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WO2005038216A1 - Verfahren zum betrieb einer brennkraftmaschine - Google Patents

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Publication number
WO2005038216A1
WO2005038216A1 PCT/EP2004/010280 EP2004010280W WO2005038216A1 WO 2005038216 A1 WO2005038216 A1 WO 2005038216A1 EP 2004010280 W EP2004010280 W EP 2004010280W WO 2005038216 A1 WO2005038216 A1 WO 2005038216A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
valve
internal combustion
combustion engine
gas exchange
valves
Prior art date
Application number
PCT/EP2004/010280
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Götz Brachert
Rüdiger Herweg
Kai Kanning
Matthias Pfau
Jochen SCHÄFLEIN
Hans-Jürgen WEIMANN
Original Assignee
Daimlerchrysler Ag
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.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daimlerchrysler Ag filed Critical Daimlerchrysler Ag
Publication of WO2005038216A1 publication Critical patent/WO2005038216A1/de
Priority to US11/403,558 priority Critical patent/US20060219212A1/en

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    • F02D13/0226—Variable control of the intake valves only changing valve lift or valve lift and timing
    • F02D13/023—Variable control of the intake valves only changing valve lift or valve lift and timing the change of valve timing is caused by the change in valve lift, i.e. both valve lift and timing are functionally related
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to a method for operating an internal combustion engine according to the preamble of patent claim 1.
  • a combustion chamber in which fuel is burned is delimited by a longitudinally movable piston in each cylinder.
  • the supply of fresh oxygen-containing gas for the combustion usually takes place via the inlet ducts of the cylinders, while the combustion exhaust gases are discharged via outlet ducts.
  • the channels are controlled by intake valves and exhaust valves, which are actuated by a valve train to carry out the cyclical charge change.
  • DE 198 52 552 C2 discloses a method for operating a four-stroke internal combustion engine, in which combustion exhaust gases are retained in the combustion chamber, and the temperature increase of the fuel / air mixture that is achieved when compressing the next working cycle of the respective cylinder results in a temperature of the compressed volume is achieved in which the Mixture comes to ignition.
  • the retention of combustion exhaust gases is achieved by undercutting the valve timing of the gas exchange valves, whereby the known method wants to control the valve undercut depending on the engine speed and load by means of an exhaust gas throttle valve that is effective for all combustion chambers.
  • compression ignition as an internal combustion engine method with self-ignition of a homogeneous fuel / air mixture is carried out only in certain partial load ranges of the internal combustion engine due to special boundary conditions of this operating mode.
  • DE 199 23 413 AI describes a method in which the compression ignition is to be carried out stably in a narrow part-load map area and an ottomotor ignition and combustion is provided for higher engine loads.
  • the known method provides for a change between valve undercutting and valve overlap of the gas exchange valve control times by shifting a camshaft.
  • the camshaft as a forced valve drive of the gas exchange valves should be switchable between a cam shape for valve overlap (petrol engine operation) and a cam shape for exhaust gas retention in compression ignition mode by means of a switch.
  • No. 6,336,436 B1 discloses a method for changing the operating mode between spark ignition mode and compression ignition mode, in which the exhaust gas to be retained for the compression ignition mode is realized by changing the control times of the gas exchange valves by way of internal exhaust gas recirculation.
  • the compression ignition mode the closing time of the exhaust valve is shifted in the "late" direction compared to the spark ignition mode.
  • the opening time of the intake valve is brought forward, so that there is an overlap of the valve timing.
  • the change in the control times of the gas exchange valves when the operating mode is changed should alternatively by a variably adjustable mechanism or by a camshaft with several cam profiles for the forced control of the respective valve activities of the operating modes.
  • the present invention has for its object to provide a method for operating an internal combustion engine with a change between a spark ignition mode and operating mode with compression ignition, with which simple structural means counteracts deteriorations in the overall efficiency of the internal combustion engine, in particular when changing the operating modes.
