WO2005059336A1 - Method for the operation of an internal combustion engine - Google Patents

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WO2005059336A1
WO2005059336A1 PCT/EP2004/014350 EP2004014350W WO2005059336A1 WO 2005059336 A1 WO2005059336 A1 WO 2005059336A1 EP 2004014350 W EP2004014350 W EP 2004014350W WO 2005059336 A1 WO2005059336 A1 WO 2005059336A1
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combustion
ignition
combustion chamber
ion current
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Patrick Attard
Rüdiger Herweg
Matthias Pfau
Jochen SCHÄFLEIN
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Daimlerchrysler Ag
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Definitions

  • the invention relates to a method for operating an internal combustion engine according to the preamble of claim 1, in particular a self-igniting internal combustion engine with direct injection.
  • HCCI or PCCI internal combustion engines also known as internal combustion engines with spark ignition
  • a lean basic mixture of air, fuel and retained exhaust gas is generally formed and self-ignited at part load.
  • a stoichiometric mixture is often formed and spark-ignited, because at high loads, the self-ignition could cause steep pressure increases in the combustion chamber, which would impair operation.
  • DE 19952096 C2 discloses a method for operating an HCCI internal combustion engine, in which the combustion is controlled by means of various manipulated variables.
  • variably controllable intake and exhaust valves and an injection system are controlled by a control device in such a way that, depending on a point in time of the 50% conversion of the injected fuel mass during a cycle, a certain air ratio, a certain effective compression, a certain injection pressure are used as control variables a specific injection time and a specific injection quantity to determine the start and duration of the combustion of the cylinder charge or the position of the 50% mass conversion point for the next cycle.
  • An uncontrolled auto-ignition can lead to an early or a late disadvantageous center of gravity of the combustion in internal combustion engines with space ignition combustion, especially when using a pilot injection or an activation fuel quantity, which would worsen an optimized operation with a favorable fuel consumption.
  • targeted control of the above-described combustion is difficult to achieve, since it is not easy to check the effect of the pilot injection.
  • the invention is therefore based on the object of providing a method for operating an internal combustion engine with spark ignition in which reliable operation with auto-ignition is ensured. This object is achieved by a method with the features of claim 1.
  • the method according to the invention is characterized in that exhaust gas is retained during a compression ignition mode in the combustion chamber of an internal combustion engine, which is operated depending on the operating point with compression ignition or spark ignition, which is compressed during a charge change, a first fuel quantity being injected into the retained exhaust gas. Subsequently, a second quantity of fuel is supplied to the combustion chamber, so that a homogeneous fuel / air mixture is formed in the combustion chamber, which mixture is later ignited by compression, preferably in the region of an upper ignition dead center.
  • an ion current signal is detected during the gas exchange with an ion current probe arranged in the combustion chamber, the time of compression ignition of the fuel / air mixture in the region of an upper ignition dead center being diagnosed depending on the ion current signal determined.
  • the heat release during auto-ignition is estimated with the aid of the ion current signal determined during the charge change or during an exhaust gas intermediate compression phase.
  • the auto-ignition of the main mixture can be controlled or influenced in such a way that in particular the start and course of the auto-ignition can be controlled.
  • the advantages of the internal combustion engine with space ignition combustion can be exploited in wide map areas. This means that the combustion processes can be continuously and quickly controlled during a driven operating point. This serves in particular to avoid an undesired combustion process, which would lead to undesirable high pressures in the combustion chamber, for example.
  • This means that the heat release can be influenced quickly during operation of the internal combustion engine. no men and thereby achieving optimal combustion.
  • a combustion process and / or combustion reactions during the charge change are determined using the ion current signal.
  • This information and the combustion parameters calculated from it, e.g. Pressure and / or temperature profiles can serve as indicators for the chemical reactions taking place during the charge change, so that the main combustion can be diagnosed in the area of the top ignition dead center and the same can be controlled.
  • the fuel / air mixture formed in the combustion chamber in particular its temperature and / or composition, is changed with the aid of the determined ion current signal during the charge change in such a way that the center of gravity of the combustion is shifted.
  • the course and / or the phase position of the ion current signal during the exhaust gas intermediate compression phase are particularly suitable for this, since these can serve as indicators of the combustion reactions taking place during the gas exchange.
  • the center of gravity of the combustion in the region of an upper ignition dead center can be diagnosed and thus adjusted or influenced.
  • the center of gravity of the combustion ie the position of a 50% mass conversion point of the current combustion
  • the center of gravity of the combustion can be determined or estimated from the detected ion current signal. This is the point in time when 50% of the fuel mass injected into the combustion chamber is converted during a combustion cycle or work cycle.
  • the currently expected value is compared with a value stored in a control unit. If there is a deviation from the best possible or ideal value, the sequence will be the next cycle the combustion by means of an adaptation of operating parameters, for example the mixture temperature and / or the composition of the mixture, changed in such a way that there is optimal combustion behavior.
  • the change in temperature can be carried out, for example, by varying the amount of exhaust gas retained, it being possible to adapt the composition of the mixture by changing the amount of fuel injected in the sense of the present invention.
  • the auto-ignition timing of the fuel / air mixture is set as a function of a quantitative ratio of the first to the second fuel quantity.
  • FIG. 2 shows a representation of heat release profiles and detected ion current signals during a charge change.
  • An exemplary internal combustion engine with space ignition combustion comprises, for example, four or more cylinders, wherein a piston which is held in a longitudinally displaceable manner is guided in each cylinder and a combustion chamber is formed for the combustion of a fuel / air mixture.
  • the combustion chamber of the internal combustion engine is closed at the top by a cylinder head, the piston limiting the combustion chamber at the bottom.
  • the Internal combustion engine comprises at least one inlet valve, at least one outlet valve, one fuel injector and one ignition source per combustion chamber, which is preferably designed as a spark plug.
  • the internal combustion engine works according to the 4-stroke principle, whereby depending on the load point, it can be operated either in a spark ignition mode (petrol engine operation) or in a compression ignition mode.
  • a 4-stroke process one stroke corresponds to a full piston stroke.
  • the four-cycle work cycle of the internal combustion engine corresponds to a combustion cycle, a combustion cycle beginning with a first intake stroke at an upper charge change dead center, at which the piston moves downward to a lower dead center.
  • combustion air is supplied to the combustion chamber, a certain amount of exhaust gas being retained in the combustion chamber according to the invention in a push-out cycle of a previous work cycle.
  • the fuel injector is controlled by an injection device.
  • the fuel injection times and predetermined amounts of fuel are controlled by signals from a control unit by means of the injection device.
  • a variable valve control device is provided, which comprises an actuating device for the intake and exhaust valves. In this way, the valve timing can be varied or set depending on the load point.
  • This can be a mechanical, hydraulic or electrical camshaft adjuster, whereby an electromagnetic valve control unit or any other variable valve control unit can alternatively be used.
  • the mixture In petrol engine operation, the mixture is ignited by the spark plug. During the compression ignition during operation, the mixture consisting of retained exhaust gas, fuel and air is compressed, the combustion being initiated by means of a compression ignition.
  • exhaust gas is retained in the combustion chamber during a charge change, which exhaust gas is compressed during an exhaust gas intermediate compression phase.
  • a first amount of fuel is injected into the retained exhaust gas to form a so-called intermediate mixture.
