WO2016062554A1 - Verfahren zum betreiben einer fremdgezündeten direkteinspritzenden verbrennungskraftmaschine - Google Patents

Verfahren zum betreiben einer fremdgezündeten direkteinspritzenden verbrennungskraftmaschine Download PDF

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combustion
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Matthias Thewes
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Fev Gmbh
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
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Definitions

  • the invention relates to a method for operating a spark-ignited direct-injection internal combustion engine, preferably a four-stroke gasoline engine, wherein the method is used in particular for operating the internal combustion engine under cold start conditions.
  • the cold start behavior or the ability to start at low temperatures at all, can be known to be improved in internal combustion engines in that an increased amount of fuel is injected into the cylinder.
  • fuels with poor evaporation behavior at low temperatures eg. As alcohol fuels, or in their mixtures with petroleum-based fuels, can reach a high-pressure pump for conveying the fuel their delivery limits.
  • DE 10 2009 037 294 A1 proposes a method for starting a multi-cylinder direct injection internal combustion engine, in which at least in groups independently controllable injection valves are provided in the cylinders, wherein fuel from at least one injection pump via at least one fuel rail to Is made available.
  • the injectors of a starter cylinder group inject an increased starting amount of fuel into the starter cylinders.
  • the injectors of a shutdown cylinder group inject no or less than the increased starting amount of fuel into the shutdown cylinders. This means that essentially the fuel provided by the at least one injection pump can be injected into the starter cylinder group and not distributed to all the cylinders of the internal combustion engine. This is to achieve that a higher amount of fuel can be provided for each cylinder of the starter cylinder group.
  • DE 10 2006 025 920 A1 proposes to improve the cold start behavior, in addition to the normal operating fuel, a starting fuel, which has a sufficient flammability to allow a cold start of the internal combustion engine to inject.
  • the disadvantage here is the increased construction costs for storage and for the supply of a second fuel for the internal combustion engine.
  • Cold start conditions in particular those conditions are to be understood in which the internal combustion engine has not reached the operating temperature, in particular when low ambient temperatures, eg. B. temperatures below minus 10 degrees Celsius, prevail.
  • Cold start conditions are present in particular when, in the case of a main injection of a maximum available fuel quantity, an insufficient amount of fuel can be vaporized and vaporized in order to allow safe ignition of the fuel-air mixture.
  • the type and quality of the fuel, or the alcohol, in particular ethanol content influence the evaporation properties and thus also determine the cold start conditions.
  • the object of the invention is to provide a method which contributes in a simple way to improving the cold start behavior of spark-ignited internal combustion engine with direct injection.
  • the object is achieved by a method for operating a spark-ignited direct-injection internal combustion engine, in which a pilot injection quantity of fuel is injected and ignited for pre-combustion and then a main injection quantity of fuel is injected in the same work cycle and ignited for a main combustion.
  • a pilot injection quantity of fuel is injected and ignited for pre-combustion and then a main injection quantity of fuel is injected in the same work cycle and ignited for a main combustion.
  • a main combustion takes place
  • the pre-combustion is provided in the method according to the invention in a working cycle.
  • One working cycle comprises four process steps, namely suction, compaction, working and discharging. Pre-combustion of a lower fuel quantity near the bottom dead center than the main combustion pre-heats the gas in the combustion chamber prior to the initiation of the main combustion.
  • the working cycle is a four-stroke cycle, as in gasoline engines, the two burns take place within half a cycle, possibly even within a cycle, namely the compression stroke instead.
  • the inventive method ensures that the cylinder charge is preheated early in the process, so that due to the subsequent compression results in a significant increase in temperature to top dead center.
  • the pre-injection quantity can preferably be injected in the compression phase, but it is also conceivable that the injection of the pre-injection quantity starts already in the intake phase and extends into the compression stroke or is already completed before this. The later the pre-combustion takes place, the more the temperature is reduced when the top dead center is reached. A very early pre-combustion, for example already in the intake phase, causes a part of the charge to be pushed out again as a result of the expansion of the combustion gases. As a result, the filling decreases, so that by the subsequent main combustion a lower indicated mean pressure can be achieved.