  • the invention is based on the knowledge that when generating exhaust gas retention in compression ignition mode, the timing of the intake valve and exhaust valve results in intermediate compression of the retained exhaust gas at top dead center of the piston movement when the charge is changed. This results in a deterioration in the overall efficiency of the internal combustion engine, in particular if the internal combustion engine machine has a cam valve drive and the valve undercut should be adjusted with cam contours designed for petrol engine operation.
  • the opening time of the gas exchange valves is reduced according to the inventive concept.
  • the opening stroke of the respective gas exchange valve is expediently shortened in such a way that the speed and the acceleration of the moving valve parts move within an acceptable range and the kinematics of the valve drive are taken into account.
  • a switch is advantageously made to a cam contour with a small valve lift and a short opening time.
  • the shortening of the opening time is coordinated in this way and determined by the corresponding contouring of the control cams, that the required amount of combustion exhaust gases is retained in the compression ignition mode and participates in the mixture formation of the following working cycle of the cylinder.
  • FIG. 1 is a view of a reciprocating piston internal combustion engine
  • Fig. 2 is a graphical representation of the valve lift, the valve speed and the valve acceleration of the gas exchange valves during a working cycle.
  • FIG. 1 shows a reciprocating piston internal combustion engine 1, in the cylinders 2 of which a longitudinally movable reciprocating piston 3 is arranged, which delimits a combustion chamber 4, which is closed off by a cylinder head 5 placed on the cylinder 2.
  • a mixture of fuel and combustion air is formed in the combustion chamber 4 and burned to drive the reciprocating piston 3.
  • At least one inlet duct 13 and one outlet duct 14 are formed in the cylinder head 5, oxygen-rich fresh gas being supplied through the inlet duct 13 and the combustion exhaust gases being removed from the combustion chamber through the outlet duct 14.
  • gas exchange valves 6, 7 are provided, which are driven by a valve train 26 and cyclically open the inlet channel 13 in the manner of the four-stroke method or open the outlet channel 14 with respect to the outlet valve 7.
  • the fuel pump is designed as a high-pressure pump and provides the direct injection valve 10 with fuel under a high injection pressure.
  • a prefeed pump 19 in the feed line 17 is useful.
  • the fuel metering is set by a control unit 9 as a function of the operating point of the internal combustion engine, which is connected to the intake manifold injector 12 via a signal line 22 and to the direct injection valve 10 via a signal line 23 in order to transmit injection commands.
  • the control unit determines the present operating point of the internal combustion engine as a function of continuously measured operating parameters, namely in the present exemplary embodiment the load L and the rotational speed n of the internal combustion engine 1, and takes the control values stored there to determine the operating point and the associated control commands from a map memory 21.
  • the control unit 9 also adjusts the position of a throttle valve 24 arranged in the inlet duct 13.
  • the mixture in the combustion chamber 4 is configured by the setting of the throttle valve 24 and the effects thus achieved on the fresh gas flow and the pressure in the inlet duct 13 and the injection parameters for metering the fuel.
  • a lean mixture formation with, for example, stratified mixture formation by direct fuel injection during the compression stroke of the piston 3 or homogeneous mixture formation with a stoichiometric mixture composition can take place.
  • the internal combustion engine is operated in higher load ranges with spark ignition in the manner of an Otto engine, the mixture formed in the combustion chamber 4 being ignited by the ignition spark of a spark plug 8 arranged in the cylinder head 5.
  • Operation with compression ignition is provided in lower to medium load ranges.
  • this mode of operation which can also be referred to as a room ignition method, by adjusting the control of the gas exchange valves 6, 7 to such an extent, combustion exhaust gas in the combustion chamber 4 is admixed held back in the fresh gas of the next working cycle that the combustion chamber temperature rises and the charge heated by the compression by the piston 3 can self-ignite.
  • the control unit 9 acts in this way on the correspondingly adjustable valve train 26 of the gas exchange valves 6, 7.