  • a second quantity of fuel is subsequently fed to the combustion chamber, so that a homogeneous main fuel / air mixture is formed in the combustion chamber, which is later ignited by means of the compression, preferably in the region of an upper ignition dead center.
  • both the intermediate mixture formed during the gas exchange and the main mixture formed later are ionized.
  • the degree of ionization is dependent on the mixture components and on the temperature, an ionic line being measurable by the degree of ionization.
  • an ion current signal during the charge change is detected with an ion current probe arranged in the combustion chamber, the time of a compression ignition of the main mixture in the region of the top ignition dead center being estimated or diagnosed by means of the detected ion current signal.
  • the spark plug arranged in the combustion chamber preferably serves as an ion current probe by applying an electrical voltage to the electrodes of the spark plug to detect the ion current signal which is fed to the control device.
  • the dimensioning of the first and the second fuel quantity serves to optimize the combustion in the compression ignition mode, the quantity distribution also being set as a function of the load point. This enables reliable operation of the internal combustion engine with compression ignition even in the lower speed and load ranges.
  • the method according to the invention provides that the time of the compression ignition of the fuel / air mixture or of the main mixture is estimated with the detected ion current signal during the exhaust gas intermediate compression phase, so that the auto-ignition of the main mixture can be controlled or regulated.
  • the start and course of the auto-ignition can be controlled, so that the combustion processes are regulated quickly during a driven operating point. In this way, disadvantageous and undesirable combustion processes are avoided.
  • the detected ion current signal during the charge change serves to determine combustion reactions or chemical changes in the intermediate mixture components that take place during the charge change.
  • the course I represents the mixture reactions of a combustion with a small first amount of fuel.
  • the courses II, III and IV the first amount of fuel is increased. Accordingly, according to FIG. 2, an increasing heat release can be observed with the larger amounts of fuel during the gas exchange.
  • different combustion positions result.
  • the determined combustion reactions by means of the detected ion current signal during the charge change are then used to diagnose the main combustion in the area of the top ignition dead center.
  • the fuel / air mixture formed in the combustion chamber in particular its temperature and / or composition, can be changed such that the center of gravity of the combustion is shifted.
  • the course and / or the phase position of the ion current signal during the exhaust gas intermediate compression phase are particularly suitable, since these can serve as indicators for the combustion reactions taking place during the gas exchange.
  • the center of gravity of the combustion in the region of an upper ignition dead center can be diagnosed and, if necessary, readjusted or adjusted.
  • the method according to the invention aims to control and regulate the combustion position of the center of gravity, so that an optimal setting of the internal combustion engine is made possible during space ignition combustion in stationary and dynamic operation. Furthermore, a diagnosis of the fuel injector and thus the mode of operation of the first fuel injection over the running time of the internal combustion engine are to be ensured by the determined data.
  • the method according to the invention makes it possible to use the ion current probe to estimate the position of the 50% mass conversion point of the combustion on the basis of the ion current signal curve.
  • the curves shown in FIGS. 1 and 2 show that the measured ion current signals correlate very well with the heating curves or heat release curves.
  • the ion current signals measured in the combustion chamber have a characteristic curve on, which correlates directly with the combustion process, ie the heat release of the internal combustion engine.
  • This detected signal is used directly to determine a position of the 50% mass conversion point of the current combustion, which leads to a very short reaction time with regard to the regulation of a subsequent cycle in order to achieve the fastest possible adjustment of the operating parameters.
  • the internal combustion engine can thus be activated within a short period of time if necessary in such a way that it can be operated optimally at the respective operating point.
  • the currently expected value is compared with a value stored in a control unit.
  • the combustion process is adjusted by adjusting operating parameters, e.g. the mixture temperature and / or the composition of the mixture changed by the injected fuel quantities so that there is an optimal combustion behavior.
  • the change in temperature can be carried out, for example, by varying the amount of exhaust gas retained, it being possible to adapt the composition of the mixture by changing the amount of fuel injected in the sense of the present invention.
  • the first fuel injection is preferably carried out between the closing of the exhaust valve and the opening of the intake valve.
  • the first quantity of fuel can be injected into the exhaust gas retained in the combustion chamber during the extension stroke of the internal combustion engine between the closing of the exhaust valve and 270 ° KW before an upper ignition dead center.
  • the first quantity of fuel can be introduced into the combustion chamber in a region between the closing of the exhaust valve and an upper dead center.
  • the injection of the first amount of fuel leads to reaction-like reactions with which the final mixture temperature is influenced.
  • the auto-ignition timing can thus be influenced.
  • the first fuel quantity is preferably between 0% and 30% of the total fuel quantity, it being possible for the second fuel quantity to be between 30% and 100% of the total fuel quantity.
  • the auto-ignition timing of the fuel / air mixture formed from the first and the second fuel quantity can be set as a function of a quantitative ratio of the first to the second fuel quantity.
  • the quantity ratio of the first to the second fuel quantity can be between 1: 100 and 2: 1. However, it is conceivable to carry out some operating points without a first fuel injection. A particularly advantageous preconditioning of the main mixture occurs at a ratio between 1:20 and 1: 3.
  • the second quantity of fuel is preferably injected into the combustion chamber in a range between 300 ° KW and 120 ° KW before the top dead center.
  • the center of gravity of the combustion can be optimized according to the load point by means of an injection of a third fuel quantity.
  • the variation of the retained exhaust gas quantity in combination with the injection of a third fuel quantity serves primarily to optimize the auto-ignition operation while maintaining an almost ideal efficiency, in particular with very small and high loads, as optimized auto-ignition operation of homogeneous mixtures is not easy to control in these operating areas.
  • the third fuel quantity is optionally injected before or after the onset of auto-ignition, injection preferably before top ignition dead center, so that the reactivity of the main mixture or the total cylinder charge can be reduced or changed.
  • the third fuel injection can advantageously control the duration of the combustion as a function of its injection time and / or its quantity. This prevents steep pressure rises in the combustion chamber and thus achieves better exhaust emissions.
  • the third fuel quantity is preferably between 10% and 30% of the total fuel quantity.

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Abstract

The invention relates to a method for operating an internal combustion engine which is self-ignited or externally ignited according to the operating point. According to said method, exhaust gas that is compressed during a gas exchange is retained in the combustion chamber in a self-ignition mode. A first fuel quantity is injected into the retained exhaust gas, whereupon a second fuel quantity is delivered to the combustion chamber. The homogeneous fuel/air mixture formed in the combustion chamber is later ignited by means of a compression process preferably in the range of a top ignition dead center. According to the invention, an ion current signal is detected during gas exchange with the aid of an ion current probe located in the combustion chamber, the moment of self-ignition of the fuel/air mixture in the range of a top ignition dead center being diagnosed in accordance with the determined ion current signal.

Description

Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine Method for operating an internal combustion engine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere eine selbstzündende Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung.The invention relates to a method for operating an internal combustion engine according to the preamble of claim 1, in particular a self-igniting internal combustion engine with direct injection.
