-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben
einer Brennkraftmaschine.
-
Steigende
Energiekosten und Verschärfungen
gesetzlicher Bestimmungen bezüglich
des zulässigen
Kraftstoffverbrauchs oder der zulässigen Schadstoffemissionen
von Kraftfahrzeugen, in denen Brennkraftmaschinen angeordnet sind,
machen es erforderlich, Maßnahmen
zu ergreifen, um einerseits den Kraftstoffverbrauch von Brennkraftmaschinen
zu senken und andererseits sicherzustellen, dass die von dem Kraftfahrzeug
ausgestoßenen
Schadstoffemissionen geringe Werte einnehmen. In diesem Zusammenhang
ist es bekannt geworden, Brennkraftmaschinen, insbesondere benzinbetriebene,
in bestimmten Betriebspunkten mit einem selbstzündenden Brennverfahren zu betreiben,
das auch als Homogeneous Charge Compression Ignition (HCCI), Controlled
Auto Ignition (CAI) oder Raumzündungsverfahren
(RZV) genannt wird. Bei diesem selbstzündenden Brennverfahren wird
die Selbstzündung
und damit der Verbrennungsverlauf über die reaktive Energiemenge
in dem Zylinder der Brennkraftmaschine gesteuert. Diese Energiemenge
kann unter anderem durch einen im Vergleich zum konventionell gezündeten Ottomotorenbetrieb
sehr hohen Restgasanteil bereitgestellt werden. Auch für konventionell
gezündete
Ottomotoren ist es bekannt, im unteren und mittleren Teillastbereich
die Brennkraftmaschine mit einer hohen Abgasrückführrate zu betreiben, um die Verbrennung
bezüglich
der Gütekriterien
Verbrauch und Emissionen zu optimieren.
-
Thermodynamische
Grundlagen derartiger selbstzündender
Brennverfahren sind in dem Fachartikel „Verbrennungssteuerung durch
Selbstzündung,
Teil 1: Thermodynamische Grundlagen", Motortechnische Zeitschrift 1/2004,
Jahrgang 65, Seiten 56 bis 62 offenbart.
-
Die
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Betreiben einer Brennkraftmaschine zu schaffen, die einen hohen
Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine ermöglichen.
-
Die
Aufgabe wird gelöst
durch die Merkmale der unabhängigen
Patentansprüche.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
-
Die
Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren und eine korrespondierende
Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mindestens
einem Zylinder, in dem ein Brennraum ausgebildet ist und dem ein
Kolben zugeordnet ist, mit einem Ansaugtrakt, der abhängig von
der Stellung eines Gaseinlassventils mit dem Brennraum des Zylinders kommuniziert,
mit einem Abgastrakt, der abhängig von
der Stellung eines Gasauslassventils mit dem Brennraum des Zylinders
kommuniziert, mit einem Einspritzventil, das zum Zumessen von Kraftstoff
vorgesehen ist, und mit einer Einblasevorrichtung, die zum Einblasen
von Gas direkt in den Brennraum des Zylinders unabhängig von
der Stellung des Gaseinlassventils und unabhängig von dem Zumessen des Kraftstoffs
vorgesehen ist. Die Einblasevorrichtung wird zum Einblasen von Gas
angesteuert innerhalb eines Einblas-Kurbelwellenwinkelfensters,
das sich von einem Beginn-Kubelwellenwinkel nahe zu einem Schließt-Kurbelwellenwinkel
des Gaseinlassventils bis zu einem Ende-Kurbelwellenwinkel in dem Bereich des
folgenden oberen Tot punkts des Kolbens erstreckt. Das einzublasende
Gas kann beispielsweise Sauerstoff umfassen, es kann jedoch beispielsweise
auch im Wesentlichen aus einem Inertgas, wie zum Beispiel Stickstoff,
oder einem Edelgas bestehen oder einem Gas, das an einer Verbrennung
des in dem Brennraum befindlichen Luft/Kraftstoff-Gemisches maximal
als ein energiearmer Partner teilnimmt. Durch den Einblasevorgang
des Gases während
des Einblas-Kurbelwellenwinkelfensters kann die Verbrennung des
Luft/Kraftstoff-Gemisches in dem Zylinder vorteilhaft beeinflusst
werden, insbesondere bei einer Selbstzündung des Luft/Kraftstoff-Gemisches
in dem Zylinder. Bevorzugt hängt das
Einblasen des Gases durch die Einblasevorrichtung ab von mindestens
einer Betriebsgröße der Brennkraftmaschine.