  • the valve train 26 can be a variably adjustable valve train, for example an electromechanical or electrohydraulic valve control, with which the control times, ie opening and closing times and thus the opening time of the gas exchange valves, can be adjusted as required.
  • a cam control is provided as the valve drive 26, in which control cams 27 driven by a camshaft, with their cam contours, lift the gas exchange valves cyclically from their valve seat.
  • the cam valve drive 26 is provided with switching means described in more detail below.
  • the configuration of the working gas and the associated retention of 'exhaust gases in the combustion chamber during compression ignition operation is controlled according to the invention by changing the opening duration of at least one of the gas exchange valves when the operating modes are switched, the opening time of the exhaust valve 7 and the closing time of the intake valve being changed in both operating modes 6 are the same.
  • the opening time of the gas exchange valves is reduced.
  • the control unit 9 initiates the corresponding changeover of the cyclical control time.
  • a switch is made to a cam contour with a reduced opening duration.
  • Fig. 2 shows a graphical representation of a working cycle between the top dead center of the ignition (ZOT) above the course of the opening stroke of the gas exchange valves, in the middle diagram the valve speed of the intake and exhaust valves and finally the acceleration of the moving valve parts below.
  • the curve shown in dashed lines corresponds to the valve lift or the valve speed and the acceleration in the spark ignition mode (Otto), while the full line corresponds to the compression ignition mode (RZV).
  • the opening duration is changed by the time period ⁇ t for both the exhaust valve and the intake valve, namely reduced when changing from spark ignition mode to compression ignition mode RZV.
  • the opening time of the exhaust valve and the closing time of the intake valve are the same in both operating modes, and it is ensured that in compression ignition operation the required amount of residual gas is retained in the combustion chamber in order to achieve the temperature increase required for self-ignition.
  • the cam contour is determined in such a way that the stroke of the respective valve is reduced when switching over to compression ignition mode, so that there is a reduced stroke curve 29 for the compression ignition mode RZV compared to the stroke curve 28 in spark ignition mode.
  • the reduction in the opening stroke ensures that the valve speed and the valve acceleration do not change the respective courses of these parameters in positive ignition operation significantly exceed.
  • the change in the operating mode of the internal combustion engine to the compression ignition mode can thus be realized by switching to a cam contour with shorter opening times and thereby reduced opening stroke, and the kinematics of the valve train can be taken into account with simple means.

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Abstract

Bei einer Brennkraftmaschine wird im Brennraum ein brennbares Treibstoffgemisch gebildet, wobei die Zuführung von Frischgas durch Einlasskanäle und die Abführung von Verbrennungsgasen durch Auslasskanäle erfolgt, welche von Einlassventilen und Auslassventilen freigebbar sind, die zur Durchführung des Ladungswechsels von einem Ventiltrieb angesteuert werden. In einem Teil des Lastbereiches der Brennkraftmaschine ist eine Betriebsart mit Fremdzündung vorgesehen durch eine Zündkerze und in einem anderen Lastbereich eine Betriebsart mit Kompressionszündung vorgesehen, bei der die Steuerung der Gaswechselventile derart verändert wird, dass Verbrennungsabgase im Brennraum zurückgehalten werden. Um ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit Wechsel zwischen einem Fremdzündungsmodus und einer Betriebsart mit Kompressionszündung zu schaffen, welches Verschlechterungen des Gesamtwirkungsgrades der Brennkraftmaschine insbesondere beim Wechsel der Betriebsarten entgegenwirkt, ist erfindungsgemäss vorgesehen, die Öffnungsdauer wenigstens eines der Gaswechselventile zu verändern, wobei in beiden Betriebsarten der Öffnungszeitpunkt des Auslassventils und der Schliesszeitpunkt des Einlassventils gleich sind.