Bei direkteinspritzenden Brennkraftmaschinen mit Selbstzündung werden oftmals homogene magere Kraftstoff/Luft-Gemische zur Selbstzündung gebracht, so dass hohe Wirkungsgrade und verbesserte Abgasemissionen erzielt werden. Bei solchen sogenannten HCCI- bzw. PCCI -Brennkraftmaschinen, auch als Brennkraf maschinen mit Raumzündverbrennung bekannt, wird in der Regel bei Teillast ein mageres Grundgemisch aus Luft, Kraftstoff und zurückgehaltenem Abgas gebildet und selbstgezündet. Bei Volllast wird häufig ein stöchiometrisches Gemisch gebildet und fremdgezündet, denn bei hohen Lasten könnten durch die Selbstzündung steile Druckanstiege im Brennraum auftreten, welche zu einer Beeinträchtigung des Betriebs führen würden .In direct-injection internal combustion engines with auto-ignition, homogeneous, lean fuel / air mixtures are often auto-ignited, so that high efficiencies and improved exhaust gas emissions are achieved. In such so-called HCCI or PCCI internal combustion engines, also known as internal combustion engines with spark ignition, a lean basic mixture of air, fuel and retained exhaust gas is generally formed and self-ignited at part load. At full load, a stoichiometric mixture is often formed and spark-ignited, because at high loads, the self-ignition could cause steep pressure increases in the combustion chamber, which would impair operation.
Aus der Patentschrift DE 198 10 935 C2 ist ein Verfahren zum Betrieb einer nach dem Vier-Takt-Prinzip arbeitenden Brennkraftmaschine bekannt, bei dem ein homogenes mageres Grundgemisch aus Luft, Kraftstoff und zurückgehaltenem Abgas gebildet wird, welches nach einer Kompressionszündung verbrannt wird. Dabei wird zur Erweiterung des motorischen Betriebsbereiches mit Kompressionszündung eine Aktivierungsphase zwischengeschaltet . Während der Kompression des zurückgehaltenen Abgases wird eine Aktivierungskraftstoffmenge in Form einer Piloteinspritzung in den Brennraum eingespritzt und mit den restlichen Gemischanteilen im Brennraum möglichst homogen verteilt. Dem Gemisch wird hierdurch thermische Energie durch die Kompression zugeführt, so dass eine chemische Reaktion bzw. eine Zündung in der Nähe des oberen Ladungswechsel - Totpunkts eingeleitet wird. Über den Zeitpunkt und die Menge der Aktivierungseinspritzung kann der Zündzeitpunkt der Frischladung bei der Hauptverbrennung gesteuert werden.From the patent DE 198 10 935 C2 a method for operating an internal combustion engine operating according to the four-stroke principle is known, in which a homogeneous lean basic mixture of air, fuel and retained exhaust gas is formed, which is burned after a compression ignition. An activation phase is interposed to expand the engine's operating range with compression ignition. During the compression of the retained exhaust gas, an amount of activation fuel is injected into the combustion chamber in the form of a pilot injection and is as homogeneous as possible with the remaining mixture components in the combustion chamber distributed. Thereby, thermal energy is supplied to the mixture by the compression, so that a chemical reaction or ignition is initiated in the vicinity of the top dead center. The ignition timing of the fresh charge during the main combustion can be controlled via the time and the amount of the activation injection.
Aus der DE 19952096 C2 ist ein Verfahren zum Betrieb einer HCCI -Brennkraftmaschine bekannt, bei dem mittels verschiedener Stellgrößen die Verbrennung gesteuert wird. Darin werden variabel ansteuerbare Einlass- und Auslassventile sowie eine Einspritzanlage durch eine Regeleinrichtung derart angesteuert, dass in Abhängigkeit eines Zeitpunkts der 50%- igen Umsetzung der eingespritzten Brennstoffmasse während eines Zyklus als Stellgrößen ein bestimmtes Luftverhältnis, eine bestimmte effektive Verdichtung, ein bestimmter Einspritzdruck, ein bestimmter Einspritzzeitpunkt und eine bestimmte Einspritzmenge zur Festlegung von Beginn und Dauer der Verbrennung der Zylinderladung oder der Lage des 50%-Massenumsatz- punktes für den jeweils nächsten Zyklus festgelegt werden.DE 19952096 C2 discloses a method for operating an HCCI internal combustion engine, in which the combustion is controlled by means of various manipulated variables. In it, variably controllable intake and exhaust valves and an injection system are controlled by a control device in such a way that, depending on a point in time of the 50% conversion of the injected fuel mass during a cycle, a certain air ratio, a certain effective compression, a certain injection pressure are used as control variables a specific injection time and a specific injection quantity to determine the start and duration of the combustion of the cylinder charge or the position of the 50% mass conversion point for the next cycle.
Eine unkontrollierte Selbstzündung kann bei Brennkraftmaschinen mit Raumzündverbrennung, insbesondere beim Einsatz einer Piloteinspritzung bzw. einer Aktivierungskraftstoffmenge zu einer frühen bzw. zu einer späten unvorteilhaften Schwerpunktslage der Verbrennung führen, die einen optimierten Betrieb mit einem günstigen Kraftstoffverbrauch verschlechtern würde. Nach heutigem Stand der Technik ist eine gezielte Steuerung der oben beschriebenen Verbrennung nur schwer zu erreichen, da eine Überprüfung der Wirkung der Piloteinspit- zung nicht leicht durchzuführen ist.An uncontrolled auto-ignition can lead to an early or a late disadvantageous center of gravity of the combustion in internal combustion engines with space ignition combustion, especially when using a pilot injection or an activation fuel quantity, which would worsen an optimized operation with a favorable fuel consumption. According to the current state of the art, targeted control of the above-described combustion is difficult to achieve, since it is not easy to check the effect of the pilot injection.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit Raumzündverbrennung zu schaffen, bei dem ein zuverlässiger Betrieb mit Selbstzündung gewährleistet wird. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.The invention is therefore based on the object of providing a method for operating an internal combustion engine with spark ignition in which reliable operation with auto-ignition is ensured. This object is achieved by a method with the features of claim 1.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass im Brennraum einer Brennkraftmaschine, die betriebspunktabhängig mit Kompressionszündung oder mit Fremdzündung betrieben wird, Abgas während eines Kompressionszundungsmodus zurückgehalten wird, welches während eines Ladungswechsels komprimiert wird, wobei eine erste Kraftstoffmenge in das zurückgehaltene Abgas eingespritzt wird. Nachfolgend wird dem Brennraum eine zweite Kraftstoffmenge zugeführt, so dass im Brennraum ein homogenes Kraftstoff/Luft -Gemisch gebildet wird, das später mittels einer Kompression vorzugsweise im Bereich eines oberen Zünd-Totpunkts gezündet wird. Erfindungsgemäß wird mit einer im Brennraum angeordneten lonenstromsonde ein lonenstromsignal während des Ladungswechsels erfasst, wobei in Abhängigkeit vom ermittelten lonenstromsignal der Zeitpunkt einer Kompressionszündung des Kraftstoff/Luft-Gemisches im Bereich eines oberen Zünd-Totpunkts diagnostiziert wird.The method according to the invention is characterized in that exhaust gas is retained during a compression ignition mode in the combustion chamber of an internal combustion engine, which is operated depending on the operating point with compression ignition or spark ignition, which is compressed during a charge change, a first fuel quantity being injected into the retained exhaust gas. Subsequently, a second quantity of fuel is supplied to the combustion chamber, so that a homogeneous fuel / air mixture is formed in the combustion chamber, which mixture is later ignited by compression, preferably in the region of an upper ignition dead center. According to the invention, an ion current signal is detected during the gas exchange with an ion current probe arranged in the combustion chamber, the time of compression ignition of the fuel / air mixture in the region of an upper ignition dead center being diagnosed depending on the ion current signal determined.
