DE112005001797B4 - Verfahren zum Betreiben eines Viertakt-Verbrennungsmotors während eines Teillastbetriebs - Google Patents

Verfahren zum Betreiben eines Viertakt-Verbrennungsmotors während eines Teillastbetriebs Download PDF

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Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Viertakt-Verbrennungsmotors während eines Teillastbetriebs, wobei der Motor eine Verbrennungskammer mit veränderlichem Volumen, die durch einen Kolben definiert ist, der innerhalb eines Zylinders zwischen oberem Totpunkt und unterem Totpunkt hin- und hergeht, einen Einlass- und einen Auslasskanal und ein Einlass- und ein Auslassventil, die während wiederholter aufeinander folgender Ausstoß-, Ansaug-, Verdichtungs- und Arbeitstakte des Kolbens gesteuert werden, enthält, wobei das Verfahren umfasst: Einfangen verbrannter Gase und Rückverdichten derselben in der Verbrennungskammer durch frühes Auslassventilschließen, wenn der Motorbetrieb unterhalb eines vorgegebenen Teillast-Arbeitspunkts ist, was die Schaffung von Bedingungen erhöhter Verbrennungskammertemperatur und erhöhten Verbrennungskammerdrucks sowie einer internen Rückführung verbrannter Gase bewirkt, wobei das Auslassventilschließen um so früher erfolgt, je niedriger die Motorlast wird; Herstellen rückgeführter verbrannter Gase innerhalb der Verbrennungskammer während der Ansaugtakte durch Öffnen des Auslassventils während der Ansaugtakte, wenn der Motorbetrieb oberhalb des vorgegebenen Teillast-Arbeitspunkts ist, so dass die durch das während des Ausstoßtakts geöffnete Auslassventil in den Auslasskanal ausgestoßenen verbrannten Gase in die Verbrennungskammer rückgesaugt werden; Fördern wenigstens eines Teils einer Gesamtverbrennungszyklus-Kraftstoffanforderung in die Bedingungen erhöhter Verbrennungskammertemperatur und erhöhten Verbrennungskammerdrucks, wenn der Motorbetrieb unterhalb des vorgegebenen Teillast-Arbeitspunkts ist; und Fördern der Gesamtverbrennungszyklus-Kraftstoffanforderung während des Ansaugtakts, wenn der Motorbetrieb oberhalb des vorgegebenen Teillast-Arbeitspunkts ist.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben eines Viertakt-Verbrennungsmotors während eines Teillastbetriebs.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die Kraftfahrzeugindustrie erforscht im Bemühen, die Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu verbessern, die Ziele von Emissionsvorschriften zu erfüllen oder zu überbieten oder Verbrauchererwartungen hinsichtlich der Emissionen, der Kraftstoffwirtschaftlichkeit und der Produktdifferenzierung zu erfüllen oder zu überbieten, ständig neue Wege, den Verbrennungsprozess des Verbrennungsmotors zu verbessern.
  • Die meisten modernen herkömmlichen Verbrennungsmotoren versuchen, um stöchiometrische Bedingungen zu arbeiten, das heißt, ein optimales Luft/Kraftstoff-Verhältnis von im Wesentlichen 14,6 zu 1 zu liefern, das im Wesentlichen zu vollständiger Verbrennung des Kraftstoffs und des Sauerstoffs führt, die an den Motor gefördert werden. Dieser Betrieb ermöglicht die Abgasnachbehandlung durch 3-Wege-Katalysatoren, die irgendwelchen nicht verbrauchten Kraftstoff (HC) und Verbrennungsnebenprodukte wie etwa NOx und CO reinigen. Die meisten modernen Motoren besitzen eine Kraftstoffeinspritzung, entweder eine Zentraleinspritzung (TBI) oder eine Öffnungskraftstoffeinspritzung (MPFI), wobei sich jede von mehreren Einspritzdüsen in der Nähe einer Einlassöffnung bei jedem Zylinder eines Mehrzylindermotors befindet. Mit einer MPFI-Anordnung wird eine bessere Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung erzielt; allerdings begrenzen Bedingungen wie etwa die Wandbenetzung und die Einlassleitungsdynamik die Genauigkeit, mit der diese Steuerung erzielt wird. Durch Zylinderdirekteinspritzung (DI) kann die Kraftstoffförderungsgenauigkeit verbessert werden. So genannte lineare Sauerstoffsensoren schaffen einen höheren Grad der Steuerungsfähigkeit und legen, wenn sie mit der DI verknüpft werden, ein attraktives System mit verbesserter Zylinder-Zylinder-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsfähigkeit nahe. Allerdings wird dann die zylinderinterne Verbrennungsdynamik wichtiger, wobei die Verbrennungsqualität eine zunehmend wichtige Rolle bei der Steuerung von Emissionen spielt. Somit konzentrieren sich die Motorhersteller auf solche Dinge wie Einspritzdüsen-Sprühmuster, Einlassverwirbelung und Kolbengeometrie, um eine verbesserte zylinderinterne Luft/Kraftstoff-Mischung und -Homogenität zu bewirken.
  • Obgleich Systeme mit stöchiometrischem Benzinviertaktmotor- und 3-Wege-Katalysator das Potential haben, äußerst niedrige Emissionsziele zu erfüllen, bleibt die Wirksamkeit dieser Systeme hinter so genannten Magersystemen zurück. Magersysteme sind außerdem vielversprechend bei der Erfüllung von Emissionszielen für NOx durch Verbrennungssteuerungen einschließlich der Technologien hoher Abgasverdünnung und der neu entstehenden NOx-Nachbehandlung. Allerdings stellen sich den Magersystemen noch andere Hürden entgegen, z. B. die Verbrennungsqualität und die Verbrennungsstabilität, insbesondere an Teillast-Arbeitspunkten, und die hohe Abgasverdünnung.
  • Auf der untersten Ebene enthalten Magermotoren alle Verbrennungsmotoren, die mit überschüssiger Luft gegenüber der betrieben werden, die für die Verbrennung der bereitgestellten Kraftstoffladung erforderlich ist. Die Magertopologien unterscheiden eine Vielzahl von Kraftstoffbeaufschlagungs- und Zündmethodiken. Funkenzündungssysteme (SI) beginnen die Verbrennung dadurch, dass sie in der Verbrennungskammer eine elektrische Entladung bereitstellen. Verdichtungszündungssysteme (CI) beginnen die Verbrennung mit Verbrennungskammerbedingungen einschließlich u. a. Kombinationen aus Luft/Kraftstoff-Verhältnis, Temperatur und Druck. Die Kraftstoffbeaufschlagungsverfahren können TBI, MPFI und DI enthalten. Systeme mit homogener Ladung sind durch sehr gleich bleibende und gut verdampfte Kraftstoffverteilung innerhalb des Luft/Kraftstoff-Gemischs charakterisiert, wie sie durch MPFI oder durch Direkteinspritzung früh in dem Ansaugzyklus erzielt werden kann. Schichtladungssysteme sind durch weniger gut verdampften und verteilten Kraftstoff innerhalb des Luft/Kraftstoff-Gemischs charakterisiert und sind üblicherweise der Direktkraftstoffeinspritzung spät in dem Verdichtungszyklus zugeordnet.
  • Bekannte Benzin-DI-Motoren können wahlweise gemäß homogener Funkenzündungsbetriebsart oder Schichtfunkenzündungsbetriebsart betrieben werden. Eine homogene funkengezündete Betriebsart wird allgemein für Bedingungen höherer Last ausgewählt, während eine Schichtfunkenzündungsbetriebsart allgemein für Bedingungen niedriger Last ausgewählt wird.
  • Bestimmte DI-Verdichtungszündungsmotoren nutzen ein im Wesentlichen homogenes Gemisch aus vorgeheizter Luft und Kraftstoff und stellen während der Motorverdichtungszyklen Druck- und Temperaturbedingungen her, die eine Verbrennung ohne die Notwendigkeit zusätzlicher Funkenenergie veranlassen. Dieser Prozess wird gelegentlich gesteuerte Selbstzündung genannt. Die gesteuerte Selbstzündung ist ein vorhersagbarer Prozess und unterscheidet sich somit von unerwünschten Vorzündungsereignissen, die Funkenzündungsmotoren gelegentlich zugeordnet sind. Außerdem unterscheidet sich die gesteuerte Selbstzündung von der gut bekannten Verdichtungszündung in Dieselmotoren, in der der Kraftstoff bei Einspritzung in eine stark vorkomprimierte Hochtemperatur-Luftladung im Wesentlichen sofort zündet, während die vorgeheizte Luft und der Kraftstoff in dem gesteuerten Selbstzündungsprozess vor der Verbrennung während der Einlassereignisse und allgemein bei Verdichtungsprofilen miteinander gemischt werden, die mit herkömmlichen funkengezündeten Viertaktmotorsystemen verträglich sind.
  • Es sind Viertakt-Verbrennungsmotoren vorgeschlagen worden, die die Selbstzündung durch Steuern der Bewegung des Einlass- und des Auslassventils, die einer Verbrennungskammer zugeordnet sind, bereitstellen, um sicherzustellen, dass eine Luft/Kraftstoff-Ladung mit verbrannten Gasen gemischt wird, um ohne die Notwendigkeit einer äußeren Vorheizung der Einlassluft oder der Zylinderladung oder hoher Verdichtungsprofile für die Selbstzündung geeignete Bedingungen zu erzeugen. Diesbezüglich sind bestimmte Motoren vorgeschlagen worden, die ein nockenbetätigtes Auslassventil besitzen, das wesentlich später in dem Viertaktzyklus geschlossen wird, als es in einem funkengezündeten Viertaktmotor herkömmlich ist, um eine wesentliche Überlappung des offenen Auslassventils mit einem offenen Einlassventil zu ermöglichen, wodurch zuvor ausgestoßene verbrannte Gase früh während des Ansaugzyklus in die Verbrennungskammer zurückgezogen werden. Es sind bestimmte weitere Motoren vorgeschlagen worden, die ein Auslassventil besitzen, das wesentlich früher in dem Ausstoßzyklus geschlossen wird, wodurch verbrannte Gase zur nachfolgenden Mischung mit Kraftstoff und Luft während des Ansaugzyklus eingefangen werden. In diesen beiden Motoren werden das Auslass- und das Einlassventil in jedem Viertaktzyklus nur einmal geöffnet. Es sind bestimmte weitere Motoren mit einem hydraulisch gesteuerten Auslassventil vorgeschlagen worden, das während jedes Viertaktzyklus zweimal – einmal zum Ausstoßen verbrannter Gase aus der Verbrennungskammer in den Auslasskanal während des Ausstoßzyklus und einmal zum Zurückziehen verbrannter Gase aus dem Auslasskanal in die Verbrennungskammer spät während des Ansaugzyklus – geöffnet wird. Diese Motoren nutzen unterschiedlich Drosselkörper-, Öffnungs- oder Verbrennungskammer-Direktkraftstoffeinspritzung.
  • Beispielsweise wird in der DE 102 45 790 A1 ein Verfahren zum Betreiben eines Viertakt-Verbrennungsmotors während eines Teillastbetriebs beschrieben, wobei der Motor eine Verbrennungskammer mit veränderlichem Volumen, die durch einen Kolben definiert ist, der innerhalb eines Zylinders zwischen oberem Totpunkt und unterem Totpunkt hin- und hergeht, einen Einlass- und einen Auslasskanal und ein Einlass- und ein Auslassventil, die während wiederholter aufeinander folgender Ausstoß-, Ansaug-, Verdichtungs- und Arbeitstakte des Kolbens gesteuert werden, enthält. Bei dem Verfahren werden entweder verbrannte Gase eingefangen und dieselben in der Verbrennungskammer rückverdichtet oder es werden rückgeführte verbrannte Gase innerhalb der Verbrennungskammer während der Ansaugtakte hergestellt.
  • Ferner sind aus den Druckschriften DE 198 10 935 A1 , EP 1 052 391 A2 , DE 199 52 096 C2 , DE 36 21 080 A1 , AT 003 205 U1 , DE 40 26 264 A1 und DE 102 24 036 A1 Ventiltriebe für Viertakt-Motoren bekannt geworden, mit denen sich Ventilöffnungs- und -schließzeiten variabel steuern lassen.
  • Wie vorteilhaft diese Magermotorsysteme auch zu sein scheinen, gibt es, insbesondere bei Teillast-Arbeitspunkten und bei hoher Abgasverdünnung, weiter bestimmte Nachteile in Bezug auf die Verbrennungsqualität und die Verbrennungsstabilität. Diese Nachteile führen zu unerwünschten Kompromissen einschließlich Beschränkungen, wie stark eine Kraftstoffladung während Teillast-Arbeitspunkten effektiv verringert werden kann, während weiter akzeptable Verbrennungsqualitäts- und Verbrennungsstabilitätseigenschaften aufrechterhalten werden.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Es wird erkannt, dass in einer Vielzahl von Verbrennungsmotoren einschließlich Motoren, die Strategien wie etwa TBI, MPFI, DI, SI, CI, gesteuerte Selbstzündung, Stöchiometrie, Magerverbrennung und Kombinationen und Varianten davon nutzen, allgemein homogene Luft/Kraftstoff-Ladungen innerhalb einer Verbrennungskammer erwünscht sind. Allgemein ist ein Mager-Viertakt-Verbrennungsmotor erwünscht. Darüber hinaus ist ein solcher Motor erwünscht, der bei Teillast-Arbeitspunkten eine hohe Verbrennungsstabilität zeigt. Darüber hinaus ist ein solcher Motor erwünscht, der den Magerbetrieb auf bisher unerreichte Teillast-Arbeitspunktbereiche ausdehnen kann.
