WO2021148190A1 - Verfahren zum betreiben einer verbrennungskraftmaschine eines kraftfahrzeugs, insbesondere eines kraftwagens - Google Patents

Verfahren zum betreiben einer verbrennungskraftmaschine eines kraftfahrzeugs, insbesondere eines kraftwagens Download PDF

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WO2021148190A1
WO2021148190A1 PCT/EP2020/085245 EP2020085245W WO2021148190A1 WO 2021148190 A1 WO2021148190 A1 WO 2021148190A1 EP 2020085245 W EP2020085245 W EP 2020085245W WO 2021148190 A1 WO2021148190 A1 WO 2021148190A1
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Dietmar Bertsch
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Daimler Ag
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Definitions

  • the invention relates to a method for operating an internal combustion engine of a motor vehicle, in particular a motor vehicle, according to the preamble of patent claims 1 and 4, respectively.
  • Motor vehicle in particular a motor vehicle, is, for example, already the
  • Internal combustion engine has at least one combustion chamber and a prechamber spark plug which is assigned to the combustion chamber and which comprises a prechamber which is fluidically connected to the combustion chamber via a plurality of openings. Furthermore, the prechamber spark plug which is assigned to the combustion chamber and which comprises a prechamber which is fluidically connected to the combustion chamber via a plurality of openings. Furthermore, the prechamber spark plug which is assigned to the combustion chamber and which comprises a prechamber which is fluidically connected to the combustion chamber via a plurality of openings. Furthermore, the
  • DE 102017 125 946 A1 discloses a system comprising a combustion chamber which is formed by a cylinder which is closed off by a cylinder head.
  • the object of the present invention is to further develop a method of the type mentioned at the beginning in such a way that particularly advantageous operation can be implemented.
  • the internal combustion engine designed as a gasoline engine is operated in a catalytic converter heating mode, in which an ignition point at which within a respective work cycle of the internal combustion engine in the prechamber at an ignition point an ignition spark for igniting a fuel-air Mixture is generated in the antechamber and in the combustion chamber, is adjusted late against normal operation.
  • an injection point in time at which the last direct fuel injection into the combustion chamber is carried out within the respective work cycle is the same in the catalytic converter mode and in the normal mode.
  • the internal combustion engine designed as a gasoline engine is operated in a catalytic converter heating mode, in which an ignition point at which an ignition spark for igniting a fuel-air mixture in the prechamber within a respective work cycle of the internal combustion engine Pre-chamber and is generated in the combustion chamber, as well as an injection point in time at which the last direct fuel injection into the combustion chamber is carried out within the respective work cycle, are delayed compared to normal operation, with more in the catalytic converter operation within the respective work cycle between the injection point and the ignition point than 80 ° crank angle, whereby it is preferably provided that in the catalyst heating operation compared to normal operation within the respective work cycle, there is an interval between the ignition point and the injection point t lying distance related to the crank angle is smaller or larger.
  • the invention is based in particular on the following findings:
  • the use of a prechamber spark plug in a gasoline direct injection combustion process should ensure that the function of the catalytic converter heating operation after a cold start to achieve exhaust gas limit values is also ensured with this ignition technology or to realize a particularly low-emission operation is guaranteed.
  • a so-called ignition injection takes place directly before the ignition point at a constant distance from the ignition in order to stabilize the necessary, very late ignition.
  • a special injection strategy now solves the problem that an ignition injection in a prechamber spark plug cannot be delivered directly into the spark area as in a standard spark plug.
  • the aforementioned direct fuel injection is to be understood in particular as meaning that, in particular, liquid fuel is injected directly into the combustion chamber by means of an injector.
  • the invention can achieve the following advantages:
  • the ignition injection By means of the ignition injection, a very small amount of fuel, also referred to as the smallest amount, is deposited in the direction of the spark plug in order to generate a sufficiently rich fuel cloud at the ignition point in the spark area of the spark plug designed as a standard spark plug, which in turn leads to a stable ignition.
  • the smooth running of the engine was and is rather unfavorable, with the method according to the invention now being able to ensure an advantageous smooth running of the internal combustion engine even during the catalyst heating mode.