Gemäß der Erfindung wird die Wärmefreisetzung während der Selbstzündung mit Hilfe des ermittelten Ionenstromsignals während des Ladungswechsels bzw. während einer Abgaszwischen- kompressionsphase abgeschätzt. Dadurch kann die Selbstzündung des Hauptgemisches kontrolliert bzw. derart beeinflusst werden, dass insbesondere der Beginn und Verlauf der Selbstzündung gesteuert werden kann. Durch eine Beeinflussung der Selbstzündung können die Vorteile der Brennkraftmaschine mit Raumzündverbrennung in weiten Kennfeldbereichen ausgenutzt werden. Somit kann eine kontinuierliche und schnelle Steuerung der Verbrennungsabläufe während eines gefahrenen Betriebspunkts vorgenommen werden. Dies dient insbesondere zur Vermeidung eines unerwünschten Verbrennungsablaufs, der beispielsweise zu unerwünschten hohen Drücken im Brennraum führen würde. Somit kann während des Betriebs der Brennkraftmaschine eine Beeinflussung der Wärmefreisetzung schnell vorge- no men und hierdurch die Erzielung einer optimalen Verbrennung realisiert werden.According to the invention, the heat release during auto-ignition is estimated with the aid of the ion current signal determined during the charge change or during an exhaust gas intermediate compression phase. As a result, the auto-ignition of the main mixture can be controlled or influenced in such a way that in particular the start and course of the auto-ignition can be controlled. By influencing the self-ignition, the advantages of the internal combustion engine with space ignition combustion can be exploited in wide map areas. This means that the combustion processes can be continuously and quickly controlled during a driven operating point. This serves in particular to avoid an undesired combustion process, which would lead to undesirable high pressures in the combustion chamber, for example. This means that the heat release can be influenced quickly during operation of the internal combustion engine. no men and thereby achieving optimal combustion.
In einer Ausgestaltung der Erfindung werden mittels des Io- nenstromsignals ein Verbrennungsverlauf und/oder Verbrennungsreaktionen während des Ladungswechsels ermittelt. Diese Angaben bzw. die daraus berechneten Verbrennungsparameter wie z.B. Druck- und/oder Temperaturverläufe können als Indikatoren für die während des Ladungswechsels stattfindenden chemischen Reaktionen dienen, so dass eine Diagnostizierung der Haupt erbrennung im Bereich des oberen Zünd-Totpunkts und eine Steuerung derselben vorgenommen werden kann.In one embodiment of the invention, a combustion process and / or combustion reactions during the charge change are determined using the ion current signal. This information and the combustion parameters calculated from it, e.g. Pressure and / or temperature profiles can serve as indicators for the chemical reactions taking place during the charge change, so that the main combustion can be diagnosed in the area of the top ignition dead center and the same can be controlled.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden mit Hilfe des ermittelten Ionenstromsignals während des Ladungswechsels das im Brennraum gebildete Kraftstoff/Luft-Gemisch, insbesondere dessen Temperatur und/oder Zusammensetzung derart verändert, dass die Schwerpunktslage der Verbrennung verschoben wird. Hierzu eigenen sich insbesondere der Verlauf und/oder die Phasenlage des Ionenstromsignals während der Ab- gaszwischenkompressionsphase, da diese als Indikatoren der während des Ladungswechsels stattfindenden Verbrennungsreaktionen dienen können. Hierdurch kann die Schwerpunktsläge der Verbrennung im Bereich eines oberen Zünd-Totpunkts diagnostiziert und somit eingestellt bzw. beeinflusst werden.According to a further embodiment of the invention, the fuel / air mixture formed in the combustion chamber, in particular its temperature and / or composition, is changed with the aid of the determined ion current signal during the charge change in such a way that the center of gravity of the combustion is shifted. The course and / or the phase position of the ion current signal during the exhaust gas intermediate compression phase are particularly suitable for this, since these can serve as indicators of the combustion reactions taking place during the gas exchange. As a result, the center of gravity of the combustion in the region of an upper ignition dead center can be diagnosed and thus adjusted or influenced.
Erfindungsgemäß kann aus dem erfassten lonenstromsignal die Schwerpunktslage der Verbrennung, d.h. die Lage eines 50%- Massenumsatzpunkts der aktuellen Verbrennung, ermittelt bzw. abgeschätzt werden. Das ist der Zeitpunkt, bei dem 50% der in den Brennraum eingespritzten Kraftstoffmasse während eines Verbrennungszyklus oder Arbeitsspiels umgesetzt ist. Mit Hilfe der abgeschätzten Lage des 50%-Massenumsatzpunkts einer aktuellen Verbrennung wird der aktuell zu erwartende Wert mit einem in einem Steuergerät gespeicherten Wert verglichen. Liegt eine Abweichung von einem bestmöglichen bzw. Idealwert vor, dann wird bei einem darauffolgenden Zyklus der Ablauf der Verbrennung mittels einer Anpassung von Betriebsparametern, z.B. die Gemischtemperatur und/oder die Zusammensetzung des Gemisches so verändert, dass ein optimales Brennverhalten vorliegt. Die Veränderung der Temperatur kann beispielsweise mittels Variation der zurückgehaltenen Abgasmenge vorgenommen werden, wobei die Zusammensetzung des Gemisches durch eine Veränderung der eingespritzten Kraftstoffmengen im Sinne der vorliegenden Erfindung angepasst werden kann.According to the invention, the center of gravity of the combustion, ie the position of a 50% mass conversion point of the current combustion, can be determined or estimated from the detected ion current signal. This is the point in time when 50% of the fuel mass injected into the combustion chamber is converted during a combustion cycle or work cycle. With the help of the estimated position of the 50% mass conversion point of a current combustion, the currently expected value is compared with a value stored in a control unit. If there is a deviation from the best possible or ideal value, the sequence will be the next cycle the combustion by means of an adaptation of operating parameters, for example the mixture temperature and / or the composition of the mixture, changed in such a way that there is optimal combustion behavior. The change in temperature can be carried out, for example, by varying the amount of exhaust gas retained, it being possible to adapt the composition of the mixture by changing the amount of fuel injected in the sense of the present invention.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der SelbstzündungsZeitpunkt des Kraftstoff/Luft-Gemischs in Abhängigkeit von einem Mengenverhältnis der ersten zur zweiten Kraftstoffmenge eingestellt. Hierdurch kann die Lage der Verbrennung so verschoben werden, dass sich ein vorteilhafter Verbrennungsablauf ergibt.According to an advantageous embodiment of the invention, the auto-ignition timing of the fuel / air mixture is set as a function of a quantitative ratio of the first to the second fuel quantity. As a result, the position of the combustion can be shifted so that an advantageous combustion process results.
Weitere Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der Beschreibung. Konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:Further characteristics and combinations of characteristics result from the description. Specific exemplary embodiments of the invention are shown in simplified form in the drawings and are explained in more detail in the description below. Show it:
Fig. 1 eine Darstellung von Wärmefreisetzungsverläufen und erfassten Ionenstromsignalen während einer Hauptverbrennung im Bereich eines oberen Zünd-Totpunkts und1 shows a representation of heat release profiles and detected ion current signals during a main combustion in the region of an upper ignition dead center and
Fig. 2 eine Darstellung von Wärmefreisetzungsverläufen und erfassten Ionenstromsignalen während eines Ladungswechsels .2 shows a representation of heat release profiles and detected ion current signals during a charge change.
