DE10140120A1

DE10140120A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE10140120A1
Application number: DE10140120A
Authority: DE
Inventors: Michael Baeuerle; Carsten Reisinger; Guido Porten
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-08-16
Filing date: 2001-08-16
Publication date: 2003-03-06
Also published as: FR2828714A1; JP4147065B2; US20030051466A1; FR2828714B1; JP2003106145A; US6729124B2

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben eines Verbrennungsmotors vorgeschlagen, welcher mit einem Abgasturbolader ausgerüstet ist. Bei Überschneiden der Öffnungswinkel von Einlass- und Auslassventil eines Zylinders findet eine Nacheinspritzung statt, die zu einem Luft-/Kraftstoffgemisch im Abgastrakt führt, welches brennfähig ist. Durch Ansteuern eines zusätzlichen Zündmittels im Abgastrakt wird dieses Gemisch verbrannt.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines aufgeladenen Verbrennungsmotors.

Motoren mit Abgasturboaufladung, insbesondere solche ohne variable Geometrie der Turbine des Abgasturboladers, zeigen beim Anfahren in der Regel eine Drehmomentenschwäche. Grund hierfür ist, dass der kleine Abgasmassenstrom des Verbrennungsmotors bei der Anfahrdrehzahl zu sehr schlechten Wirkungsgraden sowohl der Turbine, als auch des Verdichters des Abgasturboladers führt. Die Folge davon ist ein schwacher Ladedruckaufbau mit geringem Drehmomentenangebot im unteren Drehzahlbereich des Verbrennungsmotors. In ganz extremen Situationen, beispielsweise bei steilen Passfahrten in großer Höhe mit zugeschalteten Nebenaggregaten, kann ein Anfahren erheblich behindert sein. Aus der DE 199 44 190 A1 sind Maßnahmen bekannt, den Wirkungsgrad eines Abgasturboladers zu erhöhen. Dies wird durch eine Nacheinspritzung erreicht, die nach der Primäreinspritzung durchgeführt wird. Durch diese Nacheinspritzung wird der Energieinhalt des Abgases, insbesondere die Abgasenthalpie für die Turbine des Abgasturboladers nachhaltig erhöht, so dass das Ansprechverhalten der Maschine bei einer Drehmoment- oder Leistungsanforderung infolge des gesteigerten Ladedrucks signifikant verbessert wird. In diesem Zusammenhang hat es sich auch als zweckmäßig erwiesen, während der Nacheinspritzung die Ein- und Auslassventile der Zylinder so zu steuern, dass es zu einer größeren Ventilüberschneidung kommt. Dadurch entsteht ein größerer Luftdurchsatz an der Turbine und ein größerer Druck auf die Turbine, so dass ein höherer Ladedruck aufgebaut werden kann. Die Nacheinspritzung wird dabei so vorgenommen, dass aufgrund des vorhandenen Luftüberschusses in den einzelnen Brennräumen es zu einem brennfähigen Gemisch kommt, das sich dann infolge der noch laufenden Verbrennung bzw. der hohen Temperatur entzündet. Die Erzeugung eines Luftüberschusses in den Zylindern, in denen die Nacheinspritzung erfolgt, ist ebenfalls vorgesehen.

Eine andere Möglichkeit, eine Steigerung des Ladedrucks im unteren Drehzahlbereich zu erreichen, ist die Verwendung eines elektrischen Turboverdichters, vorzugsweise als Hilfslader zum Abgasturbolader. Dieser wird im unteren Drehzahlbereich durch Ansteuern seines elektrischen Motors zur Erhöhung des Ladedrucks angesteuert. In Verbindung mit einer großen Ventilüberschneidung, die entweder konstruktionsbedingt vorgegeben oder durch Einlass- und/oder Auslassnockenwellenverstellung erzeugt wird, und dem großen Druckgefälle zwischen Saugrohr und Abgassystem vor der Turbine des Abgasturboladers ergeben sich hieraus hohe Spülluftmassenströme. Diese Art aufgeladener Verbrennungsmotoren mit der Möglichkeit einer nicht am internen Verbrennungsprozess teilnehmenden Nacheinspritzung haben ein erhebliches Potential zur Leistungssteigerung im beschriebenen Bereich.