  • Die vorliegende Erfindung schafft diese und weitere wünschenswerte Aspekte in einem Verfahren zum Betreiben eines Viertakt-Verbrennungsmotors mit erweiterter Fähigkeit bei niedrigen Motorlasten, während sie die Verbrennungsqualität, die Verbrennungsstabilität und die Motorausgangsemissionen aufrechterhält oder verbessert.
  • In Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung werden verbrannte Gase innerhalb der Verbrennungskammer eingefangen und rückverdichtet, um darin Bedingungen erhöhter Verbrennungskammertemperatur und erhöhten Verbrennungskammerdrucks herzustellen, wenn der Motor unterhalb einer vorgegebenen Teillast arbeitet. Außerdem werden oberhalb der vorgegebenen Teillast verbrannte Gase in die Verbrennungskammer zurückgeführt.
  • In Übereinstimmung mit einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird unterhalb der vorgegebenen Teillast eine Einspritzung wenigstens eines Teils der Gesamtverbrennungszyklus-Kraftstoffanforderung innerhalb der Bedingungen erhöhter Temperatur und erhöhten Drucks begonnen. In Übereinstimmung mit niedriger bzw. Zwischenteillast wird während des Verdichtungs- oder während des Ansaugzyklus eine zweite Kraftstoffeinspritzung begonnen. Außerdem wird während hoher Teillast unterhalb der vorgegebenen Teillast die Gesamtverbrennungszyklus-Kraftstoffanforderung entsprechend einer Einzeleinspritzung gefördert. Oberhalb der vorgegebenen Teillast wird während des Ansaugtakts eine Einspritzung der Gesamtverbrennungszyklus-Kraftstoffanforderung begonnen.
  • In Übereinstimmung mit einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung sind Aufteilungseinspritzungen durch eine erste Einspritzzeit charakterisiert, die nach spät verstellt wird, während die Motorlast ansteigt. Die Aufteilungseinspritzung während eines Betriebs mit niedriger Teillast ist ferner durch eine zweite Einspritzung charakterisiert, die nach früh verstellt wird, während die Motorlast ansteigt. Die Aufteilungseinspritzung während eines Zwischenteillastbetriebs ist ferner durch eine zweite Einspritzung charakterisiert, die nach spät verstellt wird, während die Motorlast ansteigt. Einzeleinspritzungen während des Betriebs mit hoher Teillast, gleich ob oberhalb oder unterhalb der vorgegebenen Teillast, sind dadurch charakterisiert, dass sie nach spät verstellt werden, während die Motorlast ansteigt.
  • In Übereinstimmung mit einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Rückführung verbrannter Gase in die Verbrennungskammer oberhalb der vorgegebenen Teillast durch verbrannte Gase, die intern oder extern zurückgeführt werden, ausgeführt. Die interne Rückführung kann durch frühes Schließen des Auslassventils oder durch Rücksaugen ausgestoßener verbrannter Gase bewirkt werden.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die vorliegende Erfindung wird nun beispielhaft anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
  • 1 eine schematische Darstellung eines Einzylinder-Direkteinspritzungs-Viertakt-Verbrennungsmotors in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist;
  • 2 Kurven des Ventilhubs gegenüber dem Kurbelwinkel veranschaulicht, die der Auslass- und Einlassventilphaseneinstellung des verwandten Gebiets eines herkömmlichen funkengezündeten Verbrennungsmotors entsprechen;
  • 3 verschiedene Kurven der Phase und des Hubs des Auslass- und des Einlassventils gegenüber dem Kurbelwinkel und eine bevorzugte Trendentsprechung zur Motorlast entsprechend dem Einzylindermotor aus 1 mit vollflexibler Ventilbetätigung zum Bewirken gewünschter zylinderinterner Bedingungen in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
  • 4 Teillast-Betriebsbereiche und beispielhafte ihnen entsprechende Kraftstoffeinspritzungs-Zeitpläne in Übereinstimmung mit Abgaseinfang/Rückverdichtungs-Aspekten der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
  • 5 beispielhafte Ventilzeiten, die durch die Strategien der vollflexiblen Ventilbetätigung und der Kraftstoffeinspritzung und durch die Verbrennungsbetriebsarten bewirkt werden, gegenüber Teillastbereichen des Motorbetriebs in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
  • 6 verschiedene Kurven der Phase und des Hubs des Auslass- und des Einlassventils gegenüber dem Kurbelwinkel und eine bevorzugte Trendentsprechung zur Motorlast entsprechend dem Einzylindermotor aus 1 mit vollflexibler Ventilbetätigung zum Bewirken gewünschter zylinderinterner Bedingungen in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
  • 7 verschiedene Kurven des Zylinderdrucks gegenüber dem Kurbelwinkel und eine bevorzugte Trendentsprechung zur Motorlast zum Bewirken gewünschter zylinderinterner Bedingungen in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
  • 8 Teillast-Betriebsbereiche und ihnen entsprechende beispielhafte Kraftstoffeinspritzungs-Zeitpläne in Übereinstimmung mit Abgasrücksaugaspekten der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
  • 9 beispielhafte Ventilzeiten, die durch die Strategien der vollflexiblen Ventilbetätigung und der Kraftstoffeinspritzung und durch die Verbrennungsbetriebsarten bewirkt werden, gegenüber Teillastbereichen des Motorbetriebs in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
  • 10 vergleichend beispielhafte Kurven der Verbrennungsstabilität gegenüber dem effektiven Zylinder-Nettomitteldruck veranschaulicht, die die Teillaststabilitätsvorteile der Aspekte der vollflexiblen Ventilbetätigung und der Kraftstoffbeaufschlagungssteuerung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung demonstrieren;
  • 11 vergleichend Kurven des spezifischen Nettokraftstoffverbrauchs gegenüber dem effektiven Zylinder-Nettomitteldruck veranschaulicht, die die Teillast-Kraftstoffverbrauchsvorteile der Aspekte der vollflexiblen Ventilbetätigung und der Kraftstoffbeaufschlagungssteuerung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung demonstrieren;
  • 12 beispielhafte Ventilzeiten, die durch die vollflexible Ventilbetätigung bei wahlweiser Kombination der Strategien des Abgaseinfangs/der Abgasrückverdichtung und des Abgasrücksaugens, der Kraftstoffeinspritzungsstrategien und der Verbrennungsbetriebsarten bewirkt werden, gegenüber Teillastbereichen des Motorbetriebs in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
  • 13 verschiedene Kurven der Phase und des Hubs des Auslass- und des Einlassventils gegenüber dem Kurbelwinkel und die bevorzugte Trendentsprechung zur Motorlast entsprechend dem Einzylindermotor aus 1 mit phasengesteuerter Ventilbetätigung zum Bewirken gewünschter zylinderinterner Bedingungen in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
  • 14 beispielhafte Ventilzeiten, die durch die phasengesteuerte Ventilbetätigung, durch die Kraftstoffeinspritzungsstrategien und durch die Verbrennungsbetriebsarten bewirkt werden, gegenüber Teillastbedingungen des Motorbetriebs in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
  • 15 verschiedene Kurven der Phase und des Hubs des Auslass- und des Einlassventils gegenüber dem Kurvenwinkel und die bevorzugte Trendentsprechung zur Motorlast entsprechend dem Einzylindermotor aus 1 mit phasengesteuerter Ventilbetätigung zum Bewirken gewünschter zylinderinterner Bedingungen in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
  • 16 beispielhafte Ventilzeiten, die durch die phasengesteuerte Ventilbetätigung, durch die Kraftstoffeinspritzungsstrategien und durch die Verbrennungsbetriebsarten bewirkt werden, gegenüber Teillastbereichen des Motorbetriebs in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
  • 17 vergleichend beispielhafte Kurven der Verbrennungsstabilität gegenüber dem effektiven Zylinder-Nettomitteldruck veranschaulicht, die die Teillaststabilitätsvorteile der Aspekte der phasengesteuerten Ventilbetätigung und der Kraftstoffbeaufschlagungssteuerung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung demonstrieren;
  • 18 vergleichend Kurven des spezifischen Nettokraftstoffverbrauchs gegenüber dem effektiven Zylinder-Nettomitteldruck veranschaulicht, die Teillast-Kraftstoffverbrauchsvorteile der Aspekte der phasengesteuerten Ventilbetätigung und der Kraftstoffbeaufschlagungssteuerung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung demonstrieren; und
  • 19 beispielhafte Ventilzeiten, die durch die phasengesteuerte Ventilbetätigung bewirkt werden, die wahlweise die Aspekte des Abgaseinfangs/der Abgasrückverdichtung und des Abgasrücksaugens, der Kraftstoffeinspritzungsstrategien und der Verbrennungsbetriebsarten kombiniert, gegenüber Teillastbereichen des Motorbetriebs in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • Zunächst anhand von 1 ist schematisch ein beispielhaftes Einzylinder-Viertakt-Verbrennungsmotorsystem (Motor) 10 veranschaulicht, das zur Realisierung der vorliegenden Erfindung geeignet ist. Es ist klar, dass die vorliegende Erfindung gleichfalls auf einen Mehrzylinder-Viertakt-Verbrennungsmotor anwendbar ist. Der dargestellte beispielhafte Motor 10 ist zur Brennkammerdirekteinspritzung (Direkteinspritzung) von Kraftstoff gegenüber einer Kraftstoffeinspritzdüse 41 konfiguriert gezeigt. In Verbindung mit bestimmten Aspekten der vorliegenden Erfindung können auch alternative Kraftstoffbeaufschlagungsstrategien einschließlich Öffnungskraftstoffeinspritzung oder Zentralkraftstoffeinspritzung verwendet werden; allerdings ist die bevorzugte Vorgehensweise die Direkteinspritzung. Obgleich weithin verfügbare Sorten von Benzin und Leichtethanolgemischen davon bevorzugte Kraftstoffe sind, können bei der Realisierung der vorliegenden Erfindung ähnlich auch alternative flüssige und gasförmige Kraftstoffe wie etwa höhere Ethanolgemische (z. B. E80, E85), Reinethanol (E99), Reinmethanol (M100), Erdgas, Wasserstoff, Biogas, verschiedene Reformate, Synthesegase usw. verwendet werden.
  • In Bezug auf den Basismotor ist in einem Zylinder 13 ein Kolben 11 beweglich und definiert darin eine Verbrennungskammer 15 mit veränderlichem Volumen. Der Kolben 11 ist über eine Pleuelstange 33 mit einer Kurbelwelle 35 verbunden und treibt die Kurbelwelle 35 wechselseitig an oder wird durch sie wechselseitig angetrieben. Außerdem enthält der Motor 10 einen Ventilzug 16, der mit einem einzelnen Einlassventil 21 und mit einem einzelnen Auslassventil 23 veranschaulicht ist, obgleich Abwandlungen mit mehreren Einlass- und Auslassventilen gleichfalls zur Nutzung mit der vorliegenden Erfindung anwendbar sind. Der Ventilzug 16 enthält außerdem ein Ventilbetätigungsmittel 25, das irgendeine einer Vielzahl von Formen einschließlich, vorzugsweise, elektrisch gesteuerter hydraulischer oder elektromechanischer Betätigung (anderweitig als vollflexible Ventilbetätigung FFVA bekannt) annehmen kann. Alternative Ventilbetätigungsmittel, die für die Realisierung in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung anpassbar sind, enthalten Mehrprofilnocken (anderweitig als Mehrkeulen-Mehrschritt- bekannt) und Auswahlmechanismen, Nockenphasensteller und andere mechanisch veränderbare Ventilbetätigungstechnologien, die einzeln oder in Kombination realisiert sind. Der Ansaugkanal 17 führt Luft in die Verbrennungskammer 15 zu. Der Fluss der Luft in die Verbrennungskammer 15 wird während Einlassereignissen durch das Einlassventil 21 gesteuert. Die verbrannten Gase werden während Auslassereignissen durch den Auslasskanal 19 aus der Verbrennungskammer 15 ausgestoßen, wobei der Fluss durch das Auslassventil 23 gesteuert wird.