-
Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Einblasevorrichtung
zum Einblasen des Gases angesteuert abhängig von einem durch die Brennkraftmaschine
zu erzeugenden Drehmoment. Auf diese Weise kann insbesondere bei
höheren
zu erzeugenden Drehmomenten zusätzliches Gas,
in diesem Fall enthaltend Sauerstoff, eingeblasen werden und so
bei entsprechendem Vorhandensein von korrespondierendem Kraftstoff
die durch die Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches freizusetzende
Energie erhöht
werden. Auf diese Weise kann auch ein Betriebsbereich, in dem die
Brennkraftmaschine mit Selbstzündung
des Luft/Kraftstoff-Gemisches betrieben werden kann erweitert werden.
-
Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird die Einblasevorrichtung
zum Einblasen des Gases angesteuert abhängig von einem vorgegebenen
Beginn der Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches in dem jeweiligen
Zylinder. Dies hat den Vorteil, dass durch das Einblasen des Gases
ein Beginn der Verbrennung beeinflusst werden kann, insbesondere bei
der Selbstzündung
des Luft/Kraftstoff-Gemisches in dem Brennraum durch das Beeinflussen
der Temperatur des in dem Brennraum befindlichen Gemisches.
-
Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird die Einblasevorrichtung
zum Einblasen des Gases angesteuert abhängig von einer vorgegebenen
Dauer der Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches in dem jeweiligen
Zylinder. Auf diese Weise können
beispielsweise extrem hohe Druckgradienten während der Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches
vermieden werden, die die Brennkraftmaschine schädigen können und so kann ferner ein
Klopfen vermieden werden. Durch die so ebenfalls gesenkte Verbrennungsspitzentemperatur
kann auch die Bildung von Stickoxiden effizient verringert werden.
-
Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird die Einblasevorrichtung
zum Einblasen des Gases angesteuert abhängig von einer vorgegebenen
Strömung
des Gemisches in dem jeweiligen Zylinder. Die Strömung kann
beispielsweise so vorgegeben sein, dass das zusätzlich eingeblasene Gas an
Zylinderinnenwänden
des Zylinders entlang strömt
und so vorteilhaft thermisch isolierend wirkt und damit Wandwärmeverluste
reduziert werden. Auf diese Weise kann der Verbrennungswirkungsgrad gesteigert
werden. Ferner kann durch eine geeignet vorgegebene Strömung des
Gemisches unterstützt durch
den Einblasevorgang des Gases auch eine gegebenenfalls gesenkte
Verbrennungsspitzentemperatur erreicht werden und die Bildung von
Stickoxiden so verringert werden. Die Einblasevorrichtung ermöglicht so
das gezielte Einstellen der vorgegebenen Strömung des Gemisches.
-
Ein
für die
Kurbelwellenwinkel bezogene Lage des Einblasens des Gases repräsentativer
Kurbelwellenwinkel dient als Ein griffsparameter im Rahmen des Steuerns
des Einblasens des Gases durch die Einblasevorrichtung. Dies zeichnet
sich dadurch aus, dass dieser Eingriffsparameter besonders einfach
einstellbar ist.
-
Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung dient eine einzublasende Gasmasse
als Eingriffsparameter im Rahmen des Steuerns des Einblasens des
Gases durch die Einblasevorrichtung. Dies hat den Vorteil, dass
durch diesen Eingriffsparameter insbesondere wirkungsvoll gewünschte Wirkungen eingestellt
werden können.
-
Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird die Einblasevorrichtung
angesteuert zum mehrfachen gepulsten Einblasen von Gas innerhalb
des Einblas-Kurbelwellenwinkelfensters.
Auf diese Weise kann beispielsweise insbesondere eine gewünschte Verteilung
des eingeblasenen Gases präzise
erreicht werden oder auch besonders gut die vorgegebene Strömung des
Gemisches in dem jeweiligen Zylinder eingestellt werden.