Es besteht also Bedarf an einer Lösung zur Abgasenthalpieerhöhung bei aufgeladenen Verbrennungsmotoren, bei denen eine nicht am internen Verbrennungsprozess teilnehmenden Nacheinspritzung vorgesehen ist, vorzugsweise in Kombination mit einem extern angetriebenen, elektrischen Laders.

Vorteile der Erfindung

Durch Kombination einer Nacheinspritzung mit einer externen Zündhilfe, die stromaufwärts der Turbine des Abgasturboladers im Abgastrakt plaziert ist, wird ein wesentlich höheres Enthalpiegefälle über der Turbine des Abgasturboladers erzeugt. Die Nacheinspritzung nimmt dabei nicht am internen Verbrennungsprozess teil.

In vorteilhafter Weise wird durch die Erhöhung des Abgasenthalpiegefälles über der Turbine des Abgasturboladers das Anfahrverhalten des Fahrzeugs infolge des gesteigerten Ladedrucks signifikant verbessert.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich bei einer Kombination des Abgasturboladers mit einem zusätzlichen Hilfslader, beispielsweise einem elektrisch angetriebenen Lader, der hohe Spülluftmassenströme durch den Verbrennungsmotor erzeugt. Verstärkt wird dieser Vorteil durch eine zusätzliche Nockenwellenverstellung, die zu einer größeren Ventilüberschneidung und somit zu einer weiteren Erhöhung des Spülluftmassenstroms beiträgt. Grund hierfür ist das zwischen Saugrohrtrakt und Abgastrakt herrschendes Druckgefälle durch den elektrischen Hilfslader deutlich vergrößert wird. In Verbindung mit variablen Ventilsteuerzeiten wird dieses Druckgefälle während der Ventilüberschneidungsphase um den oberen Totpunkt bei Ladungswechsel zu großen Spülluftmassenströmen (bis ca. 30% des Arbeitsluftmassenstroms) genutzt. Erfolgt nun zeitgleich eine Einspritzung von Kraftstoff, so bildet sich ein brennfähiges Kraftstoff-Luft-Gemisch aus, welches durch eine zusätzlich stromauf der Turbine des Abgasturboladers angeordnete Zündhilfe zuverlässig entzündet und verbrannt wird. Dadurch erhöht sich deutlich das nutzbare Enthalpiegefälle an der Turbine des Abgasturboladers und steigert das Druckangebot auf der Verdichterseite.

Prinzipiell werden die genannten Vorteile auch bei aufgeladenen Verbrennungsmotoren ohne extern angetriebenen Hilfslader bei Nacheinspritzung und nachfolgender Zündung im Abgastrakt erreicht.

Besonders vorteilhaft ist ferner, dass durch geeignete Auslegung der Komponenten das Ladersystem in einem selbsterhaltendem Zustand überführt werden kann. Dadurch wird nach Abschalten des elektrischen Hilfsladers der Abgasturbolader in Verbindung mit dem zusätzlichen Enthalpieangebot aus der Nachverbrennung der Spülluftmasse, die zuvor durch den zusätzlichen Lader erzielte Ladedruckerhöhung aufrechterhalten.

Folge ist ein Betriebspunkt günstiger Wirkungsgrade des Abgasturboladers durch die gestiegene Abgasmasse und das höhere Enthalpieangebot.