  • Die Motorsteuerung wird durch eine computergestützte Steuerung 27 bereitgestellt, die die Form herkömmlicher Hardware-Konfigurationen und -Kombinationen einschließlich Kraftübertragungsstrang-Controllern, Motor-Controllern und digitalen Signalprozessoren in integrierten und verteilten Architekturen annehmen kann. Im Allgemeinen enthält die Steuerung 27 wenigstens einen Mikroprozessor, einen ROM, einen RAM und verschiedene EA-Vorrichtungen einschließlich A/D- und D/A-Umsetzern und eine Leistungsansteuerungs-Schaltungsanordnung. Außerdem enthält die Steuerung 27 spezifisch Steuerungen für das Ventilbetätigungsmittel 25 und für die Kraftstoffeinspritzdüse 41. Der Controller 27 enthält die Überwachung mehrerer motorbezogener Eingaben von mehreren gewandelten Quellen einschließlich Motorkühlmitteltemperatur, Außenlufttemperatur, Krümmerlufttemperatur, Betreiberdrehmomentanforderungen, Umgebungsdruck, Krümmerdruck in gedrosselten Anwendungen, Verlagerungs- und Positionssensoren wie etwa für Ventilzug- und Motorkurbelwellengrößen und enthält ferner die Erzeugung von Steuerbefehlen für eine Vielzahl von Stellgliedern sowie die Ausführung allgemeiner Diagnosefunktionen. Obgleich die dem Ventilbetätigungsmittel 25 und der Kraftstoffeinspritzdüse 41 zugeordnete Steuer- und Leistungselektronik als einteilig mit dem Controller 27 veranschaulicht und beschrieben ist, kann sie als Teil eines verteilten intelligenten Betätigungsschemas enthalten sein, in dem eine bestimmte Überwachungs- und Steuerfunktionalität in Bezug auf jeweilige Teilsysteme durch programmierbare verteilte Controller realisiert ist, die diesen jeweiligen Ventil- und Kraftstoffsteuerungs-Teilsystemen zugeordnet sind.
  • Nachdem somit die Umgebung und eine bestimmte Anwendungs-Hardware beschrieben wurden, die für die Realisierung der vorliegenden Erfindung geeignet sind, wird die Aufmerksamkeit nun auf die 2–19 gelenkt. In 2 sind die Ventilhübe des Einlass- und des Auslassventils eines funkengezündeten herkömmlichen Verbrennungsmotors oder Grundspezifikations-Verbrennungsmotors gegenüber einem vollständigen Viertakt-Verbrennungszyklus dargestellt. In dieser und in den nachfolgenden Figuren sind Auslassventilpläne (EV) mit dünnen Linien veranschaulicht, während Einlassventilpläne (IV) mit dicken Linien veranschaulicht sind. Beginnend bei 0 Grad, was dem oberen Totpunkt (OT) des Verbrennungstakts entspricht, sind gegen die horizontale Achse vollständige 720 Grad oder zwei Umdrehungen der Kurbelwelle dargestellt (d. h. die Stellung des Kolbens zu Beginn des Arbeitstakts (Ende des Verdichtungstakts) und endend bei 720 Grad entspricht derselben Stellung des oberen Totpunkts am Ende des Verdichtungstakts (Beginn des Arbeitstakts). Herkömmlich und wie es hier befolgt wird, beziehen sich die Kurbelwellenwinkelstellungen 0 bis 720 auf Grad der Kurbelwellendrehung nach OT Verbrennungstakt. Die aufeinander folgend wiederholten Zyklen sind über die Oberseite der Figur mit doppelseitigen Pfeilen abgegrenzt, die mit ARBEIT, AUSSTOSSEN, ANSAUGEN und VERDICHTEN bezeichnet sind. Jeder dieser Zyklen entspricht der Kolbenbewegung zwischen jeweiligen oberen Totpunktstellungen und unteren Totpunktstellungen und umfasst vollständige 180 Grad der Kurbelwellendrehung oder ein Viertel des vollständigen Viertaktzyklus.
  • In der vorliegenden beispielhaften Darstellung der Erfindung wurde bei der Realisierung der Ventil- und Kraftstoffbeaufschlagungssteuerungen und der Erfassung der verschiedenen hier verkörperten Daten ein Benzin-Direkteinspritzungs-Viertakt-Einzylinder-0,55-Liter-Verbrennungsmotor mit Kraftstoffbeaufschlagung und gesteuerter Selbstzündung genutzt. Sofern nicht spezifisch etwas anderes diskutiert ist, ist angenommen, dass alle diese Realisierungen und Erfassungen unter Standardbedingungen ausgeführt werden, wie sie für den Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet selbstverständlich sind.
  • In Übereinstimmung mit bestimmten Ventilsteuerungsaspekten der vorliegenden Erfindung wird während des Teillastbetriebs des Motors innerhalb der Verbrennungskammer, vorzugsweise mittels FFVA, die das Schlieren des Auslassventils nach früh verschiebt und vorzugsweise das Öffnen des Einlassventils nach spät verschiebt, ein Hochdruckereignis hergestellt. Das Verstellen des Auslassventilschließens nach früh erzeugt eine negative Ventilüberlappung, während der sowohl das Auslass- als auch das Einlassventil geschlossen sind. Außerdem bewirkt das nach früh verstellte Schließen des Auslassventils eine interne Rückführung verbrannter Gase durch Aufbewahren oder Einfangen eines Teils davon innerhalb der Verbrennungskammer. Das eingefangene Abgas wird daraufhin für den Rest des Kolbentakts während des Ausstoßzyklus rückverdichtet. Wie er hier verwendet wird, entspricht ein Teillastbetrieb einer Motorlast unterhalb der Mittellast von etwa 450 kPa effektivem Nettomitteldruck. Eine niedrige Teillast, wie sie hier verwendet wird, entspricht einer Motorlast unterhalb etwa 125 kPa effektivem Nettomitteldruck. Eine Zwischenteillast, wie sie hier verwendet wird, entspricht einer Motorlast von etwa 125 bis etwa 200 kPa effektivem Nettomitteldruck. Außerdem entspricht eine hohe Teillast, wie sie hier verwendet wird, einer Motorlast von etwa 200 bis etwa 450 kPa effektivem Nettomitteldruck. In dem in 3 veranschaulichten vorliegendem Beispiel ist angenommen, dass veranlasst wird, dass ein Auslassereignis auftritt, in dem das Auslassventil wenigstens für einen Abschnitt des Ausstoßtakts von 180 bis 360 Grad geöffnet wird. Der tatsächliche Öffnungs- und Schließwinkel des Auslassventils während eines Auslassereignisses ändern sich in Übereinstimmung mit solchen Faktoren wie der Motordrehzahl oder -last und Abgasleitungsgeometrien sowie anderen gewünschten Motorabstimmungseigenschaften. Wie in jeder der einzelnen Kurven veranschaulicht ist, die der Auslassplan 43 enthält, ist in dem vorliegenden veranschaulichten Beispiel angenommen, dass das Auslassventilöffnen im Wesentlichen direkt nach 120 Grad nach OT Verbrennungstakt entspricht. Allerdings ist zu sehen, dass sich die Schließzeit des Auslassventils, wie durch den Pfeil abnehmender Last zentral in der Figur angegeben ist, als eine Funktion der Motorlast ändert. Während des Teillastbetriebs wird die Auslassventil-Schließzeit umso mehr nach früh vorgestellt, je niedriger die Motorlast wird. Somit ist es allgemein wahr, dass abnehmende Lasten zu erhöhtem Einfang von verbranntem Gas und höheren Verdichtungen davon führen. Die durch die Ventilsteuerung bewirkten höheren Drücke und Temperaturen schaffen eine zylinderinterne Umgebung, die förderlich für eine Teilreformation von darin eingespritztem Kraftstoff ist, wobei die Reformation und die nachfolgende Zerstreuung von Reformat innerhalb der Verbrennungskammern eine gesteuerte Selbstzündung ermöglichen. Der gewünschte Trend der Erhöhungen eingefangener verbrannter Gase und der Erhöhungen der Drücke und Temperaturen bei Abnahme der Motorbetriebslasten schafft über den gesamten Teillastbereich des Motorbetriebs eine optimale Selbstzündungsverbrennungs-Phaseneinstellung. Wie in jeder der einzelnen Kurven, die den Einlassplan 45 umfassen, veranschaulicht ist, wird außerdem eine allgemein symmetrische und in Bezug auf die Richtung entgegengesetzte Phaseneinstellung der Einlassventil-Öffnungszeit bewirkt. Dadurch wird die Entspannung des hohen Drucks innerhalb der Verbrennungskammer bewirkt und die gespeicherte Energie des verdichteten Gases an den Kolben und an die Motorkurbelwelle zurückgegeben.
  • Die FFVA-Steuerung des Einlass- und des Auslassventils zum Herstellen der Bedingungen des eingefangenen verbrannten Gases und des Drucks innerhalb der Verbrennungskammer werden ausgeführt, um zylinderinterne Gas-, Druck- und Temperaturtrends als eine Funktion der Motorlast herzustellen, die im herkömmlichen bekannten Viertaktbetrieb nicht zu finden sind.
  • Es wird nun die bevorzugte Kraftstoffbeaufschlagungsmethodik für einen Motor beschrieben, der wie im Folgenden dargelegt betrieben wird. Flüssige und gasförmige Einspritzungen sind Kandidaten für die DI. Zusätzlich wird betrachtet, dass luftgestützte und andere Typen der Förderung genutzt werden können. Der Typ des nutzbaren Zündungssystems ist ebenfalls – allgemein in Übereinstimmung mit Motorlast- und Klopfbetrachtungen – veränderlich und enthält solche nicht einschränkenden Beispiele wie SI, CI und gesteuerte Selbstzündung.
  • In Übereinstimmung mit den Kraftstoffbeaufschlagungs-Steuerungsaspekten der vorliegenden Erfindung werden innerhalb des Teillast-Betriebsbereichs des Motors drei allgemeine Lastbereiche abgegrenzt. Anhand von 4 ist der Bereich niedriger Teillast durch L-PL bezeichnet, ist der Zwischenteillastbereich durch I-PL bezeichnet und ist der Bereich hoher Teillast durch H-PL bezeichnet. Diese Bereiche sind gegenüber einem vollständigen Viertakt-Verbrennungszyklus dargestellt, der unterschiedlich unten durch den Kurbelwinkel nach OT Verbrennungstakt und oben durch Bereiche entsprechend aufeinander folgend wiederholter Verbrennungszyklen abgegrenzt ist. Allgemein wird in dem Bereich niedriger Teillast und in dem Zwischenteillastbereich veranlasst, dass eine Aufteilungseinspritzung der Gesamtkraftstoffladung erfolgt, während in dem Bereich hoher Teillast veranlasst wird, dass eine Einzeleinspritzung der Gesamtkraftstoffladung erfolgt. In der Figur sind die Übergangsbereiche 42 und 54 veranschaulicht, die sich jeweils mit einem oder mit beiden angrenzenden Teillastbereichen wesentlich überlappen können, was die Teillastbereiche für die entsprechenden Kraftstoffsteuerungen effektiv erweitert.
  • Bei der Aufteilungseinspritzung wird die Gesamtkraftstoffanforderung für den Zyklus in zwei Einspritzereignisse geteilt. In dem Betriebsbereich niedriger Teillast (L-PL) wird eines der Einspritzereignisse spät in dem Ausstoßzyklus ausgeführt, während das andere Einspritzereignis spät in dem Verdichtungszyklus ausgeführt wird. Allgemein spritzt das erste Kraftstoffbeaufschlagungsereignis etwa 10 bis etwa 50 Prozent der Gesamtkraftstoffanforderung für den Zyklus ein. Die durch diesen ersten Kraftstoffbruchteil hergestellte Zylinderladung reicht allgemein für die Selbstzündung innerhalb der Verbrennungskammer nicht aus. Der Rest der Kraftstoffanforderung für den Zyklus wird während des zweiten Kraftstoffbeaufschlagungsereignisses eingespritzt. Dieser zweite Kraftstoffbruchteil reichert die Zylinderladung bei niedrigen Teillasten während eines Verdichtungstakts des Kolbens ausreichend an, um eine Selbstzündung zu veranlassen.
  • Das Eindringen und die Zerstreuung des zweiten Kraftstoffsprühstrahls werden wegen höherer zylinderinterner Ladungstemperatur und -dichte unterdrückt. In der Verbrennungskammer wird ein lokalisierter Bereich fetten Gemischs gebildet. Das Gemisch aus Luft, eingefangenem verbranntem Gas und Kraftstoff aus der ersten Kraftstoffeinspritzung wirkt mit dem lokalisierten fetten Gemisch zusammen, das durch die zweite Kraftstoffeinspritzung gebildet wird, um die Selbstzündung des Benzins im Vergleich zu einem verhältnismäßig hohen Verdichtungsverhältnis, das bei der Selbstzündung von Dieselkraftstoff verwendet wird, unter einem verhältnismäßig niedrigen Verdichtungsverhältnis ohne irgendeine Hilfe eines Funkens auszuführen.
  • In dem Zwischenteillast-Betriebsbereich (I-PL) wird ähnlich eines der Einspritzereignisse spät in dem Ausstoßzyklus ausgeführt. Dagegen wird das andere Einspritzereignis früh in dem Ansaugzyklus ausgeführt. Allgemein spritzt das erste Kraftstoffbeaufschlagungsereignis etwa 10 bis etwa 50 Prozent der Gesamtkraftstoffanforderung für den Zyklus ein. Allgemein reicht die durch diesen ersten Kraftstoffbruchteil hergestellte Zylinderladung für die Selbstzündung innerhalb der Verbrennungskammer nicht aus, schafft aber die Keimladung von Kraftstoff und Reformat, die entscheidend für die Selbstzündung ist. Der Rest der Kraftstoffanforderung für den Zyklus wird während des zweiten Kraftstoffbeaufschlagungsereignisses eingespritzt. Dieser zweite Kraftstoffbruchteil reichert die Zylinderladung während des Ansaugtakts des Kolbens ausreichend an, um bei Zwischenteillasten eine Selbstzündung zu veranlassen.