  • the pilot injection quantity is injected near bottom dead center, preferably between 270 ° before top dead center and 90 ° before top dead center. More preferably, the injection of the pilot injection takes place between 180 ° before top dead center and 135 ° before top dead center.
  • the pilot injection quantity of fuel is preferably injected in a layered manner, so that a stratified charge is achieved.
  • a layer of ignitable fuel-air mixture in the region of the spark plug can be achieved.
  • the pilot injection quantity can be divided into a plurality of pilot injections, that is, several partial pilot injections take place in rapid succession, which are subsequently ignited. By injecting a plurality of partial pilot injection quantities, the time duration for which an ignitable fuel-air mixture is present in the form of a stratified charge is increased in order to enable reliable ignition and combustion.
  • the main injection amount is preferably injected in the compression phase, with the main injection amount near the top dead center injected between 90 ° before top dead center and top dead center.
  • the injection of the main injection amount takes place between 45 ° before top dead center and top dead center.
  • the main combustion preferably takes place with as homogeneous a charge as possible, ie a homogeneous distribution of the fuel-air mixture in the combustion chamber. Combustion burns the largest amount of fuel in the main combustion, so the work is done during the main combustion cycle. Since the pre-combustion only serves to heat the combustion chamber and the gas therein, a small pre-injection amount of fuel is sufficient.
  • the pilot injection quantity of fuel is less than 10%, preferably less than 5%, of the total injection quantity of pilot injection quantity and main injection quantity. Particularly advantageous is a pre-injection amount of about 2% of the total injection has been found.
  • FIGS. 1 shows the sequence of ignition and injection at the start of the combustion engine with a pre-injection and an ignition for pre-combustion
  • FIG. 2 shows the sequence of ignition and injection at the start of the internal combustion engine with a plurality of partial pilot injections
  • Figure 3 shows the sequence of ignition and injection at the start of the internal combustion engine with multiple ignitions for the precombustion
  • Figure 4 shows the idealized pressure and temperature profile in the combustion chamber at the start of the internal combustion engine according to the inventive method.
  • Figures 1 to 3 show three different processes of ignitions and injection according to the inventive method for a four-stroke gasoline engine.
  • Figures 1 to 3 show diagrams in which the abscissa of the crank angle (KW) in degrees before the dead center in the region of the ignition, the ignition TDC (ZOT), is removed.
  • the power stroke at 630 ° before the ignition TDC (ZOT).
  • the illustrated part of the four-stroke duty cycle ends with the completion of the fourth stroke, the compression stroke, at the ignition TDC (ZOT) at 0 °.
  • valve lift of the intake valve and the exhaust valve is shown schematically.
  • the movements or the valve lift of the exhaust valve is represented by the curve 1 and that of the intake valve by the curve 2.
  • the diagrams show a total of three and a half cycles of the four-stroke process. From the third clock, only the second half is shown, namely the crank angle range from 630 ° to 540 ° before the ignition TDC (ZOT).
  • the work is carried out, whereby the combustion of the fuel-air mixture, the gas mixture expands and moves the piston down.
  • the exhaust valve Shortly before reaching the bottom dead center (UT) at 540 ° before the ignition TDC (ZOT), the exhaust valve is gradually opened. The exhaust valve continues to open during the fourth stroke to approximately half of the fourth stroke.
  • the exhaust valve is almost completely exhausted again. concluded.
  • the fuel gases are expelled from the combustion chamber by the movement of the piston from bottom dead center (UT) to top dead center (TDC).
  • TDC top dead center
  • TDC bottom dead center
  • ZOT ignition TDC
  • the compression stroke the gas in the combustion chamber is compressed by the movement of the piston from bottom dead center (UT) to ignition TDC (ZOT).
  • ZOT 180 ° to 0 ° before ignition TDC
  • ZOT 180 ° to 0 ° before ignition TDC
  • ZOT is a first execution of the method shortly after the bottom dead center (UT) at 180 ° before ignition TDC (ZOT) a pre-combustion
  • the pre-combustion 3 comprises a pre-injection 5 and a pre-ignition 6, which takes place shortly after the pre-injection 5.
