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WO2008000386A1 - Homogenisiertes einspritzverfahren - Google Patents

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WO2008000386A1
WO2008000386A1 PCT/EP2007/005464 EP2007005464W WO2008000386A1 WO 2008000386 A1 WO2008000386 A1 WO 2008000386A1 EP 2007005464 W EP2007005464 W EP 2007005464W WO 2008000386 A1 WO2008000386 A1 WO 2008000386A1
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WO
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fuel
injection
internal combustion
combustion engine
injected
Prior art date
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Application number
PCT/EP2007/005464
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English (en)
French (fr)
Inventor
Philipp Adomeit
Knut Habermann
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FEV Europe GmbH
Original Assignee
FEV Motorentechnik GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Definitions

  • the present invention relates to a method for operating a spark-ignited internal combustion engine as well as a combustion engine with a spark ignition.
  • Direct injection internal combustion engines with spark ignition which operate on the Otto principle, have become in recent years more and more the state of the art in their implementation.
  • direct injection power losses that can occur in chamber engines should be minimized.
  • the injection can be adapted to the operating behavior of the engine.
  • DE 10 256 474 B3 a method in which on the one hand by means of a variable camshaft adjustment a valve overlap of the gas exchange valves of the internal combustion engine is set.
  • a homogeneous operation of the internal combustion engine is to be made possible by the fact that the total fuel injection quantity is divided into two subsets. While a first subset is injected into an intake stroke, a second subset is to be injected into the compression stroke. A division ratio between the two subsets should be determined depending on the load range of the internal combustion engine.
  • Object of the present invention is to improve a homogenization in a combustion chamber of a direct-injection, spark-ignited internal combustion engine.
  • a method for operating a spark-ignited internal combustion engine in which a fuel is injected directly into a combustion chamber of a cylinder of the internal combustion engine, wherein an amount of fuel to be supplied in an intake stroke is injected at least approximately proportional to a parallel flowing into the cylinder fresh air amount.
  • the supply of the amount of fuel as a function of the incoming fresh air amount allows the homogenization already during and during the supply of both streams.
  • flowing fresh air quantity can be achieved by, for example, a corresponding angle beam geometry of the injection jet in the supplied amount of fresh air distribution and homogenization, which takes place during the intake stroke.
  • At least approximately a total amount of fuel for a combustion cycle during the intake stroke is supplied. Due to the homogenization during the intake stroke due to the adaptation to the respectively momentarily incoming fresh air flow, it is possible to dispense with a distribution of the injection of the fuel quantity into different cycles of the internal combustion engine as far as possible. For example, it is provided that the amount of fuel to be supplied is injected at least approximately distributed over the entire intake stroke. However, there is also the possibility that this takes place only over a range of the intake stroke, in which case, however, a proportional injection to the instantaneously flowing fresh air mass flow takes place again.
  • a further embodiment provides that the total amount of fuel is injected divided into several sub-fuel quantities, this being done during the intake stroke.
  • the total amount of fuel is injected divided into several sub-fuel quantities, this being done during the intake stroke.
  • these can each be adapted to the respective fresh air mass flow. This promotes homogenization.
  • control also means a control, so that an open as well as a closed control or regulation circuit can be made by the controller, for example, to achieve the desired degree of homogenization.
  • a swirling and / or swirling property of the inflowing fresh air quantity can also be included in the determination of the fuel quantity to be supplied.
  • the influence of an exhaust gas recirculation in the determination of the amount of fuel to be supplied is also taken into account. In this way, it is possible to achieve a high degree of homogenization. 20/06/2007
  • a further embodiment of the proposed method provides that a clocked multiple injection takes place during the intake cycle.
  • the multiple injection is again dependent on the supplied fresh air mass flow.
  • a timing of the multiple injection is set with the same timing during a suction cycle.
  • a timing of the multiple injection is set with different timing cycles during a suction cycle. This is done, for example, at rather low speeds.
  • the accuracy of the adapted fuel quantity can be adapted to the instantaneously flowing fresh air mass flow by setting the time cycle duration. This increases the degree of homogenization in the combustion chamber.
  • an additional amount of fuel is injected before completion of the intake stroke before ignition TDC. Preferably, this takes place only immediately before ignition TDC. In particular, it is considered that the additional fuel quantity, 20/06/2007
  • the fuel quantity is injected into the combustion chamber at a different angle during the intake stroke than an additional fuel injection before ignition TDC.
  • the additional fuel amount can be used for the ignition itself, and in particular a resulting with the ignition transfer of the resulting flame front to the rest of the homogeneous mixture can be improved.
  • a homogeneous cylinder filling takes place during the intake stroke, and before ignition an additional Kraftstoffeinspitzung takes place, an area in the combustion chamber of the cylinder in the vicinity of an ignition device with a lambda value whose value is greater than that prevailing at the time of the additional fuel injection in another area in the combustion chamber of the cylinder, in particular in the vicinity of a piston crown of the cylinder prevails.
  • an area in the combustion chamber of the cylinder in the vicinity of an ignition device with a lambda value whose value is greater than that prevailing at the time of the additional fuel injection in another area in the combustion chamber of the cylinder, in particular in the vicinity of a piston crown of the cylinder prevails.
  • this allows the homogeneous mixture to be arranged in a substoichiometric manner in the combustion chamber during the intake phase.
  • a region of the combustion chamber can be produced with a homogeneous mixture in which lambda is arranged in a range between 0.85 and 0.99.
  • an area of lambda greater than 1 can provide sufficient fuel in an area of the combustion chamber arranged in a region of the spark plug which, in the further combustion, enters the homogeneous regions with lambda less than 1.
  • a further embodiment provides that, during operation of the internal combustion engine, an injection of the injected fuel quantity during the intake stroke is switched from an approximately proportional pulsed injection to an approximately continuous injection. For example, it is provided that in a low-speed operating range of the internal combustion engine, a quantity-proportional clocked injection and in a higher-speed operating range, a quantity-proportional, continuous, in particular stroke-controlled injection via the intake stroke.
  • the method provides a respectively adapted fuel mass flow over the intake stroke proportional to the respective incoming air mass flow.
  • the fuel injection is inhibited when a return flow from a partial flow of fresh air flowed into the cylinder in the intake stroke takes place when the inlet valve is open, in particular when a return inflow is detected.
  • a fuel injection is prevented before a return outflow.
  • a further adjustment of the injection via an intake stroke in response to an adjustment of a valve timing of the valves, in particular an exhaust valve in response to an adjustment of a valve timing of the valves, in particular an exhaust valve.
  • this can be done selectively as well as over the entire internal combustion engine as part of a corresponding strategy.
  • this can be done in cam-controlled valves via a camshaft adjustment as well as a cam adjustment itself, for example, continuously or in stages.
  • an electromagnetic valve train, an electrohydraulic valve train or another, continuously variable valve train can be used. This also makes it possible to allow valve overlaps, in particular of intake and exhaust valves, which are arranged to each other, for improving a purge as well as with respect to an internal exhaust gas recirculation in a cylinder.
  • a spark-ignition internal combustion engine which has a direct injection of a fuel into a combustion chamber of a cylinder and has a control which determines an amount of fuel to be injected and its injection timing, and a device for determining a combustion chamber the internal combustion engine inflowing air quantity, a device for determining an operating parameter of a 20/06/2007
  • the injection valve at least approximately proportional to the inflowing air quantity, supplies an adapted amount of fuel distributed over an intake stroke to the combustion chamber.
  • the device for determining the operating parameter of the crankshaft is coupled to the control.
