehr als DES-, HOS-Teilbetriebsverfahren bezeichnet.
Ebenfalls zumindest in einem unteren Motorlast- und/oder Motordrehzahlbereich kann das RZV-Teilbetriebsverfahren angewendet werden, bei dem ein mageres, homogenes Kraftstoff-/Abgas-/Luftgemisch in dem jeweiligen Brennraum durch Raumzündverbrennung und somit kompressionsgezündet gestartet wird. Im Gegensatz zu einem ottomotorischen Teilbetriebsverfahren, bei dem durch Fremdzündung eine Flammenfrontverbrennung (FFV) auftritt, beginnt bei dem RZV-Teilbetriebsverfahren das in der jeweiligen Brennkammer angeordnete Kraftstoff -/Abgas-/Luftgemisch nahezu gleichzeitig in mehreren Bereichen der jeweiligen Brennkammer durchzuzünden, sodass eine Raumzündverbrennung auftritt. Das RZV-Teilbetriebsverfahren weist gegenüber den ottomotorischen Teilbetriebsverfahren eine deutlich geringere NOx-emission auf und zeichnet sich gleichzeitig durch einen geringeren Kraftstoffverbrauch aus. Das erfindungsgemäße NAV-Teilbetriebsverfahren kann nun als Kombination aus einem fremdgezündeten, ottomotorischen Teilbetriebsverfahren und einem RZV- Teilbetriebsverfahren verstanden werden. Dabei liegt bei dem NAV-Teilbetriebsverfahren ein homogenes, mageres Kraftstoff-/Abgas-/Luftgemisch vor, das mittels einer Zündeinrichtung fremdgezündet wird. Nach einer anfänglichen Flammenfrontverbrennung (FFV) geht die Verbrennung des homogenen Kraftstoff-/Abgas-/Luftgemisches bei dem NAV- Teilbetriebsverfahren jedoch in eine Raumzündverbrennung (RZV) über. Demzufolge weist auch das NAV-Teilbetriebsverfahren im Vergleich zu den ottomotorischen Teilbetriebsverfahren aufgrund der auftretenden Raumzündverbrennung (RZV) einen verringerten Kraftstoffverbrauch und eine reduzierte NOx-emission auf.
Im Gegensatz zum RZV-Teilbetriebsverfahren wird bei dem NAV-Teilbetriebsverfahren die Verbrennung durch eine Zündeinrichtung fremdgezündet. Unter Anderem deshalb ist, insbesondere im höheren Motorlast- und/oder Motordrehzahlbereich, die Betriebsstabilität der Gemischzündung und/oder der Verbrennung deutlich verbessert. Somit beginnt das homogene, magere Kraftstoff-/Abgas-/Luftgemisch in Art einer ottomotorischen Flam- menfronverbrennung (FFV) zu verbrennen, die dann anschließend in eine Raumzündverbrennung (RZV) übergeht. Somit kombiniert das NAV-Teilbetriebsverfahren die Vorteile der Raumzündverbrennung (RZV) und der ottomotorischen, betriebsstabilen Zündung des Kraftstoff-/Abgas-/Luftgemisches. Dabei kann gesteuert durch die Bereitstellung eines dementsprechend zusammengesetzten Kraftstoff-/Abgas-/Luftgemisches im jeweiligen Brennraum, sowie gesteuert durch das Fremdzünden mittels einer Zündeinrichtung zum richtigen Zeitpunkt dieses erfindungsgemäße NAV-Teilbetriebsverfahren durchgeführt werden.