  • Das Eindringen und die Zerstreuung des zweiten Kraftstoffsprühstrahls werden anfangs wegen der höheren zylinderinternen Ladungstemperatur und -dichte und wegen des zuerst eingespritzten Kraftstoffs unterdrückt. Allerdings schaffen die Entspannung des zylinderinternen Drucks und die nachfolgende Frischluftaufnahme und Verwirbelung während des Ansaugzyklus Bedingungen für eine wesentliche Zerstreuung und Homogenität des Zylindergemischs. Dieses homogene Gemisch aus Luft, aufbewahrtem verbranntem Gas und Kraftstoff arbeitet zusammen, um die Selbstzündung des Benzins im Vergleich zu einem verhältnismäßig hohen Verdichtungsverhältnis, das bei der Selbstzündung von Dieselkraftstoff verwendet wird, unter einem verhältnismäßig niedrigen Verdichtungsverhältnis ohne irgendwelche Hilfe eines Funkens auszuführen.
  • Wie später anhand der 10 und 11 demonstriert wird, ist die Gesamtkraftstoffbeaufschlagungsanforderung (d. h. der kombinierte erste und zweite Kraftstoffbruchteil) für die Aufteilungseinspritzungsstrategie, wie gegenüber solchen üblichen Metriken wie der Verbrennungsstabilität bestimmt wird, sowohl bei niedriger Teillast als auch bei Zwischenteillast wesentlich niedriger als die Kraftstoffbeaufschlagungsanforderung eines ähnlichen herkömmlich betriebenen Verbrennungsmotors.
  • In dem Betriebsbereich hoher Teillast (H-PL) wird eine Kraftstoffeinzeleinspritzung ausgeführt. Bei der Einzeleinspritzung wird die Gesamtkraftstoffanforderung für den Zyklus in einem Einspritzereignis, das während der negativen Ventilüberlappung ausgeführt wird, vereinigt.
  • 4 demonstriert außerdem bestimmte Präferenzen hinsichtlich der Einspritzzeit. Der durch die mit 44 und 46 bezeichneten durchgezogenen Linien abgegrenzte Bereich entspricht bevorzugten Winkelbereichen innerhalb des Ausstoß- und des Verdichtungszyklus für die Lieferung des ersten Kraftstoffbeaufschlagungsereignisses bzw. des zweiten Kraftstoffbeaufschlagungsereignisses für den Betriebsbereich niedriger Teillast. Vorzugsweise wird der erste Kraftstoffbruchteil bei etwa 300 bis etwa 350 Grad nach OT Verbrennungstakt eingespritzt. Wie in der Figur gezeigt ist, wird außerdem vorzugsweise die Einspritzzeit für die erste Einspritzung auf kontinuierliche Weise nach spät verstellt, während die Motorlast ansteigt. Außerdem wird der zweite Kraftstoffbruchteil etwa 640 bis etwa 695 Grad nach OT Verbrennungstakt (25 bis 80 Grad vor oberer Totpunkt Verbrennungstakt) eingespritzt. Diese Einspritzzeit wird gewählt, um einen rauchfreien Betrieb sicherzustellen, und wird durch den Einspritzdüsen-Sprühkegelwinkel und durch den Betrag des eingespritzten Kraftstoffs bewirkt. Vorzugsweise wird die Einspritzzeit für die zweite Einspritzung ebenfalls auf kontinuierliche Weise nach früh vorgestellt, während die Motorlast ansteigt. Es können weitere Winkelbereiche für die Aufteilungseinspritzungs-Einspritzung genutzt werden, die aber keinen so wesentlichen Vorteil wie die bevorzugten Bereiche liefern können.
  • Der durch die mit 47 und 48 bezeichneten durchgezogenen Linien abgegrenzte Bereich entspricht bevorzugten Winkelbereichen innerhalb des Ausstoß- und des Ansaugzyklus für die Lieferung des ersten Kraftstoffbeaufschlagungsereignisses bzw. des zweiten Kraftstoffbeaufschlagungsereignisses für den Zwischenteillast-Betriebsbereich. Vorzugsweise wird der erste Kraftstoffbruchteil etwa 300 bis etwa 360 Grad nach OT Verbrennungstakt eingespritzt. Wie in der Figur gezeigt ist, wird die Einspritzzeit für die erste Einspritzung vorzugsweise ebenfalls auf kontinuierliche Weise nach spät verstellt, während die Motorlast ansteigt. Diese Einspritzzeit wird so gewählt, dass ein rauchfreier Betrieb sichergestellt wird (z. B. Vermeidung des Kraftstoffsprühstrahls bei steigendem Kolben), was eine ausreichende Kraftstoffmenge und Residenzzeit für die angemessene Reformation sicherstellt und durch den Einspritzdüsen-Sprühkegelwinkel und durch den Betrag des eingespritzten Kraftstoffs bewirkt wird. Der zweite Kraftstoffbruchteil wird etwa 30 bis etwa 60 Grad nach dem Ende der ersten Einspritzung eingespritzt. Vorzugsweise wird die Einspritzzeit für die zweite Einspritzung ebenfalls auf kontinuierliche Weise nach spät verstellt, während die Motorlast ansteigt. Beide Zwischeneinspritzungen werden innerhalb des negativen Überlappungsbereichs des Auslass- und des Einlassventils ausgeführt. Weitere Winkelbereiche für die Aufteilungseinspritzungs-Einspritzung können genutzt werden, können aber keinen so wesentlichen Vorteil wie die bevorzugten Bereiche liefern.
  • Der durch die mit 49 bezeichnete durchgezogene Linie abgegrenzte Bereich entspricht einem bevorzugten Winkelbereich für die Förderung des Kraftstoffs für den Betriebsbereich hoher Teillast. Vorzugsweise wird dieser Kraftstoff etwa 340 bis etwa 490 Grad nach OT Verbrennungstakt eingespritzt. Wie in der Figur gezeigt ist, wird die Einspritzzeit für die Einzeleinspritzung vorzugsweise ebenfalls auf kontinuierliche Weise nach spät verstellt, während die Motorlast ansteigt. Für die Einzeleinspritzung können andere Winkelbereiche genutzt werden, die aber keinen so wesentlichen Vorteil wie die bevorzugten Bereiche liefern können.
  • Der Übergang von einer Einspritzungsstrategie zu einer anderen während einer Laständerung wird sowohl durch die Motorleistung als auch durch die Emissionen reguliert. Zum Beispiel ist während des Betriebs mit niedriger Teillast die Aufteilungseinspritzung mit der ersten Einspritzung während der Periode negativer Ventilüberlappung und mit der zweiten Einspritzung während des Verdichtungstakts die einzige Einspritzungsstrategie, die eine stabile Verbrennung mit gesteuerter Selbstzündung erzeugen kann. Die Einspritzzeit für die zweite Einspritzung wird mit zunehmender Motorlast kontinuierlich nach früh verstellt, um die Zerstreuung des Kraftstoffs innerhalb der Verbrennungskammer zu fördern und um das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des lokalisierten Gemischs innerhalb eines akzeptablen Bereichs zu halten, um inakzeptable Pegel von NOx- und Rauchemissionen zu vermeiden. Allerdings kann selbst mit der nach früh verstellten Einspritzzeit die Bildung von Stickoxiden (NOx) während des Betriebs bei Zwischenteillast immer noch auf einen inakzeptablen Pegel ansteigen. Somit wird die Einspritzungsstrategie von der Aufteilungseinspritzung mit einer zweiten Einspritzung im Verdichtungszyklus zur Aufteilungseinspritzung mit einer zweiten Einspritzung im Ansaugzyklus geschaltet. Experimente bestätigen, dass beide Aufteilungseinspritzungsstrategien zu ähnlicher Motorleistung während des Zwischenteillast-Motorbetriebs führen. Bei Aufteilungseinspritzungen unter Verwendung einer zweiten Einspritzung während des Ansaugtakts können vergleichende NOx-Emissionen wesentlich kleiner als bei Aufteilungseinspritzungen, die eine zweite Einspritzung während des Verdichtungstakts verwenden, sein. Dagegen sind vergleichende Kohlenwasserstoffemissionen (HC-Emissionen) bei Aufteilungseinspritzungen, die eine zweite Einspritzung während des Ansaugtakts verwenden, wegen Zunahmen von im Spalt gefangenem Kraftstoff, der der Verbrennung entgeht, höher als bei Aufteilungseinspritzungen, die eine zweite Einspritzung während des Verdichtungstakts verwenden. Somit wird die genaue Last, bei der der Übergang von Aufteilungseinspritzung bei niedriger Teillast und Aufteilungseinspritzung bei Zwischenteillast stattfindet, durch NOx-HC-Emissions-Abwägung bestimmt. Ähnliche Betrachtungen definieren Kriterien, die zur Festsetzung des Übergangs von der Aufteilungseinspritzungsstrategie bei Zwischenteillast zur Einzeleinspritzungsstrategie bei hoher Teillast verwendet werden (z. B. NOx-HC-Emissionsabwägung).
  • 5 zeigt für das Einlass- und für das Auslassventil eines Viertakt-Verbrennungsmotors, der in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung unter Verwendung eines FFVA-Systems arbeitet, beispielhafte Ventilöffnungs- und Ventilschließzeiten als eine Funktion der Motorlast. Darin ist die folgende Bezeichnung verwendet: Einlassventilöffnen (IVO); Einlassventilschließen (IVC); Auslassventilöffnen (EVO); Auslassventilschließen (EVC). Außerdem sind in 5 die lastabhängigen Einspritzungsstrategien und verschiedene Verbrennungsbetriebsarten als eine Funktion der Motorlast in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung gezeigt. Insbesondere wird der Motor unterhalb etwa 400 kPa NMEP in der Verbrennungsbetriebsart mit gesteuerter Selbstzündung mit magerem Luft/Kraftstoff-Gemisch (CAI-L) betrieben. Während dieser Verbrennungsbetriebsart steigt der NOx-Emissionsindex mit zunehmender Motorlast an. Bei etwa 400 kPa NMEP ist der NOx-Emissionsindex etwa 1 g/kg Kraftstoff. Zwischen etwa 400 und etwa 480 kPa NMEP wird der Motor in der Verbrennungsbetriebsart mit gesteuerter Selbstzündung mit stöchiometrischem Luft/Kraftstoff-Verhältnis (CAI-S) betrieben, um nach der Behandlung für die NOx-Steuerung die Verwendung des herkömmlichen 3-Wege-Katalysators zu ermöglichen. Zwischen etwa 480 und etwa 620 kPa NMEP wird der Motor in der ungedrosselter Betriebsart mit Funkenzündung mit stöchiometrischem Luft/Kraftstoff-Gemisch (NT-S) unter Verwendung eines frühen Einlassventilschließens zur Laststeuerung betrieben. Jenseits etwa 620 kPa NMEP wird der Motor bis zum Erreichen der Volllast in der herkömmlichen gedrosselten Betriebsart mit Funkenzündung mit stöchiometrischem Luft/Kraftstoff-Gemisch (T-S) betrieben.
  • In Übereinstimmung mit bestimmten weiteren Ventilsteuerungsaspekten der vorliegenden Erfindung wird während des Teillastbetriebs des Motors vorzugsweise mittels FFVA, die das Öffnen und Schließen eines oder mehrerer der Einlass- und Auslassventile steuert, innerhalb der Verbrennungskammer ein Niederdruckereignis hergestellt. In dem in 6 veranschaulichten vorliegenden Beispiel ist angenommen, dass veranlasst wird, dass ein Auslassereignis auftritt, in dem das Auslassventil wenigstens für einen Abschnitt des Ausstoßtakts von 180 bis 360 Grad geöffnet wird. Der tatsächliche Öffnungs- und Schließwinkel des Auslassventils während eines Auslassereignisses variiert in Übereinstimmung mit solchen Faktoren wie der Motordrehzahl oder -last und Auspuffleitungsgeometrien sowie anderen gewünschten Motorabstimmungseigenschaften. In dem vorliegenden veranschaulichten Beispiel ist angenommen, dass das Auslassventilschließen im Wesentlichen 380 Grad nach OT Verbrennungstakt oder 20 Grad nach dem OT des Ausstoßtakts entspricht. Vorzugsweise findet das Auslassventilschließen innerhalb angenähert 20 Grad vor dem OT des Ausstoßtakts bis 20 Grad nach dem OT des Ausstoßtakts statt. Allgemein wird angenommen, dass ein maximaler Ausstoß von Abgasen aus der Verbrennungskammer den Restzylinderdruck minimieren hilft und dass diese Bedingung allgemein verträglich mit dem Bewirken tieferer und länger andauernder Niederdruckereignisse ist. Durch bestimmte Gasdynamiken unter bestimmten Bedingungen findet der maximale Ausstoß statt, wenn das Auslassventil für einen gewissen Winkel nach dem OT des Ausstoßtakts offen bleibt. Bevorzugter findet daraufhin das Auslassventilschließen, insbesondere bei den niedrigsten Motorlasten, bei denen in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung Bedingungen mit niedrigerem Zylinderdruck erwünscht sind, innerhalb angenähert des OT des Ausstoßtakts bis 20 Grad nach dem OT des Ausstoßtakts statt.