  • the control itself, at least in a controlled manner, for example, in emergency operation or even in normal operation, can initiate injection from the control.
  • the injection valve is clocked controlled.
  • an approximate proportionality between the air flow rate and the fuel to be injected ström over the clock speed or clock frequency can be controlled at least.
  • a stroke control is also made possible by the injection valve.
  • the injection valve is continuously proportional actuated. For example, this may be stroke controlled. By changing the stroke during the intake cycle, the fuel mass flow that is injected can thus be changed, adapted to the incoming air mass flow.
  • the injection valve is actuated piezoelectrically.
  • the injection valve is clocked as well as continuously proportional controllable. In this way, it is possible to make a clocking in one operating range and to inject a continuous amount of fuel flow in another operating range.
  • the latter allows, especially at high speeds, an at least approximate compliance with the proportionality with the lowest possible energy consumption for the injection valve.
  • a further embodiment provides that the injection valve has different injection angles, which are released differently in different load range.
  • the injection valve has different injection angles, which are released differently in different load range.
  • different injection angles are made possible with the injection valve in order, for example, to provide a homogeneous mixing region in the combustion chamber, on the one hand 20/06/2007
  • a non-homogeneous region for example, with a lambda value greater than 1 can be overlaid.
  • the controller is able to make as well as a regulation with respect to the injected fuel flow rate.
  • one or more parameters relating to the fluid mass flows are recorded in real time.
  • a fuel mass flow can be measured directly for this purpose.
  • a H discloses a H crystallization unit
  • a broadband lambda probe is linked to the controller, wherein a lambda value is received as an actual value in a regulation of the fuel to be injected.
  • a further embodiment provides that a charging of the supplied air mass flow takes place.
  • a mechanical supercharging and an exhaust gas turbocharger are each coupled to the controller in order to adapt an incoming air quantity to a required load condition, wherein the device detects an actual size of the air quantity and is available as the actual size of a regulation of the fuel to be injected provides. For example, if the air mass flow is too low or too high, the boost pressure may be lowered or increased.
  • an exhaust gas recirculation device which provides an actual value of a recirculated exhaust gas flow to the control.
  • This allows the consideration in the case of a control or regulation in terms of, for example, actually present oxygen, which sets in the mixture of recirculated exhaust gas flow and fresh air mass flow supplied.
  • corresponding oxygen contents can be assigned to respective recirculated exhaust gas streams via a map-based table.
  • temperature-dependent or pressure-dependent variables can be included in the control or regulation, which have an effect on the setting of the fuel mass flow actually to be supplied, so that the proportionality with respect to the ratio to the air quantity is approximately maintained.
  • FIG. 1 is a first exemplary schematic representation of a proportional clocked injection process during a suction cycle
  • FIG. 2 shows a second schematic example of a clocked proportional injection process in the intake stroke at a higher speed
  • 3 is a schematic view of an example of a continuous course of injection, which is approximately proportional to the air mass flow during the intake stroke,
  • Fig. 5 is a schematic exemplary illustration of an internal combustion engine
  • Fig. 6 shows another exemplary schematic representation of an internal combustion engine with connected other units.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a first valve lift 1 of an exhaust valve and a second valve lift 2 of an intake valve, which are both associated with each other.
  • the first valve lift and the second valve lift 1, 2 can do without overlapping.
  • dashed lines show an air mass flow 3.
  • a plurality of fuel injection rates 4 are shown, which are each adapted to the air mass flow 3, in order to obtain an approximately proportional, preferably homogeneous mixture.
  • the timing of the injection valve is constant.
  • the injected fuel quantity differs 20/06/2007
  • a pulsed injection is interrupted when a return flow of the incoming air mass flow results. This is indicated by a return flow 5, which extends in dashed lines below the X-axis.
  • an additional fuel flow 6 is shown immediately before a spark ignition 7 and thus before TDC in the compression stroke. This can be done, for example, in a lower speed range below 3500 U / min. At a higher speed range, however, this additional fuel injection can be omitted, for example.
  • the curves change with respect to the air mass flow 3 as well as with respect to the Krafftstoffteilmassenströme 4 with their timing.
  • Fig. 2 shows a schematic view of a representation, which sets an example at 6,000 U / min. Again, the first and the second valve lift 1, 2 are shown. However, the air mass flow 3 has now shifted in the direction of the closing time of the intake valve focus. Since the injected fuel flow flows in at least approximately proportionally over the intake stroke, this likewise means a shift in the center of gravity and adaptation of the individual partial fuel flows 4. An additional fuel mass flow is omitted in this embodiment by way of example.
  • Fig. 3 shows an example of a comparable situation as shown in FIG. 1.
  • an approximately continuous fuel injection 8 which is oriented proportionally to the air mass flow 3 is provided. This is shown dotted.
  • a valve which is capable of injecting the fuel in proportion to the mass flow rate, but on the other hand can also be operated clocked, there is the possibility, for example, that an additional fuel mass flow, if necessary, takes place according to a timing during the compression stroke. It is also possible that a continuous, stroke-controlled additional fuel injection takes place.
  • Fig. 4 shows a comparable situation, as it was already apparent from Fig. 2. Again, a continuously proportional to the air mass flow 3 aligned fuel mass flow 8 is injected. As a result, an approximately proportional mixture formation in the combustion chamber can be created, which thus has approximately homogeneous mixing. 20/06/2007
  • FIG. 5 shows an exemplary embodiment of an internal combustion engine 9 in a section.
  • a cylinder 10 of the internal combustion engine with a combustion chamber 11 has a spark ignition 12, preferably via a spark plug.
  • the spark ignition is arranged for example approximately centrally in the cylinder 10.
  • An inlet valve 13 is indicated schematically. By opening and closing it, the air mass flow entering the combustion chamber is supplied to the combustion chamber 11.
  • the air mass flow can be supplied via a supply line 14, a recirculated exhaust gas mass flow.
  • a device for determining the amount of air 15 may be arranged before or else in the flow direction of the supply line 14 below. If, for example, the recirculated exhaust gas mass flow can be detected by another measuring device, the mass flow entering the combustion chamber 11 can be determined from the measured values thus obtained.
  • a controller 16 shown only schematically can perform an evaluation of the recorded parameters. From this, a proportional injection is adjusted and an injection valve 17 is actuated accordingly. For example, this may be provided for this purpose either by a control 18 integrated in the control 16 itself or by a control 18 arranged separately therefrom, for example at the injection valve 17.
  • the driver 18 is able to determine separately from the controller 16, the ratio and / or the injection times or periods, with which the injection valve 17 is to be actuated.
  • a fuel can be injected via the injection valve 17 with at least two different jet angles.
  • these can be used independently of one another at different times and / or operating points.
  • a first region 19 in combustion chamber 11 an approximately homogeneously held mixture may be present. This has been generated for example via a first beam 20.
  • a second region 21, which is arranged in particular above the first region 19 in the combustion chamber, is generated, for example, via a second jet 22.
  • a higher lambda value is present than in the first region 19.
  • the second region 21 is arranged in the immediate vicinity of the spark ignition 12.
  • the first region 19 is preferably arranged in the immediate vicinity of a piston crown. In this way, a stratification with respectively different lambda values and thus special ignition behavior can be formed during the intake cycle. 20/06/2007
  • FIG. 6 shows in another exemplary embodiment the internal combustion engine 9 from FIG. 5 of another schematic representation.
  • a charge 23 a broadband lambda probe 24, an exhaust gas recirculation device 25 and a valve control circuit 26 is connected.