  • the ignition-coupled injection can no longer be implemented as with standard spark plugs, since the fuel cannot reach the spark area directly, but only indirectly and through the openings in the spark area or to a spark gap.
  • the drawing shows a partial schematic sectional view of an internal combustion engine of a motor vehicle, the internal combustion engine being operated according to a method according to the invention.
  • the single FIGURE shows a fragmentary schematic sectional view of an internal combustion engine 10 of a motor vehicle, in particular a motor vehicle, designed as a reciprocating piston engine.
  • the internal combustion engine 10 has a housing element, not shown in the figure and designed for example as a crankcase, in particular as a cylinder crankcase, by which at least one cylinder 12 is formed or delimited.
  • the internal combustion engine 10 has at least one piston 14 which is arranged in the cylinder 12 so as to be movable in a translatory manner and consequently is movable between a bottom dead center and an upper dead center.
  • the internal combustion engine 10 also has a second housing element 16 which, for example, is formed separately from the first housing element and is connected to the first housing element.
  • the housing element 16 is, for example, a cylinder head through which a combustion chamber roof 18 is formed.
  • the cylinder 12, the piston 14 and the combustion chamber roof 18 each form or partially delimit a combustion chamber 20 of the internal combustion engine 10 designed as a reciprocating piston engine.
  • the combustion chamber 20 is assigned an injector 22, by means of which fuel jets 24, for example cones or lobes, are formed , in particular liquid fuel, can be injected directly into combustion chamber 20.
  • the direct injection of the fuel into the combustion chamber 20 is also referred to as direct injection or direct fuel injection.
  • the internal combustion engine 10 is designed as a gasoline engine and also has a prechamber spark plug 26 which is assigned to the combustion chamber 20 and which has a prechamber which is not shown in greater detail in the figure.
  • the antechamber of the antechamber spark plug 26 is fluidically connected to the combustion chamber 20 via respective openings 28, for example designed as drilling, and is otherwise preferably separated from the combustion chamber 20.
  • An electrode arrangement is arranged in the antechamber, by means of which at least one ignition spark can be generated, in particular in a spark region arranged in the antechamber, which is also referred to as a spark gap.
  • the aforementioned fuel and air are introduced into the combustion chamber 20 within a respective work cycle of the internal combustion engine 10, as a result of which a fuel-air mixture, also referred to as charge or mixture, is formed in the combustion chamber 20. At least part of the fuel-air mixture can flow into the antechamber from the combustion chamber 20 via the openings 28. If, for example, the ignition spark is then generated in the prechamber, in particular at an ignition point, the part of the fuel-air mixture accommodated in the prechamber and the remaining fuel-air mixture in the combustion chamber 20 are ignited and subsequently burned.
  • a gas exchange valve 30 of the internal combustion engine 10 assigned to the combustion chamber 20 and designed, for example, as an inlet valve can be seen in the figure.
  • the aforementioned air can flow into combustion chamber 20 via the inlet valve, in particular with the formation of a tumble-shaped flow, illustrated in the figure by an arrow 32, which results, for example, in a tumble-shaped charge movement into combustion chamber 20.
  • the internal combustion engine 10 is operated according to a method which is explained below.
  • the internal combustion engine 10 designed as a gasoline engine is operated in a catalytic converter heating mode, which is specifically provided or carried out in order to heat up at least one catalytic converter through which exhaust gas from the internal combustion engine 10 can flow.
  • the ignition point at which the ignition spark for igniting the fuel-air mixture in the prechamber and in the combustion chamber 20 is generated within the respective work cycle of the internal combustion engine 10 in the prechamber, compared to normal operation following, for example, the catalytic converter heating mode
  • Internal combustion engine 10 delayed an injection time at which the last direct fuel injection into combustion chamber 20 is carried out by means of injector 22 within the respective work cycle is the same in catalyst heating mode and in normal mode.
  • the ignition timing and the injection timing in the catalytic converter heating mode are delayed compared to normal operation, with more than 80 ° crank angle then in the catalytic converter heating mode within the respective work cycle between the injection timing and the ignition timing.