  • the pre-injection 5 takes place in the first half of the second cycle, shortly after reaching bottom dead center (UT), so that the entire pre-combustion 3 is completed within the first half of the second cycle.
  • the pre-combustion 3 is used to heat the gases in the combustion chamber before the main combustion takes place 4 to significantly increase the temperature when reaching the ignition TDC (ZOT) compared to a four-stroke process without pre-combustion.
  • the pre-combustion 3 is not used to generate a torque of the internal combustion engine.
  • the amount of fuel is indicated by the length of the beam representing the pilot injection 5 along the abscissa.
  • the length of the beam of the pilot injection 5 corresponds to the duration of the pilot injection 5 and thus the injection quantity. The same applies to the injection quantity of the main injection 7.
  • the lengths of the bars are not in the illustrated figures scale.
  • the amount of fuel of the pilot injection 5 is preferably about
  • the total injection quantity includes all injections of a complete four-stroke process, that is to say in the present case the injection quantity of the pilot injection 5 and the injection quantity of the main injection 7.
  • the main combustion 4 is divided into a main injection 7 and a main ignition 8, which take place shortly before reaching the ignition TDC (ZOT).
  • the main combustion 4 is used to generate torque of the internal combustion engine.
  • the pre-combustion 3 is divided into a pre-injection 5 and a pre-ignition 6.
  • the pre-injection 5 can also be divided into partial pre-injections 5, 5 ', 5 ", wherein the Total amount of partial pilot injections 5, 5 ', 5 "of the total amount of the pilot injection 5 may correspond according to Figure 1.
  • the individual partial pilot injections 5, 5 ', 5 " are followed by a single preignition 6.
  • the pre-combustion is subdivided
  • pre-ignitions 6, 6 ', 6 " in three pre-ignitions 6, 6 ', 6 ".
  • FIG. 4 shows the temperature profile 9 and the pressure curve 10 within the combustion chamber via the crank angle (KW). Furthermore, the valve lift of the intake valve and the exhaust valve is shown schematically. It can be seen that at the time shortly after reaching bottom dead center (UT) at 180 ° before ignition TDC (ZOT), that is, in the field of pre-combustion 3 according to one of the embodiments of Figures 1 to 3, a significant increase in temperature 9 to is recorded. The pressure but at the same time is relatively low, indicating that the force on the piston is low in its direction of travel and has little effect on the efficiency of the internal combustion engine.
  • UT bottom dead center
  • ZOT ignition TDC

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Abstract

Verfahren zum Betreiben einer fremdgezündeten direkteinspritzenden Verbrennungskraftmaschine bei dem eine Voreinspritzmenge an Kraftstoff eingespritzt wird und für eine Vorverbrennung 3 gezündet wird und im selben Arbeitszyklus anschließend eine Haupteinspritzmenge an Kraftstoff eingespritzt wird und für eine Hauptverbrennung 4 gezündet wird.

Description

Verfahren zum Betreiben einer fremdgezündeten direkteinspritzenden Verbrennungskraftmaschine
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer fremdgezündeten direkteinspritzenden Verbrennungskraftmaschine, vorzugsweise eines Viertakt-Ottomotors, wobei das Verfahren insbesondere zum Betreiben der Verbrennungskraftmaschine unter Kaltstartbedingungen dient.
Das Kaltstartverhalten, beziehungsweise die Fähigkeit, bei niedrigen Temperaturen überhaupt zu starten, kann bekanntermaßen bei Verbrennungskraftmaschinen dadurch verbessert werden, dass eine erhöhte Menge an Kraftstoff in die Zylinder eingespritzt wird. Insbesondere bei Kraftstoffen mit schlechtem Verdampfungsverhalten bei niedrigen Temperaturen, z. B. Alkoholkraftstoffen, beziehungsweise bei deren Mischungen mit erdölbasierten Kraftstoffen, kann dabei eine Hochdruckpumpe zum Fördern des Kraftstoffs ihre Fördergrenzen erreichen.