  • the charge 24 may be, for example, a mechanical charge and / or an exhaust gas turbocharger. These can be connected in parallel as well as serially. They are in connection with an engine control unit 27, which receives, for example, a pressure as well as a temperature of the air mass flow before entering the internal combustion engine 9.
  • the motor controller 27 can provide an increase in the air mass flow as well as the pressure of the air mass flow via suitable measures in order to provide the required power on the one hand.
  • a temperature of the air mass flow for example, via a charge air cooler can be influenced accordingly, or via a corresponding temperature of the air mass flow, which exits the charge 23.
  • the engine control can receive signals from the wideband lambda probe 24, in particular the measured lambda values. These can be included in the regulation or control of a proportional injection behavior, in particular in the form of actual values.
  • the detected temperature can also be included. It is also possible that via the exhaust gas recirculation device 25 on the one hand there is a temperature control of the incoming air mass flow.
  • control circuits or controls by using one or more control devices in conjunction with the engine control.
  • These can each be self-sufficient, with the engine control unit only having a higher-level function.
  • individual control units for example, for a valve control in conjunction with an injection control autarkic functions are assigned, the engine control unit only sets conditions.
  • the respective control unit can receive the information necessary for the autonomous use approximately in real time via a corresponding bus connection.
  • this allows a failure safety and thus increased reliability, since functions can be transferred from one controller to the other, in particular so are redundant.
  • this can be taken over by other control units. This is particularly advantageous in various injection methods in which, in addition to the proposed method, other conventional injection methods are used, in particular in the compression stroke.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer fremdgezündeten Verbrennungskraftmaschine, bei der ein Kraftstoff direkt in einen Verbrennungsraum eines Zylinders der Verbrennungskraftmaschine eingespritzt wird, wobei eine in einem Ansaug-Takt zuzuführende Kraftstoffmenge zumindest annähernd proportional zu einer parallel in den Zylinder einströmenden Frischluftmenge angepasst eingespritzt wird. Mehrere Kraftstoff einspritzraten sind dargestellt, die jeweils an den Luftmassenstrom angepast sind. Steigt der Luftmassenstrom an steigt auch proportional der eingespritzte Kraf Stoffmassenstrom an. Des Weiteren wird eine entsprechende Verbrennungskraftmaschine vorgeschlagen.

Description

20.06.2007
Homogenisiertes Einspritzverfahren
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer fremdgezündeten Verbrennungskraftmaschine wie auch eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Fremd- zündung.
Direkteinspritzende Verbrennungskraftmaschinen mit Fremdzündung, die nach dem Ottoprinzip arbeiten, sind in den letzten Jahren immer mehr zum Stand der Technik in ihrer Realisierung geworden. Mittels der Direkteinspritzung sollen Leistungsverluste, die bei Kammermotoren auftreten können, minimiert werden. Hierzu ist es notwendig, dass die Einspritzung an das Betriebsverhalten des Motors angepasst erfolgen kann. Beispielsweise geht hierzu aus der DE 10 256 474 B3 ein Verfahren hervor, bei dem einerseits mittels einer variablen Nockenwellenverstellung eine Ventilüberschneidung der Gaswechselventile der Brennkraftmaschine eingestellt wird. Zum anderen soll ein homogener Betrieb der Brennkraftmaschine dadurch ermöglicht werden, dass die gesamte Kraftstoffeinspritzmenge in zwei Teilmengen aufgeteilt wird. Während eine erste Teilmenge in einen Ansaugtakt eingespritzt wird, soll eine zweite Teilmenge in den Kompressionstakt eingespritzt werden. Ein Aufteilungsverhältnis zwischen den beiden Teilmengen soll abhängig vom Lastbereich der Brennkraftmaschine festgelegt sein.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Homogenisierung in einem Verbrennungsraum einer direkteinspritzenden, fremdgezündeten Verbrennungskraftmaschine zu verbessern.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 sowie mit einer Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruches 22 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
Es wird ein Verfahren zum Betrieb einer fremdgezündeten Verbrennungskraftmaschine vorgeschlagen, bei der ein Kraftstoff direkt in einen Verbrennungsraum eines Zylinders der Verbrennungskraftmaschine eingespritzt wird, wobei eine in einem Ansaug-Takt zuzuführende Kraftstoffmenge zumindest annähernd proportional zu einer parallel in den Zylinder einströmenden Frischluftmenge angepasst eingespritzt wird. Die Zuführung der Kraftstoffmenge in Abhängigkeit von der ebenfalls einströmenden Frischluftmenge ermöglicht die Homogenisierung schon bei und während der Zuführung beider Ströme. Durch die entsprechende Anpassung des einströmenden Kraftstoffstromes an die ebenfalls ein- 20.06.2007
strömende Frischluftmenge kann durch beispielsweise eine entsprechende Winkelstrahlgeometrie des Einspritzstrahles in die zugeführte Frischluftmenge eine Verteilung und Homogenisierung erreicht werden, die damit während des Ansaugtaktes erfolgt.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass zumindest annähernd eine Gesamt-Kraftstoffmenge für einen Verbrennungstakt während des Ansaug-Taktes zugeführt wird. Durch die Homogenisierung während des Ansaug-Taktes aufgrund der Anpassung an den jeweils momentan einströmenden Frischluftstrom ist es möglich, auf eine Verteilung der Einspritzung der Kraftstoffmenge in unterschiedliche Takte der Verbrennungskraftmaschine weitestge- hend verzichten zu können. Beispielsweise ist vorgesehen, dass die zuzuführende Kraftstoffmenge zumindest annähernd über den gesamten Ansaug-Takt verteilt eingespritzt wird. Es besteht jedoch ebenfalls die Möglichkeit, dass dieses nur über einen Bereich des Ansaugtaktes erfolgt, wobei dann jedoch wiederum eine proportionale Einspritzung zum momentan einströmenden Frischluftmassenstrom erfolgt.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die Gesamt-Kraftstoffmenge in mehrere Teil- Kraftstoffmengen aufgeteilt eingespritzt wird, wobei dieses während des Ansaug-Taktes erfolgt. Indem mehrere Teil-Kraftstoffmengen eingespritzt werden, können diese jeweils an den jeweiligen Frischluftmassenstrom angepasst sein. Dieses fördert eine Homogeni- sierung. Durch eine Aufteilung in unterschiedliche Teil-Kraftstoffmengen ist die Möglichkeit gegeben, eine Anpassung an zuviel oder an zuwenig zugeführten Kraftstoff innerhalb des Ansaug-Taktes ausgleichen zu können. Beispielsweise ist hierfür eine Regelsteuerung vorhanden, die in der Lage ist, während des Ansaug-Taktes den Grad der Homogenisierung ermitteln zu können.
Im Folgenden wird im Rahmen dieser Erfindung unter dem Begriff Steuerung auch eine Regelung verstanden, so dass ein offener wie auch ein geschlossener Steuerungs- bzw. Regelungskreis durch die Steuerung vorgenommen werden kann, um beispielsweise den gewünschten Grad der Homogenisierung zu erreichen.