  • the thermodynamics of the combustion are deliberately worsened, especially after a cold start of internal combustion engine 10, in order to increase the exhaust gas temperature and thereby increase the heating time up to the working temperature of the catalytic converter, also known as the light-off temperature of the catalytic converter shorten.
  • the ignition point is usually shifted to a late stage, and the combustion takes place at a later point in time that is thermodynamically unfavorable.
  • a late ignition of the mixture usually results in undesirable, increased cycle fluctuations or uneven running, which in extreme cases can lead to combustion misfires.
  • a multiple injection is used when using a standard spark plug, especially with a roof electrode, the last injection of which is usually linked to the ignition time and with a constant interval of around 10 ° crank angle up to 20 °
  • a small amount of fuel is injected into the spark area of the spark plug, where, as a rich cloud of mixture, it ensures good and stable ignition.
  • this mixture cloud cannot reach the spark area directly, but rather the mixture cloud in the prechamber spark plug 26 through the openings 28, for example designed as overcurrent bores, and a deflection in the entry into the prechamber and in the prechamber into the spark area located there diverted. A longer time is necessary for this, depending on the free path from the injector 22, also referred to as the injection valve, to the spark gap in the prechamber, the speed and the injection pressure.
  • an ignition-coupled final injection with a greater distance of 20 ° crank angle to 100 ° crank angle or from 30 ° crank angle to 60 ° crank angle to 60 ° crank angle is preferably provided for the catalytic converter heating mode with the prechamber spark plug 26.
  • Such a constant injection time for the last injection for the catalytic converter heating mode with a pre-chamber spark plug is advantageously 100 ° crank angle before the upper ignition pressure point to 10 ° crank angle before the upper ignition pressure point or from 70 ° crank angle before the upper ignition dead center to 30 ° crank angle before Top dead center of the piston 14.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine (10) eines Kraftfahrzeugs, bei welchem die Verbrennungskraftmaschine (10) wenigstens einen Brennraum (20) und eine dem Brennraum (20) zugeordnete Vorkammerzündkerze (26) umfasst, die eine über mehrere Öffnungen (28) fluidisch mit dem Brennraum (20) verbundene Vorkammer aufweist, wobei die als Ottomotor ausgebildete Verbrennungskraftmaschine (10) in einem Katalysatorheizbetrieb betrieben wird, in welchem ein Zündzeitpunkt, zu welchem innerhalb eines jeweiligen Arbeitsspiels der Verbrennungskraftmaschine (10) in der Vorkammer ein Zündfunke zum Zünden eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in dem Brennraum (20) erzeugt wird, gegenüber einem Normalbetrieb nach spät verstellt ist, wobei ein Einspritzzeitpunkt, zu welchem innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels die letzte Kraftstoffdirekteinspritzung in den Brennraum (20) durchgeführt wird, in dem Katalysatorheizbetrieb und in dem Normalbetrieb gleich ist.

Description

Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Kraftwagens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Kraftwagens, gemäß dem Oberbegriff vom Patentanspruch 1 beziehungsweise 4.
Ein solches Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine eines
Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Kraftwagens, ist beispielsweise bereits der
DE 102018 000 706 A1 als bekannt zu entnehmen. Bei dem Verfahren weist die
Verbrennungskraftmaschine wenigstens einen Brennraum und eine dem Brennraum zugeordnete Vorkammerzündkerze auf, die eine über mehrere Öffnungen fluidisch mit dem Brennraum verbundene Vorkammer umfasst. Des Weiteren offenbart die
DE 102018209 096 A1 einen Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff. Der
DE 199 52 829 A1 ist eine Steuerung für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit einem Katalysator als bekannt zu entnehmen. Außerdem ist aus der
DE 102017 125 946 A1 ein System bekannt, umfassend eine Brennkammer, die durch einen Zylinder gebildet wird, der durch einen Zylinderkopf abgeschlossen ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders vorteilhafter Betrieb realisiert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 4 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Um ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders vorteilhafter Betrieb der Verbrennungskraftmaschine realisiert werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die als Ottomotor ausgebildete Verbrennungskraftmaschine in einem Katalysatorheizbetrieb betrieben wird, in welchem ein Zündzeitpunkt, zu welchem innerhalb eines jeweiligen Arbeitsspiels der Verbrennungskraftmaschine in der Vorkammer zu einem Zündzeitpunkt ein Zündfunke zum Zünden eines Kraftstoff-Luft- Gemisches in der Vorkammer und in dem Brennraum erzeugt wird, gegen einen Normalbetrieb nach spät verstellt ist. Dabei ist jedoch ein Einspritzzeitpunkt, zu welchem innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels die letzte Kraftstoffdirekteinspritzung in den Brennraum durchgeführt wird, in dem Katalysatorbetrieb und in dem Normalbetrieb gleich. Während also der Zündzeitpunkt nach spät verstellt wird, um von dem Normalbetrieb in den Katalysatorheizbetrieb umzuschalten beziehungsweise den Katalysatorheizbetrieb, welcher auch als Kat-Heizbetrieb oder Kat-Heizen bezeichnet wird, im Vergleich zu dem Normalbetrieb einzustellen, und verbleibt ein Verstellen des Einspritzzeitpunkts, um in den Katalysatorheizbetrieb zu wechseln beziehungsweise den Katalysatorheizbetrieb einzustellen.