Ein weiterer Vorteil der dargestellten Vorgehensweise ist die Tatsache, dass die zusätzlich verbaute Zündhilfe in Verbindung mit Sekundärluft zum schnelleren Aufheizen der Katalysatoren auf Betriebstemperatur genutzt werden kann.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen bzw. aus den abhängigen Patentansprüchen.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Fig. 1 zeigt dabei ein Übersichtsbild einer Brennkraftmaschine mit Abgasturbolader samt Steuersystem, während in Fig. 2 anhand eines Flussdiagramms eine Ausführung zur Durchführung der beschriebenen Vorgehensweise gezeigt ist. Die Fig. 3 und 4 zeigen Zeitdiagramme, welche die beschriebene Vorgehensweise verdeutlichen. In den Fig. 5 bis 8 schließlich ist anhand von Diagrammen die Vorteile der dargestellten Vorgehensweise verdeutlicht.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

In der Fig. 1 ist schematisch eine direkteinspritzende Brennkraftmaschine 1 mit z. B. vier Zylindern und zugehörigen Einspritzventilen 2, 3, 4 und 5 dargestellt. Den Einspritzventilen 2, 3, 4 und 5 wird der Kraftstoff z. B. über eine gemeinsame Leitung 6 zugeführt. Die direkteinspritzende Brennkraftmaschine 1 kann ein Diesel- oder ein Ottomotor sein.
Die dargestellte Brennkraftmaschine ist mit einem Abgasturbolader ausgestattet. Dabei ist im Ansaugkanal 7, in dem sich auch eine Drosselklappe 8 befindet, ein Verdichter 9 angeordnet, der mit einer Turbine 10 mechanisch gekoppelt ist, die vom Abgasstrom im Abgaskanal 11 angetrieben wird. Die Turbine 10 ist in bekannter Weise von einer Bypassleitung 12 überbrückt, in der ein Bypassventil 13 angeordnet ist, womit der vom Turbolader erzeugte Ladedruck gesteuert werden kann.
Zur Steuerung bzw. Regelung der Kraftstoffeinspritzung ist eine Steuereinheit 14 vorgesehen, die mit jedem einzelnen Einspritzventil 2, 3, 4 und 5 über eine Steuerleitung 15, 16, 17 und 18 verbunden ist. Außerdem erhält die Steuereinheit 14 noch Informationen von Sensoren 20a bis 21a, welche die Fahrpedalstellung und weitere Betriebsgrößen von Verbrennungsmotor oder Fahrzeug erfassen.
Ferner ist im Saugrohrtrakt 7 des Verbrennungsmotors zwischen dem Verdichter 9 des Abgasturboladers und der Drosselklappe 8 ein extern betätigbarer Hilfslader 20 vorgesehen, insbesondere ein elektrischer Verdichter, der mittels eines elektrischen Motors 21 betätigt wird. Dieser wird über die Steuerleitung 22 von der elektronischen Steuereinheit 14 aus betätigt. In einer anderen Ausführung ist der Hilfslader in Strömungsrichtung vor dem Verdichter eingebaut. Ferner ist im Abgastrakt vor der Turbine 10 des Abgasturboladers eine zusätzliche Zündhilfe 23, beispielsweise eine Glühkerze, eingesetzt. Diese wird ebenfalls über eine Ansteuerleitung 24 aus der elektronischen Steuereinheit 14 angesteuert.
Das bevorzugte Ausführungsbeispiel umfasst, wie in Fig. 1 dargestellt, einen turboaufgeladenen Verbrennungsmotor, der zur Verbesserung des dynamischen Verhaltens zusätzlich mit einem externen Lader und einer zusätzlichen Zündhilfe (z. B. einer Glühkerze) stromaufwärts der Turbine des Abgasturboladers ausgerüstet ist. In anderen Ausführungsbeispielen ist zusätzlich eine variable Nockenwellenverstellung vorhanden, oder es wird auf den externen Lader verzichtet.
Das nachfolgend dargestellte Ausführungsbeispiel mit externem Lader und variabler Nockenwellenverstellung ist beim Fehlen der einen oder anderen Komponente entsprechend anzupassen, wobei die Bezugnahmen auf die genannten Elemente ersatzlos entfallen. Die dargestellte Vorrichtung findet ferner auch in Verbindung mit Saugrohreinspritzmotoren Anwendung.