Eine beispielhafte Brennkraftmaschine mit Raumzündverbrennung umfasst beispielsweise vier oder mehr Zylinder, wobei in jedem Zylinder ein längsverschieblich gehaltener Kolben geführt und ein Brennraum zur Verbrennung eines Kraftstoff/Luft- Gemisches gebildet ist. Der Brennraum der Brennkraftmaschine wird von einem Zylinderkopf nach oben hin abgeschlossen, wobei der Kolben den Brennraum nach unten hin begrenzt . Die Brennkraftmaschine umfasst pro Brennraum mindestens ein Einlassventil, mindestens ein Auslassventil, einen Kraftstoffin- jektor und eine Zündquelle, die vorzugsweise als Zündkerze ausgebildet ist .An exemplary internal combustion engine with space ignition combustion comprises, for example, four or more cylinders, wherein a piston which is held in a longitudinally displaceable manner is guided in each cylinder and a combustion chamber is formed for the combustion of a fuel / air mixture. The combustion chamber of the internal combustion engine is closed at the top by a cylinder head, the piston limiting the combustion chamber at the bottom. The Internal combustion engine comprises at least one inlet valve, at least one outlet valve, one fuel injector and one ignition source per combustion chamber, which is preferably designed as a spark plug.
Die Brennkraftmaschine arbeitet nach dem 4 -Takt -Prinzip, wobei sie lastpunktabhängig entweder in einem Fremdzündungsmo- dus (ottomotorischer Betrieb) oder in einem Selbstzündungsmo- dus betrieben werden kann. Bei einem 4 -Takt -Verfahren entspricht ein Takt einem vollen Kolbenhub. Das aus vier Takten bestehende Arbeitsspiel der Brennkraftmaschine entspricht einem Verbrennungszyklus, wobei ein Verbrennungszyklus mit einem ersten Ansaugtakt bei einem oberen Ladungswechsel - Totpunkt beginnt, bei dem sich der Kolben in einer Abwärtsbewegung bis zu einem unteren Totpunkt bewegt. Beim Ansaugtakt wird dem Brennraum Verbrennungsluft zugeführt, wobei erfindungsgemäß in einem Ausschiebetakt eines vorherigen Arbeitsspiels eine bestimmte Menge an Abgas im Brennraum zurückgehalten wird.The internal combustion engine works according to the 4-stroke principle, whereby depending on the load point, it can be operated either in a spark ignition mode (petrol engine operation) or in a compression ignition mode. In a 4-stroke process, one stroke corresponds to a full piston stroke. The four-cycle work cycle of the internal combustion engine corresponds to a combustion cycle, a combustion cycle beginning with a first intake stroke at an upper charge change dead center, at which the piston moves downward to a lower dead center. During the intake stroke, combustion air is supplied to the combustion chamber, a certain amount of exhaust gas being retained in the combustion chamber according to the invention in a push-out cycle of a previous work cycle.
Der Kraftstoffinjektor wird von einer Einspritzvorrichtung angesteuert. Die Kraftstoffeinspritzzeitpunkte sowie vorgegebene Kraftstoffmengen werden durch Signale aus einem Steuergerät mittels der Einspritzvorrichtung gesteuert. Zur Optimierung einer im Brennraum zurückgehaltenen Abgasmenge ist eine variable Ventilsteuervorrichtung vorgesehen, die eine Betätigungsvorrichtung für die Einlass- sowie Auslassventile umfasst. Hierdurch können die Ventilsteuerzeiten variiert bzw. lastpunktabhängig eingestellt werden. Dabei kann es sich um einen mechanischen, hydraulischen oder elektrischen No- ckenwellenversteller handeln, wobei alternativ eine elektromagnetische Ventilsteuereinheit oder jede andere variable Ventilsteuereinheit zum Einsatz kommen kann.The fuel injector is controlled by an injection device. The fuel injection times and predetermined amounts of fuel are controlled by signals from a control unit by means of the injection device. In order to optimize a quantity of exhaust gas retained in the combustion chamber, a variable valve control device is provided, which comprises an actuating device for the intake and exhaust valves. In this way, the valve timing can be varied or set depending on the load point. This can be a mechanical, hydraulic or electrical camshaft adjuster, whereby an electromagnetic valve control unit or any other variable valve control unit can alternatively be used.
Beim ottomotorischen Betrieb erfolgt die Zündung des Gemisches durch die Zündkerze. Während des Kompressionszündungs- betriebs wird das aus zurückgehaltenem Abgas, Kraftstoff und Luft bestehende Gemisch verdichtet, wobei die Verbrennung mittels einer Kompressionszündung eingeleitet wird.In petrol engine operation, the mixture is ignited by the spark plug. During the compression ignition during operation, the mixture consisting of retained exhaust gas, fuel and air is compressed, the combustion being initiated by means of a compression ignition.
Während des Kompressionszündungsbetriebs wird im Brennraum während eines Ladungswechsels Abgas zurückgehalten, welches während einer Abgaszwischenkompressionsphase komprimiert wird. In das zurückgehaltene Abgas wird eine erste Kraftstoffmenge zur Bildung eines sogenannten Zwischengemisches eingespritzt. Nachfolgend wird dem Brennraum eine zweite Kraftstoffmenge zugeführt, so dass im Brennraum ein homogenes Kraftstoff/Luft-Hauptgemisch gebildet wird, das später mittels der Kompression vorzugsweise im Bereich eines oberen Zünd-Totpunkts gezündet wird.During the compression ignition operation, exhaust gas is retained in the combustion chamber during a charge change, which exhaust gas is compressed during an exhaust gas intermediate compression phase. A first amount of fuel is injected into the retained exhaust gas to form a so-called intermediate mixture. A second quantity of fuel is subsequently fed to the combustion chamber, so that a homogeneous main fuel / air mixture is formed in the combustion chamber, which is later ignited by means of the compression, preferably in the region of an upper ignition dead center.
Im Betrieb der Brennkraftmaschine wird sowohl das während des Ladungswechsels gebildete Zwischengemisch als auch das später gebildete Hauptgemisch ionisiert. Der Ionisationsgrad ist dabei von den Gemischbestandteilen sowie von der Temperatur abhängig, wobei durch den Ionisationsgrad eine Ionenleitung messbar ist. Erfindungsgemäß wird mit einer im Brennraum angeordneten lonenstromsonde ein lonenstromsignal während des Ladungswechsels erfasst, wobei mittels des erfassten Ionenstromsignals der Zeitpunkt einer Kompressionszündung des Hauptgemisches im Bereich des oberen Zünd-Totpunkts abgeschätzt bzw. diagnostiziert wird. Vorzugsweise dient die im Brennraum angeordnete Zündkerze im Kompressionszündungsbe- trieb als eine lonenstromsonde durch das Anlegen einer elektrischen Spannung an den Elektroden der Zündkerze zur Erfassung des Ionenstromsignals, welches dem Steuergerät zugeführt wird.During operation of the internal combustion engine, both the intermediate mixture formed during the gas exchange and the main mixture formed later are ionized. The degree of ionization is dependent on the mixture components and on the temperature, an ionic line being measurable by the degree of ionization. According to the invention, an ion current signal during the charge change is detected with an ion current probe arranged in the combustion chamber, the time of a compression ignition of the main mixture in the region of the top ignition dead center being estimated or diagnosed by means of the detected ion current signal. In the compression ignition mode, the spark plug arranged in the combustion chamber preferably serves as an ion current probe by applying an electrical voltage to the electrodes of the spark plug to detect the ion current signal which is fed to the control device.