Um ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 4 angegeben Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders vorteilhafter Betrieb der
Verbrennungskraftmaschine realisiert werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die als Ottomotor ausgebildete Verbrennungskraftmaschine in einem Katalysatorheizbetrieb betrieben wird, in welchem ein Zündzeitpunkt, zu welchem innerhalb eines jeweiligen Arbeitsspiels der Verbrennungskraftmaschine in der Vorkammer ein Zündfunke zum Zünden eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in der Vorkammer und in dem Brennraum erzeugt wird, sowie ein Einspritzzeitpunkt, zu welchem innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels die letzte Kraftstoffdirekteinspritzung in den Brennraum durchgeführt wird, gegenüber einem Normalbetrieb nach spät verstellt sind, wobei in dem Katalysatorbetrieb innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels zwischen dem Einspritzzeitpunkt und dem Zündzeitpunkt mehr als 80° Kurbelwinkel liegen, wobei es vorzugsweise vorgesehen ist, dass in dem Katalysatorheizbetrieb gegenüber dem Normalbetrieb innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels ein zwischen dem Zündzeitpunkt und dem Einspritzzeitpunkt liegender und auf Kurbelwinkel beziehender Abstand kleiner oder aber größer ist.
Der Erfindung liegen insbesondere die folgenden Erkenntnisse zugrunde: Mit der Verwendung einer Vorkammerzündkerze in einem Otto-Direkteinspritz-Brennverfahren sollte gewährleistet werden, dass auch mit dieser Zündungstechnologie die Funktion des Katalysatorheizbetriebs nach einem Kaltstart zur Erreichung von Abgasgrenzwerten beziehungsweise zur Realisierung eines besonders emissionsarmen Betriebs gewährleistet ist. Bei Standard-Zündkerzen wird durch eine sogenannte Zündeinspritzung direkt vor dem Zündzeitpunkt mit einem konstanten Abstand zur Zündung eingespritzt, um die notwendige, sehr späte Zündung zu stabilisieren. Erfindungsseitig wird nun durch eine spezielle Einspritzstrategie das Problem gelöst, dass eine Zündeinspritzung bei einer Vorkammerzündkerze nicht wie bei einer Standardzündkerze direkt in den Funkenbereich abgesetzt werden kann. Unter der zuvor genannten Kraftstoffdirekteinspritzung ist insbesondere zu verstehen, dass, insbesondere flüssiger, Kraftstoff mittels eines Injektors direkt in den Brennraum eingespritzt wird.
