AT5133U1 - Verfahren zum betreiben einer mit selbstzündbarem kraftstoff betriebenen brennkraftmaschine - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer mit selbstzündbarem Kraftstoff, insbesondere Benzin, betriebenen Brennkraftmaschine, wobei in Selbstzündungsbereichen (CI) ein zumindest annähernd homogenes Kraftstoff-Luftgemisch im Brennraum (3) erzeugt wird, ein für eine Selbstzündung des Kraftstoffes geeignetes hohes Verdichtungsverhältnis bereitgestellt wird und die Verbrennung in Selbstzündungsbereichen (CI) überwiegend durch Selbstzündung erfolgt. Um auf möglichst einfache Weise den Verbrennungsbeginn im Selbstzündungsbereich (CI) zu steuern, ist vorgesehen, dass im Selbstzündungsbereich (CI) Druck und/oder Temperatur des homogenen Kraftstoff-Luftgemisches, vorzugsweise in Abhängigkeit der Ladungszusammensetzung und/oder Ladungstemperatur, so eingestellt werden, dass die Selbstzündung erst nach dem eigentlichen gewünschten Brennbeginn im Bereich des oberen Totpunktes erreicht werden würde, und die Verbrennung des homogenen Kraftstoff-Luftgemisches durch einen externen Energieimpuls eingeleitet wird.

Description


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  Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer mit selbstzündbarem Kraftstoff betriebenen Brennkraftmaschine, wobei in Selbstzündungsbereichen ein zumindest annähernd homogenes Kraftstoff-Luftgemisch im Brennraum er- zeugt wird, ein für eine Selbstzündung des Kraftstoffes geeignetes hohes Ver- dichtungsverhältnis bereitgestellt wird und die Verbrennung in Selbstzündungs- bereichen überwiegend durch Selbstzündung erfolgt. 



  Aus der Veröffentlichung "Homogeneous Charge Compression Ignition (HCCI) of Diesel Fuel", Allen W. Gray et al., SAE 971676, ist es bekannt, dass bei der Verbrennung eines durch Selbstzündung entflammten mageren Kraftstoff-Luft- gemisches wegen der homogenen Konzentrations- und Temperaturverteilung äusserst niedrige Emissionswerte für NOx und Russ erzielt werden. Dieses Verfah- ren wird im englischen Sprachraum als HCCI-Verfahren (Homogeneous Charge Compression Ignition) bezeichnet. Weiters ist bekannt, dass Dieselkraftstoff bei diesem Verbrennungsverfahren Schwierigkeiten bereitet, da der Zeitpunkt der Entflammung wegen seiner hohen Zündwilligkeit nur bei niedrigem Verdich- tungsverhältnis und niedrigem effektivem Mitteldruck in erwünschter Weise kurz vor dem oberen Totpunkt fixiert werden kann.

   Das erforderliche niedrige Ver- dichtungsverhältnis von etwa 10 führt zu erheblichen Nachteilen hinsichtlich des spezifischen Kraftstoffverbrauches und der erreichbaren Leistungsausbeute ge- genüber dem konventionellen Dieselverfahren, die die breite Nutzung dieses an sich sehr emissionsgünstigen Verbrennungsverfahren bisher verhindert haben. 



  Als weitere dieselkraftstoffspezifische Schwierigkeit ist die für die Verdampfung und damit für die Homogenisierung der Zylinderladung hinderliche Lage des Sie- debereichs zwischen etwa 170 bis 360 C anzusehen, die zu hohen Emissionen von NOx, Russ und unverbrannten Kohlenwasserstoffen führen kann und die Ge- fahr der Anreicherung von Dieselkraftstoff im Schmieröl mit sich bringt. 



  Benzin hat für das HCCI-Verfahren wegen seiner sehr niedrigen Selbstzündungs- willigkeit und des niedriger liegenden Siedebereiches zwischen etwa 30 und 190 C grosse Vorteile. Das Verdichtungsverhältnis kann hier, ähnlich wie beim Dieselmotor, auf Werte von etwa 15 bis 17 angehoben werden. Allerdings ist auch hier der erreichbare effektive Mitteldruck in nachteiliger Weise auf den Teillastbereich beschränkt, wie aus der Veröffentlichung "An Experimental Study on Premixed-Charge Compression Ignition Gasoline Engine", Taro Aoyama et al., SAE 960081, hervorgeht. 