Signalisiert der Fahrer einen Anfahrvorgang oder eine Beschleunigungsanforderung oder liegt vom Fahrer ein Volllastwunsch vor, so wird zur Erhöhung des Ansprechverhaltens des Motors der externe Lader aktiviert. Bei Vorhandensein der variablen Ventilsteuerung wird im volllastnahen Bereich und bei kleinen Motordrehzahlen zum Zwecke der Liefergradoptimierung und zum Zwecke der Spülluftoptimierung (große Ventilüberschneidung) die Einlassnockenwelle auf die früheste mögliche Position verstellt. Dem Spülluftmassenstrom, der in der Phase der Ventilöffnungsüberschneidung wegen der Aktivität des externen Laders durch den entsprechenden Zylinder fließt, wird Kraftstoff zugeführt, der mit der Luft ein brennfähiges Kraftstoff-Luft-Gemisch bildet. Durch die zusätzliche Zündhilfe in Abgastrakt wird das Gemisch entzündet. Die daraufhin erfolgende Verbrennung führt zu einer signifikanten Erhöhung der Abgastemperatur und damit des nutzbaren Enthalpiegefälles über der Turbine. Diese Vorgehensweise beim Ottomotor lässt sich auch in Verbindung mit einem Dieselmotor anwenden. Auch hier wird im Rahmen einer Nacheinspritzung der Spülluftmasse Kraftstoff zugeführt (zumindest beim Einsatz eines Common-Rail-Systems), der ein brennfähiges Gemisch bildet. Die vorteilhaften Effekte dieser Vorgehensweise entsprechen den Effekten beim Ottomotor.
Bei Erreichen eines ausreichend hohen Ladedrucks wird der zusätzliche Hilfslader abgeschaltet. Durch den bis zu diesem Zeitpunkt stark erhöhten Abgasmassenstrom in Verbindung mit dem aus der Nacheinspritzung resultierenden größeren nutzbaren Enthalpiegefälles erreicht der Abgasturbolader einen Betriebspunkt besserer Wirkungsgrade. Hierdurch kann der Verbrennungsmotor seinen Betriebspunkt mittels der Nacheinspritzung auch ohne Hilfslader und ohne zeitliche Limitierung aufrechterhalten. Bei Beendigung des Anfahrvorgangs bzw. des Beschleunigungsvorgangs bzw. der Volllastphase wird die Nacheinspritzung abgeschaltet.
Anstelle von elektrischen Hilfsladern werden Abgasturbolader mit variabler Geometrie unterstützend mitverwendet.
Die oben skizzierte Vorgehensweise wird im bevorzugten Ausführungsbeispiel als Programm eines Mikrocomputers der Steuereinheit 14 realisiert. Die Struktur eines solchen Programms ist anhand des in Fig. 2 dargestellten Ablaufdiagramms skizziert.
Bei Vorliegen einer Beschleunigungsanforderung durch den Fahrer wird das in Fig. 2 skizzierte Programm aufgerufen. Eine Beschleunigungsanforderung wird beispielsweise durch eine Änderung der Fahrerwunsches erkannt (zeitliche Änderung übersteigt einen Schwellenwert). Andere Betriebssituationen, in denen das skizzierte Programm aufgerufen wird, sind eine Volllastanforderung des Fahrers (vollständig oder nahezu vollständig betätigtes Fahrpedal) oder ein Anfahrwunsch des Fahrers (beispielsweise bei Einlegen eines Getriebegangs, Betätigen der Kupplung, Betätigen des Fahrpedals, etc.). Wird ein solches, das Programm einleitende Ereignis erkannt, so wird im ersten Schritt 100 der zusätzliche Hilfslader (elektrischer Turboverdichter ETV) aktiviert. Dies erfolgt durch Ausgabe eines Ansteuersignals an den elektrischen Motor. Das Ansteuersignal ist dabei je nach Ausführung fest vorgegeben oder betriebsgrößenabhängig. Im darauffolgenden Schritt 102 wird die Zündhilfe angesteuert. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel ist diese Zündhilfe im Abgastrakt des Verbrennungsmotors eine Glühkerze, an die von der elektronischen Steuereinheit ein Ansteuersignal vorgegebener Stärke ausgegeben wird. Daraufhin wird im Schritt 104 überprüft, ob diese Zündhilfe betriebsbereit ist. Dies ist bei einer Glühkerze dann der Fall, wenn eine bestimmte Temperatur erreicht ist.