Um nun beispielsweise in die Vorkammer der Vorkammerzündkerze in einem Katalysatorheizbetrieb zuverlässig brennbares Gemisch zu bringen, sollte applikativ darauf geachtet werden, dass die letzte, oft auch die zweite Einspritzung vor der Zündung so rechtzeitig erfolgt, dass der eingespritzte Kraftstoff genügend Zeit hat, durch die beispielsweise als Überströmbohrungen ausgebildeten Öffnungen der Vorkammerzündkerze in die Vorkammer und in den Funkenbereich zu gelangen, um dort für ein sehr gut zündfähiges Gemisch zu sorgen. Erfindungsseitig wird beispielsweise darauf geachtet, dass dafür ein konstanter Zündzeitpunkt beziehungsweise Einspritzbeginn relativ zur Kurbelwinkelposition gewählt wird oder eine ausreichend große zeitlich konstante Differenz zwischen der letzten Einspritzung und dem Zündzeitpunkt liegt. Insbesondere können durch die Erfindung die folgenden Vorteile realisiert werden:
- besser aufbereitetes Kraftstoff-Luftgemisch liegt zum Zündzeitpunkt im Funkenbereich der Vorkammer vor; dadurch werden die Entflammungsbedingungen verbessert, die Verbrennung wird stabilisiert
- keine Verbrennungsaussetzer, die zur Schädigung des Katalysators führen könnten
- höhere Temperatur im Abgas kann erzeugt werden, da bis zum extrem späten Zündzeitpunkt noch eine stabile Verbrennung stattfinden kann, um durch die späten Verbrennungslagen die Thermodynamik derart zu verschlechtern, dass der Katalysator so schnell wie möglich bis zu seinem Arbeitsbereich (Temperaturfenster) erwärmt wird.
Weitere, der Erfindung zugrunde liegende Erkenntnisse hingegen sind, dass mit der Einführung von Piezo-Injektoren zur Kraftstoffdirekteinspritzung die Möglichkeit geschaffen und genutzt wurde, innerhalb eines jeweiligen Arbeitsspiels mehrere Einspritzungen abzusetzen, das heißt durchzuführen. Beispielsweise werden bis zu acht Einspritzungen bei niedrigen Drehzahlen durchgeführt, um beispielsweise übermäßige Partikelemissionen zu vermeiden. Speziell für die Betriebsart des Katalysatorheizens kann mit einer Zündeinspritzung gearbeitet werden, die üblicherweise an den Zündzeitpunkt gekoppelt ist und immer den gleichen Abstand von dem Zündzeitpunkt hat. Dieser Abstand beträgt beispielsweise 10° Kurbelwinkel. Mittels der Zündeinspritzung wird eine auch als Kleinstmenge bezeichnete, sehr geringe Menge an Kraftstoff in Richtung der Zündkerze abgesetzt, um im Funkenbereich der als Standard- Zündkerze ausgebildeten Zündkerze zum Zündzeitpunkt eine hinreichend fette Kraftstoffwolke zu erzeugen, die wiederum zu einer stabilen Entflammung führt. Im Katalysatorheizbetrieb mit seinem sehr späten Schwerpunktlagen war und ist die Motorlaufruhe eher ungünstig, wobei nun durch das erfindungsgemäße Verfahren auch während des Katalysatorheizbetriebs eine vorteilhafte Laufruhe der Verbrennungskraftmaschine gewährleistet werden kann. Durch die Verwendung der Vorkammerzündkerze ist die zündungsgekoppelte Einspritzung nicht mehr wie bei Standard-Zündkerzen umsetzbar, da der Kraftstoff nicht direkt in den Funkenbereich sondern nur auf Umwegen und dabei über die Öffnungen in den Funkenbereich beziehungsweise zu einer Funkenstrecke gelangen kann. Messungen an einem Einzylinderaggregat haben ergeben, dass es nun nicht mehr erforderlich und sinnvoll ist, die Zündeinspritzung sehr kurz vor dem Zündzeitpunkt abzusetzen. Ebenso ist es besser, die letzte Einspritzung nicht mehr an den Zündzeitpunkt zu koppeln und mit Verschiebung des Zündzeitpunkts nicht mehr zu verschieben. Experimentell hat sich ergeben, dass die Strömungsstruktur in der Vorkammer sehr gut und sehr lange erhalten bleibt, sodass man den vorteilhaften Einspritzzeitpunkt für die letzte Einspritzung im Katalysatorheizbetrieb zu einem festen Zeitpunkt definieren kann, um eine besonders vorteilhafte Laufruhe der Verbrennungskraftmaschine zu realisieren.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Die Zeichnung zeigt in der einzigen Fig. ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, wobei die Verbrennungskraftmaschine gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben wird.