Das NAV-Teilbetriebsverfahren zeichnet sich durch einen geringen Druckgradienten und durch eine Reduzierung der Klopfneigung aus. Demzufolge ist mittels des NAV- Teilbetriebsverfahrens auch eine Raumzündverbrennung (RZV) in einem höheren Motorlastbereich durchführbar, in dem das reine RZV-Teilbetriebsverfahren aufgrund des ansteigenden Druckgradienten und wegen irregulärer Verbrennungszustände, insbesondere wegen der erhöhten Klopfneigung, nicht mehr ausreichend betriebsstabil durchgeführt werden kann. Ein Vergleich der Teilbetriebsverfahren führt zu folgendem Ergebnis:
Figure imgf000007_0001
(- = Verschlechterung, + = Verbesserung, ++ = gute Verbesserung, +++ sehr gute Verbesserung)
Demzufolge weisen Teilbetriebsverfahren mit Raumzündverbrennung (RZV) gegenüber stöchiometrischen, ottomotorischen Brennverfahren sowohl einen verringerten Kraftstoffverbrauch als auch reduzierte NOx-Emissionswerte auf. Zudem kann der Einsatzbereich durch das NAV-Teilbetriebsverfahren hinsichtlich der effizienten Raumzündverbrennung erweitert werden. Auch ist die Laufruhe beim NAV Brennverfahren gegenüber dem Teilbetriebsverfahren mit Raumzündung verbessert.
Unter einem mageren Kraftstoff-/Abgas-/Luftgemisch ist ein Kraftstoff-/Abgas- /Luftgemisch zu verstehen, das ein Verbrennungsluftverhältnis von λ > 1 und somit einen Luftüberschuss aufweist, während ein fettes Kraftstoff-/Abgas-/Luftgemisch zumindest ein Verbrennungsluftverhältnis von λ = 1 aufweist.
Das Verbrennungsluftverhältnis ist eine dimensionslose, physikalische Größe, mit der eine Gemischzusammensetzung eines Kraftstoff-/ Abgas-/Luftgemisches beschrieben wird. Das Verbrennungsluftverhältnis λ wird dabei als Quotient aus der tatsächlich für eine Verbrennung zur Verfügung stehenden Luftmasse und der mindestens notwendigen stöchiometrischen Luftmasse für eine vollständige Verbrennung des vorhandenen Kraftstoffes berechnet. Ist demnach λ = 1 , so spricht man von einem stöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis bzw. Kraftstoff-/Abgas-/Luftgemisch, und im Falle von λ > 1 von einem mageren Verbrennungsluftverhältnis bzw. Kraftstoff-/Abgas-/Luftgemisch. Liegt zudem zumindest λ = 1 oder λ < 1 vor, so spricht man auch von einem fetten Verbrennungsluftverhältnis bzw. Kraftstoff-/Abgas-/Luftgemisch. Bevorzugt liegt beim NAV-Teilbetriebsverfahren zum Zündzeitpunkt (ZZP) ein Verbrennungsluftverhältnis λ von 1 bis 2 vor.
Des Weiteren kann die Gemischzusammensetzung des Kraftstoff-/Abgas-/Luftgemisches durch die Ladungsverdünnung angegeben werden. Unabhängig ob nun ein mageres oder ein fettes oder stöchiometrisches Kraftstoff-/Abgas-/Luftgemisch vorliegt, gibt die Ladungsverdünnung an, wie viel Kraftstoff in Relation zu den anderen Komponenten des Kraftstoff-/Abgas-/Luftgemisches in der jeweiligen Brennkammer positioniert wurde. Dabei ist die Ladungsverdünnung der Quotient aus der Masse an Kraftstoff und der Gesamtmasse an Kraftstoff-/Abgas-/Luftgemisch, die in der jeweiligen Brennkammer vorliegt.
Bevorzugt wird bei dem NAV-Teilbetriebsverfahren eine Ladungsverdünnung von 0,03 bis 0,05 eingestellt.
Da der Zündzeitpunkt beim NAV-Teilbetriebsverfahren eine wesentliche Rolle spielt, wird bevorzugt der Zündzeitpunkt bei einem Kurbelwellenwinkel (KWW) von - 45 bis - 10° KWW angeordnet.