Description

DaimlerChrysler AG
Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
In einer Hubkolben-Brennkraftmaschine ist in jedem Zylinder von einem längsbeweglichen Kolben ein Brennraum begrenzt, in dem Kraftstoff verbrannt wird. Die Zufuhr von Sauerstoffhaltigem Frischgas für die Verbrennung erfolgt üblicherweise ü- ber Einlaßkanäle der Zylinder, während die Verbrennungsabgase über Auslaßkanäle abgeführt werden. Die Kanäle werden von Einlaßventilen und Auslaßventilen beherrscht, welche zur Durchführung des zyklischen Ladungswechsels von einem Ventil- trieb angesteuert werden.
Bei einem ottomotorischen Betrieb wird das im Brennraum gebildete Kraftstoffgemisch von dem Zündfunken einer in den Brennraum einragenden Zündkerze des Zylinders gezündet. Zur Einleitung der Kraftstoffverbrennung ist daneben eine als Kompressionszündung oder auch Raumzündung genannte Betriebsart der Brennkraftmaschine bekannt . Diese Betriebsart bietet die Möglichkeit der Kraftstoff erbrennung zum Antrieb der Brennkraftmaschine bei gutem Wirkungsgrad und geringer Neigung zu Bildung nitroser Gase. Die DE 198 52 552 C2 offenbart ein Verfahren zum Betrieb eines im Viertakt arbeitenden Verbrennungsmotors, bei dem Verbrennungsabgase im Brennraum zurückgehalten werden und durch die damit erreichte Temperaturerhöhung des Kraftstoff/Luft-Gemisches bei der Kompression des nächsten Arbeitsspiels des jeweiligen Zylinders eine Temperatur des komprimierten Volumens erreicht wird, in dem das Gemisch zur Zündung gelangt . Die Rückhaltung von Verbrennungsabgasen wird durch eine Ventilunterschneidung der Steuerzeiten der Gaswechselventile erreicht, wobei das bekannte Verfahren die Ventilunterschneidung abhängig von Motordrehzahl und Last durch eine für alle Brennräume wirksame Abgas- drosselklappe steuern will.
Es ist weiter bekannt, daß die Kompressionszündung als Brenn- kraftverfahren mit Selbstzündung homogener Kraftstoff/Luft-Gemisch durch besondere Randbedingungen dieser Betriebsart nur in bestimmten Teillastbereichen der Brennkraftmaschine ausgeführt wird. Die DE 199 23 413 AI beschreibt ein Verfahren, bei dem die Kompressionszündung in einem schmalen Teillastkennfeldbereich stabil erfolgen soll und für höhere Motorlasten eine ottomotorische Zündung und Verbrennung vorgesehen ist. Zum Wechsel der Betriebsart sieht das bekannte Verfahren einen Wechsel zwischen Ventilunterschneidung und Ventilüberschneidung der Gaswechselventil-Steuerzeiten durch Verschieben einer Nockenwelle vor. Die Nockenwelle als Zwangsventiltrieb der Gaswechselventile soll mittels eines Umschalters zwischen einer Nockenform für Ventilüberschneidung (ottomotorischer Betrieb) und einer Nockenform für Abgasrückhaltung im Kompressionszündungsbetrieb umschaltbar sein.