Die einzige Fig. zeigt ausschnittsweise in einer schematischen Schnittansicht eine als Hubkolbenmaschine ausgebildete Verbrennungskraftmaschine 10 eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Kraftwagens. Dies bedeutet, dass das Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand die Verbrennungskraftmaschine 10 aufweist und mittels der Verbrennungskraftmaschine 10 antreibbar ist. Die Verbrennungskraftmaschine 10 weist ein in der Fig. nicht dargestelltes und beispielsweise als Kurbelgehäuse, insbesondere als Zylinderkurbelgehäuse, ausgebildetes Gehäuseelement auf, durch welches wenigstens ein Zylinder 12 gebildet oder begrenzt ist. Dabei weist die Verbrennungskraftmaschine 10 wenigstens einen Kolben 14 auf, welcher translatorisch bewegbar in dem Zylinder 12 angeordnet und demzufolge zwischen einem unteren Totpunkt und einem oberen Totpunkt bewegbar ist. Die Verbrennungskraftmaschine 10 weist außerdem ein zweites Gehäuseelement 16 auf, welches beispielsweise separat von dem ersten Gehäuseelement ausgebildet und mit dem ersten Gehäuseelement verbunden ist. Das Gehäuseelement 16 ist beispielsweise ein Zylinderkopf, durch welchen ein Brennraumdach 18 gebildet ist. Der Zylinder 12, der Kolben 14 und das Brennraumdach 18 bilden oder begrenzen jeweils teilweise einen Brennraum 20 der als Hubkolbenmaschine ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine 10. Dem Brennraum 20 ist ein Injektor 22 zugeordnet, mittels welchem unter Ausbildung jeweiliger, beispielsweise als Kegeln oder Keulen ausgebildeten Kraftstoffstrahlen 24 ein, insbesondere flüssiger Kraftstoff, in den Brennraum 20 direkt einspritzbar ist. Das direkte Einspritzen des Kraftstoffs in dem Brennraum 20 wird auch als Direkteinspritzung oder Kraftstoffdirekteinspritzung bezeichnet. Die Verbrennungskraftmaschine 10 ist als Ottomotor ausgebildet und weist außerdem eine dem Brennraum 20 zugeordnete Vorkammerzündkerze 26 auf, welche eine in der Fig. nicht näher erkennbare Vorkammer aufweist. Die Vorkammer der Vorkammerzündkerze 26 ist über jeweilige, beispielsweise als Bohren ausgebildete Öffnungen 28 fluidisch mit dem Brennraum 20 verbunden und ansonsten vorzugsweise von dem Brennraum 20 getrennt. In der Vorkammer ist eine Elektrodenanordnung angeordnet, mittels welcher insbesondere in einem in der Vorkammer angeordneten Funkenbereich, weicher auch als Funkenstrecke bezeichnet wird, wenigstens ein Zündfunken erzeugbar ist. Zumindest während eines befeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine 10 werden innerhalb eines jeweiligen Arbeitsspiels der Verbrennungskraftmaschine 10 der zuvor genannte Kraftstoff und Luft in den Brennraum 20 eingebracht, wodurch in dem Brennraum 20 ein auch als Ladung oder Gemisch bezeichnetes Kraftstoff-Luft-Gemisch gebildet wird. Zumindest ein Teil des Kraftstoff-Luft-Gemisches kann aus dem Brennraum 20 über die Öffnungen 28 in die Vorkammer einströmen. Wird dann beispielsweise in der Vorkammer der Zündfunken insbesondere zu einem Zündzeitpunkt erzeugt, so werden dadurch der in der Vorkammer aufgenommene Teil des Kraftstoff- Luft-Gemisches und das übrige Kraftstoff-Luft-Gemisch in dem Brennraum 20 gezündet und in der Folge verbrannt.
Außerdem ist in der Fig. ein dem Brennraum 20 zugeordnetes und beispielsweise als Einlassventil ausgebildetes Gaswechselventil 30 der Verbrennungskraftmaschine 10 erkennbar. Beispielsweise kann die zuvor genannte Luft insbesondere unter Ausbildung einer in der Fig. durch einen Pfeil 32 veranschaulichten, tumbleförmigen Strömung über das Einlassventil in den Brennraum 20 einströmen, woraus beispielsweise eine tumbleförmige Ladungsbewegung in den Brennraum 20 resultiert.