Unter dem Kurbelwellenwinkel versteht man eine in Grad eingeteilte Bewegung des Kolbens in dem jeweiligen Zylinder bzw. Brennraum. Im Falle eines Viertaktzyklus, bei dem ein Ansaugtakt in einen Kompressionstakt und dann in einen Expansionstakt und darauffolgend in einen Ausstoßtakt übergeht, wird üblicherweise der obere Totpunkt des in den jeweiligen Brennraum bzw. Zylinder eingefahrenen Kolbens zwischen dem Kompressionstakt und dem Expansionstakt mit dem Kurbelwellenwinkel von 0° referenziert. Ausgehend von diesem oberen Totpunkt bei 0° KWW nimmt der Kurbelwellenwinkel in Richtung des Expansionstaktes und Ausstoßtaktes zu und in Richtung des Verdichtungstaktes und Ansaugtaktes ab. Der Ansaugtakt ist in dieser Einteilung zwischen - 360° KWW und - 180° KWW angeordnet, der Kompressionstakt zwischen -180° KWW und 0° KWW, der Expansionstakt zwischen 0° KWW und 180° KWW und der Ausstoßtakt zwischen 180° KWW und 360° KWW.
Wird von einem weitgehend homogenen, mageren Kraftstoff-/Abgas-/Luftgemisch gesprochen, so versteht man darunter ein homogenes, mageres Kraftstoff -/Abgas- /Luftgemisch, das im Wesentlichen homogen in dem jeweiligen Brennraum verteilt ist. Im idealen Fall ist dabei eine exakt homogene Ausbildung vorliegend. Im realen Fall können aber auch geringe Inhomogenitäten auftreten, die jedoch keinen wesentlichen Einfluss auf das jeweilige Teilbetriebsverfahren haben. Ein derartiges homogenes, mageres Kraft- stoff-/Abgas-/Luftgemisch kann durch Einfach- oder Mehrfacheinspritzung erzeugt werden. Bevorzugt werden die Einspritzungen bzw. die Mehrfach-Einspritzungen lastabhängig und/oder drehzahlabhängig vorgenommen.
Bevorzugt wird das jeweilige Teilbetriebsverfahren in Abhängigkeit der Motorlast und/oder der Motordrehzahl ausgewählt. Dabei kann vorteilhaft in einem niedrigen Motorlastbereich das RZV-Teilbetriebsverfahren oder das DES-Teilbetriebsverfahren durchgeführt werden, während in einem mittleren und oberen Motorlastbereich das NAV-Teilbetriebsverfahren durchgeführt wird. Somit ist das RZV-Teilbetriebsverfahren und das DES- Teilbetriebsverfahren in etwa einem gleichen Motorlastbereich anwendbar, während zu höheren Motorlastbereichen hin orientiert von einem RZV-Teilbetriebsverfahren in das NAV-Teilbetriebsverfahren und/oder von einem DES-Teilbetriebsverfahren in das NAV- Teilbetriebsverfahren gewechselt werden kann. Somit ist beim NAV-Teilbetriebsverfahren auch bei mittleren Lastbereichen ein Brennverfahren mit entsprechend geringer NOx- Emission und reduziertem Kraftstoffverbrauch darstellbar.
Um die Klopfneigung und die Betriebsstabilität des NAV-Teilbetriebsverfahrens zu verbessern, wird bei einem Wechsel von einem RZV-Teilbetriebsverfahren und/oder einem DES-Teilbetriebsverfahren zu dem NAV-Teilbetriebsverfahren oder umgekehrt das Verdichtungsverhältnis ε abgesenkt oder angehoben. Aufgrund des abgesenkten Verdichtungsverhältnisses ε ist die Klopfneigung deutlich reduziert und eine frühere Schwerpunktlage der Verbrennungsumsetzung, sowie eine daraus resultierende erhöhte Betriebsstabilität des NAV-Teilbetriebsverfahrens gegeben.
Unter einem Verdichtungsverhältnis ε versteht man das Verhältnis des gesamten Brennraumes vor der Verdichtung zum dem verbliebenen Raum nach der Verdichtung. Demzufolge wird das Verdichtungsverhältnis ε als Quotient aus Kompressionsvolumen und der Summe aus Hubvolumen und Kompressionsvolumen berechnet.