Um dem Problem der begrenzten Fördermengen zu begegnen, schlägt DE 10 2009 037 294 A1 ein Verfahren zum Starten einer mehrzylindrigen direkteinspritzenden Verbrennungskraftmaschine vor, bei dem zumindest gruppenweise unabhängig steuerbaren Einspritzventilen in den Zylindern vorgesehen sind, wobei Kraftstoff von mindestens einer Einspritzpumpe über zumindest einen Kraftstoffrail zur Verfügung gestellt wird. Beim Anlassen der Verbrennungskraftmaschine unter Kaltstartbedingungen spritzen die Einspritzventile einer Starterzylindergruppe eine erhöhte Startmenge an Kraftstoff in die Starterzylinder ein. Die Einspritzventile einer Abschaltzylindergruppe spritzen keinen oder weniger als die erhöhte Startmenge an Kraftstoff in die Abschaltzylinder ein. Das bedeutet, dass im Wesentlichen der von der mindestens einen Einspritzpumpe zur Verfügung gestellte Kraftstoff in die Starterzylindergruppe eingespritzt werden kann und nicht auf alle Zylinder der Verbrennungskraftmaschine verteilt wird. Hierdurch soll erzielt werden, dass für jeden einzelnen Zylinder der Starterzylindergruppe eine höhere Menge an Kraftstoff bereitgestellt werden kann.
Die DE 10 2006 025 920 A1 schlägt zur Verbesserung des Kaltstartverhaltens vor, zusätzlich zu dem normalen Betriebskraftstoff einen Startkraftstoff, welcher eine hinreichende Entzündlichkeit aufweist, um einen Kaltstart der Verbrennungskraftma- schine zu ermöglichen, einzuspritzen. Nachteilig ist hier der erhöhte Bauaufwand für die Speicherung und für die Zuführung eines zweiten Kraftstoffs für die Verbrennungskraftmaschine.
Unter Kaltstartbedingungen im Sinne der Erfindung sind insbesondere solche Bedin- gungen zu verstehen, bei denen die Verbrennungskraftmaschine nicht die Betriebstemperatur erreicht hat, insbesondere, wenn niedrige Umgebungstemperaturen, z. B. Temperaturen unter minus 10 Grad Celsius, vorherrschen. Kaltstartbedingungen liegen insbesondere dann vor, wenn bei einer Haupteinspritzung einer maximal zur Verfügung stehenden Kraftstoffmenge eine nicht ausreichende Kraftstoffmenge ver- dunstet und verdampft werden kann, um eine sichere Entflammung des Kraftstoff- Luft-Gemischs zu ermöglichen. Hierbei beeinflussen die Art und die Qualität des Kraftstoffs, bzw. der Alkohol-, insbesondere Ethanolanteil die Verdampfungseigenschaften und bestimmten somit ebenfalls die Kaltstartbedingungen. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, welches auf einfache Weise zur Verbesserung des Kaltstartverhaltens von fremdgezündeten Verbrennungskraftmaschine mit Direkteinspritzung beitragen.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betreiben einer fremdgezündeten direkt- einspritzenden Verbrennungskraftmaschine gelöst, bei dem eine Voreinspritzmenge an Kraftstoff eingespritzt wird und für eine Vorverbrennung gezündet wird und in demselben Arbeitszyklus anschließend eine Haupteinspritzmenge an Kraftstoff eingespritzt wird und für eine Hauptverbrennung gezündet wird. Im Gegensatz zu herkömmlichen Verbrennungsverfahren, bei denen eine einzige Verbrennung, eine Hauptverbrennung, stattfindet, wird beim erfindungsgemäßen Verfahren in einem Arbeitszyklus eine weitere Verbrennung, die Vorverbrennung, vorgesehen. Ein Arbeitszyklus umfasst hierbei vier Prozessschritte, nämlich Ansau- gen, Verdichten, Arbeiten und Ausstoßen. Durch die Vorverbrennung einer gegenüber der Hauptverbrennung geringeren Kraftstoffmenge nahe dem unteren Totpunkt wird das Gas im Brennraum vor Einleitung der Hauptverbrennung vorgewärmt. Wenn es sich bei dem Arbeitszyklus um einen Viertaktarbeitszyklus handelt, wie bei Ottomotoren, finden die beiden Verbrennungen innerhalb eines halben Arbeitszyklus statt, gegebenenfalls sogar innerhalb eines Taktes, nämlich dem Kompressionstakt, statt. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird sichergestellt, dass die Zylinderladung schon früh im Prozess vorgewärmt wird, so dass bedingt durch die sich anschließende Kompression eine deutliche Temperaturerhöhung zum oberen Totpunkt hin resultiert.