Neben der Frischluftmenge, die bei einer Steuerung eingeht, wird des Weiteren auch auf die Geschwindigkeit des Frischluftmassenstromes vorzugsweise mit abgestellt, um eine annähernd proportionale Kraftstoffmenge bestimmen zu können. Des Weiteren kann eine Drall- und/oder Swirleigenschaft der einströmenden Frischluftmenge ebenfalls bei der Ermittlung der zuzuführenden Kraftstoffmenge mit eingehen. Vorzugsweise wird ebenfalls der Einfluss einer Abgasrückführung bei der Bestimmung der zuzuführenden Kraftstoffmenge berücksichtigt. Auf diese Weise gelingt es, einen hohen Grad der Homogenisie- 20.06.2007
rung an den jeweiligen momentan vorliegenden Zustand während des Ansaug-Taktes zu ermöglichen. Insbesondere erlaubt dieses, über den Ansaug-Takt betrachtet, einen unterschiedlichen, aber jeweils momentan angepassten Kraftstoffmengenstrom in den Verbrennungsraum einspritzen zu können. Damit wird insbesondere vermieden, dass zwar eine Gesamtfrischluftmenge, die insgesamt während eines Ansaug-Taktes zur Verfügung gestellt wird, bei der Bestimmung der einzuspritzenden Kraftstoffmenge nur alleine Berücksichtung findet, eine zeitliche Komponente dabei jedoch keine Berücksichtigung findet. Für eine ausreichende Homogenisierung ist es vielmehr vorteilhaft, dass zeitlich betrachtet, zumindest auf einzelne Zeitabschnitte des Ansaug-Taktes und den jeweiligen Zu- Standsparametern zu diesen Zeittakten Bezug genommen wird, wenn ein einzuspritzender Kraftstoffmassenstrom ermittelt wird. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, bei entsprechend genauer Signalauflösung eine annähernd zeitgleiche Steuerung bzw. Regelung zu jeglichem Zeitpunkt des Ansaug-Taktes vornehmen zu können.
Eine weitere Ausgestaltung des vorgeschlagenen Verfahrens sieht vor, dass eine getaktete Mehrfach-Einspritzung während des Ansaug-Taktes erfolgt. Die Mehrfach-Einspritzung ist wieder abhängig von dem zugeführten Frischluftmassenstrom. Hierbei besteht beispielsweise die Möglichkeit, dass eine Taktung der Mehrfach-Einspritzung mit gleichen Zeittakten während eines Ansaug-Taktes eingestellt wird. Beispielsweise ist dieses bei besonders hohen Drehzahlen möglich. Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass eine Taktung der Mehrfach-Einspritzung mit verschiedenen Zeittakten während eines Ansaug- Taktes eingestellt wird. Dieses wird beispielsweise bei eher niedrigen Drehzahlen vorgenommen. Durch die Einstellung der Zeittaktdauer kann insbesondere die Genauigkeit der angepassten Kraftstoffmenge an den momentan einströmenden Frischluftmassenstrom angepasst werden. Dieses erhöht den Homogenisierungsgrad im Verbrennungsraum. Neben der Wahl einer gleichförmigen Taktung der Mehrfach-Einspritzung über einen Betriebsbereich der Verbrennungskraftmaschine besteht auch die Möglichkeit, dass eine annähernd kontinuierliche Einspritzung mit einem sich ändernden Mengenstrom an Kraftstoff über den Ansaug-Takt erfolgt. Dieses wird insbesondere bei höheren Drehzahlen angestrebt, wenn für eine Taktung nur noch ein geringer Zeitrahmen zur Verfügung steht und damit die notwendigen Trägheitskräfte des Einspritzventils nicht ausreichend und genau genug überwunden werden können. Beispielsweise kann dann auf eine hubgesteuerte Einspritzung umgestellt werden.
Des Weiteren ist es bevorzugt, dass eine Zusatz-Kraftstoffmenge nach Abschluss des Ansaug-Taktes vor Zünd-OT eingespritzt wird. Vorzugsweise erfolgt dieses erst unmittelbar vor Zünd-OT. Insbesondere wird darauf abgestellt, dass die Zusatzkraftstoffmenge, 20.06.2007
die eingespritzt wird, geringer ist als die eingespritzte Kraftstoffmenge während des An- saug-Taktes. Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Kraftstoffmenge während des Ansaug-Taktes mit einem anderen Winkel in den Verbrennungsraum eingespritzt wird als eine Zusatz-Kraftstoffeinspritzung vor Zünd-OT. Auf diese Weise kann die Zusatz-Kraftstoffmenge für die Zündung selbst genutzt werden, und insbesondere eine mit der Zündung entstehende Weitertragung der entstandenen Flammfront an das übrige homogene Gemisch verbessert werden. Hierzu ist es beispielsweise vorgesehen, dass während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine eine homogene Zylinderbefüllung während des Ansaug-Taktes erfolgt, und vor einer Zündung eine Zusatz- Kraftstoffeinspitzung erfolgt, die einen Bereich in dem Verbrennungsraum des Zylinders in der Nähe einer Zündeinrichtung mit einem Lambda-Wert schafft, dessen Wert größer ist als derjenige, der zum Zeitpunkt der Zusatz-Kraftstoffeinspritzung in einem anderen Bereich im Verbrennungsraum des Zylinders herrscht, insbesondere in der Nähe eines Kolbenbodens des Zylinders herrscht. Auf diese Weise soll die Möglichkeit bestehen, eine angefettete Schichtung entstehen zu lassen, die eine bessere Zündung durch die Fremdzündung aufweist. Des Weiteren erlaubt dieses, dass das homogene Gemisch unterstö- chiometrisch im Verbrennungsraum während der Ansaug-Phase angeordnet werden kann. Beispielsweise kann ein Bereich des Verbrennungsraumes mit einem homogenen Gemisch hergestellt werden, bei dem Lambda in einem Bereich zwischen 0,85 und 0,99 angeordnet ist. Durch die kurz vor Zündung zugeführte Zusatz-Kraftstoffeinspritzung kann in einem Bereich der Zündkerze angeordneten Umfeld des Verbrennungsraumes ein Bereich mit Lamda größer 1 ausreichend Kraftstoff zur Verfügung stellen, der bei der weiteren Verbrennung in die homogenen Bereiche mit Lambda kleiner 1 hineingelangt.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine eine Einspritzung der eingespritzten Kraftstoffmenge während des Ansaug-Taktes von einer annähernd proportionalen getakteten Einspritzung zu einer annähernd kontinuierlichen Einspritzung umgestellt wird. Beispielsweise ist vorgesehen, dass in einem Betriebsbereich mit niedriger Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine ein mengenproporti- onale getaktete Einspritzung und in einem Betriebsbereich mit höherer Drehzahl eine mengenproportionale, kontinuierliche, insbesondere hubgesteuerte Einspritzung über den Ansaug-Takt erfolgt.
Des Weiteren besteht die Möglichkeit, dass die Verbrennungskraftmaschine in unter- schiedlichen Betriebsbereichen mit unterschiedlichen Einspritzverfahren betrieben wird. Beispielsweise besteht die Möglichkeit, dass in einem Betriebsbereich der Verbrennungskraftmaschine eine Einspritzung eines Großteiles der Kraftstoffmenge erst kurz vor der 20.06.2007
Zündung erfolgt, während in einem anderen Betriebsbereich, so wie vorgeschlagen, das Verfahren einen jeweils angepassten Kraftstoffmassenstrom über den Ansaug-Takt proportional zu dem jeweils einströmenden Luftmassenstrom vorsieht.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Kraftstoffeinspritzung unterbunden wird, wenn ein Rückausströmen von einem Teilstrom der in den Zylinder im Ansaug-Takt eingeströmten Frischluftmenge bei geöffnetem Einlassventil erfolgt, insbesondere wenn ein Rückeinströmen detektiert wird. Vorzugsweise wird eine Kraftstoffeinspritzung vor einem Rückausströmen unterbunden.