Die US 6,336,436 Bl offenbart ein Verfahren zum Wechseln der Betriebsart zwischen Fremdzündungsbetrieb und Kompressionszündungsbetrieb, bei dem das für den Kompressionszündungsbetrieb zurückzuhaltende Abgas durch Veränderung der Steuerzeiten der Gaswechselventile im Wege innerer Abgasrückführung realisiert wird. Dabei wird im Kompressionszündungsbetrieb gegenüber dem Fremdzündungsbetrieb der Schließzeitpunkt des Auslaßventils in Richtung "spät" verschoben. Gleichzeitig wird der ÖffnungsZeitpunkt des Einlaßventils vorgezogen, so daß sich eine Überschneidung der Ventilsteuerzeiten ergibt. Die Änderung der Steuerzeiten der Gaswechselventile bei einem Wechsel der Betriebsart soll bei der bekannten Anordnung al- ternativ durch einen variabel einstellbaren Mechanismus oder durch eine Nockenwelle mit mehreren Nockenprofilen zur ZwangsSteuerung der jeweiligen Ventiltätigkeiten der Betriebsarten erfolgen. Das bekannte Verfahren sieht einen Wechsel zwischen den Betriebsarten mit einem bestimmten Übergangsbetrieb vor, bei dem geschichtete Gemischbildung durch direkte Kraftstoffeinspritzung während des Kompressionshubes erfolgen soll. Bei dem bekannten Verfahren soll ein stabiler Wechsel der Verbrennungsverfahren erfolgen, in dem der Übergangsbetrieb beim Wechsel zwischen Kompressionszündung und Fremdzündung sich über mehrere Arbeitsspiele erstreckt. Dabei ist ein langer Übergangsbetrieb erforderlich, da anderenfalls Klopferscheinungen und starke Laufungleichförmigkeit der Brennkraftmaschine die Folge sind.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit Wechsel zwischen einem Fremdzündungsmodus und Betriebsart mit Kompressionszündung zu schaffen, mit dem mit einfachen baulichen Mitteln Verschlechterungen des Gesamtwirkungsgrades der Brennkraftmaschine insbesondere beim Wechsel der Betriebsarten entgegengewirkt wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst .
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, die Öffnungsdauer wenigstens eines der Gaswechselventile zu verändern, wobei in beiden Betriebsarten der Öffnungszeitpunkt des Auslaßventils und der Schließzeitpunkt des Einlaßventils gleich sind. Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, daß bei der Generierung einer Abgasrückhaltung im Kompressionszündungsbetrieb durch die Steuerzeiten von Einlaßventil und Auslaßventil sich im oberen Totpunkt der Kolbenbewegung beim Ladungswechsel eine Zwischenkompression des rückgehaltenen Abgases ergibt. Daraus ergibt sich eine Verschlechterung des Gesamtwirkungsgrades der Brennkraftmaschine insbesondere, wenn die Brennkraftma- schine einen Nockenventiltrieb hat und die Ventilunterschneidung mit für den ottomotorischen Betrieb ausgelegten Nockenkonturen eingestellt werden soll. Beim Umschalten auf Kompressionszündungsbetrieb wird nach dem Erfindungsgedanken die Öffnungsdauer der Gaswechselventile reduziert . Dadurch kann zum einen durch frühes Schließen des Auslaßventils bei gleichem Öffnungszeitpunkt in beiden Betriebsarten ein hoher Druckverlust ab dem Öffnen des Auslaßventils verhindert werden. Gleichzeitig wird somit ausgeschlossen, daß das Auslaßventil noch während der eigentlichen Verbrennung geöffnet werden muß, um genügend Zeitraum für die erforderliche Abgasrückhaltung zur Verfügung zu haben. Zum anderen wird durch den gleichen Schließzeitpunkt des Einlaßventils bei beiden Betriebsarten und dessen später Öffnung im Kompressionszün- dungsmodus eine effektive Verdichtung sichergestellt und so ein hoher Ladungswechselwirkungsgrad gewährleistet.
Zweckmäßig wird zugleich mit der Verringerung der Öffnungsdauer der Öffnungshub des jeweiligen Gaswechselventils in einer derartigen Weise gekürzt, daß die Geschwindigkeit und die Beschleunigung der bewegten Ventilteile sich in einem vertretbaren Rahmen bewegen und so der Kinematik des Ventil- triebs Rechnung getragen wird. Bei einer Steuerung der Gaswechselventile mit einem Nockenventiltrieb wird vorteilhaft beim Wechsel der Betriebsart auf den Kompressionszündungsbetrieb auf eine Nockenkontur mit kleinem Ventilhub und kurzer Öffnungsdauer umgeschaltet . Die Verkürzung der Öffnungsdauer wird dabei derartig abgestimmt und durch die entsprechende Konturierung der Steuernocken bestimmt, daß im Kompressionszündungsbetrieb die erforderliche Menge an Verbrennungsabgasen zurückgehalten wird und an der Gemischbildung des folgenden Arbeitsspiel des Zylinders teilnimmt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Ansicht einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, Fig. 2 eine graphische Darstellung des Ventilhubs, der Ventilgeschwindigkeit und der Ventilbeschleunigung der Gaswechselventile während eines Arbeitsspiels.