  • In Übereinstimmung dem Ziel der Herstellung eines Niederdruckereignisses innerhalb der Verbrennungskammer während des Ansaugtakts kann es ferner erwünscht sein, dass die Auslassereignis-Auslassventilschließ-Absolutphase vor dem OT des Ausstoßtakts nicht größer als die Einlassventil-Öffnungsphase nach dem OT des Ausstoßtakts ist oder dass es eine minimale Ventilüberlappung gibt. Allgemein ist ein bestimmter Grad der Asymmetrie um den OT des Ausstoßtakts wie zwischen dem Auslassventilschließen und dem Einlassventilöffnen wie beschrieben erforderlich, um die gewünschten Niederdruckbedingungen innerhalb der Verbrennungskammer herzustellen. Falls das Auslassereignis-Auslassventilschließen vor dem OT des Ausstoßtakts stattfindet, kann es erwünscht sein zu ermöglichen, dass sich der Druck in der Verbrennungskammer wenigstens einen ähnlicher Winkel nach dem OT entspannt, bevor sich das Einlassventil zu öffnen beginnt. Vorzugsweise folgt das Einlassventilöffnen während eines Einlassereignisses bei Arbeitspunkten niedriger Teillast dem Auslassventilschließen bei etwa 30 bis etwa 90 Grad nach dem OT des Ausstoßtakts.
  • Die bisher beschriebenen allgemeinen und bevorzugten Eigenschaften der Einlass- und Auslassventilphaseneinstellungen sind im Wesentlichen in den in 6 veranschaulichten beispielhaften Kurven dargelegt. Das Auslassprofil 50 repräsentiert ein Auslassereignis-Auslassventil-Profil, in dem das Ventilschließen bei im Wesentlichen 20 Grad nach dem Ausstoßtakt-OT stattfindet. Zur Beschreibung ist angenommen, dass das Auslassereignis im Wesentlichen statisch in Bezug auf die Auslassereignis-Auslassventil-Schließphaseneinstellung ist, obgleich, wie zuvor beschrieben wurde, betrachtet wird, dass die Phasenverschiebung des Auslassventilschließens innerhalb des Umfangs der Erfindung beim Erreichen verschiedener Ergebnisse und Lösen verschiedener Aufgaben davon liegt. Das Einlassprofil 52 entspricht dem Einlassventilöffnen bei im Wesentlichen 40 Grad nach dem oberen Totpunkt des Ausstoßtakts und dem Schließen bei im Wesentlichen 70 Grad nach dem unteren Totpunkt des Ansaugtakts, um einen Pegel des zylinderinternen Unterdrucks zu bewirken. Das Einlassprofil 51 entspricht einem früheren Einlassventilöffnen bei im Wesentlichen 20 Grad vor dem oberen Totpunkt des Ausstoßtakts und dem Schließen bei im Wesentlichen 70 Grad nach dem unteren Totpunkt des Ansaugtakts, um einen niedrigeren zylinderinternen Unterdruck zu bewirken. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist bei niedrigeren Motorlasten erwünscht, dass niedrigere zylinderinterne Drücke bewirkt werden. Das heißt, bei niedrigeren Motorlasten werden tiefere Unterdruckpegel erzielt. Um diesen Trend zu bewirken, während die Motorlast abnimmt, tendiert die Einlassventil-Öffnungsphase somit in der durch den Pfeil abnehmender Last zentral in 6 angegebenen Richtung. Mit der beispielhaften FFVA-Realisierung kann die Einlassventil-Schließphase, wie in 6 veranschaulicht ist, bei etwa 610 Grad nach OT Verbrennungstakt im Wesentlichen statisch aufrechterhalten werden.
  • Falls in der Figur ein Kontinuum solcher Einlassprofile mit Einlassventil-Öffnungsgrenzen bei weniger nach spät verstellten und mehr nach früh verstellten Phasenwinkeln dargestellt würde, wären das Ergebnis veränderliche Unterdruckpegel und deren Dauern innerhalb der Verbrennungskammer. Natürlich können außer den verschiedenen Niederdruckprofilen innerhalb der Verbrennungskammer, die wie beschrieben mit einfacher Phasenverschiebung der Ventilöffnungen erzielt werden können, durch komplexere und unabhängige Änderungen der Auslass- und der Einlassprofile einschließlich mittels Hubänderung zusätzlich zu der der Zeit zusätzliche Druckprofile erzielt werden.
  • Die FFVA-Steuerung des Einlass- und des Auslassventils zum Herstellen eines Niederdruckereignisses innerhalb der Verbrennungskammer wird ausgeführt, um innerhalb der Verbrennungskammer Druckpegelvertiefungen und deren Dauern herzustellen, die im herkömmlich bekannten Viertaktbetrieb nicht zu finden sind. Nunmehr zusätzlich anhand von 7 ist ein Druckprofil veranschaulicht, das dem anhand von 6 beschriebenen beispielhaften lastabhängigen Einlassventilprofiltrend entspricht. Darin ist eine Kurve allgemein durch das Bezugszeichen 61 bezeichnet, wobei sie nur in Bezug auf die 360 Grad Kurbelwellendrehung über den Ausstoß- und über den Ansaugtakt des vollständigen Viertaktprozesses, wie sie an der Oberseite der Figur innerhalb zweiseitiger Pfeile abgegrenzt sind, die mit AUSSTOSSEN und ANSAUGEN bezeichnet sind, veranschaulicht ist. Der Zylinderdruck ist auf einer linearen Skale entlang der vertikalen Achse veranschaulicht, wobei der Umgebungsdruck speziell bezeichnet ist und angenommen ist, dass er im Wesentlichen eine Standardatmosphäre oder etwa 101 kPa ist. Der Bereich 63 bezeichnet allgemein das Gebiet resultierender Niederdruckereignisse oder von Unterdruckbedingungen, die in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung hergestellt werden. Ein mäßig tiefes und andauerndes Niederdruckereignis erreicht im Wesentlichen 60 kPa unter dem Umgebungsdruck oder Unterdruck oder, anders gesagt, etwa 60% unter dem Umgebungs- oder Atmosphärendruck oder etwa 40% des Umgebungs- oder Atmosphärendrucks. Natürlich sind die in 7 veranschaulichten spezifischen Kurven beispielhaft, wobei weitere solche Kurven und Profile aufgrund komplexerer und unabhängigerer Änderungen des Auslass- und des Einlassprofils einschließlich mittels Hubänderung zusätzlich zu der der Zeit und Dauer hergestellt werden können. Zum Beispiel würde in Bezug auf die spezifische in 6 veranschaulichte Kurve 52 eine weitere Verstellung des Einlassventilöffnens nach spät während Einlassereignissen tiefere Niederdruckereignisse bewirken, während ein weiteres Verstellen nach früh des Einlassventilöffnens während Einlassereignissen flachere Niederdruckereignisse bewirken würde. Ein beispielhaftes verhältnismäßig flaches Niederdruckereignis mit beschränkter Dauer erreicht im Wesentlichen 42 kPa unter dem Umgebungsdruck oder Unterdruck oder, anders gesagt, etwa 42% unter dem Umgebungs- oder Atmosphärendruck oder etwa 58% des Umgebungs- oder Atmosphärendrucks. Ein beispielhaftes verhältnismäßig tiefes und andauerndes Niederdruckereignis erreicht im Wesentlichen 75 kPa unter dem Umgebungsdruck oder Unterdruck oder, anders gesagt, etwa 75% unter dem Umgebungs- oder Atmosphärendruck oder etwa 25% des Umgebungs- oder Atmosphärendrucks. Wie zuvor anhand von 6 beschrieben wurde, ist erwünscht, dass bei niedrigeren Motorlasten niedrigere zylinderinterne Drücke bewirkt werden, das heißt, dass bei niedrigeren Motorlasten tiefere Unterdruckpegel erzielt werden. Der Pfeil abnehmender Last aus 7 veranschaulicht den gewünschten gesteuerten Trend der Ansaugdruckprofile als eine Funktion abnehmender Motorlast.
  • Es ist erwünscht, dass zurückgeführte Abgase in die Verbrennungskammer eingeführt werden, damit sie sich mit Luft und Kraftstoff mischen. Noch einmal anhand der in 6 gezeigten Ventilpläne ermöglicht die FFVA eine Abgasrücksaug-Auslassventil-Betätigung mit Flexibilität beim Ventilöffnen, -schließen, -anheben und bei der Ventildauer zur Wiederaufnahme verbrannter Gase, die zuvor durch das Auslassventil in den Auslasskanal ausgestoßen wurden. Die FFVA ermöglicht in einer Abgasrücksaugrealisierung wesentliche Änderungen der Gasbestandteilgemische und -temperaturen. Beispielhafte Rücksaugpläne, die die Änderungen des Hubs, der Dauer und der Phaseneinstellung veranschaulichen, sind in 6 mit 53 und 55 bezeichnet.
  • Es wird nun die bevorzugte Kraftstoffbeaufschlagungsmethodik für einen wie oben dargelegt betriebenen Motor beschrieben. Flüssige und gasförmige Einspritzungen sind Kandidaten für die DI. Zusätzlich wird betrachtet, dass luftgestützte und andere Förderungstypen genutzt werden können. Außerdem ist der Typ des nutzbaren Verbrennungssystems – allgemein in Übereinstimmung mit Motorlast und Klopfbetrachtungen – veränderlich und enthält solche nicht einschränkenden Beispiele wie SI, CI und gesteuerte Selbstzündung.
  • In Übereinstimmung mit den Kraftstoffbeaufschlagungs-Steuerungsaspekten der vorliegenden Erfindung sind innerhalb des Teillast-Betriebsbereichs des Motors zwei allgemeine Lastbereiche abgegrenzt. Anhand von 8 ist der Bereich niedriger Teillast mit L-PL bezeichnet und ist der Zwischenteillastbereich/Bereich hoher Teillast mit I/H-PL bezeichnet. Diese Bereiche sind gegen einen vollständigen Viertakt-Verbrennungszyklus dargestellt, der unterschiedlich unten durch den Kurbelwinkel nach OT Verbrennungstakt und oben entsprechend aufeinander folgend wiederholter Verbrennungszyklusbereiche abgetrennt ist. Allgemein wird in dem Bereich niedriger Teillast veranlasst, dass eine Aufteilungseinspritzung der Gesamtkraftstoffladung stattfindet, während in dem Zwischenteillastbereich/Bereich hoher Teillast veranlasst wird, dass eine Einzeleinspritzung der Gesamtkraftstoffladung stattfindet. In der Figur ist ein Übergangsbereich 62 veranschaulicht, der einen oder beide der angrenzenden Teillastbereiche wesentlich überlappen kann, wobei er die Teillastbereiche für entsprechende Kraftstoffsteuerungen effektiv erweitert.
  • Bei der Aufteilungseinspritzung wird die Gesamtkraftstoffanforderung für den Zyklus in zwei Einspritzereignisse geteilt. Eines der Einspritzereignisse wird früh in dem Ansaugzyklus ausgeführt, während das andere Einspritzereignis spät in dem Verdichtungszyklus ausgeführt wird. Allgemein spritzt das erste Kraftstoffbeaufschlagungsereignis etwa 10 bis etwa 50 Prozent der Gesamtkraftstoffanforderung für den Zyklus ein. Die durch diesen ersten Kraftstoffbruchteil hergestellte Zylinderladung reicht allgemein für die Selbstzündung innerhalb der Verbrennungskammer nicht aus. Der Rest der Kraftstoffanforderung für den Zyklus wird während des zweiten Kraftstoffbeaufschlagungsereignisses eingespritzt. Dieser zweite Kraftstoffbruchteil reichert die Zylinderladung während eines Verdichtungstakts des Kolbens ausreichend an, um eine Selbstzündung zu veranlassen.
  • Das Eindringen und die Zerstreuung des zweiten Kraftstoffsprühstrahls werden wegen der höheren zylinderinternen Ladungstemperatur und -dichte unterdrückt. In der Verbrennungskammer wird ein lokalisierter Bereich fetten Gemischs gebildet. Das Gemisch aus Luft, wiederaufgenommenem verbranntem Gas und Kraftstoff aus der ersten Kraftstoffeinspritzung arbeitet mit dem lokalisierten fetten Gemisch zusammen, das durch die zweite Kraftstoffeinspritzung gebildet wird, um die Selbstzündung des Benzins im Vergleich zu einem verhältnismäßig hohen Verdichtungsverhältnis, das bei der Selbstzündung von Dieselkraftstoff verwendet wird, unter einem verhältnismäßig niedrigen Verdichtungsverhältnis ohne irgendeine Hilfe eines Funkens auszuführen.
  • Wie später anhand der 10 und 11 demonstriert wird, ist die Gesamtkraftstoffbeaufschlagungsanforderung (d. h. der kombinierte erste und zweite Kraftstoffbruchteil), wie gegenüber solchen üblichen Metriken wie der Verbrennungsstabilität bestimmt wird, für beide beschriebenen Ventilsteuerungs- und Kraftstoffbeaufschlagungsstrategien wesentlich niedriger als die Kraftstoffbeaufschlagungsanforderung eines ähnlichen herkömmlich betriebenen Verbrennungsmotors.