Erfindungsgemäß wird während des Kompressionszündungsbetriebs mittels der ersten Kraftstoffmenge eine bestimmte Gemischre- aktivität des aus der ersten und der nachfolgenden zweiten Kraftstoffmenge gebildeten Hauptgemisches eingestellt. Hierdurch soll das Einsetzen der Selbstzündung gesteuert bzw. be- einflusst werden. Die Bemessung der ersten und der zweiten Kraftstoffmenge dient im Sinne der vorliegenden Erfindung zur Optimierung der Verbrennung im Kompressionszündungsbetrieb, wobei die Mengenaufteilung zusätzlich in Abhängigkeit vom Lastpunkt eingestellt wird. Somit wird ein zuverlässiger Betrieb der Brennkraftmaschine mit Kompressionszündung auch in unteren Drehzahl- und Lastbereichen ermöglicht.According to the invention, during the compression ignition operation using the first fuel quantity, a certain mixture activity of the main mixture formed from the first and the subsequent second fuel quantity. This is intended to control or influence the onset of auto-ignition. In the sense of the present invention, the dimensioning of the first and the second fuel quantity serves to optimize the combustion in the compression ignition mode, the quantity distribution also being set as a function of the load point. This enables reliable operation of the internal combustion engine with compression ignition even in the lower speed and load ranges.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass mit dem erfassten lonenstromsignal während der Abgaszwischenkompressi- onsphase der Zeitpunkt der Kompressionszündung des Kraftstoff/Luft-Gemisches bzw. des Hauptgemisches abgeschätzt wird, so dass die Selbstzündung des Hauptgemisches kontrolliert bzw. geregelt werden kann. Hierdurch können insbesondere der Beginn und Verlauf der Selbstzündung gesteuert werden, so dass eine schnelle Regelung der Verbrennungsabläufe während eines gefahrenen Betriebspunkts stattfindet. Somit werden unvorteilhafte und unerwünschte Verbrennungsabläufe vermieden.The method according to the invention provides that the time of the compression ignition of the fuel / air mixture or of the main mixture is estimated with the detected ion current signal during the exhaust gas intermediate compression phase, so that the auto-ignition of the main mixture can be controlled or regulated. In this way, in particular the start and course of the auto-ignition can be controlled, so that the combustion processes are regulated quickly during a driven operating point. In this way, disadvantageous and undesirable combustion processes are avoided.
Das erfasste lonenstromsignal während des Ladungswechsels dient zur Bestimmung von Verbrennungsreaktionen bzw. chemischen Veränderungen der Zwischengemischbestandteile, die während des Ladungswechsels stattfinden. Abhängig von der Mengenaufteilung ergibt sich eine unterschiedliche Verbrennungslage. In Fig. 1 und 2 sind vier unterschiedliche Mengenaufteilungen aufgetragen. Dabei stellt der Verlauf I die Gemischreaktionen einer Verbrennung mit einer kleinen ersten KraftStoffmenge dar. Bei den Verläufen II, III und IV wird die erste Kraftstoffmenge erhöht. Dementsprechend ist gemäß Fig. 2 ist eine zunehmende Wärmefreisetzung bei den größeren Kraftstoffmengen während des Ladungswechsels zu beobachten. Demnach ergeben sich gemäß Fig. 1 unterschiedliche Verbrennungslagen. Die bestimmten Verbrennungsreaktionen mittels des erfassten Ionenstromsignals während des Ladungswechsels werden dann zur Diagnostizierung der HauptVerbrennung im Bereich des oberen Zünd-Totpunkts herangezogen. Eine Regelung der Hauptverbrennung wird hierdurch mit Hilfe des ermittelten Ionenstromsignals während des Ladungswechsels ermöglicht. Hierzu kann beispielsweise das im Brennraum gebildete Kraftstoff/Luft- Gemisch, insbesondere dessen Temperatur und/oder Zusammensetzung derart verändert werden, dass die Schwerpunktslage der Verbrennung verschoben wird. Dabei eigenen sich insbesondere der Verlauf und/oder die Phasenlage des Ionenstromsignals während der Abgaszwischenkompressionsphase, da diese als Indikatoren für die während des Ladungswechsels stattfindenden Verbrennungsreaktionen dienen können. Dadurch kann die Schwerpunktslage der Verbrennung im Bereich eines oberen Zünd-Totpunkts diagnostiziert und gegebenenfalls neu eingestellt bzw. angepasst werden.The detected ion current signal during the charge change serves to determine combustion reactions or chemical changes in the intermediate mixture components that take place during the charge change. Depending on the quantity distribution, there is a different combustion situation. 1 and 2, four different quantity divisions are plotted. The course I represents the mixture reactions of a combustion with a small first amount of fuel. In the courses II, III and IV, the first amount of fuel is increased. Accordingly, according to FIG. 2, an increasing heat release can be observed with the larger amounts of fuel during the gas exchange. According to FIG. 1, different combustion positions result. The determined combustion reactions by means of the detected ion current signal during the charge change are then used to diagnose the main combustion in the area of the top ignition dead center. Regulation of the main combustion is hereby made possible with the aid of the determined ion current signal during the charge exchange. For this purpose, the fuel / air mixture formed in the combustion chamber, in particular its temperature and / or composition, can be changed such that the center of gravity of the combustion is shifted. The course and / or the phase position of the ion current signal during the exhaust gas intermediate compression phase are particularly suitable, since these can serve as indicators for the combustion reactions taking place during the gas exchange. As a result, the center of gravity of the combustion in the region of an upper ignition dead center can be diagnosed and, if necessary, readjusted or adjusted.