Bevorzugt wird das NAV-Teilbetriebsverfahren bei einem Verdichtungsverhältnis ε von 10 bis 13 durchgeführt. Das RZV-Teilbetriebsverfahren wird bevorzugt bei einem Verdich- tungsverhältnis ε von 10 bis 15 durchgeführt. Das DES-Teilbetriebsverfahren wird bevorzugt bei einem Verdichtungsverhältnis ε von 10 bis 15 durchgeführt.
Die genannten Verdichtungsverhältnisse stellen die bevorzugten Bereiche dar. Alle hier genannten Brennverfahren sind allerdings auch bei niedrigeren oder höheren Verdichtungsverhältnissen darstellbar.
Ein Wechsel zwischen dem RZV-Teilbetriebsverfahren und dem NAV- Teilbetriebsverfahren wird bevorzugt bei einer Motordrehzahl von 5% bis 70 % der maximalen Motordrehzahl und/oder bei einer Motorlast von 5 % bis 30 % der maximalen Motorlast vorgenommen. Ebenso wird ein Wechsel zwischen dem DES- Teilbetriebsverfahren und dem NAV-Teilbetriebsverfahren bevorzugt bei einer Motordrehzahl von 5 % bis 70 % der maximalen Motordrehzahl und/oder bei einer Motorlast von 5 % bis 30 % der maximalen Motorlast vorgenommen.
Zu höheren Motorlasten hin, die außerhalb des Betriebsbereiches des NAV- Teilbetriebsverfahrens liegen, kann zwischen dem NAV-Teilbetriebsverfahren und einem fremdgezündeten, ottomotorischen Teilbetriebsverfahren mit einem Verbrennungsluftverhältnis von λ = 1 gewechselt werden. Bei einem derartigen Wechsel in Richtung eines volllastnahen Bereiches im ottomotorischen Teilbetriebsverfahren kann das Verdichtungsverhältnis ε weiter abgesenkt werden. Somit wird das ottomotorische Teilbetriebsverfahren bei einem geringeren Verdichtungsverhältnis ε betrieben als das NAV- Teilbetriebsverfahren, wodurch auch hinsichtlich des ottomotorischen Teilbetriebsverfahrens vorteilhaft die Klopfneigung und die Betriebsstabilität verbessert werden kann.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche
Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
Fig. 1 : Eine grafische Darstellung eines Brennverlaufes des NAV-Betriebsverfahrens, Fig. 2: ein Vergleich von Ventilhüben eines RZV-, NAV- und DES-Betriebsverfahrens, Fig. 3: eine grafische Darstellung eines Kennfeldbereiches des RZV- und NAV-
Betriebsverfahren,
Fig. 4: Einstellbedingungen des RZV- und NAV-Betriebsverfahrens,
Fig. 5: eine Betriebsstrategie für eine Brennkraftmaschine betrieben zumindest mit einem RZV-Teilbetriebsverfahren und mit einem NAV-Teilbetriebsverfahren.
In einem in Fig. 1 gezeigten Brennverlauf-Diagramm 1 eines NAV-Teilbetriebsverfahrens ist auf einer Abszisse 2 der Kurbelwellenwinkel in Grad KWW abgetragen, während auf einer Ordinate 3 ein Brennverlauf in Joule aufgetragen ist. Der Brennverlauf des NAV- Teilbetriebsverfahrens ist durch eine Kurve 4 dargestellt. Ein in dem jeweiligen Brennraum angeordnetes Kraftstoff-/Abgas-/Luftgemisch wird zu einem Zündzeitpunkt 5 bei einem Kurbelwellenwinkel von - 30° +/- 5° KWW fremdgezündet. Bis zu einer Grenzlinie 6 verbrennt das in dem jeweiligen Brennraum angeordnete Kraftstoff-/Abgas-/Luftgemisch mit einer ottomotorischen Flammenfrontverbrennung (FFV). Ab der Grenzlinie 6 beginnt das durch die Flammenfrontverbrennung (FFV) weiter aufgeheizte und stärker unter Druck gesetzte Kraftstoff-/Abgas-/Luftgemisch in eine Raumzündverbrennung überzugehen. Dabei werden eine für die Raumzündung notwendige Temperatur und ein ausreichend hoher Druck durch die voranschreitende Flammenfrontverbrennung (FFV) aufgebaut. Somit ist das NAV-Teilbetriebsverfahren in eine Phase I der homogenen Flammenfrontverbrennung (FFV) und in eine Phase II der homogenen Raumzündverbrennung (RZV) unterteilbar, wobei beide Phasen Ι,ΙΙ durch die Grenzlinie 6 begrenzt werden.