  • In dem Betriebsbereich hoher Teillast (H-PL) wird eine Einzeleinspritzung des Kraftstoffs ausgeführt. Bei der Einzeleinspritzung wird die Gesamtkraftstoffanforderung für den Zyklus in einem Einspritzereignis zusammengefasst, das früh in dem Ansaugzyklus ausgeführt wird.
  • 8 demonstriert außerdem bestimmte Präferenzen hinsichtlich der Einspritzzeit. Der durch die mit 56 und 57 bezeichneten durchgehenden Linien abgegrenzte Bereich entspricht bevorzugten Winkelbereichen innerhalb des Ansaug- und des Verdichtungszyklus für die Lieferung des ersten Kraftstoffbeaufschlagungsereignisses bzw. des zweiten Kraftstoffbeaufschlagungsereignisses für den Betriebsbereich niedriger Teillast. Vorzugsweise wird der erste Kraftstoffbruchteil etwa 360 bis etwa 400 Grad nach OT Verbrennungstakt eingespritzt. Wie in der Figur gezeigt ist, wird die Einspritzzeit für die erste Einspritzung vorzugsweise ebenfalls auf kontinuierliche Weise nach spät verstellt, während die Motorlast ansteigt. Außerdem wird der zweite Kraftstoffbruchteil etwa 640 bis etwa 700 Grad nach OT Verbrennungstakt (20 bis 80 Grad vor oberem Totpunkt Verbrennungstakt) eingespritzt. Diese Einspritzzeit wird gewählt, um einen rauchfreien Betrieb sicherzustellen, und wird durch den Einspritzdüsen-Sprühkegelwinkel und durch den Betrag des eingespritzten Kraftstoffs bewirkt. Die Einspritzzeit für die zweite Einspritzung wird vorzugsweise ebenfalls auf kontinuierliche Weise auf früh verstellt, während die Motorlast ansteigt. Für die Aufteilungseinspritzungs-Einspritzung können andere Winkelbereiche genutzt werden, die aber keinen so wesentlichen Vorteil wie die bevorzugten Bereiche liefern können.
  • Der durch die mit 58 bezeichnete durchgezogene Linie abgegrenzte Bereich entspricht einem bevorzugten Winkelbereich innerhalb des Ansaugzyklus für die Lieferung des Ansaugzyklus-Kraftstoffbeaufschlagungsereignisses für den Zwischenteillast-Betriebsbereich/Betriebsbereich hoher Teillast. Vorzugsweise wird dieser Kraftstoff etwa 390 bis etwa 450 Grad nach OT Verbrennungstakt eingespritzt. Wie in der Figur gezeigt ist, wird die Einspritzzeit für die Einzeleinspritzung vorzugsweise ebenfalls auf kontinuierliche Weise nach spät verstellt, während die Motorlast ansteigt. Für die Einzeleinspritzung können andere Winkelbereiche genutzt werden, die aber keinen so wesentlichen Vorteil wie die bevorzugten Bereiche liefern können.
  • Der Übergang von einer Einspritzungsstrategie zu einer anderen während einer Laständerung wird sowohl durch die Motorleistung als auch durch die Emissionen reguliert. Zum Beispiel ist während des Betriebs mit niedriger Teillast die Aufteilungseinspritzung mit der ersten Einspritzung während des frühen Ansaugtakts und mit der zweiten Einspritzung während des Verdichtungstakts die einzige Einspritzungsstrategie, die eine stabile Verbrennung mit gesteuerter Selbstzündung erzeugen kann. Die Einspritzzeit für die zweite Einspritzung wird mit zunehmender Motorlast kontinuierlich nach früh verstellt, um die Zerstreuung des Kraftstoffs innerhalb der Verbrennungskammer zu fördern und um das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des lokalisierten Gemischs innerhalb eines akzeptablen Bereichs zu halten, um inakzeptable Pegel von NOx- und Rauchemissionen zu vermeiden. Allerdings kann selbst mit der auf früh verstellten Einspritzzeit die Bildung von Stickoxiden (NOx) während des Betriebs mit Zwischenteillast immer noch auf einen inakzeptablen Pegel steigen. Somit wird die Einspritzungsstrategie, wie in 9 gezeigt ist, bei etwa 100 bis etwa 140 kPa effektivem Nettomitteldruck (NMEP) von der Aufteilungseinspritzung zur Einzeleinspritzung geschaltet. Experimente bestätigen, dass sowohl die Aufteilungseinspritzungs- als auch die Einzeleinspritzungsstrategie während des Zwischenteillast-Motorbetriebs zu ähnlicher Motorleistung führen. Vergleichende NOx-Emissionen sind bei der Einzelkraftstoffeinspritzung während des Ansaugtakts wesentlich niedriger als bei der Aufteilungseinspritzung. Dagegen sind vergleichende Kohlenwasserstoffemissionen (HC-Emissionen) bei Einzelkraftstoffeinspritzung während des Ansaugtakts wegen Zunahmen von im Spalt eingefangenem Kraftstoff, der der Verbrennung entgeht, höher als bei der Aufteilungseinspritzung. Somit wird die genaue Last, bei der der Übergang stattfindet, durch NOx-HC-Emissions-Abwägung bestimmt.
  • 9 zeigt beispielhafte Öffnungs- und Schließventilzeiten als eine Funktion der Motorlast für das Auslass- und für das Einlassventil eines Viertakt-Verbrennungsmotors, der in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung unter Verwendung eines FFVA-Systems arbeitet. Darin ist die folgende Bezeichnung verwendet: Einlassventilöffnen (IVO); Einlassventilschließen (TVC); Auslassventilöffnen-Auslass (EVOe); Auslassventilschließen-Auslass (EVCe); Auslassventilöffnen-Rücksaugen (EVOr); und Auslassventilschließen-Rücksaugen (EVCr). Außerdem sind in 9 die lastabhängigen Einspritzungsstrategien und die verschiedenen Verbrennungsbetriebsarten als eine Funktion der Motorlast in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung gezeigt. Insbesondere wird der Motor unterhalb etwa 420 kPa NMEP mit magerem Luft/Kraftstoff-Gemisch (CAI-L) in der Verbrennungsbetriebsart mit gesteuerter Selbstzündung betrieben. Während dieser Verbrennungsbetriebsart steigt der NOx-Emissionsindex mit zunehmender Motorlast an. Bei etwa 420 kPa NMEP ist der NOx-Emissionsindex etwa 1 g/kg Kraftstoff. Zwischen etwa 420 und etwa 500 kPa NMEP wird der Motor in der Verbrennungsbetriebsart mit gesteuerter Selbstzündung mit stöchiometrischem Luft/Kraftstoff-Verhältnis (CAI-S) betrieben, um nach Behandlung für die NOx-Steuerung die Verwendung des herkömmlichen 3-Wege-Katalysators zuzulassen. Zwischen etwa 500 und etwa 600 kPa NMEP wird der Motor in der ungedrosselten Verbrennungsbetriebsart mit Funkenzündung mit stöchiometrischem Luft/Kraftstoff-Gemisch (NT-S) unter Verwendung frühen Einlassventilschließens für die Laststeuerung betrieben. Jenseits etwa 600 kPa NMEP wird der Motor in der herkömmlichen gedrosselten Verbrennungsbetriebsart mit Funkenzündung mit stöchiometrischem Luft/Kraftstoff-Gemisch (T-S) betrieben, bis die Volllast erreicht ist.
  • Zusätzliche Einzelheiten in Bezug auf das Verbrennungsgas-Rückführungsventil und Kraftstoffsteuerungen für die gesteuerte Selbstzündung sind in der gemeinsam übertragenen und gleichzeitig anhängigen Patentanmeldung der Vereinigten Staaten, laufende Nummer 10/___,___ (Aktenzeichen des Anwalts Nr. GP-303776), zu finden, deren Inhalt hier durch Literaturhinweis eingefügt ist.
  • Die 10 und 11 zeigen die gemessene Verbrennungsstabilität (COV von IMEP) und den spezifischen Nettokraftstoffverbrauch (NSFC) als eine Funktion der Motorlast (NMEP) für einen Einzylinder-Direkteinspritzungs-Benzin-Viertakt-Verbrennungsmotor, der gemäß der Verbrennungsbetriebsart mit gesteuerter Selbstzündung unter Verwendung eines FFVA-Systems arbeitet, um die oben beschriebenen Zylinderbedingungen zu bewirken. In jeder der 10 und 11 sind zwei Datensätze dargestellt. Ein Datensatz veranschaulicht die Vorteile der vorliegenden Erfindung in Bezug auf eine Verbrennungsgas-Rücksang-Ventilsteuerung und eine entsprechende Kraftstoffstrategie, wie sie oben anhand der 6–9 beschrieben wurden. Der andere Datensatz veranschaulicht die Vorteile der vorliegenden Erfindung in Bezug auf einen Verbrennungsgaseinfang- und Verbrennungsgas-Rückverdichtungs-Ventilsteuerung und eine entsprechende Kraftstoffstrategie, wie sie oben anhand der 3–5 beschrieben wurden.
  • Ohne Verwendung der Ventil- und Kraftstoffsteuerungen der vorliegenden Erfindung ist der Grenzwert niedriger Teillast des beispielhaften Viertakt-Direkteinspritzungs-Motors mit Selbstzündung – und der meisten typischen derartigen Motoren – etwa 240 kPa effektiver Nettomitteldruck (NMEP) mit einem allgemein akzeptierten Koeffizienten von 5% der Änderung des angegebenen effektiven Mitteldrucks (5% COV von IMEP) als ein Indikator. Aus 10 ist zu sehen, dass mit der Kombination der jeweiligen Rücksang- und Rückverdichtungs-FFVA-Ventilaspekte und Kraftstoffbeaufschlagungsaspekte der vorliegenden Erfindung über den gesamten Teillastbereich zwischen etwa 25 und etwa 500 kPa NMEP mit weniger als 5% COV IMEP gemäß der vorliegenden Erfindung eine optimale Verbrennungsphaseneinstellung für Verbrennung mit gesteuerter Selbstzündung erhalten wird. 11 demonstriert den spezifischen Nettokraftstoffverbrauch, der bei der Verwirklichung der Rücksang- und Rückverdichtungs-FFVA-Ventilaspekte bzw. Kraftstoffaspekte der vorliegenden Erfindung erhalten wird.
  • Eine sorgfältige Untersuchung der vergleichenden spezifischen Nettokraftstoffverbrauchsvorteile der Rücksang- gegenüber der Rückverdichtungs-Ventilsteuerung und Kraftstoffbeaufschlagungssteuerung, die in 11 gezeigt sind, unterstützt bevorzugte Bereiche für die wahlweise Realisierung einer der zuvor beschriebenen Kombinationen der FFVA-Rücksaug- oder FFVA-Rückverdichtungs-Ventilsteuerungen und der entsprechenden Kraftstoffbeaufschlagungssteuerungen. Unterhalb etwa 150 kPa NMEP zeigt die Rückverdichtungs-Ventil- und Kraftstoffbeaufschlagungssteuerung einen Vorteil des spezifischen Nettokraftstoffverbrauchs von angenähert 10%. Oberhalb etwa 200 kPa NMEP zeigt die Rücksaugventilsteuerung und Kraftstoffverbrauchssteuerung einen Vorteil des spezifischen Nettokraftstoffverbrauchs von angenähert 7%. Um die Vorteile des spezifischen Nettokraftstoffverbrauchs zu nutzen, die jeweils für die Rückverdichtungs- und für die Rücksaugstrategie einzigartig sind, wird eine Hybridsteuerstrategie realisiert, die bei niedrigeren Teillasten die Abgasrückverdichtung und bei höheren Teillasten das Abgasrücksaugen nutzt. Ein beispielhafter Teillastübergang, unterhalb dessen eine FFVA-Rückverdichtungs-Ventilsteuerung realisiert wird und oberhalb dessen eine FFVA-Rücksaug-Ventilsteuerung realisiert wird, ist in 12 als etwa 200 kPa NMEP entsprechend veranschaulicht. In 12 ist deutlich zu sehen, dass unterhalb etwa 200 kPa NMEP (d. h. Auslassventilschließen EVCe bei früherem Kurbelwinkel und Einlassventilöffnen IVO bei späterem Kurbelwinkel) eine wesentliche negative Ventilüberlappung verwirklicht wird, wodurch verbrannte Gase wie oben beschrieben eingefangen und komprimiert werden. Oberhalb etwa 200 kPa NMEP ist zu sehen, dass im Wesentlichen während des Rests des Teillast-Motorbetriebs bis zu etwa 500 kPa NMEP das Auslassventil-Rücksaugöffnen verwirklicht wird, wodurch verbrannte Gase wie oben beschrieben rückgesaugt werden.