Fig. 1 zeigt eine Hubkolbenbrennkraftmaschine 1 in deren Zylindern 2 jeweils ein längsbeweglicher Hubkolben 3 angeordnet ist, welcher einen Brennraum 4 begrenzt, der von einem auf dem Zylinder 2 aufgesetzten Zylinderkopf 5 abgeschlossen ist. In dem Brennraum 4 wird ein Gemisch aus Kraftstoff und Verbrennungsluft gebildet und zum Antrieb des Hubkolbens 3 verbrannt. In dem Zylinderkopf 5 sind mindestens ein Einlaßkanal 13 und ein Auslaßkanal 14 ausgebildet, wobei durch den Einlaßkanal 13 sauerstoffreiches Frischgas zugeführt wird und durch den Auslaßkanal 14 die Verbrennungsabgase aus dem Brennraum abgeführt werden. Zur Steuerung des Ladungswechsels sind Gaswechselventile 6, 7 vorgesehen, welche von einem Ventiltrieb 26 angetrieben werden und nach Art des Viertaktverfahrens zyklisch den Einlaßkanal 13 freigeben bzw. bezüglich des Auslaßventils 7 den Auslaßkanal 14 öffnen. Für die Zumes- sung des erforderlichen Brennstoffes ist jedem Zylinder ein Injektor 10 zugeordnet, der jeweils im Zylinderkopf 5 angeordnet ist und einen Brennstoffstrahl 11 direkt in den Brennraum 4 abgibt. Alternativ oder zusätzlich ist ein Saugrohrinjektor 12 vorgesehen, welcher Brennstoff in den Einlaßkanal 13 abgibt. Der Direkteinspritzinjektor 10 und der Saugrohrinjektor 12 werden von Kraftstoffleitungen 15, 16 einer oder mehreren Kraftstoffpumpen 18 gespeist, welche über eine Vorlaufleitung 17 aus einem Kraftstofftank 20 versorgt ist.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Kraftstoffpumpe als Hochdruckpumpe ausgelegt und stellt dem Direkteinspritzventil 10 Kraftstoff unter einem hohen Einspritzdruck zur Verfügung. Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Anordnung einer Vorförderpumpe 19 in der Vorlaufleitung 17 zweckmäßig. Die Kraftstoffzumessung wird von einer Steuereinheit 9 in Abhängigkeit des Betriebspunktes der Brennkraftmaschine eingestellt, welche zur Übermittlung von Einspritzbefehlen über eine Signalleitung 22 mit dem Saugrohrinjektor 12 und über eine Signalleitung 23 mit dem Direkteinspritzventil 10 verbunden ist. Die Steuereinheit ermittelt den vorliegenden Betriebspunkt der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von laufend gemessenen Betriebsparametern, nämlich im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Last L und der Drehzahl n der Brennkraftmaschine 1, und entnimmt einem Kennfeldspeicher 21 die dort abgelegten Steuerwerte zur Ermittlung des Betriebspunktes und der dazugehörigen Steuerbefehle. Die Steuereinheit 9 stellt dabei auch die Stellung einer im Einlaßkanal 13 angeordneten Drosselklappe 24 ein. Durch die Einstellung der Drosselklappe 24 und die damit erzielten Wirkungen auf den Frischgasstrom und den Druck im Einlaßkanal 13 und die Einspritzparameter zur Zumessung des Kraftstoffes wird das Gemisch im Brennraum 4 konfiguriert. Dabei kann je nach Betriebspunkt eine magere Gemischbildung mit beispielsweise geschichteter Gemischbildung durch direkte Kraftstoffeinspritzung während des Kompressionstaktes des Kolbens 3 oder homogene Gemischbildung mit stöchiometrischer Gemischzusammensetzung erfolgen.