In einem Zylinderdruck-/Ventilhub-Diagramm 7 der Fig. 2 ist auf einer Abszisse 8 der Kurbelwellenwinkel in Grad KWW abgetragen, während auf den Ordinaten 9,9' der Zylinderdruck in Bar bzw. der Ventilhub in Millimeter aufgetragen ist. Die Kurven 10, 10', 10" re- ferenzieren jeweils die Zylinderdruckkurven des DES-, RZV-, und NAV- Teilbetriebsverfahrens. Für diese Kurven gilt die Zylinderdruckeinteilung der Ordinate 9. Des Weiteren sind die DES-Ventilhub-Kurven 11 ,11 ' die RZV- Ventilhub-Kurven 12,12' und die NAV-Ventilhub-Kurven 3, 3' in das Zylinderdruck-Ventilhub-Diagramm 7 einge- zeichnet. Bei Vergleich der Ventilhub-Kurven 11 ,11 ', 12,12', 13,13' ist festzustellen, dass die NAV- Ventilhub-Kurven 13,13' im Vergleich zu den DES- Ventilhub-Kurven 11 ,11 ' deutlich kleiner ausfallen. Auch erstreckt sich die DES-Ventilhub-Kurve 1 1 ,11 ' über einen größeren Kurbelwellenwinkel-Bereich als die NAV-Ventilhub-Kurve 13,13'. Demzufolge ist bei einer derartigen DES-Ventilhub-Kurve 11 ,11' eine Abgasrückhaltung bzw. eine interne Abgasrückführung nur unzureichend möglich. Im Gegensatz dazu kann mit derartigen NAV-Ventilhub-Kurven eine interne Abgasrückführung und/oder eine Abgasrückhaltung eingestellt werden.
Vergleicht man nun die RZV- Ventilhub-Kurven 12,12' und die NAV-Ventilhub-Kurven 13, 3', so stellt man fest, dass die NAV-Ventilhub-Kurven 13,13' einen geringfügig höheren Ventilhub aufweisen und zudem sich über einen größeren Kurbelwellenwinkelbereich erstrecken als die RZV- Ventilhub-Kurven 12,12'. Demzufolge zeichnen sich derartige RZV- Ventilhub-Kurven 12,12' durch eine größere Abgasrückhaltung bzw. interne Abgasrückführung aus und es können dadurch höhere Temperaturen in dem jeweiligen Brennraum eingestellt werden. Jedoch ist auch aufgrund der kleinen Hübe und kurzen Öffnungszeiten die Drosselung des Luftstromes groß. Demzufolge können für einen hohe Motorlastbereich derartige RZV- Ventilhub-Kurven 12,12' nur eingeschränkt verwendet werden. Dies ist bei den vorliegenden NAV-Ventilhub-Kurven 13,13' verbessert, da zum einen größere Ventilhübe eingestellt werden können und da zum anderen die Öffnung des Ventiles über einen größeren Kurbelwellenwinkelbereich stattfindet. Demzufolge lässt sich mittels derartiger NAV-Ventilhub-Kurven 13,13' auch eine geringere Temperatur in dem jeweiligen Brennraum einstellen und die angesaugte Luftmenge ist größer als mit den in der Fig. 2 dargestellten RZV- Ventilhub-Kurven 12,12'.