  • Die 13 und 14 veranschaulichen eine alternative Ventiltopologie-Realisierung der vorliegenden Erfindung, um deren Aspekte der Aufbewahrung und Verdichtung von verbranntem Gas zu bewirken. Darin schaffen hydraulisch gesteuerte 2-Schritt-Ventilhubmechanismen zusammen mit Nockenphasenstellermechanismen, beide gut bekannter Arten, eine Einlassventil- und Auslassventil-Phasenverschiebung, um die gewünschten Verbrennungskammerbedingungen in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zu bewirken. Der Einlassventilplan ist mit einer beispielhaften Dauer von im Wesentlichen 165 Grad veranschaulicht, wobei er in jeder der einzelnen Kurven veranschaulicht ist, die den Einlassplan 174 von einer stärker nach früh verstellten zu einer stärker nach spät verstellten Phaseneinstellung umfassen, während die Motorlast abnimmt. Der Auslassventilplan ist ähnlich mit einer beispielhaften Dauer von im Wesentlichen 165 Grad veranschaulicht, wobei er in jeder der einzelnen Kurven veranschaulicht ist, die den Auslassplan 72 von einer stärker nach spät verstellten zu einer stärker nach früh verstellen Phaseneinstellung umfassen, während die Motorlast abnimmt.
  • Wie durch den Pfeil abnehmender Last zentral in der Figur angegeben ist, ist zu sehen, dass die Schließzeit des Auslassventils als eine Funktion der Motorlast variiert. Während des Teillastbetriebs wird die Auslassventil-Schließzeit umso mehr nach früh verstellt (und wird die Öffnungszeit wegen der Phaseneinstellerrealisierung ebenso so mehr nach früh verstellt), je niedriger die Motorlast wird. Somit ist es allgemein wahr, dass abnehmende Lasten zu einem erhöhten Einfang von verbranntem Gas und zu einer höheren Verdichtungstemperatur und zu einem höheren Verdichtungsdruck davon führen. Dies führt zu denselben gewünschten zylinderinternen Bedingungen, wie sie anhand einer FFVA-Realisierung beschrieben wurden. Somit wird mit dem Mechanismus der Phasensteuerung des Auslassventilhubs der gewünschte Trend der Zunahmen eingefangener verbrannter Gase und Zunahmen der Drücke und Temperaturen bei Abnahme der Motorbetriebslasten ausgeführt. Wie in jeder der einzelnen Kurven, die den Einlassplan 74 bilden, veranschaulicht ist, wird außerdem eine allgemein symmetrische und richtungsmäßig entgegengesetzte Phaseneinstellung der Einlassventilzeit bewirkt, um die oben anhand der FFVA-Realisierung beschriebenen Entspannungsvorteile zu schaffen.
  • Die zuvor ausführlich anhand von 4 beschriebene Kraftstoffbeaufschlagungsstrategie ist wünschenswert gleichfalls anwendbar auf die unmittelbar zuvor beschriebene alternative Rückverdichtungsventilsteuerungs-Realisierung. Die Betrachtungen hinsichtlich Lastbereichen, Aufteilungs- und Einzeleinspritzung, Zeiten, Verstellungen nach früh, Verstellungen nach spät, Übergängen, Emissionen und magerem und stöchiometrischem Kraftstoffverhältnis sind gegenwärtig alle wie zuvor beschrieben anwendbar.
  • 14 zeigt beispielhafte Öffnungs- und Schließ-Ventilzeiten als eine Funktion der Motorlast für das Einlass- und für das Auslassventil eines Viertakt-Verbrennungsmotors, der in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung arbeitet, um unter Verwendung von 2-Schritt/Phasenverstellungs-Hardware mit variabler Ventilbetätigung eine Abgasrückverdichtung zu bewirken. Darin folgt die Bezeichnungskonvention der zuvor anhand von 5 beschriebenen. Außerdem sind in 14 die Strategien der lastabhängigen Einspritzung und verschiedene Verbrennungsbetriebsarten als eine Funktion der Motorlast in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung gezeigt.
  • Die 15 und 16 veranschaulichen eine alternative Ventiltopologie-Realisierung der vorliegenden Erfindung, um deren Aspekte des Rücksaugens von verbranntem Gas zu bewirken. Darin schaffen ein hydraulisch gesteuerter 2-Schritt-Ventilhubmechanismus zusammen mit einem Nockenphasenstellermechanismus, beide wohlbekannter Arten, die Einlassventil-Phasenverschiebung und den Auslassventil-Rücksaugereignishub, um die gewünschten Verbrennungskammerbedingungen in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zu bewirken. Der Einlassventilplan ist mit einer beispielhaften Einlassdauer von im Wesentlichen 165 Grad veranschaulicht, wobei die einzelnen phasenverschobenen Stellungen von mehr nach früh verstellter zu mehr nach spät verstellter Phaseneinstellung verschieden mit 71, 73, 75 und 77 bezeichnet sind.
  • Gegenüber einer Einlassventil-Phasenverschiebung, die das Öffnen des Einlassventils relativ zum Schließen des Auslassventils am Ende des Auslassereignisses steuert, wird innerhalb der Verbrennungskammer ein niedriger Druck hergestellt. In dem in 15 veranschaulichten vorliegendem Beispiel ist angenommen, dass veranlasst wird, dass ein Auslassereignis auftritt, in dem das Auslassventil wenigstens für einen Abschnitt des Ausstoßtakts von 180 bis 360 Grad geöffnet wird. In dem vorliegend veranschaulichten Beispiel ist angenommen, dass das Auslassventilschliefen im Wesentlichen 380 Grad nach OT Verbrennungstakt oder 20 Grad nach dem OT des Ausstoßtakts entspricht. Die bevorzugte Auslassventil-Schließphase ist wie zuvor in Bezug auf die FFVA-Realisierung beschrieben (im Wesentlichen innerhalb angenähert 20 Grad vor dem OT des Ausstoßtakts bis 20 Grad nach dem OT des Ausstoßtakts und bevorzugter innerhalb angenähert dem OT des Ausstoßtakt bis 20 Grad nach dem OT des Ausstoßtakts).
  • Die zuvor in Bezug auf die Asymmetrie des Auslassventilschließens und des Einlassventilöffnens um den OT, minimale Ventilüberlappung und Entspannung des zylinderinternen Drucks diskutierten Betrachtungen sind auf die vorliegende Realisierung des Ventilphasenstellers anwendbar. Vorzugsweise folgt bei Arbeitspunkten mit niedriger Teillast das Einlassventilöffnen während eines Einlassereignisses dem Auslassventilschließen bei etwa 30 bis etwa 90 Grad nach dem OT des Ausstoßtakts.
  • Diese zuvor beschriebenen Eigenschaften der Einlass- und Auslassventilphaseneinstellung sind im Wesentlichen in den in 15 veranschaulichten beispielhaften Kurven dargelegt. Das Auslassprofil 69 repräsentiert ein Auslassereignis-Auslassventil-Profil, in dem das Ventilschließen im Wesentlichen 20 Grad nach dem OT des Ausstoßtakts stattfindet. Zur Erläuterung ist angenommen, dass das Auslassereignis im Wesentlichen statisch in Bezug auf die Auslassereignis-Auslassventil-Schließphaseneinstellung ist, obgleich, wie zuvor beschrieben wurde, betrachtet wird, dass die Phasenverschiebung des Auslassventilprofils innerhalb des Umfangs der Erfindung beim Erreichen verschiedener Ergebnisse und Lösen verschiedener Aufgaben davon liegt. Das Einlassprofil 77 entspricht dem Einlassventilöffnen bei im Wesentlichen 40 Grad nach dem oberen Totpunkt des Ausstoßtakts und dem Schließen im Wesentlichen 25 Grad nach dem unteren Totpunkt des Ansaugtakts zum Bewirken eines Pegels des zylinderinternen Unterdrucks. Die Einlassprofile 75, 73 und 71 entsprechen in dieser Reihenfolge früheren Einlassventilöffnungen im Wesentlichen 20 Grad nach, bei und 30 Grad vor dem oberen Totpunkt des Ausstoßtakts. Die entsprechenden Einlassventilschließungen für die Profile 75, 73 und 71 sind in dieser Reihenfolge im Wesentlichen 5 Grad nach, 15 Grad vor und 45 Grad vor dem unteren Totpunkt des Ansaugtakts. In Übereinstimmung mit der Aufgabe, bei fortschreitend niedrigeren Motorlasten eine Abnahme der Zylinderdrücke zu bewirken, folgt der Trend der Phasenkurven dem in der Figur gezeigten Pfeil abnehmender Last.
  • Ein Kontinuum solcher Einlassprofile, wie sie beispielhaft in den in der Figur dargestellten endlichen diskreten Beispielen dargestellt sind, mit einer Phasenverschiebung, die der wie gezeigten Motorlast entspricht, würde innerhalb der Verbrennungskammer zu den gewünschten veränderlichen Unterdruckpegeln und deren Dauern führen.
  • Die rückgeführten Abgase werden wünschenswert in die Verbrennungskammer eingeführt, um sie mit Luft und Kraftstoff zu mischen. Gegenwärtig bewirkt noch einmal anhand der in 15 gezeigten Ventilpläne eine Abgasrücksaug-Auslassventilbetätigung das Rücksaugen verbrannter Gase, die zuvor durch das Auslassventil in den Auslasskanal ausgestoßen wurden. Die Hubänderung ermöglicht in dieser Abgasrücksaugrealisierung Änderungen der Gasbestandteilgemische und -temperaturen. Ein beispielhafter Rücksaugplan ist in 15 mit 79 bezeichnet.
  • Die zuvor ausführlich anhand von 8 beschriebene Kraftstoffbeaufschlagungsstrategie ist gleichfalls wünschenswert anwendbar auf die unmittelbar zuvor beschriebene alternative Rücksaugventilsteuerungs-Realisierung der zylinderinternen Drucktrendsteuerungen. Die Betrachtungen hinsichtlich Lastbereichen, Aufteilungs- und Einzeleinspritzung, Zeiten, Verstellungen nach früh, Verstelllungen nach spät, Übergängen, Emissionen und mageren und stöchiometrischen Kraftstoffverhältnissen sind gegenwärtig alle wie zuvor beschrieben anwendbar.
  • 16 zeigt beispielhafte Öffnungs- und Schließventilzeiten als eine Funktion der Motorlast für das Auslass- und für das Einlassventil eines Viertakt-Verbrennungsmotors, der in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung arbeitet, um ein Abgasrücksaugen unter Verwendung einer 2-Schritt/Phaseneinsteller-Hardware mit variabler Ventilbetätigung zu bewirken. Darin folgt die Bezeichnungskonvention der zuvor anhand von 9 beschriebenen. Außerdem sind in 16 die lastabhängigen Einspritzungsstrategien und verschiedene Verbrennungsbetriebsarten als eine Funktion der Motorlast in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung gezeigt.
  • Die 17 und 18 zeigen die gemessene Verbrennungsstabilität (COV von IMEP) und den spezifischen Nettokraftstoffverbrauch (NSFC) als eine Funktion der Motorlast (NMEP) für einen Einzylinder-Direkteinspritzungs-Benzin-Viertakt-Verbrennungsmotor, der gemäß der Verbrennungsbetriebsart mit gesteuerter Selbstzündung unter Verwendung einer 2-Schritt/Phasensteller-Hardware zum Bewirken der oben beschriebenen Zylinderbedingungen arbeitet. In jeder der 17 und 18 sind zwei Datensätze dargelegt. Ein Datensatz veranschaulicht die Vorteile der vorliegenden Erfindung in Bezug auf eine Verbrennungsgas-Rücksang-Ventilsteuerung und eine entsprechende Kraftstoffbeaufschlagungsstrategie, wie sie zuvor in Bezug auf die 15–16 beschrieben wurden. Der andere Datensatz veranschaulicht die Vorteile der vorliegenden Erfindung in Bezug auf eine Strategie des Verbrennungsgaseinfangs und der Rückverdichtungsventilsteuerung und der entsprechenden Kraftstoffbeaufschlagung, wie sie zuvor in Bezug auf die 13–14 beschrieben wurde.
  • Aus 17 ist zu sehen, dass mit der Kombination des 2-Schritt/Phaseneinstellerventilaspekts und des Kraftstoffbeaufschlagungsaspekts der vorliegenden Erfindung über den gesamten Teillastbereich zwischen etwa 70 und etwa 500 kPa NMEP mit weniger als 5% COV IMEP gemäß der vorliegenden Erfindung eine optimale Verbrennungsphaseneinstellung für die Verbrennung mit gesteuerter Selbstzündung erhalten wird. 18 demonstriert den spezifischen Nettokraftstoffverbrauch, der jeweils bei der Verwirklichung des Rücksaugaspekts, des Rückverdichtungs-2-Schritt/Phaseneinstellungsaspekts und des Kraftstoffbeaufschlagungsaspekts der vorliegenden Erfindung erhalten wird.