-
Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird die Einblasevorrichtung
zum Einblasen des Gases angesteuert abhängig von einer Kenngröße, die
repräsentativ
ist für
eine in dem Brennraum befindliche Abgasmasse vor der Verbrennung
des Luft/Kraftstoff-Gemisches. Auf diese Weise kann die Temperatur
des Gemisches in dem Brennraum des Zylinders sehr gut beeinflusst
werden und insbesondere präzise
eingestellt werden, da insbesondere durch die in dem Brennraum befindliche
Abgasmasse zunächst
die Temperatur des Gemisches maßgeblich
beeinflusst wird und so durch das Zumessen des eingeblasenen Gases
sehr präzise
eingestellt werden kann. Dies kann insbesondere im Hinblick auf
das gezielte Einstellen des Beginns der Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches
im Rahmen des Selbstzündungsprozesses
wesentlich sein. Ferner kann auch auf diese Weise die Füllung des
Brennraums mit dem Gemisch sehr geeignet eingestellt werden.
-
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert. Es
zeigen:
-
1 eine
Brennkraftmaschine mit einer Steuervorrichtung,
-
2 eine
Schnittdarstellung einer Zumessbaueinheit,
-
3 ein
Blockschaltbild eines Teils der Steuervorrichtung und
-
4 Druckverläufe des
Drucks in dem Brennraum und Ventilhubverläufe.
-
Elemente
gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen
Bezugszeichen gekennzeichnet.
-
Eine
Brennkraftmaschine umfasst einen Ansaugtrakt 1, einen Motorblock 2,
einen Zylinderkopf 3 und einen Abgastrakt 4. Der
Ansaugtrakt 1 umfasst bevorzugt eine Drosselklappe 5,
ferner einen Sammler 6 und ein Saugrohr 7, das
hin zu einem Zylinder Z1 über
einen Einlasskanal in den Motorblock 2 geführt ist.
Der Motorblock 2 umfasst ferner eine Kurbelwelle 8,
welche über
eine Pleuelstange 10 mit dem Kolben 11 des Zylinders
Z1 gekoppelt ist.
-
Der
Zylinderkopf 3 umfasst einen Ventiltrieb mit einem Gaseinlassventil 12 und
einem Gasauslassventil 13. Ferner ist dem Ventiltrieb bevorzugt
jeweils für
das Gaseinlassventil 12 und gegebenenfalls auch für das Gasauslassventil 13 ein
Phasenversteller 14, 15 zugeordnet, mittels dessen
eine Phase des Gaseinlassventilhubverlaufs beziehungsweise des Gasauslassventilhubverlaufs
bezogen auf einen Referenzpunkt bezüglich der Kurbelwelle verstellbar
ist. Darüber
hinaus ist bevorzugt mindestens ein Ventilhubversteller vorgesehen
mittels dessen der Ventilhub des Gaseinlassventils 12 und/oder
des Gasauslassventils 13 verstellbar ist. Alternativ kann
dem Ventiltrieb für
jeweils das Gaseinlassventil 12 und/oder das Gasauslassventil 13 ein
vollvariabler Ventiltrieb zugeordnet sein, der beispielsweise als elektromagnetischer,
piezoelektrischer, elektropneumatischer, elektrohydraulischer oder
als sonstiger dem zuständigen
Fachmann für
diese Zwecke bekannter Stellantrieb ausgebildet sein kann.
-
Der
Zylinderkopf 3 umfasst ferner neben einer Zündkerze 33 ein
Einspritzventil und eine Einblasevorrichtung. Besonders bevorzugt
sind das Einspritzventil und die Einblasevorrichtung in einer Baueinheit
und zwar in einer Zumessbaueinheit 18 angeordnet. Die Zumessbaueinheit 18 umfasst
einen Gehäusekörper 19 (2),
der eine erste Ausnehmung 20 aufweist, in die ein Kraftstoffeinlass 21 mündet, der
dazu vorgesehen ist mit einer Kraftstoffversorgung, wie beispielsweise
einem Common Rail, hydraulisch gekoppelt zu sein. Ferner ist in
der ersten Ausnehmung 20 eine Düsennadel 22 angeordnet, die
in einer Schließposition
einen Fluidfluss durch eine Einspritzdüse 23 unterbindet
und diesen in sonstigen Positionen freigibt und somit ein Zumessen
von Fluid, insbesondere Kraftstoff, in den Brennraum des jeweiligen
Zylinders Z1 bis Z4 ermöglicht. Eine
Rückstellfeder 24 stützt sich
auf einen Absatz 25 des Gehäusekörpers 19 an ihrem
einen axialen freien Ende ab und ist an ihrem anderen freien axialen
Ende mit einem Federteller 26 gekoppelt, der wiederum mechanisch
gekop pelt ist mit der Düsennadel 22.