  Weiters ist aus der DE 36 32 579 C2 eine fremdgezündete, luftverdichtende, mit dieselmotorähnlich hohem Verdichtungsverhältnis arbeitende Brennkraftma- 

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 schine bekannt, bei der zur Sicherstellung der Entflammung des Luft- Kraftstoffgemisches eine Ladungsschichtung erzeugt wird. Dieses Schichtlade- Brennverfahren kann auch als SCSI-Verfahren (Stratified Charge Spark Ignition) bezeichnet werden. Mit dem Schichtladeprinzip wird erreicht, dass die Gemisch- zusammensetzung im Bereich der Zündquelle während des Funkenüberschlages lange genug innerhalb der Zündgrenzen liegt, um eine für das Weiterbrennen der Zylinderladung ausreichend grosse Flamme zu erzeugen.

   Ein derartiges Schicht- lade-Brennverfahren mit Fremdzündung ist allerdings im Teillastbereich nicht so emissionsgünstig wie das HCCI-Verfahren, kann aber mit sehr viel höheren Mit- teldrücken betrieben werden und ist bezüglich der Russemission besser als der Dieselmotor. 



  Aus der DE 28 51 504 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftma- schine mit variablem Verdichtungsverhältnis bekannt, wobei die Brennkraftma- schine mit einer Kraftstoffsorte fremdgezündet und selbstgezündet betrieben wird. Bei dieser Brennkraftmaschine wird im Teillastbereich das Verdichtungsver- hältnis zur Durchführung einer Selbstzündung vergrössert und im Vollastbereich für einen Fremdzündungsbetrieb verkleinert. Über eine in den Hauptbrennraum oder in eine Vorkammer mündende Einspritzdüse wird Kraftstoff für den Diesel- betrieb zugeführt, wodurch ein inhomogenes Kraftstoff-Luftgemisch im Brenn- raum entsteht. Es liegt somit kein HCCI-Betrieb vor.

   Die Zuführung des Kraft- stoffes für den Fremdzündungsbetrieb erfolgt in einer Ausführung über einen Vergaser und in einer anderen Ausführung über eine in einen Nebenbrennraum mündende weitere Einspritzdüse. Die Verbrennung wird im Fremdzündungsbe- trieb über eine in den Nebenbrennraum mündende Zündkerze eingeleitet. Bei Fremdzündung mit Kraftstoffeinspritzung und Luftansaugung im Vollastbetrieb liegt eine Ladungskonzentration im Nebenbrennraum relativ zum Hauptbrenn- raum vor. Das bekannte Verfahren erlaubt ein stabiles Betriebsverhalten und ei- nen guten Wirkungsgrad. Die vom HCCI-Verfahren bekannten extrem niedrigen Emissionswerte können aber nicht erreicht werden. 



  Auch die US 4 126 106 A beschreibt eine Brennkraftmaschine, die sowohl nach dem Otto-, als auch nach dem Dieselverfahren betreibbar ist. Dabei wird wäh- rend der Startphase und des Teillastbetriebes unter direkter Kraftstoffeinsprit- zung in den Brennraum eine Schichtladung erzeugt und die Verbrennung durch Fremdzündung dieser geschichteten Ladung eingeleitet. Bei Volllast hingegen wird der Kraftstoff direkt in den Brennraum gegen die heissen Brennraumwände gespritzt, wobei der Kraftstoff verdampft und die Zündung durch Kompression nach dem Dieselverfahren erfolgt. Der Motor wird dabei bei einem Verdichtungs- verhältnis von weniger als 16:1 betrieben.

   Bei höherer Motorlast reicht allerdings die Zeit zwischen Einspritzbeginn und dem Zeitpunkt der Selbstzündung für eine 

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 gute Gemischaufbereitung nicht mehr aus, weshalb es zu einer Verschlechterung des Verbrennungsablaufes und der Emissionen kommt. 