Um nun einen besonders vorteilhaften Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 10 zu realisieren, wird die Verbrennungskraftmaschine 10 gemäß einem Verfahren betrieben, welches im Folgenden erläutert wird. Bei dem Verfahren wird die als Ottomotor ausgebildete Verbrennungskraftmaschine 10 in einem Katalysatorheizbetrieb betrieben, welche gezielt vorgesehen ist beziehungsweise durchgeführt wird, um wenigstens einen von Abgas der Verbrennungskraftmaschine 10 durchströmbaren Katalysator aufzuheizen. In dem Katalysatorheizbetrieb ist der Zündzeitpunkt, zu welchem innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels der Verbrennungskraftmaschine 10 in der Vorkammer der Zündfunke zum Zünden des Kraftstoff-Luft-Gemisches in der Vorkammer und in dem Brennraum 20 erzeugt wird, gegenüber einem sich beispielsweise an den Katalysatorheizbetrieb anschließenden Normalbetrieb der Verbrennungskraftmaschine 10 nach spät verstellt, wobei ein Einspritzzeitpunkt, zu welchem innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels die letzte Kraftstoffdirekteinspritzung in den Brennraum 20 mittels des Injektors 22 durchgeführt wird, in dem Katalysatorheizbetrieb und in den Normalbetrieb gleich ist. Alternativ dazu ist es denkbar, dass der Zündzeitpunkt und der Einspritzzeitpunkt in dem Katalysatorheizbetrieb gegenüber dem Normalbetrieb nach spät verstellt sind, wobei dann in dem Katalysatorheizbetrieb innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels zwischen dem Einspritzzeitpunkt und dem Zündzeitpunkt mehr als 80° Kurbelwinkel liegen. Bei dem auch als Kat-Heizbetrieb bezeichneten Katalysatorheizbetrieb wird insbesondere nach einem Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine 10 die Thermodynamik der Verbrennung absichtlich verschlechtert, um die Abgastemperatur zu erhöhen und dadurch die Aufheizzeit bis zu der auch als Light-Off-Temperatur des Katalysators bezeichnete Arbeitstemperatur des Katalysators zu verkürzen.
Üblicherweise wird hierzu der Zündzeitpunkt nach spät verschoben, und die Verbrennung findet zu einem thermodynamisch ungünstigen späteren Zeitpunkt statt. Eine solch späte Zündung des Gemisches hat in der Regel eine unerwünschte, erhöhte Zyklenschwankung beziehungsweise Laufunruhe zur Folge, die im Extremfall bis zu Verbrennungsaussetzern führen kann. Um die Entflammungsbedingungen auch bei diesen späten Zündzeitpunkten zu verbessern, wendet man bei Einsatz einer Standardzündkerze, insbesondere mit Dachelektrode, eine Mehrfacheinspritzung an, deren in der Regel letzte Einspritzung an den Zündzeitpunkt gekoppelt ist und mit einem konstanten Abstand von circa 10° Kurbelwinkel bis 20° Kurbelwinkel zu diesem Zündzeitpunkt eine kleine Kraftstoff menge in den Funkenbereich der Zündkerze spritzt, wo sie als fette Gemischwolke für eine gute und stabile Entflammung sorgt.