Die Brennkraftmaschine wird in höheren Lastbereichen mit Fremdzündung nach Art eines Ottomotors betrieben, wobei das im Brennraum 4 gebildete Gemisch durch den Zündfunken einer im Zylinderkopf 5 angeordneten Zündkerze 8 gezündet wird. In unteren bis mittleren Lastbereichen ist ein Betrieb mit Kompressionszündung vorgesehen. Bei dieser auch als Raumzündverfahren zu bezeichnenden Betriebsart wird durch entsprechende Einstellung der Steuerung der Gaswechselventile 6, 7 in einem solchen Maße Verbrennungsabgas im Brennraum 4 zur Beimischung in das Frischgas des nächsten Arbeitsspiels zurückgehalten, daß die Brennraumtemperatur ansteigt und eine Selbstzündung der durch die Kompression durch den Kolben 3 erwärmten Ladung erfolgen kann. Für die Umschaltung zwischen Fremdzündungsbetrieb und Kompressionszündungsbetrieb wirkt die Steuereinheit 9 derartig auf den entsprechend einstellbaren Ventiltrieb 26 der Gaswechselventile 6, 7 ein. Als Ventiltrieb 26 kann dabei ein variabel einstellbarer Ventiltrieb, beispielsweise eine elektromechanische oder elektrohydraulische Ventilsteuerung vorgesehen sein, mit dem die Steuerzeiten, d.h. Offnungs- und Schließzeiten und damit die Öffnungsdauer der Gaswechselventile nach Bedarf verstellbar sind. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist als Ventiltrieb 26 eine Nockensteuerung vorgesehen, bei der von einer Nockenwelle angetriebene Steuernocken 27 mit ihrer Nockenkontur die Gaswechselventile von ihrem Ventilsitz zyklisch abheben. Zur Umschaltung der Ventilsteuerung im Rahmen des Betriebsartenwechsels zwischen Fremdzündungsbetrieb und Kompressionszündungsbetrieb ist der Nockenventiltrieb 26 mit unten noch näher beschriebenen Schaltmitteln versehen.
Die Konfigurierung des Arbeitsgases und die damit verbundene Rückhaltung von' Abgasen im Brennraum während des Kompressionszündungsbetriebes wird erfindungsgemäß dadurch gesteuert, daß beim Umschalten der Betriebsarten die Öffnungsdauer wenigstens eines der Gaswechselventile verändert wird, wobei in beiden Betriebsarten der Öffnungszeitpunkt des Auslaßventils 7 und der Schließzeitpunkt des Einlaßventils 6 gleich sind. Dabei wird bei der Umschaltung zum Kompressionszündungsbetrieb die Öffnungsdauer der Gaswechselventile reduziert. Werden die Gaswechselventile von einem variabel einstellbaren Ventiltrieb wie eine elektromechanische oder elektrohydraulische Ventilsteuerung angetrieben, so veranlaßt die Steuereinheit 9 die entsprechende Umstellung der zyklischen Steuerzei- ten. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel einer Brennkraftmaschine mit einem Nockenventiltrieb 26 wird beim Wechsel vom Fremdzündungsmodus zum Kompressionszündungsbetrieb auf eine Nockenkontur mit reduzierter Öffnungsdauer umgeschaltet .
Fig. 2 zeigt in graphischer Darstellung aufgetragen über ein Arbeitsspiel zwischen den oberen Totpunkten der Zündung (ZOT) oben den Verlauf des Öffnungshubes der Gaswechselventile, in dem mittleren Diagramm die Ventilgeschwindigkeit der Einlaß- und Auslaßventile und unten schließlich die Beschleunigung der bewegten Ventilteile. Dabei entspricht die strichliert dargestellte Kurve dem Ventilhub bzw. der Ventilgeschwindigkeit und der Beschleunigung im Fremdzündungsbetrieb (Otto) , während die Vollinie jeweils dem Kompressionszündungsbetrieb (RZV) entspricht .