  Ferner ist aus der US 3 125 079 A eine Vielzweck-Brennkraftmaschine bekannt, welche sowohl selbstzündend, als auch fremdzündend mit einem festen Verdich- tungsverhältnis von 15:1 betreibbar ist. Der Kraftstoff wird dabei über eine Vielstrahl-Einspritzdüse direkt radial in den Brennraum eingespritzt. Dies ist zur Erzeugung eines hohen Ladungsschichtungsgrades nicht geeignet. 



  Um bei einer Brennkraftmaschine für fremd- und selbstzündbarem Kraftstoff die Abgasqualität bei gleichzeitig hohem Wirkungsgrad zu verbessern, wird in der AT 003 135 Ul vorgeschlagen, im Selbstzündungsbereich ein zumindest annä- hernd homogenes Kraftstoff-Luftgemisch im Brennraum zu erzeugen. Dieses Verfahren weist die Vorteile des HCCI-Verfahrens auf und vermeidet durch die Umschaltung auf Fremdzündung dessen Nachteile bei hoher Motorlast. Das Ver- fahren vereinigt somit die Vorteile des HCCI-Verfahrens mit dem des SCSI-Ver- fahrens. Allerdings lässt sich der Verbrennungsbeginn des homogenen Kraftstoff- Luftgemisches nur schwer steuern, da zur Erreichung einer Homogenisierung die Gemischbildung ein Saugrohr oder sehr weit vor dem Verbrennungsbeginn er- folgt.

   Es gibt daher keine direkte Steuerungsmöglichkeit des Verbrennungsbegin- nes durch den Spritzbeginn (wie beim Dieselmotor) oder durch den Zündfunken (wie beim Ottomotor). 



  Für die Steuerung des Verbrennungsbeginnes würde ein HCCI-Motor ein komple- xes Regelsystem für die Berücksichtigung bzw. Einstellung einer grossen Anzahl von Betriebsparametern benötigen. Dies wäre allerdings mit einem sehr grossen regeltechnischen Aufwand verbunden. 



  Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und bei einer mit selbstzündbarem homogenen Kraftstoff-Luftgemisch betriebenen Brennkraftma- schine auf möglichst einfache Weise den Verbrennungsbeginn im Selbstzün- dungsbereich zu steuern. 



  Erfindungsgemäss erfolgt dies dadurch, dass im Selbstzündungsbereich Druck und/oder Temperatur des homogenen Kraftstoff-Luftgemisches, vorzugsweise in Abhängigkeit der Ladungszusammensetzung und/oder Ladungstemperatur, so eingestellt werden, dass die Selbstzündung erst nach dem eigentlich gewünsch- ten Brennbeginn im Bereich des oberen Totpunktes erreicht werden würden und die Verbrennung des homogenen Kraftstoff-Luftgemisches erst durch einen ex- ternen Energieimpuls eingeleitet wird. Die Ladung wird somit nur bis zu einem gewissen Abstand an die Selbstzündungsfähigkeit herangeführt. Die Einleitung der Verbrennung erfolgt durch den externen Energieimpuls.

   Durch diesen Ener- gieimpuls wird das Energieniveau der Ladung bis zur Selbstzündungsfähigkeit 

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 angehoben, worauf die gesamte Zylinderladung nach Ablauf eines kurzen weite- ren Zündverzuges die Selbstzündungsfähigkeit erreicht und durchbrennt. 



  Der externe Energieimpuls kann ein elektrischer Zündfunken sein. Genauso kann aber vorgesehen sein, dass die Verbrennung des homogenen Kraftstoff-Luftge- misches im Selbstzündungsbereich durch die Selbstzündung einer unmittelbar vor dem Brennbeginn eingespritzten Pilot-Kraftstoffmenge eingeleitet wird. 



  Das Verfahren lässt sich bevorzugt einsetzen zum Betreiben einer mit sowohl fremd-, als auch selbstzündbarem Kraftstoff, insbesondere Benzin, betriebenen Kraftmaschine, wobei dem Motorbetriebsbereich Selbstzündungs- und Fremd- zündungsbereiche zugeordnet werden und die Verbrennung in Fremdzündungs- bereichen durch Fremdzündung des Kraftstoff-Luftgemisches eingeleitet wird, und wobei der Teillastbereich dem Selbstzündungsbereich, der Vollastbereich und/oder Motorbetriebsbereiche mit hoher Motorlast sowie der Kaltstart dem Fremdzündungsbereich zugeordnet werden. Dadurch können die Vorteile des HCCI-Verfahrens ausgenützt und durch die Umschaltung auf Fremdzündung des- sen Nachteile bei hoher Motorlast vermieden werden.