Hierbei kann die Voreinspritzmenge vorzugsweise in der Kompressionsphase eingespritzt werden, es ist jedoch auch denkbar, dass die Einspritzung der Voreinspritzmenge bereits in der Ansaugphase startet und bis in den Kompressionstakt hineinreicht oder vor diesem bereits abgeschlossen ist. Je später die Vorverbrennung statt- findet, umso mehr wird die Temperatur bei Erreichen des oberen Totpunktes reduziert. Eine sehr frühe Vorverbrennung, zum Beispiel bereits in der Ansaugphase, führt dazu, dass ein Teil der Ladung infolge der Ausdehnung der Verbrennungsgase wieder ausgeschoben wird. Hierdurch sinkt die Füllung, so dass durch die anschließende Hauptverbrennung ein geringerer indizierter Mitteldruck erzielt werden kann.
Die Voreinspritzmenge wird nahe dem unteren Totpunkt, vorzugsweise zwischen 270° vor dem oberen Totpunkt und 90° vor dem oberen Totpunkt eingespritzt. Weiter bevorzugt findet die Einspritzung der Voreinspritzmenge zwischen 180 ° vor dem oberen Totpunkt und 135° vor dem oberen Totpunkt statt.
Die Voreinspritzmenge an Kraftstoff wird vorzugsweise geschichtet eingespritzt, so dass eine Schichtladung erzielt wird. Somit lässt sich trotz Einspritzung einer geringen Menge an Kraftstoff eine Schicht zündfähigen Kraftstoff-Luftgemischs im Bereich der Zündkerze erzielen. Die Voreinspritzmenge kann auf mehrere Voreinspritzungen aufgeteilt werden, das heißt, es finden mehrere Teilvoreinspritzungen kurz hintereinander statt, die anschließend gezündet werden. Durch das Einspritzen mehrerer Teilvoreinspritzmen- gen wird die Zeitdauer erhöht, zu der ein zündfähiges Kraftstoff-Luftgemisch in Form einer Schichtladung vorliegt, um ein sicheres Zünden und Verbrennen zu ermöglichen.
Ferner kann vorgesehen sein, dass für die Vorverbrennung mehrfach gezündet wird, also mehrere Zündungen stattfinden. Durch mehrfache Zündungen wird die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass eine Zündung auf jeden Fall zu einem Zeitpunkt stattfindet, zu dem ein zündfähiges Kraftstoff-Luftgemisch an der Zündkerze vorherrscht.