Das erfindungsgemäße Verfahren zielt darauf ab, die Steuerung und Regelung der Schwerpunktverbrennungslage vorzunehmen, so dass eine optimale Einstellung der Brennkraftmaschine während der Raumzündverbrennung im stationären und dynamischen Betrieb ermöglicht wird. Weiterhin soll durch die ermittelten Daten eine Diagnose des Kraftstoffinjektors und somit die Wirkungsweise der ersten Kraftstoffeinspritzung über die Laufzeit der Brennkraftmaschine sichergestellt werden.The method according to the invention aims to control and regulate the combustion position of the center of gravity, so that an optimal setting of the internal combustion engine is made possible during space ignition combustion in stationary and dynamic operation. Furthermore, a diagnosis of the fuel injector and thus the mode of operation of the first fuel injection over the running time of the internal combustion engine are to be ensured by the determined data.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, mit Hilfe der lonenstromsonde die Lage des 50%-Massenumsatzpunkts der Verbrennung anhand des Ionenstromsignalverlaufs abzuschätzen. Die dargestellten Verläufe in Fig. 1 bzw. Fig. 2 lassen erkennen, dass die gemessenen Ionenstromsignale sehr gut mit den Heizverläufen bzw. Wärmefreisetzungsverläufen korrelie- ren. Bei der Brennkraftmaschine weisen die im Brennraum gemessenen Ionenstromsignale einen charakteristischen Verlauf auf, welcher mit dem Brennverlauf, d.h. der Wärmefreisetzung der Brennkraftmaschine unmittelbar korreliert. Dieses erfass- te Signal wird zur Ermittlung einer Lage des 50%- Massenumsatzpunkts der aktuellen Verbrennung direkt verwendet, was im Hinblick auf die Regelung eines darauffolgenden Zyklus zu einer sehr kurzen Reaktionszeit führt, um eine möglichst schnelle Anpassung der Betriebsparameter zu erzielen. Die Brennkraftmaschine kann somit innerhalb kurzer Dauer bei Bedarf derart angesteuert werden, dass sie im jeweiligen Betriebspunkt optimal betrieben werden kann.The method according to the invention makes it possible to use the ion current probe to estimate the position of the 50% mass conversion point of the combustion on the basis of the ion current signal curve. The curves shown in FIGS. 1 and 2 show that the measured ion current signals correlate very well with the heating curves or heat release curves. In the internal combustion engine, the ion current signals measured in the combustion chamber have a characteristic curve on, which correlates directly with the combustion process, ie the heat release of the internal combustion engine. This detected signal is used directly to determine a position of the 50% mass conversion point of the current combustion, which leads to a very short reaction time with regard to the regulation of a subsequent cycle in order to achieve the fastest possible adjustment of the operating parameters. The internal combustion engine can thus be activated within a short period of time if necessary in such a way that it can be operated optimally at the respective operating point.
Mit Hilfe der abgeschätzten Lage des 50%-Massenumsatzpunkts einer aktuellen Verbrennung wird der aktuell zu erwartende Wert mit einem in einem Steuergerät gespeicherten Wert verglichen. Bei einem darauffolgenden Zyklus wird der Ablauf der Verbrennung mittels einer Anpassung von Betriebsparametern, z.B. der Gemischtemperatur und/oder der Zusammensetzung des Gemisches durch die eingespritzten Kraftstoffmengen so verändert, dass ein optimales Brennverhalten vorliegt. Die Veränderung der Temperatur kann beispielsweise mittels Variation der zurückgehaltenen Abgasmenge vorgenommen werden, wobei die Zusammensetzung des Gemisches durch eine Veränderung der eingespritzten Kraftstoffmengen im Sinne der vorliegenden Erfindung angepasst werden kann.With the help of the estimated position of the 50% mass conversion point of a current combustion, the currently expected value is compared with a value stored in a control unit. In a subsequent cycle, the combustion process is adjusted by adjusting operating parameters, e.g. the mixture temperature and / or the composition of the mixture changed by the injected fuel quantities so that there is an optimal combustion behavior. The change in temperature can be carried out, for example, by varying the amount of exhaust gas retained, it being possible to adapt the composition of the mixture by changing the amount of fuel injected in the sense of the present invention.
Gemäß der Erfindung wird die erste Kraftstoffeinspritzung vorzugsweise zwischen dem Schließen des Auslassventils und dem Öffnen des Einlassventils vorgenommen. Alternativ kann die erste Kraftstoffmenge in das im Brennraum zurückgehaltene Abgas während des Ausschiebetakts der Brennkraftmaschine zwischen dem Schließen des Auslassventils und 270°KW vor einem oberen Zünd-Totpunkt eingespritzt werden. Alternativ kann die erste Kraftstoffmenge in einem Bereich zwischen dem Schließen des Auslassventils und einem oberen Ladungswechsel-Totpunkt in den Brennraum eingebracht werden. Hierdurch werden die Umsetzungsartigen Reaktionen bei der ersten Kraftstoffeinsprit- zung erhöht. Die Einspritzung der ersten Kraftstoffmenge führt zu umsetzungsartigen Reaktionen, mit denen die Gemischendtemperatur beeinflusst wird. Somit kann der Selbstzünd- zeitpunkt beeinflusst werden. Vorzugsweise beträgt die erste Kraftstoffmenge zwischen 0% und 30% der Gesamtkraftstoffmenge, wobei die zweite Kraftstoffmenge zwischen 30% und 100% der Gesamtkraftstoffmenge betragen kann.According to the invention, the first fuel injection is preferably carried out between the closing of the exhaust valve and the opening of the intake valve. Alternatively, the first quantity of fuel can be injected into the exhaust gas retained in the combustion chamber during the extension stroke of the internal combustion engine between the closing of the exhaust valve and 270 ° KW before an upper ignition dead center. Alternatively, the first quantity of fuel can be introduced into the combustion chamber in a region between the closing of the exhaust valve and an upper dead center. As a result, the reaction-like reactions during the first fuel injection tongue increased. The injection of the first amount of fuel leads to reaction-like reactions with which the final mixture temperature is influenced. The auto-ignition timing can thus be influenced. The first fuel quantity is preferably between 0% and 30% of the total fuel quantity, it being possible for the second fuel quantity to be between 30% and 100% of the total fuel quantity.
Durch die Einbringung der zweiten Kraftstoffmenge in den Brennraum wird das Hauptgemisch gebildet, das im Kompressionstakt verdichtet wird. Während des Kompressionstaktes bewegt sich der Kolben in einer Aufwärtsbewegung vom unteren Totpunkt bis zum oberen Zünd-Totpunkt . Das gebildete Hauptgemisch wird in einem Bereich des oberen Zünd-Totpunkts durch die vorliegende Kompression gezündet. Erfindungsgemäß kann der SelbstZündungszeitpunkt des aus der ersten und der zweiten Kraftstoffmenge gebildeten Kraftstoff/Luft-Gemischs in Abhängigkeit von einem Mengenverhältnis der ersten zur zweiten Kraftstoffmenge eingestellt werden. Das Mengenverhältnis der ersten zur zweiten Kraftstoffmenge kann zwischen 1:100 und 2:1 betragen. Es ist dennoch denkbar, einige Betriebspunkte ohne eine erste Kraftstoffeinspritzung vorzunehmen. Eine besonders vorteilhafte Vorkonditionierung des Hauptgemisches stellt sich bei einem Mengenverhältnis zwischen 1:20 und 1:3 ein. Vorzugsweise wird die zweite Kraftstoffmenge in einem Bereich zwischen 300°KW und 120°KW vor dem oberen Zünd- Totpunkt in den Brennraum eingespritzt.By introducing the second quantity of fuel into the combustion chamber, the main mixture is formed, which is compressed in the compression cycle. During the compression stroke, the piston moves in an upward motion from bottom dead center to top ignition dead center. The main mixture formed is ignited in a region of the top ignition dead center by the present compression. According to the invention, the auto-ignition timing of the fuel / air mixture formed from the first and the second fuel quantity can be set as a function of a quantitative ratio of the first to the second fuel quantity. The quantity ratio of the first to the second fuel quantity can be between 1: 100 and 2: 1. However, it is conceivable to carry out some operating points without a first fuel injection. A particularly advantageous preconditioning of the main mixture occurs at a ratio between 1:20 and 1: 3. The second quantity of fuel is preferably injected into the combustion chamber in a range between 300 ° KW and 120 ° KW before the top dead center.