  • Sorgfältige Untersuchung der vergleichenden Vorteile des spezifischen Nettokraftstoffverbrauchs der in 18 gezeigten Rücksang-Ventil- und Kraftstoffbeaufschlagungssteuerung gegenüber der Rückverdichtungs-Ventil- und Kraftstoffbeaufschlagungssteuerung unterstützt bevorzugte Bereiche für die wahlweise Realisierung einer der zuvor beschriebenen Kombinationen von 2-Schritt/Phaseneinstellungs-Rücksaugventilsteuerung oder -Rückverdichtungsventilsteuerung und der entsprechenden Kraftstoffbeaufschlagungssteuerungen. Die Rückverdichtungsventilsteuerung und -kraftstoffsteuerung zeigt unterhalb etwa 200 kPa NMEP einen spezifischen Nettokraftstoffverbrauchsvorteil von angenähert 10%. Die Rücksang-Ventilsteuerung und -Kraftstoffsteuerung zeigt oberhalb etwa 250 kPa NMEP einen spezifischen Nettokraftstoffverbrauchsvorteil von angenähert 7%. Um die jeweils für die Rückverdichtungs- und für die Rücksaugstrategie einzigartigen spezifischen Nettokraftstoffverbrauchsvorteile zu nutzen, wird eine Hybridsteuerstrategie realisiert, die bei niedrigeren Teillasten die Abgasrückverdichtung nutzt und bei höheren Teillasten das Abgasrücksaugen nutzt. In 19 ist ein beispielhafter Teillastübergang, unterhalb dessen eine Mehrschritt/Phaseneinsteller-Rückverdichtungs-Ventilsteuerung realisiert wird und oberhalb dessen eine Mehrschritt/Phaseneinsteller-Rücksang-Ventilsteuerung realisiert wird, entsprechend etwa 250 kPa NMEP veranschaulicht. In 19 ist deutlich zu sehen, dass unterhalb etwa 250 kPa NMEP (d. h. Auslassventilschließen EVCe bei früherem Kurbelwinkel und Einlassventilöffnen IVO bei späterem Kurbelwinkel) eine wesentliche negative Ventilüberlappung verwirklicht wird, wodurch verbrannte Gase wie oben beschrieben eingefangen und verdichtet werden. Über etwa 250 kPa NMEP ist zu sehen, dass im Wesentlichen während des Rests des Teillastmotorbetriebs bis zu etwa 500 kPa NMEP das Auslassventil-Rücksaugöffnen verwirklicht wird, wodurch wie oben beschrieben verbrannte Gase rückgesaugt werden.
  • Die oben beschriebene Abgasrückführung erfolgte in Bezug auf nichteinschränkende Beispiele der FFVA-, Mehrschritthub- und Nockenphasensteller-Realisierungen der Rücksang-Auslassventilbetätigungen. In Übereinstimmung mit einer alternativen Rücksaugrealisierung für die Abgasrückführung wird das Einlassventil wenigstens während eines Abschnitts des Auslassereignisses geöffnet, um verbrannte Gase zur nachfolgenden Rückführung oder zum nachfolgenden Rücksaugen davon in den Einlasskanal 17 auszustoßen, um sie nachfolgend gegenüber dem Einlassventil in die Verbrennungskammer zurückzuziehen. Rücksang-Einlassventilbetätigungen können ähnlich durch FFVA-, Mehrschritthub- und Nockenphaseneinsteller-Realisierungen bewirkt werden. Zusätzliche Einzelheiten dieses einlassventilgestützten Abgasrücksaugens in Verbindung mit der Herstellung niedriger Verbrennungskammerdrücke sind in der zuvor eingefügten, gemeinsam übertragenen und gleichzeitig anhängigen laufenden Nummer der Vereinigten Staaten 10/899443, eingereicht am 26. Juli 2004, offenbart. Zusätzlich kann eine externe Abgasrückführungsvorrichtung genutzt werden. Zum Beispiel können herkömmliche Abgasrückführungsventile angemessene verbrannte Gase zu einem Einlasskanal des Motors liefern, wo ein angemessener Einlassunterdruck für die erzwungene Aufnahme vorhanden ist. Alternativ kann dort, wo in einem Einlasskanal kein ausreichender Unterdruck vorhanden ist – wie es etwa bei ungedrosselten Betriebsarten der Fall ist, die in Systemen mit gesteuerter Selbstzündung typisch sind – eine Abgasrückführungspumpe den Überdruck liefern, der die verbrannten Gase dem Einlass zuführt.

Claims (18)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Viertakt-Verbrennungsmotors während eines Teillastbetriebs, wobei der Motor eine Verbrennungskammer mit veränderlichem Volumen, die durch einen Kolben definiert ist, der innerhalb eines Zylinders zwischen oberem Totpunkt und unterem Totpunkt hin- und hergeht, einen Einlass- und einen Auslasskanal und ein Einlass- und ein Auslassventil, die während wiederholter aufeinander folgender Ausstoß-, Ansaug-, Verdichtungs- und Arbeitstakte des Kolbens gesteuert werden, enthält, wobei das Verfahren umfasst: Einfangen verbrannter Gase und Rückverdichten derselben in der Verbrennungskammer durch frühes Auslassventilschließen, wenn der Motorbetrieb unterhalb eines vorgegebenen Teillast-Arbeitspunkts ist, was die Schaffung von Bedingungen erhöhter Verbrennungskammertemperatur und erhöhten Verbrennungskammerdrucks sowie einer internen Rückführung verbrannter Gase bewirkt, wobei das Auslassventilschließen um so früher erfolgt, je niedriger die Motorlast wird; Herstellen rückgeführter verbrannter Gase innerhalb der Verbrennungskammer während der Ansaugtakte durch Öffnen des Auslassventils während der Ansaugtakte, wenn der Motorbetrieb oberhalb des vorgegebenen Teillast-Arbeitspunkts ist, so dass die durch das während des Ausstoßtakts geöffnete Auslassventil in den Auslasskanal ausgestoßenen verbrannten Gase in die Verbrennungskammer rückgesaugt werden; Fördern wenigstens eines Teils einer Gesamtverbrennungszyklus-Kraftstoffanforderung in die Bedingungen erhöhter Verbrennungskammertemperatur und erhöhten Verbrennungskammerdrucks, wenn der Motorbetrieb unterhalb des vorgegebenen Teillast-Arbeitspunkts ist; und Fördern der Gesamtverbrennungszyklus-Kraftstoffanforderung während des Ansaugtakts, wenn der Motorbetrieb oberhalb des vorgegebenen Teillast-Arbeitspunkts ist.
  2. Verfahren zum Betreiben eines Viertakt-Verbrennungsmotors nach Anspruch 1, bei dem das Fördern wenigstens eines Teils einer Gesamtverbrennungszyklus-Kraftstoffanforderung in die Bedingungen erhöhter Verbrennungskammertemperatur und erhöhten Verbrennungskammerdrucks, wenn der Motorbetrieb unterhalb des vorgegebenen Teillast-Arbeitspunkt ist, ferner umfasst: während des Motorbetriebs mit niedriger Teillast, Beginnen einer ersten Kraftstoffeinspritzung in die Verbrennungskammer während des Ausstoßtakts und Beginnen einer zweiten Kraftstoffeinspritzung in die Verbrennungskammer während des Verdichtungstakts.
  3. Verfahren zum Betreiben eines Viertakt-Verbrennungsmotors nach Anspruch 2, bei dem die erste Kraftstoffeinspritzung nach spät verstellt wird, während die Motorlast ansteigt.
  4. Verfahren zum Betreiben eines Viertakt-Verbrennungsmotors nach Anspruch 2, bei dem die zweite Kraftstoffeinspritzung nach früh verstellt wird, während die Motorlast ansteigt.
  5. Verfahren zum Betreiben eines Viertakt-Verbrennungsmotors nach Anspruch 2, bei dem die erste Kraftstoffeinspritzung nach spät verstellt wird und die zweite Kraftstoffeinspritzung nach früh verstellt wird, während die Motorlast ansteigt.
  6. Verfahren zum Betreiben eines Viertakt-Verbrennungsmotors nach Anspruch 1, bei dem das Fördern wenigstens eines Teils einer Gesamtverbrennungszyklus-Kraftstoffanforderung in die Bedingungen erhöhter Verbrennungskammertemperatur und erhöhten Verbrennungskammerdrucks, wenn der Motorbetrieb unterhalb des vorgegebenen Teillast-Arbeitspunkts ist, ferner umfasst: während eines Zwischenteillast-Motorbetriebs, Beginnen einer ersten Kraftstoffeinspritzung in die Verbrennungskammer während des Ausstoßtakts und Beginnen einer zweiten Kraftstoffeinspritzung in die Verbrennungskammer während des Ansaugtakts.
  7. Verfahren zum Betreiben eines Viertakt-Verbrennungsmotors nach Anspruch 6, bei dem die erste Kraftstoffeinspritzung nach spät verstellt wird, während die Motorlast ansteigt.
  8. Verfahren zum Betreiben eines Viertakt-Verbrennungsmotors nach Anspruch 6, bei dem die zweite Kraftstoffeinspritzung nach spät verstellt wird, während die Motorlast ansteigt.
  9. Verfahren zum Betreiben eines Viertakt-Verbrennungsmotors nach Anspruch 6, bei dem die erste und die zweite Kraftstoffeinspritzung nach spät verstellt werden, während die Motorlast ansteigt.
  10. Verfahren zum Betreiben eines Viertakt-Verbrennungsmotors nach Anspruch 1, bei dem das Fördern wenigstens eines Teils einer Gesamtverbrennungszyklus-Kraftstoffanforderung in die Bedingungen erhöhter Verbrennungskammertemperatur und erhöhten Verbrennungskammerdrucks, wenn der Motorbetrieb unterhalb des vorgegebenen Teillast-Arbeitspunkts ist, ferner umfasst: während des Motorbetriebs bei hoher Teillast, Beginnen einer Einspritzung der Gesamtverbrennungszyklus-Kraftstoffanforderung in die Verbrennungskammer während des Ausstoßtakts oder während des Ansaugtakts.
  11. Verfahren zum Betreiben eines Viertakt-Verbrennungsmotors nach Anspruch 10, bei dem die Einspritzung der Gesamtverbrennungszyklus-Kraftstoffanforderung nach spät verstellt wird, während die Motorlast ansteigt.
  12. Verfahren zum Betreiben eines Viertakt-Verbrennungsmotors nach Anspruch 1, bei dem das Fördern der Gesamtverbrennungszyklus-Kraftstoffanforderung während des Ansaugtakts, wenn der Motorbetrieb oberhalb des vorgegebenen Teillast-Arbeitspunkts ist, ferner umfasst: Beginnen einer Einspritzung der Gesamtverbrennungszyklus-Kraftstoffanforderung in die Verbrennungskammer während des Ansaugtakts.
  13. Verfahren zum Betreiben eines Viertakt-Verbrennungsmotors nach Anspruch 12, bei dem die Einspritzung der Gesamtverbrennungszyklus-Kraftstoffanforderung nach spät verstellt wird, während die Motorlast ansteigt.
  14. Verfahren zum Betreiben eines Viertakt-Verbrennungsmotors nach Anspruch 1, bei dem die interne Rückführung verbrannter Gase das Rücksaugen verbrannter Gase, die durch das während des Ausstoßtakts geöffnete Einlassventil in den Einlasskanal ausgestoßen werden, durch das während des Ansaugtakts geöffnete Einlassventil in die Verbrennungskammer umfasst.
  15. Verfahren zum Betreiben eines Viertakt-Verbrennungsmotors nach Anspruch 1, bei dem das Herstellen rückgeführter verbrannter Gase eine externe Rückführung verbrannter Gase umfasst.
  16. Verfahren zum Betreiben eines Viertakt-Verbrennungsmotors während eines Teillastbetriebs, wobei der Motor eine Verbrennungskammer mit veränderlichem Volumen, die durch einen Kolben definiert ist, der innerhalb eines Zylinders zwischen oberem Totpunkt und unterem Totpunkt hin- und hergeht, einen Einlass- und einen Auslasskanal und ein Einlass- und ein Auslassventil, die während wiederholter aufeinander folgender Ausstoß-, Ansaug-, Verdichtungs- und Arbeitstakte des Kolbens gesteuert werden, enthält, wobei das Verfahren umfasst: Einfangen verbrannter Gase und Rückverdichten derselben in der Verbrennungskammer durch frühes Auslassventilschließen, wenn der Motorbetrieb unterhalb eines vorgegebenen Teillast-Arbeitspunkts ist, was die Schaffung von Bedingungen erhöhter Verbrennungskammertemperatur und erhöhten Verbrennungskammerdrucks sowie einer internen Rückführung verbrannter Gase bewirkt, wobei das Auslassventilschließen um so früher erfolgt, je niedriger die Motorlast wird; und Herstellen rückgeführter verbrannter Gase innerhalb der Verrennungskammer während Ansaugtakten durch Öffnen des Auslassventils während der Ansaugtakte, wenn der Motorbetrieb oberhalb des vorgegebenen Teillast-Arbeitspunkts ist, so dass die durch das während des Ausstoßtakts geöffnete Auslassventil in den Auslasskanal ausgestoßenen verbrannten Gase in die Verbrennungskammer rückgesaugt werden, wobei der Ventilhub des Auslassventils während der Ansaugtakte mit abnehmender Motorlast abnimmt.
  17. Verfahren zum Betreiben eines Viertakt-Verbrennungsmotors nach Anspruch 16, bei dem die interne Rückführung verbrannter Gase das Rücksaugen verbrannter Gase, die durch das während des Ausstoßtakts geöffnete Einlassventil in den Einlasskanal ausgestoßen werden, durch das während des Ansaugtakts geöffnete Einlassventil in die Verbrennungskammer umfasst.
  18. Verfahren zum Betreiben eines Viertakt-Verbrennungsmotors nach Anspruch 16, bei dem das Herstellen rückgeführter verbrannter Gase die externe Rückführung verbrannter Gase umfasst.
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