Beim Wechsel der Betriebsart wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel sowohl bei dem Auslaßventil als auch beim Einlaßventil die Öffnungsdauer um den Zeitraum Λt verändert, nämlich beim Wechsel vom Fremdzündungsbetrieb zum Kompressionszündungsbetrieb RZV verringert. Dabei liegt der Öffnungszeitpunkt des Auslaßventils und der Schließzeitpunkt des Einlaßventils in beiden Betriebsarten gleich, und es wird sichergestellt, daß im Kompressionszündungsbetrieb die erforderliche Restgasmenge im Brennraum zurückgehalten wird, um die zur Selbstzündung erforderliche Temperaturerhöhung zu erreichen. Die Nockenkontur wird dabei derart bestimmt, daß bei der Umschaltung auf Kompressionszündungsbetrieb der Hub des jeweiligen Ventils reduziert ist, so daß sich eine gegenüber der Hubkurve 28 im Fremdzündungsbetrieb verkleinerte Hubkurve 29 für den Kompressionszündungsbetrieb RZV ergibt. Die Reduzierung des Öffnungshubes stellt dabei sicher, daß die Ventilgeschwindigkeit und die Ventilbeschleunigung die jeweiligen Verläufe dieser Parameter im Fremdzündungsbetrieb nicht wesentlich übersteigen. Der Wechsel der Betriebsart der Brennkraftmaschine auf den Kompressionszündungsbetrieb kann somit durch Umschaltung auf eine Nockenkontur mit kürzeren Öffnungszeiten und dabei reduziertem Öffnungshub realisiert sowie mit einfachen Mitteln der Kinematik des Ventiltriebes Rechnung getragen werden.

Claims

DaimlerChrysler AGPatentansprüche
Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine (1) , in deren Zylindern (2) jeweils von einem längsbeweglichen Kolben (3) ein Brennraum (4) begrenzt ist, dem Kraftstoff und Frischgas zur Bildung eines brennbaren Kraftstoffgemisches zugeführt wird, wobei die Zuführung von Frischgas durch Einlaßkanäle (13) und die Abführung von Verbrennungsabgasen durch Auslaßkanäle (14) erfolgt, welche von Einlaßventilen (6) und Auslaßventilen (7) freigebbar sind und zur Durchführung des zyklischen Ladungswechsels von einem Ventiltrieb (26) angesteuert werden, wobei in einem Teil des Lastbereiches der Brennkraftmaschine (1) eine Betriebsart mit Fremdzündung vorgesehen ist, bei der das Kraftstoffgemisch durch eine Zündkerze (8) gezündet wird und in einem Teil des Lastbereichs der Brennkraftmaschine eine Betriebsart mit Kompressionszündung vorgesehen ist, bei welcher die Steuerung der Gaswechselventile (6, 7) derart verändert wird, daß Verbrennungsabgase im Brennraum (4) zurückgehalten werden und bei einem folgenden Arbeitsspiel des Zylinders (2) an der Frischgemischbildung teilnehmen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß beim Wechsel der Betriebsarten die Öffnungsdauer wenigstens eines der Gaswechselventile (6, 7) verändert wird, wobei in beiden Betriebsarten der OffnungsZeitpunkt des Auslaßventils (7) und der Schließzeitpunkt des Einlaßventils (6) näherungsweise gleich sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß beim Umschalten auf Kompressionszündungsbetrieb die Öffnungsdauer der Gaswechselventile (6, 7) reduziert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Öffnungshub der Gaswechselventile (6, 7) verringert wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Gaswechselventile (6, 7) von einem Nockenventil- trieb (26) gesteuert werden und beim Wechseln der Betriebsart auf den Kompressionszündungsbetrieb auf eine Nockenkontur (27) mit kleinem Ventilhub und kurzer Öffnungsdauer umgeschaltet wird.
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