Auf diese Weise wird die Düsennadel 22 ohne das
Einwirken weiterer Kräfte
in ihre Schließposition vorgespannt.
-
Ferner
ist in dem Gehäusekörper 19,
insbesondere in der ersten Ausnehmung 20, ein Aktuator 27 angeordnet,
der auf die Düsennadel 22 einwirkt. Der
Aktuator ist vorzugsweise als Festkörperaktuator, insbesondere
als Piezoaktuator, ausgebildet. Er kann jedoch auch als ein weiterer
dem Fachmann für diesen
Zweck bekannter Aktuator ausgebildet sein, wie beispielsweise ein
elektromagnetischer Aktuator.
-
Der
Gehäusekörper 19 umfasst
ferner eine weitere Ausnehmung 28, die mit einem Gaseinlass 29 kommuniziert,
der bei der bestimmungsgemäß montierten
Zumessbaueinheit 18 mit einer Luftversorgungseinheit pneumatisch
gekoppelt ist, die bevorzugt Luft unter erhöhtem Druck, wie z. B. 6 bar oder
auch mehr oder etwas weniger, zur Verfügung stellt. Dazu kann der
Brennkraftmaschine beispielsweise ein Kompressor zugeordnet sein,
der die Luft entsprechend verdichtet. Ferner ist in der weiteren Ausnehmung 28 ein
Einblaseventil 30 angeordnet, mittels dessen ein Einblasen
der Luft in den Brennraum des Zylinders Z1 steuerbar ist.
-
In
dem Abgastrakt 4 ist ein Abgaskatalysator 34 angeordnet,
der bevorzugt als Dreiwegekatalysator ausgebildet ist.
-
Eine
Steuervorrichtung 36 ist vorgesehen, der Sensoren zugeordnet
sind, die verschiedene Messgrößen erfassen
und jeweils den Wert der Messgröße ermitteln.
Messgrößen und
von diesen abgeleitete Größen werden
im Folgenden als Betriebsgrößen bezeichnet.
Die Steuervorrichtung kann auch als Vorrichtung zum Betreiben der
Brennkraftmaschine bezeichnet werden. Die Steu ervorrichtung 36 ermittelt
abhängig
von mindestens einer der Betriebsgrößen Stellgrößen, die dann in ein oder mehrere
Stellsignale zum Steuern der Stellglieder mittels entsprechender
Stellantriebe umgesetzt werden.
-
Die
Sensoren sind ein Pedalstellungsgeber 37, welcher eine
Pedalstellung PV eines Fahrpedals 38 erfasst, ein Luftmassensensor 39,
welcher einen Luftmassenstrom stromaufwärts der Drosselklappe 5 erfasst,
ein erster Temperatursensor 42, welcher eine Ansauglufttemperatur
TIA erfasst, ein Saugrohrdrucksensor 44, welcher einen
Saugrohrdruck in dem Sammler 6 erfasst, ein Kurbelwellenwinkelsensor 46,
welcher einen Kurbelwellenwinkel CRK erfasst, dem dann eine Drehzahl
N zugeordnet wird. Ferner ist bevorzugt ein Drosselklappenstellungssensor 40 vorgesehen,
der einen TPS Öffnungsgrad der
Drosselklappe 5 erfasst. Ferner ist bevorzugt ein zweiter
Temperatursensor 48 vorgesehen, der eine Kühlmitteltemperatur
erfasst. Ein Zylinderdrucksensor 50 ist bevorzugt vorgesehen,
der einen Druckverlauf in dem Brennraum des Zylinders Z1 erfasst.
Ein Kraftstoffdrucksensor ist vorgesehen, der einen Kraftstoffdruck
P_FUEL erfasst, mit dem das Einspritzventil beaufschlagt wird. Ferner
ist bevorzugt eine Abgassonde 51 vorgesehen, die stromaufwärts des
Abgaskatalysators 34 angeordnet ist und den Restsauerstoffgehalt
des Abgases erfasst.
-
Je
nach Ausführungsform
der Erfindung kann eine beliebige Untermenge der genannten Sensoren
vorhanden sein oder es können
auch zusätzliche
Sensoren vorhanden sein.