Während der noch laufenden Verbrennung des Hauptgemisches expandiert der Kolben in einer Abwärtsbewegung bis zu einem unteren Totpunkt . Die Schwerpunktläge der Verbrennung kann erfindungsgemäß lastpunktabhängig mittels einer Einspritzung einer dritten Kraftstoffmenge optimiert werden. Die Variation der zurückgehaltenen Abgasmenge in Kombination mit der Einspritzung einer dritten Kraftstoffmenge dient in erster Linie einer Optimierung des Selbstzündungsbetriebs unter Beibehaltung eines nahezu idealen Wirkungsgrads, insbesondere bei sehr kleinen und hohen Lasten, da in diesen Betriebsbereichen ein optimierter Selbstzündungsbetrieb homogener Gemische nicht leicht zu regeln ist .While the main mixture is still burning, the piston expands in a downward movement to a bottom dead center. The center of gravity of the combustion can be optimized according to the load point by means of an injection of a third fuel quantity. The variation of the retained exhaust gas quantity in combination with the injection of a third fuel quantity serves primarily to optimize the auto-ignition operation while maintaining an almost ideal efficiency, in particular with very small and high loads, as optimized auto-ignition operation of homogeneous mixtures is not easy to control in these operating areas.
Wahlweise findet die Einspritzung der dritten Kraftstoffmenge vor oder nach dem Einsetzen der Selbstzündung statt, wobei vorzugsweise vor dem oberen Zünd-Totpunkt eingespritzt wird, so dass die Reaktivität des Hauptgemisches bzw. der Gesamtzy- linderladung vermindert bzw. verändert werden kann. Die dritte Kraftstoffeinspritzung kann in vorteilhafter Weise die Dauer der Verbrennung in Abhängigkeit von ihrem Einspritz- zeitpunkt und/oder ihrer Menge steuern. Hierdurch werden steile Druckanstiege im Brennraum verhindert und somit bessere Abgasemissionen erzielt. Vorzugsweise beträgt die dritte Kraftstoffmenge zwischen 10% und 30% der Gesamtkraftstoffmenge. The third fuel quantity is optionally injected before or after the onset of auto-ignition, injection preferably before top ignition dead center, so that the reactivity of the main mixture or the total cylinder charge can be reduced or changed. The third fuel injection can advantageously control the duration of the combustion as a function of its injection time and / or its quantity. This prevents steep pressure rises in the combustion chamber and thus achieves better exhaust emissions. The third fuel quantity is preferably between 10% and 30% of the total fuel quantity.

Claims

Patentansprüche claims
Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit einem Zylinder, einem Zylinderkopf, in dem mindestens ein Ein- lass- und ein Auslassventil angeordnet sind, einem Kolben und einem zwischen dem Zylinderkopf und dem Kolben begrenzten Brennraum, bei dem - die Brennkraftmaschine betriebspunktabhängig mit Kompressionszündung oder mit Fremdzündung betrieben wird, wobei - während eines Kompressionszundungsmodus im Brennraum Abgas zurückgehalten und während eines Ladungswechsels komprimiert wird, und - eine erste Kraftstoffmenge in das zurückgehaltene Abgas eingespritzt wird, wobei - nachfolgend dem Brennraum eine zweite Kraftstoffmenge zugeführt wird, so dass im Brennraum ein homogenes Kraftstoff/Luft-Gemisch gebildet und selbstgezündet wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s - mit einer im Brennraum angeordneten lonenstromsonde ein lonenstromsignal während des Ladungswechsels er- fasst wird, und - in Abhängigkeit vom ermittelten lonenstromsignal der Zeitpunkt einer Kompressionszündung des Kraftstoff/Luft-Gemisches diagnostiziert wird.Method for operating an internal combustion engine with a cylinder, a cylinder head, in which at least one intake and an exhaust valve are arranged, a piston and a combustion chamber delimited between the cylinder head and the piston, in which - depending on the operating point, the internal combustion engine with compression ignition or spark ignition is operated, wherein - during a compression ignition mode, exhaust gas is retained in the combustion chamber and compressed during a charge change, and - a first quantity of fuel is injected into the retained exhaust gas, - subsequently a second quantity of fuel is supplied to the combustion chamber, so that a homogeneous fuel / Air mixture is formed and self-ignited, characterized in that - with an ion current probe arranged in the combustion chamber, an ion current signal is detected during the charge change, and - depending on the ion current signal determined, the time e compression ignition of the fuel / air mixture is diagnosed.
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 , d a s s mittels des Ionenstromsignals ein Verbrennungsverlauf und/oder Verbrennungsreaktionen während des Ladungswechsels ermittelt werden. A method according to claim 1, characterized in that a combustion process and / or combustion reactions during the gas exchange are determined by means of the ion current signal.
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 , d a s s das im Brennraum gebildete Kraftstoff/Luft-Gemisch, insbesondere dessen Temperatur und/oder Zusammensetzung, in Abhängigkeit von dem während des Ladungswechsels ermittelten lonenstromsignal derart verändert wird, dass die Schwerpunktverbrennungslage verschoben wird.3. The method according to claim 1 or 2 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s the fuel / air mixture formed in the combustion chamber, in particular its temperature and / or composition, is changed as a function of the ion current signal determined during the gas exchange in such a way that the center of gravity combustion position is shifted.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s ein Selbstzündungszeitpunkt des Kraftstoff/Luft-Gemischs in Abhängigkeit von einem Mengenverhältnis der ersten zur zweiten Kraftstoffmenge eingestellt wird.4. The method according to any one of the preceding claims d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that a self-ignition timing of the fuel / air mixture is set as a function of a quantitative ratio of the first to the second fuel quantity.
5. Verfahren nach Anspruch 4 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s das Mengenverhältnis der ersten zur zweiten Kraftstoffmenge zwischen 1:100 und 2:1, insbesondere zwischen 1:20 und 1:3 eingestellt wird.5. The method according to claim 4 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the quantity ratio of the first to the second fuel quantity is set between 1: 100 and 2: 1, in particular between 1:20 and 1: 3.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die Schwerpunktläge der Verbrennung mittels einer Einspritzung einer dritten Kraftstoffmenge eingestellt wird, die nach Beendigung der Einspritzung der zweiten Kraftstoffmenge und vor einem oberen Zünd-Totpunkt vorgenommen wird.6. The method according to any one of the preceding claims d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, that the center of gravity of the combustion is set by means of an injection of a third fuel quantity, which is carried out after the end of the injection of the second fuel quantity and before an upper ignition dead center.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s eine Dauer der Verbrennung in Abhängigkeit von der dritten Kraftstoffmenge und/oder ihrem Einspritzzeitpunkt eingestellt wird. 7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a duration of the combustion is set depending on the third fuel quantity and / or its time of injection.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die erste Kraftstoffmenge 0% bis 30% der Gesa tkraft- stoffmenge beträgt.8. The method according to any one of the preceding claims d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the first fuel quantity is 0% to 30% of the total fuel quantity.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die zweite Kraftstoffmenge 30% bis 100% der Gesamtkraft- stoffmenge beträgt.9. The method according to any one of the preceding claims d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the second fuel amount is 30% to 100% of the total fuel amount.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die dritte Kraftstoffmenge 10% bis 30% der Gesamtkraft- stoffmenge beträgt. 10. The method according to any one of the preceding claims d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the third fuel amount is 10% to 30% of the total fuel amount.
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