   Zusätzlich zu den Selbst- zündungsbereichen kann auch in zumindest einem Fremdzündungsbereich ein homogenes Kraftstoff-Luftgemisch im Brennraum erzeugt werden. Das homo- gene Kraftstoff-Luftgemisch kann stöchiometrisch oder mager sein. Besonders niedrige Kraftstoffverbräuche und geringe Emissionen lassen sich allerdings er- reichen, wenn in Fremdzündungsbereichen eine Schichtladung im Brennraum erzeugt wird. 



  Bei höherer Motorlast würde beim HCCI-Verfahren die Zeit zwischen Einspritzbe- ginn und dem Zeitpunkt der Selbstzündung für eine gute Gemischaufbereitung nicht mehr ausreichen, weshalb es bei Selbstzündung zu einer Verschlechterung des Verbrennungsablaufes und der Emissionen kommen würde. Da im Vollastbe- reich und/oder in Motorbetriebsbereichen mit hoher Motorlast eine Fremdzündung erfolgt, werden diese Nachteile vermieden. Es können somit sowohl im Teillast-, als auch im Vollastbereich die Emissionen deutlich verbessert werden. 



  Obwohl das SCSI-Verfahren zwar nicht genauso emissionsgünstig ist wie das HCCI-Verfahren, bietet es jedoch hinsichtlich der Emissionsbildung die zwei fol- genden Vorteile gegenüber dem DI-Verfahren (direct injection) eines konventio- nellen Dieselmotors. Zum einen ist die Russbildungsneigung von Benzin haupt- sächlich wegen der kleineren Molekülgrösse und des damit zusammenhängenden höheren, die Gemischbildung begünstigenden, Dampfdruckes deutlich kleiner, als bei Dieselkraftstoff.

   Zum anderen bietet das Verfahrensmerkmal der Fremdzün- dung gegenüber dem Dieselmotor den zusätzlichen Freiheitsgrad, die Zeitspanne zwischen Einspritzbeginn und Entflammung durch die Wahl des Abstandes zwi- 

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 schen Einspritzbeginn und Zündzeitpunkt stark vergrössern zu können, womit die für die Gemischaufbereitung zur Verfügung stehende Zeit deutlich verlängert wird, wobei das Schichtladungsprinzip verhindert, dass die vor der Entflammung gebildete Menge vorgemischter Ladung und damit die anfängliche Druckan- stiegsgeschwindigkeit zu gross werden würde. 



  In Motorbetriebsbereichen mit homogenem Kraftstoff-Luftgemisch im Brennraum kann die Homogenisierung des Kraftstoff-Luftgemisches vorteilhafterweise durch äussere Gemischbildung, vorzugsweise durch Einspritzung des Kraftstoffes in das Saugrohr erfolgen. In Motorbetriebsbereichen mit Schichtladung im Brennraum wird der Kraftstoff dagegen direkt immer in den Brennraum eingespritzt. 



  Die Homogenisierung des Kraftstoff-Luftgemisches im Selbstzündungsbereich kann aber auch durch direkte Einspritzung des Kraftstoffes in den Brennraum erfolgen. Dazu kann die Einspritzeinrichtung mit veränderbarer Einspritzcharak- teristik ausgeführt sein. Eine veränderbare Einspritzcharakteristik kann mit hub- variablen Einspritzdüsen oder mit Doppeinadeleinspritzdüsen erreicht werden. 



  Eine Homogenisierung des Kraftstoff-Luftgemisches kann auch durch unter- schiedliche Einspritzdrücke der direkteinspritzenden Einspritzeinrichtung realisiert werden. Um die Gemischbildung auch über die Strahlqualität definiert steuern zu können, kann eine luftunterstützte Einspritzeinrichtung von Vorteil sein. 