-
Die
Stellglieder sind beispielsweise die Drosselklappe 5, die
Gaseinlass- und Gasauslassventile 12, 13, die
Phasenversteller 14A, 15A oder die Ventilhubversteller,
die Drallklappe, das Einspritzventil, die Einblasevorrichtung oder
die Zündkerze.
-
Neben
dem Zylinder Z1 sind bevorzugt auch noch weitere Zylinder Z2 bis
Z4 vorgesehen, denen dann auch entsprechende Stellglieder und gegebenenfalls
Sensoren zugeordnet sind.
-
Anhand
des Blockschaltbilds gemäß der 3 ist
ein relevanter Teil der Steuervorrichtung 36 dargestellt.
Einem Block B1 sind Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine
zugeführt.
Die zugeführten
Betriebsgrößen des
Blockes B1 umfassen beispielsweise die Drehzahl N, den Pedalwert
PV, den Öffnungsgrad
TPS der Drosselklappe 5, den Kurbelwellenwinkel CRK, einen
Umgebungsdruck AMP, der beispielsweise aus dem Messsignal des Saugrohrdrucksensors 44 abgeleitet
sein kann, die Ansauglufttemperatur TIA, eine Phase CAM_IN des Gaseinlassventils und
eine Phase CAM_EX des Gasauslassventils. In diesem Zusammenhang
ist bevorzugt sowohl dem Gaseinlassventil 12 als auch dem
Gasauslassventil 13 eine separate Nockenwelle zugeordnet
und die jeweilige Phase CAM_IN, CAM_EX bezeichnet ist bezogen auf
eine vorgegebene Bezugsstellung der Kurbelwelle 8 und einer
vorgebbaren Winkelmarke auf der jeweiligen Nockenwelle. Die Phase
CAM_IN des Gaseinlassventils 12 ist mittels des Phasenverstellers 14 und
die Phase CAM_EX des Gasauslassventils ist mittels des Phasenverstellers 15 des
Gasauslassventils 13 verstellbar.
-
Ferner
können
dem Block B1 auch weitere Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine
zugeführt sein.
Bevorzugt umfasst der Block B1 auch ein Drehmomentmodell der Brennkraftmaschine,
das bevorzugt entsprechende Kennfelder umfasst und mittels dessen
ein zu erzeugendes Drehmoment TQI_SP ermittelt werden kann und zwar
abhängig
von mindestens einer der Betriebsgrö ßen. Eine Untermenge oder auch
alle der dem Block B1 zugeführten
Betriebsgrößen oder
auch weitere zusätzliche
in dem Block B1 ermittelte Betriebsgrößen oder auch das zu erzeugende
Drehmoment TQI_SP sind dann Blöcken
B2 bis B4 zugeführt.
-
Block
B2 ist ausgebildet zum Ermitteln eines Luftmassenstroms MAF_CYL
in den jeweiligen Brennraum des jeweiligen Zylinders Z1 bis Z4.
Dazu umfasst er bevorzugt ein Saugrohrfüllungsmodell des Ansaugtraktes 1.
-
Ein
Block B4 ist dazu ausgebildet Ausgangsgrößen abhängig von den ihm zugeführten Größen ein
vorgegebenes Luft/Kraftstoff-Verhältnis LAM_SP und/oder
einen vorgegebenen Homogenisierungsgrad HOM_SP des Gemisches und
zwar insbesondere des Luft/Kraftstoff-Gemisches in dem Brennraum
des jeweiligen Zylinders Z1 bis Z4, und/oder einen vorgegebenen
Beginn ST_COMB der Verbrennung und/oder einer vorgegebenen Dauer DUR_COMB
der Verbrennung, und/oder einer vorgegebenen Strömung CURRENT des Gemisches
in dem jeweiligen Brennraum des jeweiligen Zylinders Z1 bis Z4 und/oder
einer Anzahl N_INJ der Einspritzungen des Kraftstoffs und/oder einer
Anzahl N_MAF_ADD an Einblasungen von Gas mittels der Einblasevorrichtung
zu ermitteln und zwar abhängig von
jeweils mindestens einer der Betriebsgrößen oder auch dem zu erzeugenden
Drehmoment TQI_SP.
-
Ferner
ist ein Block B6 vorgesehen, der ausgebildet zum Ermitteln einer
Kenngröße, die
repräsentativ
ist für
eine in dem Brennraum befindliche Abgasmasse vor der Verbrennung
des Luft/Kraftstoff-Gemisches. Bevorzugt ist dies eine Abgasrückführrate EGR.