Neben den oben genannten Parametern, mittels denen der Kraftstoffmengenstrom, über den Ansaug-Takt beeinflusst wird, kann eine weitere Anpassung der Einspritzung auch über einen Ansaug-Takt in Abhängigkeit von einer Verstellung einer Ventilsteuerzeit eines der Ventile, insbesondere eines Auslassventils erfolgen. Beispielsweise kann dieses zy- linderselektiv wie auch über die gesamte Verbrennungskraftmaschine im Rahmen einer entsprechenden Strategie erfolgen. Insbesondere kann dieses bei nockengesteuerten Ventilen über eine Nockenwellenverstellung wie auch über eine Nockenverstellung selbst erfolgen, beispielsweise stufenlos oder in Stufen. Auch besteht die Möglichkeit, einen vollständig variablen Ventiltrieb einzusetzen. Hierzu kann beispielsweise ein elektromag- netischer Ventiltrieb, ein elektrohydraulischer Ventiltrieb oder ein sonstiger, stufenlos verstellbarer Ventiltrieb eingesetzt werden. Dieses erlaubt weiterhin, Ventilüberschneidungen, insbesondere von Einlass- und Auslassventilen, die zueinander angeordnet sind, zur Verbesserung eines Spülens wie auch hinsichtlich einer internen Abgasrückführung bei einem Zylinder zu ermöglichen.
Neben dem Betrieb der Verbrennungskraftmaschine in einem Magerbetrieb, wenn die Kraftstoffmenge proportional zur Frischluftmenge über den Ansaug-Takt eingespritzt wird, besteht darüber hinaus auch die Möglichkeit, die Kraftstoffmenge in einem anderen Betriebsbereich der Verbrennungskraftmaschine im wesentlichen außerhalb des Ansaug- Taktes einzuspritzen. Dieses kann ebenfalls im Magerbetrieb erfolgen.
Gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung wird eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Fremdzündung vorgeschlagen, die eine Direkteinspritzung eines Kraftstoffes in einen Verbrennungsraum eines Zylinders aufweist und eine Steuerung hat, die eine ein- zuspritzende Kraftstoffmenge und deren Einspritzzeitpunkt bestimmt, sowie eine Einrichtung zur Ermittlung einer in den Verbrennungsraum der Verbrennungskraftmaschine einströmenden Luftmenge, eine Vorrichtung zur Ermittlung eines Betriebsparameters einer 20.06.2007
Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine und eine Ansteuerung eines dem Zylinder zugeordneten Einspritzventils. Das Einspritzventil führt zumindest annähernd proportional zu der einströmenden Luftmenge eine angepasste Kraftstoffmenge über einen Ansaug- Takt verteilt dem Verbrennungsraum zu.
Gemäß einer Ausgestaltung ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Vorrichtung zur Ermittlung des Betriebsparameters der Kurbelwelle mit der Ansteuerung gekoppelt ist. Auf diese Weise ist ermöglicht, dass die Ansteuerung selbst von der Steuerung unabhängig beispielsweise im Notlaufbetrieb oder auch im Normalbetrieb eine Einspritzung zumindest gesteuert vornehmen kann.
Vorzugsweise ist das Einspritzventil getaktet ansteuerbar. Auf diese Weise ist es möglich, dass eine annähernde Proportionalität zwischen dem Luftmengenstrom und dem einzuspritzenden Kraftstoff ström über die Taktgeschwindigkeit bzw. Takthäufigkeit zumindest gesteuert werden kann. Beispielsweise besteht zusätzlich die Möglichkeit, dass eine Hubsteuerung ebenfalls durch das Einspritzventil ermöglicht wird. Auf diese Weise kann neben einer Änderung des Einspritztaktes und damit der Zeitdauer des Einspritzvorganges auch die zur Verfügung stehende Einspritzöffnung und damit der Einspritzmassenstrom über den Hub geändert werden. Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass das Einspritzventil kontinuierlich proportional ansteuerbar ist. Beispielsweise kann dieses hubgesteuert sein. Durch eine Änderung des Hubes während des Ansaug-Taktes kann damit angepasst an den eintretenden Luftmassenstrom auch der Kraftstoffmassenstrom, der eingespritzt wird, verändert werden. Beispielsweise besteht die Möglichkeit, dass das Einspritzventil piezoelektrisch betätigt wird. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Ein- spritzventil getaktet wie auch kontinuierlich proportional ansteuerbar ist. Auf diese Weise besteht die Möglichkeit, in einem Betriebsbereich eine Taktung vorzunehmen und in einem anderen Betriebsbereich eine kontinuierliche Kraftstoffstrommenge einzuspritzen. Letzteres erlaubt insbesondere bei hohen Drehzahlen eine zumindest annähernde Einhaltung der Proportionalität bei möglichst geringem Energiebedarf für das Einspritzventil.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass das Einspritzventil verschiedene Einspritzwinkel aufweist, die in unterschiedlichem Lastbereich verschieden freigegeben werden. Auf diese Weise ist ermöglicht, dass beispielsweise ein homogen gemischter Bereich im Verbrennungsraum entsteht und in einem anderen Betriebsbereich im Verbrennungsraum eine andersartige Verteilung ermöglicht wird. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, dass verschiedene Einspritzwinkel beim Einspritzventil ermöglicht werden, um beispielsweise einerseits einen homogenen Mischungsbereich im Verbrennungsraum vorzusehen, über 20.06.2007
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den andererseits ein nicht homogener Bereich beispielsweise mit einem Lambda-Wert größer 1 übergeschichtet werden kann.