  Das Umschalten zwischen Selbst- und Fremdzündung wird in Abhängigkeit des effektiven Mitteldruckes des Arbeitsprozesses bei einem vorbestimmten Grenz- wert des effektiven Mitteldruckes durchgeführt. Dabei liegt unterhalb dieses Grenzwertes der Selbstzündungsbereich und oberhalb dieses Grenzwertes der Fremdzündungsbereich. Der Grenzwert wird in einem Bereich des effektiven Mitteldruckes, in dem der indizierte Mitteldruck zwischen etwa 4 bis 9 bar, vor- zugsweise etwa 6 bis 9 bar, besonders vorzugsweise etwa 7 bis 8,5 bar beträgt, definiert, wobei vorzugsweise die Druckanstiegsgeschwindigkeit des Zylinderdru- ckes kleiner gleich 5 bar pro Grad Kurbelwinkel ist. 



  Durch das erfindungsgemässe Verfahren kann der Zeitpunkt des Verbrennungs- beginnes des homogenen Kraftstoff-Luftgemisches im Selbstzündungsbereich so genau festgelegt werden, wie dies bisher nur bei nicht homogenen selbstzünden- den Ladungen durch den Einspritzzeitpunkt oder bei fremdzündenden Ladungen durch den Zündzeitpunkt möglich war. 



  Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen 
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Brennkraftmaschine gemäss Linie I-I in 
Fig. 2, 
Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Zylinder gemäss Linie II-II in Fig. 1 und 

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Fig. 3 ein Diagramm, in welchem der mittlere effektive Druck über der 
Drehzahl aufgetragen ist. 



  In Fig. 2 sind zusätzlich im Zylinderkopf angeordnete Elemente strichliert darge- stellt. 



  In der Fig. 1 ist der im Zylinder 1 hin- und hergehende Kolben 2 in seiner oberen Totpunktlage dargestellt. Der Kolben 2 weist eine einen Brennraum 3 bildende Kolbenmulde 4 auf. Im Zylinderkopf 25 sind Einlasskanäle 6,7 angeordnet, von denen zumindest ein Einlasskanal 6 drallerzeugend ausgebildet ist, wie in Fig. 2 durch strichlierte Linien angedeutet ist. Jeder der Einlasskanäle 5,6 führt zu ei- nem Einlassventil 7,8. Im Zylinderkopf sind weiters Auslasskanäle 9,10 ange- ordnet, welche über Auslassventile 11,12 in den Brennraum 3 münden. 



  Im Zylinderkopf 25 ist eine Einspritzeinrichtung 13 zur direkten Kraftstoffein- spritzung in den Brennraum 3 sowie eine Zündeinrichtung bildende Hochspan- nungszündkerze 14 vorgesehen, wobei sowohl die Einspritzeinrichtung 13, als auch die Zündkerze 14 im Bereich des Randes 15 der eingezogenen, rotations- körperförmigen Kolbenmulde 4 angeordnet sind. 



  Die Düse 18 der Einspritzeinrichtung 13 weist eine Ein- oder Zweistrahldüse mit guter Strahlauflösung und einen nicht weiter dargestellten Luftanschluss zur Luftunterstützung auf. Die Einspritzeinrichtung 13 ist mit einem ebenfalls nicht weiter dargestellten Einspritzsystem verbunden, mit dem sich mindestens zwei verschiedene Druckniveaus realisieren lassen. 



  Die Durchstosspunkte der Achse 14a der Zündkerze 14 und der Achse 13a der Einspritzeinrichtung 13 durch das Feuerdeck des Zylinderkopfes weisen - im Grundriss betrachtet - einen Zentriwinkel a zueinander von etwa 90  bis 200 , vorzugsweise 120  auf. Dabei ist die Zündkerze in Drallrichtung um diesen Win- kel stromabwärts angeordnet. 



  Zumindest einer der Einlasskanäle 5,6 ist mit einem Abgasrückführsystem 16 mit einem Abgassteuerorgan 16a verbunden, mit welchem Abgas in die Einlass- strömung eingebracht werden kann. 