Die Haupteinspritzmenge wird vorzugsweise in der Kompressionsphase eingespritzt, wobei die Haupteinspritzmenge nahe dem oberen Totpunkt zwischen 90° vor dem oberen Totpunkt und dem oberen Totpunkt eingespritzt wird. Vorzugsweise findet die Einspritzung der Haupteinspritzmenge zwischen 45° vor dem oberen Totpunkt und dem oberen Totpunkt statt. Die Hauptverbrennung findet vorzugsweise bei einer möglichst homogenen Ladung, also einer homogenen Verteilung des Kraftstoff- Luftgemischs im Brennraum, statt. Verbrannt wird bei der Hauptverbrennung die größte Menge an Kraftstoff, so dass während der Hauptverbrennung im Zyklus die Arbeit geleistet wird. Da die Vorverbrennung lediglich der Erwärmung des Brennraums und des darin befindlichen Gases dient, reicht eine geringe Voreinspritzmenge an Kraftstoff aus. Vorzugsweise beträgt die Voreinspritzmenge an Kraftstoff weniger als 10 %, vorzugsweise weniger als 5 %, der Gesamteinspritzmenge aus Voreinspritzmenge und Haupteinspritzmenge. Besonders vorteilhaft hat sich eine Voreinspritzmenge von etwa 2 % der Gesamteinspritzmenge herausgestellt.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Hierin zeigt: Figur 1 den Ablauf von Zündung und Einspritzung beim Start der Verbrennungs- kraftmaschine mit einer Voreinspritzung und einer Zündung für die Vorverbrennung,
Figur 2 den Ablauf von Zündung und Einspritzung beim Start der Verbrennungs- kraftmaschine mit mehreren Teilvoreinspritzungen,
Figur 3 den Ablauf von Zündung und Einspritzung beim Start der Verbrennungskraftmaschine mit mehreren Zündungen für die Vorverbrennung, und Figur 4 den idealisierten Druck- und Temperaturverlauf im Brennraum beim Start der Verbrennungskraftmaschine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Die Figuren 1 bis 3 zeigen drei unterschiedliche Abläufe von Zündungen und Einspritzung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren für einen Viertakt-Otto-Motor. Die Figuren 1 bis 3 zeigen Diagramme, bei denen auf der Abszisse der Kurbelwinkel (KW) in Grad vor dem Totpunkt im Bereich der Zündung, dem Zünd-OT (ZOT), abgetragen ist. Ganz links beginnt der dargestellte Teil des Viertaktarbeitszyklus in der Mitte des dritten Taktes, dem Arbeitstakt, bei 630° vor dem Zünd-OT (ZOT). Ganz rechts endet der dargestellte Teil des Viertaktarbeitszyklus mit dem Abschluss des vierten Takts, dem Kompressionstakt, am Zünd-OT (ZOT) bei 0°.
Auf der Ordinate ist schematisch die Ventilerhebung des Einlassventils und des Auslassventils abgetragen. Die Bewegungen bzw. die Ventilerhebung des Auslassventils ist durch die Kurve 1 dargestellt und die des Einlassventils durch die Kurve 2.
Die Diagramme zeigen insgesamt dreieinhalb Takte des Viertakt-Prozesses. Vom dritten Takt ist lediglich die zweite Hälfte dargestellt, nämlich der Kurbelwinkelbereich von 630° bis 540° vor dem Zünd-OT (ZOT). Während des dritten Taktes wird die Arbeit verrichtet, wobei sich durch die Verbrennung des Kraftstoff-Luftgemischs das Gasgemisch ausdehnt und den Kolben nach unten bewegt. Kurz vor Erreichen des unteren Totpunkts (UT) bei 540° vor dem Zünd-OT (ZOT) wird das Auslassventil allmählich geöffnet. Das Auslassventil wird während des vierten Taktes bis ca. zur Erreichung der Hälfte des vierten Takts weiter geöffnet. Am Ende des vierten Takts bei 360° vor Zünd-OT (ZOT) ist das Auslassventil wieder annähernd vollständig ge- schlössen. Während des vierten Taktes werden die Brenngase aus dem Brennraum ausgestoßen, und zwar durch die Bewegung des Kolbens vom unteren Totpunkt (UT) zum oberen Totpunkt (OT). Während des ersten Taktes von 360° bis 180° vor Zünd-OT (ZOT) ist das Einlassventil geöffnet, so dass durch die Bewegung des Kol- bens vom oberen Totpunkt (OT) zum unteren Totpunkt (UT) Frischluft angesaugt wird. Im größten Teil des zweiten Taktes, dem Verdichtungstakt, wird das Gas im Brennraum durch die Bewegung des Kolbens vom unteren Totpunkt (UT) zum Zünd- OT (ZOT) komprimiert. Während des zweiten Taktes von 180° bis 0° vor Zünd-OT (ZOT) wird nach einer ersten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kurz nach dem unteren Totpunkt (UT) bei 180° vor Zünd-OT (ZOT) eine Vorverbrennung
3 durchgeführt. Kurz vor Erreichen des Zünd-OT (ZOT) wird eine Hauptverbrennung
4 durchgeführt.