In Fig. 3 ist in einem Motorlast-/Motordrehzahl-Diagramm 14 ein Kennfeld 15 für das RZV-Teilbetriebsverfahren bzw. DES- Teilbetriebsverfahren und ein Kennfeld 16 für das NAV-Teilbetriebsverfahren eingezeichnet. In dem Motorlast-/Motordrehzahl-Diagramm 14 ist auf der Abszisse 17 die Drehzahl abgetragen, während auf der Ordinate 18 die Motor- last abgetragen ist. Eine Grenzkurve 19 begrenzt denjenigen Motorlast- bzw. Motordrehzahlbereich, in dem die Brennkraftmaschine betrieben werden kann. In dem Motorlast- /Motordrehzahl-Bereich 20, der nicht von dem Kennfeld 15 des RZV- Teilbetriebsverfahrens bzw. DES-Teilbetriebsverfahrens und auch nicht von dem Kennfeld 16 des NAV-Teilbetriebsverfahrens eingenommen wird, kann ein ottomotorisches Teilbetriebsverfahren durchgeführt werden. Ein Einstellbedingungs-Diagramm 21 , dargestellt in Fig. 4, stellt schematisch Einstellbedingungen für das RZV-Teilbetriebsverfahren und für das NAV-Teilbetriebsverfahren dar. Auf einer Abszisse 22 ist die Ladungsverdünnung abgetragen, die in Richtung der Abszisse 22 abnimmt, visualisiert durch einen abnehmenden Balken 30. Demzufolge nimmt in Richtung der Abszisse 22 die Motorlast zu. Auf einer Ordinate 23 ist der Kurbelwellenwinkel des Zündzeitpunktes (ZZP) abgetragen, der ebenfalls in Orientierung der Ordinate 23 abnimmt, visualisiert durch einen abnehmenden Balken 30'. In dem Einstellbedingungs-Diagramm 21 sind die Betriebsbereiche 24, 25, 26, 27, 28, 29 eingezeichnet. Der Betriebsbereich 24 kennzeichnet einen möglichen Betriebsbereich des RZV- Teilbetriebsverfahrens. In diesem sehr hohen Ladungsverdünnungsbereich ist es nicht möglich, das dementsprechend verdünnte Kraftstoff-/Abgas-/Luftgemisch durch eine Zündvorrichtung fremdzuzünden. In diesem Betriebsbereich 24 kann vorteilhaft das RZV- Teilbetriebsverfahren angewendet werden. Mit sinkender Ladungsverdünnung kann in dem Betriebsbereich 25 sowohl das RZV-Teilbetriebsverfahren durchgeführt werden als auch das NAV-Teilbetriebsverfahren. Durch Verwendung des NAV-Teilbetriebsverfahrens kann mittels des Zündzeitpunktes die Schwerpunktlage der Verbrennungsumsetzung zu einem früheren Kurbelwellenwinkel hin verschoben werden.
Senkt man die Ladungsverdünnung weiter ab, so kommt man in den Betriebsbereich 26, in dem das RZV-Teilbetriebsverfahren zwar durchgeführt werden kann, jedoch weist in diesem Ladungsverdünnungsbereich das RZV-Teilbetriebsverfahren eine höhere Klopfneigung auf und zeichnet sich durch einen dementsprechend hohen Druckanstieg aus. Dadurch leidet das RZV-Teilbetriebsverfahren in diesem Ladungsverdünnungsbereich unter einer erhöhten Betriebsinstabilität, die beispielhaft durch eine externe Abgasrückführung verbessert werden kann. Dieser Betriebsbereich 26 kann durch das NAV- Teilbetriebsverfahren übersprungen werden, wobei in diesem Fall ebenfalls durch dem- entsprechende Wahl des Zündzeitpunktes (ZZP) die Schwerpunktlage der Verbrennungsumsetzung zu einem geringen Kurbelwellenwinkel hin verschoben werden kann.
In dem Betriebsbereich 27 ist bevorzugt das NAV-Teilbetriebsverfahren anzuwenden. In dem Betriebsbereich 28 kann ein ottomotorisches Teilbetriebsverfahren angewendet werden. Üblicherweise kann in dem Betriebsbereich 29 weder das RZV-, NAV- oder DES- Teilbetriebsverfahren angewendet werden.