  Zur Erfassung des Entflammungszeitpunktes ist ein geeigneter Sensor 17 vorge- sehen, welcher beispielsweise in die Zündkerze 14 integriert werden kann. Der Entflammungszeitpunkt kann über die Druckanstiegsgeschwindigkeit im Zylinder oder optisch erfasst werden. Der Sensor 17 ist mit einer elektronischen Steuer- einheit ECU verbunden, welche in Abhängigkeit des Entflammungszeitpunktes den Einspritzzeitpunkt der Einspritzeinrichtung 13, sowie die Temperatur und die Abgasrückführmenge des Abgasrückführsystems 16 steuert. 



  Zumindest in einem der beiden Einlasskanäle 5,6 ist ein Einlasssteuerorgan 5a bzw. 6a angeordnet, um den Drall im Brennraum 3 verändern zu können. Mit 

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 den Einlasskanälen 5,6 sollte sich ein Drall mit relativ hoher Einlassdrallzahl, also einer Drallzahl grösser als 2, erreichen lassen. 



  Die Brennkraftmaschine weist weiters eine variable Ventilsteuerungseinrichtung 19 für die Einlassventile 7,8 und die Auslassventile 11, 12 auf, mit welchem der Schliesszeitpunkt zumindest eines Einlassventiles 7,8 und der Öffnungs- und/oder Schliesszeitpunkt mindestens eines Auslassventiles 11,12 verändert werden kann. Die variable Ventilsteuerungseinrichtung 19 kann durch eine be- kannte elektrische, hydraulische, pneumatische oder mechanische Ventilsteue- rungsvorrichtung zur Veränderung der Steuerzeit gebildet sein. Die Ventilsteue- rung erfolgt ebenfalls über die elektronische Steuereinheit ECU. 



  Die Brennkraftmaschine wird in der Kaltstartphase mit homogenem Gemisch mit Fremdzündung betrieben. Bei betriebswarmer Brennkraftmaschine wird im Teil- lastbereich das Kompressionsverhältnis annähernd auf einen für die Selbstzün- dung des Benzins erforderlichen Wert von 14:1 bis etwa 18:1 angehoben. Um den Selbstzündungszeitpunkt genau steuern zu können, werden Druck, Tempe- ratur und Zusammensetzung der Ladung allerdings so eingestellt, dass die Selbstzündungsfähigkeit gerade noch nicht erreicht wird. Durch einen zusätzli- chen äusseren Energieimpuls wird das Niveau der Selbstzündungsfähigkeit er- reicht, worauf - nach Ablauf eines gewissen Zündverzuges - die gesamte Zylin- derladung durchbrennt.

   Die Einleitung des zusätzlichen externen Energieimpulses kann durch einen Zündfunken einer Zündeinrichtung - etwa der Zündkerze 14 - oder durch Selbstzündung einer zusätzlich eingespritzten kleinen Kraftstoffmenge erfolgen. Im Selbstzündungsbereich wird der Kraftstoff der Einspritzeinrichtung 13 unter relativ hohem Druck zugeführt. Durch die Düse 18 der Einspritzeinrich- tung 13 wird eine gute Strahlauflösung des Kraftstoffstrahles erreicht. Der Ein- spritzzeitpunkt der Einspritzeinrichtung 13 kann über die Steuereinheit ECU in Abhängigkeit des Entflammungszeitpunktes, welcher über die Entflammungser- fassungseinrichtung 17 erfasst wird, eingestellt werden.

   Eine besonders gute Homogenisierung des Kraftstoff-Luftgemisches während des Selbstzündungsbe- reiches CI lässt sich auch durch eine bekannte äussere Gemischbildungseinrich- tung, wie beispielsweise eine in Fig. 2 strichliert angedeutete Saugrohreinspritz- einrichtung 26 oder einen Vergaser erreichen. Dadurch wird das Gemisch noch ausserhalb des Brennraumes 3 aufbereitet und homogenisiert. Der Öffnungsbe- ginn der Einlassventile 7,8 wird so gesteuert, dass ein relativ hohes Verdich- tungsverhältnis erreicht werden kann. Zur Anhebung der Ladungstemperatur können darüberhinaus die Steuerzeiten der Auslassventile 11,12 verändert wer- den, um eine innere Abgasrückführung zu erreichen. 