Das Ermitteln der Abgasrückführrate erfolgt
ebenso abhängig
von mindestens einer der Betriebsgrößen. Die Abgasrückführrate ist
dann beispielhaft dem Block B4 ebenso zugeführt.
-
Der
Block B4 ist ferner dazu ausgebildet abhängig von den ihm zugeführten Größen und
auch den intern in dem Block B4 ermittelten Größen oder Werten für einen
Block B8 zuzumessende Kraftstoffmassen und/und gegebenenfalls ein
Einspritzende EOI_x des Zumessens des Kraftstoffs für den jeweiligen
Zylinder zu ermitteln. Ein x repräsentiert hier und auch im Folgenden
jeweils einen Zähler
für eine erste,
zweite oder auch weitere Zumessungen und zwar von Kraftstoff oder
im Folgenden auch gegebenenfalls von Gas durch die Einblasevorrichtung.
-
Bevorzugt
ist der Block B4 insbesondere ausgebildet zum Ermitteln seiner Ausgangsgrößen zum
Steuern der Selbstzündung
des in dem jeweiligen Brennraum des Zylinders Z1 bis Z4 befindlichen Luft/Kraftstoff-Gemisches.
-
Ein
Block B8 ist vorgesehen, dessen Eingangsgrößen die zuzumessende Kraftstoffmasse M_FUEL_x,
das Einspritzende EOI_x und bevorzugt den Kraftstoffdruck P_FUEL
und eine Kraftstofftemperatur T_FUEL umfassen. Die Kraftstofftemperatur T_FUEL
kann beispielsweise ermittelt sein abhängig von der Kühlmitteltemperatur.
Es kann jedoch auch ein eigener Temperatursensor für diese
Zwecke vorgesehen sein. Abhängig
von den Eingangsgrößen des
Blocks B8 werden in diesem Stellsignale für das jeweilige Einspritzventil
ermittelt. Dies kann beispielsweise umfassen einen Einspritzbeginn
SOI_x und/oder eine Einspritzdauer TI FUEL_x. Entsprechend der in
dem Block B8 ermittelten Stellsignale wird dann das jeweilige Einspritzventil
angesteuert.
-
Ferner
ist der Block B4 auch ausgebildet zum Ermitteln von Eingriffsparametern
im Rahmen des Steuerns des Einblasens des Gases durch die Einblasevorrichtung.
So wird in dem Block B4 beispielsweise abhängig von dem diesem zur Verfügung stehenden
Größen oder
einer Untermenge dieser Größen eine
einzublasende Gasmasse MAF_ADD_x und/oder ein Einblasende EOI_MAF_ADD_x
ermittelt. Dabei ist das Einblasende EOI_MAF_ADD_x ein für die Kurbelwellenwinkel
bezogene Lage des Einblasens des Gases repräsentativer Kurbelwellenwinkel.
-
Ein
Block B10 ist ausgebildet von den ihm zugeführten Eingangsgrößen, wie
beispielsweise der einzublasenden Gasmasse MAF_ADD_x, des Einblasendes
EOI_MAF_ADD_x und unter Berücksichtigung
eines Einblasegasdrucks P_AIR und/oder einer Einblasegastemperatur
T_AIR ein Stellsignal für
die Einblasevorrichtung zu ermitteln und diese entsprechend anzusteuern.
Das Stellsignal kann beispielsweise einen Einblasbeginn SOI_AIR_x
und/oder Einblasdauer TI_AIR_x umfassen.
-
Das
Ermitteln der Ausgangsgrößen des
Blockes B4 erfolgt beispielsweise derart, dass im Rahmen der Selbstzündung des
Luft/Kraftstoff-Gemisches in dem jeweiligen Brennraum das einzustellende
Drehmoment TQI_SP möglichst
präzise
eingestellt werden kann, auch wenn es einen relativ hohen Wert annimmt.