Vorzugsweise ist die Steuerung in der Lage, so auch eine Regelung bezüglich des einzu- spritzenden Kraftstoffmengenstromes vorzunehmen. Beispielsweise kann hierfür vorgesehen sein, dass ein oder mehrere Parameter in Bezug auf die Fluidmassenströme in Echtzeit aufgenommen werden. Beispielsweise kann hierzu ein Kraftstoffmassenstrom direkt gemessen werden. Auch besteht die Möglichkeit, den eintretenden Luftmassenstrom über eine entsprechende Detektiereinheit zu ermitteln. Beispielsweise kann ein Heißfilmluftmassenmesser oder ein sonstiges Messgerät für den Luftmassenstrom eingesetzt werden. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, dass eine Breitband-Lambda-Sonde mit der Steuerung verknüpft ist, wobei ein Lambda-Wert als Ist-Wert in eine Regelung des einzuspritzenden Kraftstoffes eingeht. Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass eine Aufladung des zugeführten Luftmassenstromes erfolgt. Dieses kann beispielsweise mit- tels einer mechanischen Aufladung, mittels eines Abgasturboladers oder einer sonstigen Aufladung erfolgen. Insbesondere können derartige System auch gekoppelt vorliegen, wobei diese zusammen oder auch getrennt in unterschiedlichen Betriebsbereichen genutzt werden können. Beispielsweise ist vorgesehen, dass eine mechanische Aufladung und ein Abgasturbolader jeweils mit der Steuerung gekoppelt sind, um eine einströmende Luftmenge an einen geforderten Lastzustand anzupassen, wobei die Einrichtung eine Ist- Größe der Luftmenge erfasst und als Ist-Größe einer Regelung des einzuspritzenden Kraftstoffes zur Verfügung stellt. Beispielsweise kann bei zu niedrigem oder zu hohem Luftmassenstrom der Ladedruck abgesenkt bzw. erhöht werden. Wiederum eine Weiterbildung sieht vor, dass eine Abgasrückführungseinrichtung vorhanden ist, die einen Ist- Wert eines rückgeführten Abgasstromes der Steuerung zur Verfügung stellt. Dieses erlaubt die Berücksichtigung im Falle einer Steuerung bzw. Regelung hinsichtlich des beispielsweise tatsächlich vorhandenen Sauerstoffes, der sich bei dem Gemisch aus rückgeführtem Abgasstrom und zugeführten Frischluftmassenstrom einstellt. Beispielsweise ist es hierzu möglich, dass über eine kennfeldhinterlegte Tabelle entsprechende Sauerstoff- gehalte jeweiligen rückgeführten Abgasströmen zugeordnet werden können. Des Weiteren können in die Steuerung bzw. Regelung temperaturabhängige bzw. druckabhängige Variablen mit eingehen, die sich auf die Einstellung des tatsächlich zuzuführenden Kraftstoffmassenstromes auswirken, damit die Proportionalität hinsichtlich des Verhältnisses zur Luftmenge annähernd gewahrt bleibt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen gehen aus den nachfolgenden Zeichnungen hervor. Die dabei in den einzelnen Figuren dargestellten Merkmale sind 20.06.2007
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nicht auf die einzelnen Ausgestaltungen beschränkt. Vielmehr können diese so oder auch in abgeänderter Weise mit anderen Merkmalen andere Ausgestaltungen aus den anderen Figuren bzw. aus der obigen Beschreibung zu Weiterbildungen zusammengeführt werden. Insbesondere sind die Figuren und deren jeweiligen Merkmale und zugehörigen Er- läuterungen auch nicht beschränkend auszulegen. Es zeigen:
Fig. 1 eine erste beispielhafte schematische Darstellung eines proportionalen getakteten Einspritzvorganges während eines Ansaug-Taktes,
Fig. 2 ein zweites schematisches Beispiel eines getakteten proportionalen Einspritzvorganges im Ansaug-Takt bei einer höheren Drehzahl,
Fig. 3 eine schematische Ansicht eines Beispiels eines kontinuierlichen Einspritzverlaufes, der annähernd proportional zum Luftmassenstrom während des Ansaug-Taktes erfolgt,
Fig. 4 ein kontinuierliches, annähernd proportionales Einspritzen während des Ansaug-Taktes,
Fig. 5 eine schematische beispielhafte Darstellung einer Verbrennungskraftmaschine, und
Fig. 6 eine weitere beispielhafte schematische Darstellung einer Verbrennungskraftmaschine mit angeschlossenen weiteren Einheiten.
Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung einen ersten Ventilhub 1 eines Auslassventils und einen zweiten Ventilhub 2 eines Einlassventils, die beide einander zugeordnet sind. So wie dargestellt, können der erste Ventilhub und der zweite Ventilhub 1 , 2 ohne eine Überschneidung auskommen. Es besteht jedoch ebenfalls die Möglichkeit, dass eine Ven- tilüberschneidung von Einlass- und Auslassventil vorhanden ist. Dieses ist punktgestrichelt ergänzend dargestellt. Des Weiteren ist gestrichelt dargestellt ein Luftmassenstrom 3. Dieser verläuft, so wie beispielhaft dargestellt, dem zweiten Ventilhub des Einlassventils annähernd folgend. Dieses ist exemplarisch für eine Drehzahl von 2000 U/min schematisch dargestellt. Des Weiteren sind mehrere Kraftstoffeinspritzraten 4 dargestellt, die jeweils an den Luftmassenstrom 3 angepasst sind, um eine möglichst annähernd proportionale, vorzugsweise homogene Mischung zu erhalten. Die Taktung des Einspritzventils ist hierbei gleichbleibend. Die eingespritzte Kraftstoffmenge hingegen unterscheidet sich 20.06.2007
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je Takt. Steigt der Luftmassenstrom an, steigt auch proportional der eingespritzte Kraftstoffmassenstrom an. Fällt der Luftmassenstrom über den Ansaug-Takt ab, fällt proportional auch der eingespritzte Kraftstoffmassenstrom ab. Dem Luftmassenstrom folgend, wird eine getaktete Einspritzung dann unterbrochen, wenn sich eine Rückströmung des einge- strömten Luftmassenstromes ergibt. Dieses ist durch eine Rückströmung 5 angedeutet, die gestrichelt unterhalb der X-Achse verläuft. Des Weiteren ist ein Zusatz-Kraftstoffstrom 6 unmittelbar vor einer Fremdzündung 7 und damit vor OT im Kompressionshub dargestellt. Dieses kann beispielsweise in einem unteren Drehzahlbereich unterhalb von 3500 U/min erfolgen. Bei einem höheren Drehzahlbereich hingegen, kann diese Zusatz- Kraftstoffeinspritzung beispielsweise entfallen. Bei einer Ventilüberschneidung von Ein- lass- und Auslassventil ändern sich die Kurven bezüglich des Luftmassenstromes 3 wie auch hinsichtlich der Krafftstoffteilmassenströme 4 mit ihrer Taktung.
Fig. 2 zeigt in schematischer Ansicht eine Darstellung, die sich beispielhaft bei 6.000 U/min einstellt. Wiederum sind der erste und der zweite Ventilhub 1 ,2 dargestellt. Allerdings hat sich der Luftmassenstrom 3 nun in Richtung des Schließzeitpunktes des Einlassventils schwerpunktmäßig verschoben. Da der eingespritzte Kraftstoffstrom zumindest annähernd proportional über den Ansaug-Takt einströmt, bedeutet dieses ebenfalls eine Schwerpunktverlagerung und Anpassung der einzelnen Teil-Kraftstoffströme 4. Ein Zu- satz-Kraftstoffmassenstrom entfällt beispielhaft bei dieser Ausgestaltung.
Fig. 3 zeigt beispielhaft eine vergleichbare Situation wie sie aus Fig. 1 hervorgeht. Allerdings ist anstatt einer getakteten Kraftstoffeinspritzung eine annähernd kontinuierliche, proportional am Luftmassenstrom 3 sich orientierende Kraftstoffeinspritzung 8 vorgese- hen. Diese ist gepunktet dargestellt. Wird ein Ventil verwendet, was in der Lage ist, mengenproportional den Kraftstoff zum Luftmassenstrom einzuspritzen, andererseits aber auch getaktet betrieben werden zu können, besteht beispielsweise die Möglichkeit, dass, sofern notwendig, ein Zusatz-Kraftstoffmassenstrom während des Verdichtungshubes wiederum gemäß einer Taktung erfolgt. Ebenfalls besteht die Möglichkeit, dass eine kon- tinuierliche, hubgesteuerte Zusatz-Kraftstoffeinspritzung erfolgt.