  Mit steigender Last verschiebt sich allerdings der Zeitpunkt der Entflammung in Richtung früh, was sich nachteilig auf den Verbrennungsablauf und damit auf den 

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 spezifischen Kraftstoffverbrauch und die Leistungsausbeute auswirken kann. Im höheren Lastbereich wird deshalb die Brennkraftmaschine nicht mehr nach dem HCCI-Verfahren, sondern nach dem SCSI-Verfahren betrieben. Dabei wird die Zündeinrichtung 14 wieder über die Steuereinheit ECU aktiviert, die Einspritzein- richtung 13 durch das nicht weiter dargestellte Einspritzsystem mit Kraftstoff an- gespeist, der Einlassströmung gekühltes Abgas zugeführt und das Kompressions- verhältnis durch Verstellung der Ventilsteuerung abgesenkt.

   Bei der Einspritzung im Fremdzündungsbereich SI wird der Kraftstoff in Wandnähe des Brennraumes 3 eingebracht und damit eine ausgeprägte Ladungsschichtung erreicht. Da im Fremdzündungsbereich SI keine Homogenisierung des Kraftstoff-Luftgemisches erforderlich ist, kann der Einspritzzeitpunkt relativ spät im Vergleich zum Ein- spritzzeitpunkt im Selbstzündungsbereich CI eingestellt werden. 



  Die Umschaltung zwischen Selbstzündungsbetrieb und Fremdzündungsbetrieb erfolgt vorteilhafterweise in Abhängigkeit des effektiven Mitteldruckes pe, wie in Fig.3 veranschaulicht ist. In Fig.3 ist dabei der effektive Mitteldruck pe über der Motordrehzahl n aufgetragen. Unter einem vordefinierten Grenzwert peo des ef- fektiven Mitteldruckes pe, bei dem der indizierte Mitteldruck zwischen 4 bis 9 bar, vorzugsweise 6 bis 9 bar, besonders vorzugsweise 7 bis 8,5 bar, liegt, befindet sich dabei der Selbstzündungsbereich CI und oberhalb des Grenzwertes peo der Fremdzündungsbereich SI. Die Druckanstiegsgeschwindigkeit dp/d < p des Zylin- derdruckes p über dem Kurbelwinkel   #   ist dabei aus Geräuschgründen kleiner oder gleich 5 bar pro Grad Kurbelwinkel 3 Das Motormanagementsystem stützt sich auf die berechnete Einspritzmenge als Kontrollgrösse. 



  Bei der beschriebenen Brennkraftmaschine und dem erläuterten Verfahren wird nur ein einziger Kraftstofftyp verwendet, welcher neben Benzin auch ein Gas oder ein Alkohol bzw. ein Gemisch dieser Komponenten davon sein kann. 



  Durch das erfindungsgemässe Verfahren kann der Zeitpunkt des Verbrennungs- beginnes des homogenen Kraftstoff-Luftgemisches im Selbstzündungsbereich so genau festgelegt werden, wie dies bisher nur bei nicht homogenen selbstzünden- den Ladungen durch den Einspritzzeitpunkt oder bei fremdzündenden Ladungen durch den Zündzeitpunkt möglich war. 



  Obwohl das erfindungsgemässe Verfahren für eine Vierventil-Brennkraftmaschine beschrieben ist, eignet es sich selbstverständlich auch für Brennkraftmaschinen mit anderer Ventilzahl, beispielsweise für Zwei- oder Dreiventil-Brennkraftmaschinen.

Claims (11)