Ferner erfolgt das Ermitteln der Ausgangsgrößen des Blocks B4 ebenfalls
im Rahmen der beabsichtigten Selbstzündung des Gemisches in dem
Brennraum bevorzugt ferner in dem Sinne, dass die vorgegebene Strömung CURRENT
geeignet eingestellt werden kann, um so insbesondere den Wirkungsgrad
der Verbrennung möglichst
hoch einzustellen. Ferner erfolgt das Ermitteln der Ausgangsgrößen auch
derart, dass der Beginn der Verbrennung ST_COMB und/oder die vorgegebene
Dauer der Verbrennung DUR_COMB gezielt eingestellt werden. Auf diese Weise
kann bei geeigneter Ansteuerung der Einblasevorrichtung so sichergestellt werden,
dass auch bei hohen Drehzahlen und einer hohen Last das Gemisch
in dem Brennraum nicht zu früh
gezündet
wird. Dies kann insbesondere dadurch sichergestellt werden, dass
das eingeblasene Gas insgesamt kühlend
auf das in dem Brennraum befindliche Gemisch wirkt. Das eingeblasene
Gas mittels der Einblasevorrichtung kann insbesondere im Hinblick
auf das Beeinflussen des vorgegebenen Beginns ST_COMB der Verbrennung
und/oder der vorgegebenen Dauer DUR_COMB der Verbrennung oder auch
der vorgegebenen Strömung
CURRENT auch von der üblichen
Zusammensetzung von Luft abweichende Gasbestandteile enthalten oder
auch gar keinen Sauerstoff enthalten. So kann das Gas beispielsweise
ein Inertgas umfassen das an der Verbrennung nicht teilnimmt oder
auch ein Gas umfassen, das lediglich als ein energiearmer Partner
an der Verbrennung des Gemisches in dem Brennraum des jeweiligen
Zylinders teilnimmt.
-
Durch
das Einblasen des Gases mittels der Einblasevorrichtung kann auch
gegebenenfalls eine Verbesserung der Akustik der Brennkraftmaschine erreicht
werden.
-
Im
Folgenden ist der Betrieb der Brennkraftmaschine im Hinblick auf
das durch die Steuervorrichtung 36 erfolgende Ansteuern
der Zumessbaueinheit noch näher
anhand des Verlaufs des Drucks P und zwar des Zylinderdrucks in
dem jeweiligen Brennraum des jeweiligen Zylinders Z1 bis Z4 und der
zugeordneten Ventilhübe
bezogen auf den Kurbelwellenwinkel CRK erläutert (4). 52 bezeichnet
den Gasauslassventilhubverlauf, 54 bezeichnet den Gaseinlassventilhubverlauf
und 56 bezeichnet den Zylinderdruckverlauf. TDC bezeichnet
einen oberen Totpunkt des Kolbens 11.
-
Die
vier Takte des Arbeitszyklusses eines Viertaktbetriebs sind bezeichnet
mit Komp für
den Kompressionstakt, Exp für
den Arbeitstakt, Aus für den
Ausschiebetakt und An für
den Ansaugtakt. Für eine
bessere Verständlichkeit
sind diese Bezeichnungen gewählt,
auch wenn die Brennkraftmaschine quasi in einem Zweitaktbetrieb
betrieben werden kann, wie nachfolgend erläutert ist.
-
Der
Zylinderdruck steigt während
des Kompressionstaktes Komp stark an und bevorzugt hat das Gemisch
in dem Zylinder eine derart hohe Temperatur, dass in der Nähe des oberen
Totpunktes TDC eine Selbstzündung
des Luft/Kraftstoff-Gemisches erfolgt. Zum Sicherstellen einer geeignet
hohen Temperatur vor dem Zünden
des Gemisches ist ein hoher Abgasanteil in dem Brennraum des Zylinders
vorhanden. Durch das Zünden
des Gemisches in der Nähe
des oberen Totpunkts TDC, also hier im Bereich um 0° Kurbelwellenwinkel,
erfolgt dann ein sehr deutlicher Druckanstieg des Zylinderdrucks
in dem jeweiligen Brennraum des jeweiligen Zylinders Z1 bis Z4,
der dann innerhalb des Arbeitstaktes mit zunehmender Abwärtsbewegung
des Kolbens 11 wieder abnimmt.