Fig. 4 zeigt eine vergleichbare Situation, wie sie aus Fig. 2 schon hervor ging. Auch hier wird ein kontinuierlich proportional sich am Luftmassenstrom 3 ausgerichteter Kraftstoffmassenstrom 8 eingespritzt. Dadurch kann eine annähernd proportionale Gemischbildung im Verbrennungsraum geschaffen werden, der somit annähernd eine homogene Durchmischung aufweist. 20.06.2007
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Fig. 5 zeigt in beispielhafter Ausgestaltung eine Verbrennungskraftmaschine 9 in einem Ausschnitt. Ein Zylinder 10 der Verbrennungskraftmaschine mit einem Verbrennungsraum 11 weist eine Fremdzündung 12 vorzugsweise über eine Zündkerze auf. Die Fremdzündung ist beispielsweise annähernd mittig im Zylinder 10 angeordnet. Ein Einlassventil 13 ist schematisch angedeutet. Durch Öffnen und Schließen desselben wird der in den Verbrennungsraum eintretende Luftmassenstrom dem Verbrennungsraum 11 zugeführt. Dem Luftmassenstrom kann über eine Zuleitung 14 ein rückgeführter Abgasmassenstrom zugeführt werden. Eine Einrichtung zur Ermittlung der Luftmenge 15 kann vor oder aber auch in Strömungsrichtung betrachtet der Zuleitung 14 nachfolgend angeordnet sein. Ist beispielsweise der rückgeführte Abgasmassenstrom über eine andere Messeinrichtung erfassbar, kann aus den somit vorliegenden Messwerten der insgesamt in den Verbrennungsraum 11 eintretende Massenstrom ermittelt werden. Wird im Rahmen einer Ventilüberschneidung eine interne Abgasrückführung vorgenommen, kann dieses ebenfalls Berücksichtigung bei der Berechnung der Massenströme und deren Proportionalität ha- ben. Über die Einrichtung 15 zur Ermittlung der Luftmenge kann eine nur schematisch dargestellte Steuerung 16 eine Auswertung der aufgenommenen Parameter vornehmen. Daraus wird ein proportionales Einspritzen angepasst und ein Einspritzventil 17 entsprechend betätigt. Beispielsweise kann hierfür eine entweder in der Steuerung 16 selbst integrierte Ansteuerung 18 oder eine separat davon beispielsweise am Einspritzventil 17 angeordnete Ansteuerung 18 vorgesehen sein. Beispielsweise ist die Ansteuerung 18 in der Lage, von der Steuerung 16 getrennt das Verhältnis und/oder die Einspritzzeitpunkte bzw. Zeiträume ermitteln zu können, mit denen das Einspritzventil 17 zu betätigen ist. Vorzugsweise ist über das Einspritzventil 17 mit zumindest zwei unterschiedlichen Strahlwinkeln ein Kraftstoff einspritzbar. Beispielsweise können diese unabhängig voneinander zu unterschiedlichen Zeitpunkten und/oder Betriebspunkten gewählt genutzt werden. Beispielsweise kann in einem ersten Bereich 19 im Verbrennungsraum 11 ein annähernd homogen gehaltenes Gemisch vorliegen. Dieses ist beispielsweise über einen ersten Strahl 20 erzeugt worden. Ein zweiter Bereich 21 , der insbesondere oberhalb des ersten Bereichs 19 im Verbrennungsraum angeordnet ist, wird beispielsweise über einen zweiten Strahl 22 erzeugt. In diesem zweiten Bereich 21 ist ein höherer Lambdawert vorliegend als im ersten Bereich 19. Insbesondere ist der zweite Bereich 21 in unmittelbarer Näher zur Fremdzündung 12 angeordnet. Der erste Bereich 19 hingegen ist vorzugsweise in unmittelbarer Nähe zu einem Kolbenboden angeordnet. Auf diese Weise kann während des Ansaug-Taktes eine Schichtung mit jeweils unterschiedlichen Lambdawerten und damit speziellem Zündverhalten gebildet werden. 20.06.2007
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Fig. 6 zeigt in einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung die Verbrennungskraftmaschine 9 aus Fig. 5 einer anderen schematischen Darstellung. An die Verbrennungskraftmaschine 9 ist eine Aufladung 23, eine Breitband-Lambda-Sonde 24, eine Abgasrückführungseinrichtung 25 und eine Ventilsteuerschaltung 26 angeschlossen. Die Aufladung 24 kann beispielsweise eine mechanische Aufladung und/oder auch eine Abgasturboaufladung sein. Diese können parallel wie auch seriell geschaltet sein. Sie stehen in Verbindung mit einem Motorsteuergerät 27, das beispielsweise einen Druck wie auch eine Temperatur des Luftmassenstromes vor Eintritt in die Verbrennungskraftmaschine 9 erhält. Beispielsweise kann die Motorsteuerung 27 über geeignete Maßnahmen eine Erhöhung des Luftmassenstromes wie auch des Druckes des Luftmassenstromes vorsehen, um einerseits die geforderte Leistung zur Verfügung zu stellen. Zum anderen kann darüber auch im Rahmen eines Steuer- oder Regelkreises Einfluss darauf genommen werden, eine proportionale Gemischbildung zumindest annähernd im Verbrennungsraum der Verbrennungskraftmaschine 9 zu erhalten. Beispielsweise kann auch eine Temperatur des Luftmassenstromes zum Beispiel über einen Ladeluftkühler entsprechend beeinflusst werden, oder auch über eine entsprechende Temperierung des Luftmassenstromes, der aus der Aufladung 23 austritt. Weiterhin kann die Motorsteuerung Signale von der Breitband-Lambda-Sonde 24 aufnehmen, insbesondere die gemessenen Lambdawerte. Diese können in die Regelung bzw. Steuerung eines proportionalen Einspritzverhaltens mit ein- gehen, insbesondere in Form von Ist-Werten. Darüber hinaus kann die festgestellte Temperatur ebenfalls mit einfließen. Auch besteht die Möglichkeit, dass über die Abgasrückführungseinrichtung 25 einerseits eine Temperierung des einströmenden Luftmassenstromes erfolgt. Zum anderen ist darüber die Möglichkeit gegeben, Einfluss auf die einzuspritzende Kraftstoffrate zu nehmen. Befindet sich im rückgeführten Abgasmassenstrom noch ein hoher Anteil unverbrannten oder unvollständig verbrannten Kraftstoffes, kann eine entsprechende Reduktion des einzuspritzenden Kraftstoffmassenstroms vorgesehen sein. Insbesondere besteht die Möglichkeit, eine Abgasrückführung angepasst an das Einspritzverhalten während des Ansaug-Taktes vorzusehen. Beispielsweise kann die Abgasrückführung erst zu einem späten Zeitpunkt oder aber zu einem frühen Zeitpunkt des Öffnens des Einlassventils erfolgen. Die Steuerung bzw. Regelung eines proportionalen Kraftstoffluftmassenstromes über den Ansaug-Takt wird vorzugsweise zumindest annähernd in Echtzeit vorgenommen. Hierzu kann vorgesehen sein, dass ein oder mehrere entsprechende Messwertaufnehmer für den Kraftstoffmassenstrom bzw. den Luftmassenstrom an Vorrichtungen der Verbrennungskraftmaschine 9 vorgesehen sind. Diese sind jedoch im Detail nicht näher dargestellt. 20.06.2007
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Mit der aus Fig. 5 bzw. Fig. 6 schematisch dargestellten Verbrennungskraftmaschine ist es möglich, durch Nutzung von ein oder mehreren Steuergeräten in Verbindung mit der Motorsteuerung entsprechende Regelkreisläufe bzw. Steuerungen vorzusehen. Diese können jeweils autark sein, wobei das Motorsteuergerät nur eine übergeordnete Funktion hat. Dabei können einzelne Steuergeräte, beispielsweise für eine Ventilsteuerung in Verbindung mit einer Einspritzsteuerung autarke Funktionen zugeordnet werden, wobei das Motorsteuergerät nur Rahmenbedingungen setzt. Über eine entsprechende Busverbindung kann hierzu das jeweilige Steuergerät die für die autarke Nutzung notwendigen Informationen annähernd in Echtzeit erhalten. Des Weiteren ermöglicht dieses eine Ausfall- Sicherheit und damit erhöhte Betriebssicherheit, da Funktionen von einem Steuergerät auf das andere übertragen werden können, insbesondere damit redundant sind. Hinsichtlich der Funktionalität des Motorsteuergerätes kann diese durch andere Steuergeräte übernommen werden. Dieses ist insbesondere vorteilhaft bei verschiedenen Einspritz- Verfahren, bei denen neben dem vorgeschlagenen Verfahren auch andere, herkömmliche Verfahren zur Einspritzung insbesondere im Kompressionshub zur Anwendung gelangen.