  1. ANSPRÜCHE 1. Verfahren zum Betreiben einer mit selbstzündbarem Kraftstoff betriebenen Brennkraftmaschine, wobei zumindest in Selbstzündungsbereichen (CI) ein zumindest annähernd homogenes Kraftstoff-Luftgemisch im Brennraum (3) erzeugt wird, ein für eine Selbstzündung des Kraftstoffes geeignetes hohes Verdichtungsverhältnis bereitgestellt wird und die Verbrennung in Selbst- zündungsbereichen (CI) überwiegend durch Selbstzündung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass im Selbstzündungsbereich (CI) Druck und/oder Temperatur des homogenen Kraftstoff-Luftgemisches, vorzugsweise in Ab- hängigkeit der Ladungszusammensetzung und/oder Ladungstemperatur, so eingestellt werden, dass die Selbstzündung erst nach dem eigentlichen ge- wünschten Brennbeginn im Bereich des oberen Totpunktes erreicht werden würde,
    und dass die Verbrennung des homogenen Kraftstoff-Luftgemisches im Selbstzündungsbereich (CI) lokal durch einen externen Energieimpuls eingeleitet wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbren- nung des homogenen Kraftstoff-Luftgemisches im Selbstzündungsbereich (CI) durch einen elektrischen Zündfunken eingeleitet wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennung des homogenen Kraftstoff-Luftgemisches im Selbstzündungs- bereich (CI) durch die Selbstzündung einer unmittelbar vor dem Brennbe- ginn eingespritzten Pilot-Kraftstoffmenge eingeleitet wird.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, zum Betreiben einer mit so- wohl fremd-, als auch selbstzündbarem Kraftstoff, insbesondere Benzin, be- triebenen Kraftmaschine, wobei dem Motorbetriebsbereich Selbstzündungs- (CI) und Fremdzündungsbereiche (SI) zugeordnet werden und die Verbren- nung in Fremdzündungsbereichen (SI) durch Fremdzündung des Kraftstoff- Luftgemisches eingeleitet wird, und wobei der Teillastbereich dem Selbst- zündungsbereich (CI), der Vollastbereich und/oder Motorbetriebsbereiche mit hoher Motorlast sowie der Kaltstart dem Fremdzündungsbereich (SI) zu- geordnet werden, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in einem Fremdzündungsbereich (SI) eine Schichtladung im Brennraum (3) erzeugt wird.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, zum Betreiben einer mit so- wohl fremd-, als auch selbstzündbarem Kraftstoff, insbesondere Benzin, be- triebenen Kraftmaschine, wobei dem Motorbetriebsbereich Seibstzündungs- (CI) und Fremdzündungsbereiche (SI) zugeordnet werden und die Verbren- nung in Fremdzündungsbereichen (SI) durch Fremdzündung des Kraftstoff- <Desc/Clms Page number 10> Luftgemisches eingeleitet wird, und wobei der Teillastbereich dem Selbst- zündungsbereich (CI), der Vollastbereich und/oder Motorbetriebsbereiche mit hoher Motorlast sowie der Kaltstart dem Fremdzündungsbereich (SI) zu- geordnet werden, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Fremdzündungsbereich (SI) ein homogenes Kraftstoff-Luftgemisch im Brennraum (3) erzeugt wird.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in Motorbetriebsbereichen mit homogenem Kraftstoff-Luftgemisch im Brennraum (3) die Homogenisierung des Kraftstoff-Luftgemisches durch äu- &num;ere Gemischbildung, vorzugsweise durch Einspritzung des Kraftstoffes in ein Saugrohr, erfolgt.
  7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in Motorbetriebsbereichen mit homogenem Kraftstoff-Luftgemisch im Brennraum (3) die Homogenisierung des Kraftstoff-Luftgemisches durch in- nere Gemischbildung erfolgt.
  8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in Motorbetriebsbereichen mit Schichtladung im Brennraum der Kraft- stoff direkt in den Brennraum eingespritzt wird.
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass in Be- triebsbereichen mit homogenem Kraftstoff-Luftgemisch mit höherem Druck eingespritzt wird als in Betriebsbereichen mit Schichtladung im Brennraum.
  10. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Umschalten zwischen Selbst- und Fremdzündung bei einem vorbe- stimmten Grenzwert (peo) des indizierten effektiven Mitteldruckes (Pe) durchgeführt wird, unterhalb dessen der Selbstzündungsbereich (CI) und oberhalb dessen der Fremdzündungsbereich (SI) liegt.
  11. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Grenz- wert (peo) in einem Bereich des effektiven Mitteldruckes (pe) definiert wird, in dem der indizierte Mitteldruck zwischen etwa 4 bis 9 bar, vorzugsweise zwischen etwa 6 bis 9 bar, besonders vorzugsweise zwischen etwa 7 bis 8,5 bar liegt, wobei vorzugsweise die Druckanstiegsgeschwindigkeit (dp/dcp) des Zylinderdruckes (p) kleiner gleich 5 bar pro Grad Kurbelwinkel (#) ist.
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