Claims

Patentansprüche
1. Betriebsverfahren für eine, insbesondere direkteinspritzende, Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung, insbesondere für einen direkteinspritzenden Ottomotor, wobei in einem Kennfeldbereich mit niedriger bis mittlerer Drehzahl und/oder niedriger bis mittlerer Last ein RZV-Teilbetriebsverfahren durchgeführt wird, in dem ein mageres Kraftstoff-/Abgas-/Luftgemisch durch Kompressionszündung gezündet wird und in einer Raumzündverbrennung (RZV) verbrennt, wobei an den
Kennfeldbereich mit Kompressionszündung zu höherer Last ein weiterer
Kennfeldbereich anschließt, in dem ein NAV-Teilbetriebsverfahren durchgeführt wird, bei dem zu einem Zündzeitpunkt (ZZP) ein homogenes, mageres Kraftstoff- /Abgas-/Luftgemisch mit einem Verbrennungsluftverhältnis von in einem jeweiligen Brennraum der Brennkraftmaschine mittels einer Zündvorrichtung fremdgezündet wird und bei dem eine durch die Fremdzündung gestartete
Flammenfrontverbrennung (FFV) in die Raumzündverbrennung (RZV) übergeht, dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen zumindest einem weiteren Teilbetriebsverfahren und
einem NAV-Teilbetriebsverfahren gewechselt wird bei einem Wechsel von einem Teilbetriebsverfahren zu einem anderen Teilbetriebsverfahren eine Veränderung des Verdichtungsverhältnisses ε vorgenommen wird.
2. Betriebsverfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
das jeweilige Teilbetriebsverfahren in Abhängigkeit der Motorlast und/oder der Motordrehzahl ausgewählt wird.
3. Betriebsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest ein Wechsel ausgewählt aus folgender Gruppe vorgenommen wird: ein Wechsel zwischen dem RZV-Teilbetriebsverfahren mit reiner
Raumzündverbrennung (RZV) und dem NAV-Teilbetriebsverfahren,
ein Wechsel zwischen einem fremdgezündeten, geschichteten DES-
Teilbetriebsverfahren und dem NAV-Teilbetriebsverfahren,
ein Wechsel zwischen dem RZV-Teilbetriebsverfahren und einem HOS-
Teilbetriebsverfahren,
ein Wechsel zwischen dem NAV-Teilbetriebsverfahren und dem HOS- Teilbetriebsverfahren,
ein Wechsel zwischen dem DES-Teilbetriebsverfahren und dem HOS- Teilbetriebsverfahren.
4. Betriebsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
bei einem Wechsel zu dem NAV-Teilbetriebsverfahren hin das
Verdichtungsverhältnis ε abgesenkt wird.
5. Betriebsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
das NAV-Teilbetriebsverfahren bei einem Verdichtungsverhältnis ε von 10 bis 13 und/oder das RZV-Teilbetriebsverfahren bei einem Verdichtungsverhältnis ε von 10 bis 15 und DES- Teilbetriebsverfahren bei einem Verdichtungsverhältnis ε von 10 bis 15 durchgeführt wird.
6. Betriebsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Wechsel zwischen dem RZV-Teilbetriebsverfahren und dem NAV- Betriebsverfahren bei einer Motordrehzahl von 5 % bis 70 % der maximalen Motordrehzahl und/oder bei einer Motorlast von 5 % bis 30 % der maximalen Motorlast vorgenommen wird und/oder
ein Wechsel zwischen dem DES-Teilbetriebsverfahren und dem NAV- Betriebsverfahren bei einer Motordrehzahl von 5 % bis 70 % der maximalen Motordrehzahl und/oder bei einer Motorlast von 5 % bis 30 % der maximalen Motorlast vorgenommen wird.
7. Betriebsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
zu höheren Motorlasten hin zwischen dem NAV-Teilbetriebsverfahren und einem fremdgezündeten, ottomotorischen Teilbetriebsverfahren mit einem
Verbrennungsluftverhältnis λ=1 gewechselt wird.
8. Betriebsverfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
in Richtung des volllastnahen Bereiches im ottomotorischen Teilbetriebsverfahren mit einem Verbrennungsluftverhältnis von λ=1 das Verdichtungsverhältnis ε weiter abgesenkt wird.
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