-
Das
Abgas wird zu einem Teil in den Abgastrakt 4 ausgeschoben,
während
das Gasauslassventil 13 in seiner Offenstellung ist. Die
Offenstellung des Gasauslassventils 13 ist anhand des Ventilhubverlaufs 52 des
Gasauslassventils 13 ersichtlich. Für den Betrieb mit Zwischenkompression
ist der Ventilhub VL des Gasauslassventils 13 eher gering
eingestellt, um tendenziell einen hohen Abgasanteil für die Zwischenkompression
zum Erzeugen einer geeignet hohen Temperatur sicherzustellen. Darüber hinaus ist
der Bereich, in dem sich das Gasauslassventil 13 in seiner
Offenstellung befindet, bezogen auf den Kurbelwellenwinkel so eingestellt,
dass noch ausrei chend Kurbelwellenwinkel zur Verfügung steht,
um das in dem Brennraum des Zylinders befindliche Fluid während der
Zwischenkompression geeignet zu verdichten. Ferner ist zu diesem
Zweck auch der auf den Kurbelwellenwinkel CRK bezogene Bereich der Offenstellung
des Gaseinlassventils 12 geeignet spät gewählt, wie das beispielhaft anhand
des Ventilhubverlaufs 54 des Gaseinlassventils 12 dargestellt
ist.
-
Grundsätzlich kann
die Zwischenkompression dazu dienen, unverbrannte Kraftstoffanteile
zumindest teilweise zu oxidieren, um so eine geeignet hohe Temperatur
in dem Brennraum sicherzustellen für den Kompressionstakt Komp
und so dann für
das in dem Expansionstakt stattfindende oder gegen Ende des Kompressionstaktes
stattfindende Raumzünden
des Luft/Kraftstoff-Gemisches die notwendige hohe Temperatur zur
Verfügung
zu stellen. Darüber
hinaus können
während
der Zwischenkompression auch längerkettige
Kohlenwasserstoffmoleküle fraktioniert
werden, was gegebenenfalls auch für eine leichtere Zündbarkeit
des Gemisches während der
Hauptverbrennung förderlich
sein kann. Darüber hinaus
kann durch die Zwischenkompression auch das Bilden von Radikalen
unterstützt
sein.
-
Das
Stellsignal für
die Einblasevorrichtung wird während
des Einblas-Kurbelwellenwinkelfensters CRK_W erzeugt und bewirkt
ein Öffnen
des Einblaseventils 30 und damit einhergehend ein Einblasen
von Luft in den Brennraum des jeweiligen Zylinders Z1 bis Z4.
-
Ein
Beginn-Kurbelwellenwinkel CRK_B des Einblas-Kurbelwellenwinkelfensters CRK_W ist
vorgegeben nahe zu einem Schließt-Kurbelwellenwinkel CRK_CL
des Gaseinlassventils 12, bei dem das Gaseinlassventil
gerade seine Schließstellung
erreicht und somit ab diesem Kurbelwellenwinkel eine Kommunika tion
des Brennraums des jeweiligen Zylinders Z1 bis Z4 mit dem Ansaugtrakt 1 unterbindet.
-
Der
Beginn-Kurbelwellenwinkel CRK_B ist bevorzugt so vorgegeben, dass
das Einblasen des Gases durch die Einblasevorrichtung sich im Wesentlichen
nicht auf ein Einströmverhalten
von Fluid aus dem Ansaugtrakt 1 in dem Brennraum des jeweiligen
Zylinders Z1 bis Z4 auswirkt. Insofern kann der Beginn-Kurbelwellenwinkel
CRK_B auch zeitlich und somit kurbelwellenwinkelmäßig vor
dem Schließt-Kurbelwellenwinkel
CRK_CL des Gaseinlassventils 12 liegen aufgrund einer Laufzeitdauer
einer Druckwelle, die durch das Beginnen des Einblasens des Gases
durch die Einblasevorrichtung vorgegeben ist, bis zum Erreichen
des Einlasses in den Brennraum bezogen auf den Abgastrakt 1.
-
Das
Einblas-Kurbelwellenwinkelfenster CRK_W erstreckt sich bis zu einem
Ende-Kurbelwellenwinkel CRK_E des in dem Bereich des folgenden oberen
Totpunktes TDC des Kolbens 11 also des Totpunkts TDC zu
Ende des Kompressionstaktes COMP. Dabei kann es beispielsweise auch
vor oder nach dem oberen Totpunkt TDC liegen was einerseits abhängt von
dem zur Verfügung
stehenden Einblasegasdrucks P_AIR und andererseits auch abhängen kann
davon bis zu welchen Kurbelwellenwinkel sich die Verbrennung des
Luft/Kraftstoff-Gemisches erstreckt. So kann beispielsweise bei
geeignet hohem zur Verfügung
stehenden Einblasegasdruck P_AIR gegebenenfalls auch noch Gas durch
die Einblasevorrichtung während
der schon stattfindenden Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches
eingeblasen werden.