Bei Einsatz einer beziehungsweise der Vorkammerzündkerze kann diese Gemischwolke jedoch nicht direkt in den Funkenbereich gelangen, sondern die Gemischwolke wird bei der Vorkammerzündkerze 26 durch die beispielsweise als Überstrombohrungen ausgebildeten Öffnungen 28 und eine Umlenkung im Eintritt in die Vorkammer und in der Vorkammer in den dort befindlichen Funkenbereich umgeleitet. Dafür ist eine längere Zeit, abhängig von der freien Weglänge von dem auch als Einspritzventil bezeichneten Injektor 22 bis zu der Funkenstrecke in der Vorkammer, der Drehzahl und dem Einspritzdruck notwendig. Entsprechend ist vorzugsweise für den Kat-Heizbetrieb mit der Vorkammerzündkerze 26 eine zündungsgekoppelte letzte Einspritzung mit einem größeren Abstand von 20° Kurbelwinkel bis 100° Kurbelwinkel oder von 30° Kurbelwinkel bis 60° Kurbelwinkel bis 60° Kurbelwinkel vorgesehen. Ebenso kann es vorteilhaft sein, diese letzte Einspritzung nicht zündungsgekoppelt zu applizieren, sondern zu einem konstanten Zeitpunkt abzusetzen, auch wenn die Zündung zu unterschiedlichen Zeitpunkten stattfinden kann. Dies hängt mit den Strömungsbedingungen in der Vorkammer zusammen. Ein solcher konstanter Einspritzzeitpunkt für die letzte Einspritzung für den Kat-Heizbetrieb mit einer Vorkammerzündkerze liegt vorteilhafter Weise bei 100° Kurbelwinkel vor dem oberen Zünddruckpunkt bis 10° Kurbelwinkel vor dem oberen Zünddruckpunkt oder von 70° Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt bis 30° Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt des Kolbens 14. Bezugszeichenliste
10 Verbrennungskraftmaschine
12 Zylinder
14 Kolben
16 Gehäuseelement
18 Brennraumdach
20 Brennraum
22 Injektor
24 Strahl
26 Vorkammerzündkerze
28 Öffnung
30 Gaswechselventil
32 Pfeil

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine (10) eines Kraftfahrzeugs, bei welchem die Verbrennungskraftmaschine (10) wenigstens einen Brennraum (20) und eine dem Brennraum (20) zugeordnete Vorkammerzündkerze (26) umfasst, die eine über mehrere Öffnungen (28) fluidisch mit dem Brennraum (20) verbundene Vorkammer aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die als Ottomotor ausgebildete Verbrennungskraftmaschine (10) in einem Katalysatorheizbetrieb betrieben wird, in welchem ein Zündzeitpunkt, zu welchem innerhalb eines jeweiligen Arbeitsspiels der Verbrennungskraftmaschine (10) in der Vorkammer ein Zündfunke zum Zünden eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in dem Brennraum (20) erzeugt wird, gegenüber einem Normalbetrieb nach spät verstellt ist, wobei ein Einspritzzeitpunkt, zu welchem innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels die letzte Kraftstoffdirekteinspritzung in den Brennraum (20) durchgeführt wird, in dem Katalysatorheizbetrieb und in dem Normalbetrieb gleich ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels der Zündzeitpunkt 100 Grad Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt eines den Brennraum teilweise begrenzenden Kolbens (14) bis 10 Grad Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels der Zündzeitpunkt 70 Grad Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt bis 30 Grad Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt liegt.
4. Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine (10) eines Kraftfahrzeugs, bei welchem die Verbrennungskraftmaschine (10) wenigstens einen Brennraum (20) und eine dem Brennraum (20) zugeordnete Vorkammerzündkerze (26) umfasst, die eine über mehrere Öffnungen (28) fluidisch mit dem Brennraum (20) verbundene Vorkammer aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die als Ottomotor ausgebildete Verbrennungskraftmaschine (10) in einem Katalysatorheizbetrieb betrieben wird, in welchem ein Zündzeitpunkt, zu welchem innerhalb eines jeweiligen Arbeitsspiels der Verbrennungskraftmaschine (10) in der Vorkammer ein Zündfunke zum Zünden eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in dem Brennraum (20) erzeugt wird, und ein Einspritzzeitpunkt, zu welchem innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels die letzte Kraftstoffdirekteinspritzung in den Brennraum (20) durchgeführt wird, gegenüber einem Normalbetrieb nach spät verstellt sind, wobei in dem Katalysatorheizbetrieb innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels zwischen dem Einspritzzeitpunkt und dem Zündzeitpunkt mehr als 80 Grad Kurbelwinkel liegen.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Katalysatorheizbetrieb innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels zwischen dem Einspritzzeitpunkt und Zündzeitpunkt mehr als 90 Grad Kurbelwinkel liegen.
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