Bei der Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Figur 1 umfasst die Vor- Verbrennung 3 eine Voreinspritzung 5 und eine Vorzündung 6, die kurz nach der Voreinspritzung 5 stattfindet. Die Voreinspritzung 5 findet in der ersten Hälfte des zweiten Taktes statt, kurz nach Erreichen des unteren Totpunkts (UT), so dass die gesamte Vorverbrennung 3 innerhalb der ersten Hälfte des zweiten Taktes abgeschlossen ist. Die Vorverbrennung 3 dient der Erwärmung der Gase im Brennraum, bevor die Hauptverbrennung 4 stattfindet, um die Temperatur bei Erreichen des Zünd-OT (ZOT) gegenüber einem Viertakt- Prozess ohne Vorverbrennung deutlich zu erhöhen. Die Vorverbrennung 3 dient nicht zur Erzeugung eines Drehmoments der Verbrennungskraftmaschine. Da die Vorverbrennung 3 im Bereich des unteren Totpunkts (UT) bei 180° vor Zünd-OT (ZOT) bzw. kurz davor oder danach stattfindet, ist zu beachten, dass die Kräfte, die durch die Vorverbrennung 3 auf den Kolben einwirken, nicht zu groß sind, um den Kolben nicht in seiner Aufwärtsbewegung in Richtung zum Zünd-OT (ZOT) abzubremsen.
Da die Vorverbrennung 3 lediglich der Erwärmung des Brennraums dient, reichen sehr geringe Kraftstoffmengen aus. Die Kraftstoffmenge ist durch die Länge des Balkens, der die Voreinspritzung 5 repräsentiert, entlang der Abszisse erkennbar. Die Länge des Balkens der Voreinspritzung 5 entspricht der Zeitdauer der Voreinspritzung 5 und damit der Einspritzmenge. Dasselbe gilt für die Einspritzmenge der Haupteinspritzung 7. Die Längen der Balken sind in den dargestellten Figuren nicht maßstabgetreu. Die Kraftstoffmenge der Voreinspritzung 5 beträgt vorzugsweise ca.
2 % der Gesamteinspritzmenge. Die Gesamteinspritzmenge umfasst sämtliche Einspritzungen eines vollständigen Viertakt-Prozesses, also im vorliegenden Fall der Einspritzmenge der Voreinspritzung 5 und die Einspritzmenge der Haupteinspritzung 7.
Die Hauptverbrennung 4 unterteilt sich in eine Haupteinspritzung 7 und eine Hauptzündung 8, welche kurz vor Erreichen des Zünd-OT (ZOT) stattfinden. Die Hauptverbrennung 4 dient der Drehmomenterzeugung der Verbrennungskraftmaschine.
Figur 1 zeigt eine Ausführung des Verfahrens, bei dem die Vorverbrennung 3 aufgeteilt ist in eine Voreinspritzung 5 und eine Vorzündung 6. Wie in Figur 2 dargestellt, kann die Voreinspritzung 5 auch in Teilvoreinspritzungen 5, 5', 5" aufgeteilt sein, wobei sich die Gesamtmenge der Teilvoreinspritzungen 5, 5', 5" der Gesamtmenge der Voreinspritzung 5 gemäß Figur 1 entsprechen kann. An die einzelnen Teilvoreinspritzungen 5, 5', 5" schließt sich eine einzige Vorzündung 6 an. Durch das Einspritzen mehrerer Teilvoreinspritzmengen wird die Zeitdauer erhöht, zu der ein zündfähiges Kraftstoff-Luftgemisch in Form einer Schichtladung an der Zündkerze vorliegt, um ein sicheres Zünden und Verbrennen zu ermöglichen.