Claims

20.06.2007Patentansprüche
1. Verfahren zum Betrieb einer fremdgezündeten Verbrennungskraftmaschine (9), bei der ein Kraftstoff direkt in einen Verbrennungsraum (11 ) eines Zylinders (10) der Verbrennungskraftmaschine (9) eingespritzt wird, wobei eine in einem Ansaug-
Takt zuzuführende Kraftstoffmenge zumindest annähernd proportional zu einer parallel in den Zylinder (10) einströmenden Frischluftmenge angepasst eingespritzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zumindest annähernd eine Gesamt-Kraftstoffmenge für einen Verbrennungstakt während des Ansaug- Taktes zugeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zuzufüh- rende Kraftstoffmenge zumindest annähernd über den gesamten Ansaug-Takt verteilt eingespritzt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamt- Kraftstoffmenge in mehrere Teil-Kraftstoffmengen aufgeteilt eingespritzt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zeitliche Verteilung des einzuspritzenden Kraftstoffes über den Ansaug- Takt in Abhängigkeit von der Frischluftmenge erfolgt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine getaktete Mehrfach-Einspritzung während des Ansaug-Taktes erfolgt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Taktung der Mehrfach-Einspritzung mit gleichen Zeittakten während eines Ansaug-Taktes ein- gestellt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Taktung der Mehrfach-Einspritzung mit verschiedenen Zeittakten während eines Ansaug- Taktes eingestellt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine gleichförmige Taktung der Mehrfach-Einspritzung über einen Betriebsbereich der Verbrennungskraftmaschine (9) gewählt wird. 20.06.2007
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine annähernd kontinuierliche Einspritzung mit einem sich ändernden Kraftstoff-Mengenstrom über den Ansaug-Takt erfolgt.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zusatz-Kraftstoffmenge nach Abschluss des Ansaug-Taktes vor Zünd- OT eingespritzt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatz- Kraftstoffmenge, die eingespritzt wird, geringer ist als die eingespritzte Kraftstoffmenge während des Ansaug-Taktes.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffmenge während des Ansaug-Taktes mit einem anderen Winkel in den Verbrennungsraum eingespritzt wird als eine Zusatz-Kraftstoffeinspritzung vor Zünd-OT.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine (9) eine homogene Zylinderbefüllung während des Ansaug-Taktes erfolgt, und vor einer Zündung eine
Zusatz-Kraftstoffeinspritzung erfolgt, die einen Bereich in dem Verbrennungsraum des Zylinders in der Nähe einer Zündeinrichtung mit einem Lambda-Wert schafft, dessen Wert größer ist als derjenige, der zum Zeitpunkt der Zusatz- Kraftstoffeinspritzung in einem anderen Bereich im Zylinder (10) herrscht, insbe- sondere in einer Nähe eines Kolbenbodens des Zylinders (10) herrscht.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine (9) eine Einspritzung der eingespritzten Kraftstoffmenge während des Ansaug-Taktes von einer annä- hernd proportionalen getakteten Einspritzung zu einer annähernd kontinuierlichen
Einspritzung umgestellt wird.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Betriebsbereich mit niedriger Drehzahl der Verbrennungskraftma- schine (9) eine mengenproportionale getaktete Einspritzung und in einem Betriebsbereich mit höherer Drehzahl eine mengenproportionale, kontinuierliche Einspritzung über den Ansaug-Takt erfolgt. 20.06.2007
17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anpassung der eingespritzten Kraftstoffmenge in Abhängigkeit eines über eine Abgasrückführung zurückgeführten Abgasstromes erfolgt.
18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kraftstoffeinspritzung unterbunden wird, wenn ein Rückausströmen von einem Teilstrom der in den Zylinder (10) im Ansaug-Takt eingeströmten Frischluftmenge bei geöffnetem Einlassventil erfolgt.
19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anpassung der Einspritzung über den Ansaug-Takt in Abhängigkeit von einer Verstellung einer Ventilsteuerzeit eines Auslassventils erfolgt.
20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungskraftmaschine (9) in einem Magerbetrieb betrieben wird, wenn die Kraftstoffmenge proportional zur Frischluftmenge über den Ansaug-Takt eingespritzt wird.
21. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffmenge in einem anderen Betriebsbereich der Verbrennungskraftmaschine im wesentlichen außerhalb des Ansaug-Taktes eingespritzt wird.
22. Verbrennungskraftmaschine (9) mit einer Fremdzündung (12), einer Direkteinspritzung eines Kraftstoffes in einen Verbrennungsraum (11 ) eines Zylinders (10) und einer Steuerung (16), die eine einzuspritzende Kraftstoffmenge und deren Einspritzzeitpunkt bestimmt, einer Einrichtung zur Ermittlung eines in den Verbrennungsraum des Zylinders (10) einströmenden Luftmenge sowie einer Vorrichtung zur Ermittlung eines Betriebsparameters einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine (9), wobei die Verbrennungskraftmaschine (9) eine Ansteuerung (18) eines dem Zylinder zugeordneten Einspritzventils (17) aufweist, wobei das
Einspritzventil (17) zumindest annähernd proportional zu der einströmenden Luftmenge eine angepasste Kraftstoffmenge über einen Ansaug-Takt verteilt dem Verbrennungsraum zuführt.
23. Verbrennungskraftmaschine (9) nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Ermittlung des Betriebsparameters der Kurbelwelle mit der Ansteuerung (18) gekoppelt ist. 20.06.2007
24. Verbrennungskraftmaschine (9) nach einem der Ansprüche 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspritzventil (17) getaktet ansteuerbar ist.
25. Verbrennungskraftmaschine (9) nach einem der Ansprüche 22, 23 oder 24, da- durch gekennzeichnet, dass das Einspritzventil (17) kontinuierlich proportional ansteuerbar ist.
26. Verbrennungskraftmaschine (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspritzventil (17) piezoelektrisch zu betätigen ist.
27. Verbrennungskraftmaschine (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspritzventil (17) verschiedene Einspritzwinkel aufweist, die in unterschiedlichen Lastbereichen verschieden freigegeben werden..
28. Verbrennungskraftmaschine (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Breitband-Lambda-Sonde (24) mit der Steuerung (16) verknüpft ist, wobei ein Lambda-Wert als Ist-Wert in eine Regelung des einzuspritzenden Kraftstoffes eingeht.
29. Verbrennungskraftmaschine (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine mechanische Aufladung und eine Abgasturboaufladung vorhanden sind, die jeweils mit der Steuerung (16) gekoppelt sind, um eine einströmende Luftmenge an einen geforderten Lastzustand anzupassen, wo- bei die Einrichtung eine Ist-Größe der Luftmenge erfasst und als Ist-Größe einer
Regelung des einzuspritzenden Kraftstoffes zur Verfügung stellt.
30. Verbrennungskraftmaschine (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abgasrückführungseinrichtung (25) vorhanden ist, die einen Ist-Wert eines rückgeführten Abgasstromes der Steuerung (16) zur
Verfügung stellt.
PCT/EP2007/005464 2006-06-30 2007-06-21 Homogenisiertes einspritzverfahren Ceased WO2008000386A1 (de)

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