In der Ausführung des Verfahrens gemäß Figur 3 unterteilt sich die Vorverbrennung
3 in eine Voreinspritzung 5, wie sie auch in Figur 1 dargestellt ist, und in drei Vorzündungen 6, 6', 6". Denkbar ist auch eine Variante, bei der mehrere Teilvoreinspritzungen stattfinden und mehrere Vorzündungen. Durch mehrfache Zündungen wird die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass eine Zündung auf jeden Fall zu einem Zeitpunkt stattfindet, zu dem ein zündfähiges Kraftstoff-Luftgemisch an der Zündkerze vorherrscht.
Figur 4 zeigt den Temperaturverlauf 9 und den Druckverlauf 10 innerhalb des Brenn- raums über den Kurbelwinkel (KW). Ferner ist schematisch die Ventilerhebung des Einlassventils und des Auslassventils dargestellt. Erkennbar ist, dass zum Zeitpunkt kurz nach Erreichen des unteren Totpunkts (UT) bei 180° vor Zünd-OT (ZOT), das heißt, im Bereich der Vorverbrennung 3 gemäß einer der Ausführungen nach den Figuren 1 bis 3, ein deutlicher Temperaturanstieg 9 zu verzeichnen ist. Der Druckan- stieg 10 zum selben Zeitpunkt ist jedoch verhältnismäßig gering, was darauf hindeutet, dass die Kraft auf den Kolben entgegen seiner Bewegungsrichtung gering ist und nur einen geringen Einfluss auf den Wirkungsgrad der Verbrennungskraftmaschine hat.
Bezugszeichenliste
1 Ventilerhebung des Auslassventils
2 Ventilerhebung des Einlassventils
3 Vorverbrennung
4 Hauptverbrennung
5, 5', 5" Voreinspritzung
6, 6', 6" Vorzündung
7 Haupteinspritzung
8 Hauptzündung
9 Temperaturverlauf
10 Druckverlauf
KW Kurbelwinkel
OT oberer Totpunkt
UT unterer Totpunkt
ZOT Zünd-OT

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zum Betreiben einer fremdgezündeten direkteinspritzenden Verbrennungskraftmaschine bei dem eine Voreinspritzmenge an Kraftstoff eingespritzt wird und für eine Vorverbrennung (3) gezündet wird und im selben Arbeitszyklus anschließend eine Haupteinspritzmenge an Kraftstoff eingespritzt wird und für eine Hauptverbrennung (4) gezündet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Voreinspritzmenge in der Ansaugphase und/oder der Kompressionsphase eingespritzt wird.
3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Voreinspritzmenge nahe dem unteren Totpunkt (UT) zwischen 270° vor dem oberen Totpunkt (ZOT) und 90° vor dem oberen Totpunkt (ZOT), vorzugsweise zwischen 180° vor dem oberen Totpunkt (ZOT) und 135° vor dem oberen Totpunkt (ZOT), eingespritzt wird.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Voreinspritzmenge an Kraftstoff geschichtet eingespritzt wird.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Voreinspritzmenge auf mehrere Voreinspritzungen (5, 5', 5") aufgeteilt wird.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Vorverbrennung (3) mehrfach gezündet wird.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Voreinspritzmenge an Kraftstoff geschichtet eingespritzt wird.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haupteinspritzmenge in der Kompressionsphase eingespritzt wird.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haupteinspritzmenge nahe dem oberen Totpunkt (ZOT) zwischen 90° vor dem oberen Totpunkt (ZOT) und 0° vor dem oberen Totpunkt (ZOT), vorzugsweise zwischen 45° vor dem oberen Totpunkt (ZOT) und 0° vor dem oberen Totpunkt (ZOT), eingespritzt wird.
10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptverbrennung (4) bei homogener Ladung stattfindet.
1 1 . Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Voreinspritzmenge an Kraftstoff weniger als 10 %, vorzugsweise weniger als 5 %, der Gesamteinspritzmenge aus Voreinspritzmenge und Haupteinspritzmenge beträgt.
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