Erkannt wird dies beispielsweise durch den Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer nach Beginn der Ansteuerung der Glühkerze, anhand des Abgastemperatursignals oder eines Temperatursignals der Glühkerze, etc. Ist die Zündhilfe nicht betriebsbereit, so wird im darauffolgenden Schritt 106 überprüft, ob der zusätzliche Laderbetrieb beendet ist. Dies ist bevorzugt dann der Fall, wenn der Ladedruck einen bestimmten Grenzwert erreicht hat (in einer anderen Anwendung hat sich der Ablauf einer vorgegebenen Zeit als geeignet erwiesen). Ist dieser Grenzwert nicht erreicht, wird im Schritt 108 überprüft, ob die auslösende Betriebsphase, die Beschleunigungsanforderung, die Volllastanforderung oder der Anfahrvorgang beendet ist. Die Beschleunigungsphase ist beispielsweise beendet, wenn der Fahrer das Pedal zurücknimmt oder ein stationärer Zustand erreicht ist. Die Volllastanforderung ist beendet, wenn das Fahrpedal den Volllastbereich verlässt. Der Anfahrvorgang ist mit Erreichen einer bestimmten Fahrzeuggeschwindigkeit beendet. Ist die Betriebsphase beendet, wird das Programm ebenfalls beendet, andernfalls mit Schritt 100 wiederholt. Hat die Abfrage in Schritt 104 ergeben, dass die Zündhilfe betriebsbereit ist, wird im Schritt 110 die Nacheinspritzung zugelassen. Dabei wird im Bereich des oberen Totpunkts beim Ladungswechsel und bei Ventilüberschneidung Kraftstoff in den Zylinder eingespritzt. Entsprechende Ansteuersignale an die Einspritzventile gibt das elektrische Steuergerät aus. Dabei findet die Nacheinspritzung immer nur in dem Zylinder statt, in dem die Ventilüberschneidung vorliegt. Die mit der Nacheinspritzung eingespritzte Kraftstoffmasse ist dabei so zu bemessen, dass ein brennfähiges Luft-Kraftstoff-Gemisch entsteht. Sie ist je nach Ausführung fest vorgegeben oder betriebsgrößenabhängig (z. B. abhängig vom Luftmassenstrom oder der Füllung des Zylinders, vom Ladedruck, vom Druckgefälle zwischen Saugrohr und Abgastrakt, etc.), muss aber auf jeden Fall für ein zünd- bzw. brennfähiges Gemisch sorgen.
Ist in Schritt 106 festgestellt worden, dass der vorgegebene Ladedruck erreicht ist oder die Zeit abgelaufen ist, so wird gemäß Schritt 112 der zusätzliche Lader abgeschaltet, d. h. kein Ansteuersignal für den Motor mehr ausgegeben.
Fig. 3 zeigt am Beispiel eines Zylinders die Lage der Nacheinspritzung. Aufgetragen ist in der Horizontalen der Kurbelwellenwinkel. Eingezeichnet ist der Öffnungswinkel des Auslassventils AV, der kurz vor dem unteren Totpunkt (UT) bis kurz nach dem oberen Totpunkt der Ladungswechselphase (Ladungswechsel-OT; LOT) sich befindet sowie der Öffnungswinkel des Einlassventils EV, der kurz vor dem Ladungswechsel-OT bis kurz nach dem darauffolgenden unteren Totpunkt UT sich erstreckt. Im Bereich des Ladungswechsel-OTs gibt es einen Ventilüberschneidungswinkel, in dem die Nacheinspritzung stattfindet. Die nächste Primäreinspritzung in diesem Zylinder findet im Bereich des oberen Totpunkts in der Zündphase (Zündungs-OT; ZOT) statt, auf den dann beim nächsten Erreichen eines oberen Totpunkts (Ladungswechsel-OT) wieder eine Nacheinspritzung erfolgt. Der mit der Primäreinspritzung eingespritzte Kraftstoff wird mittels der Zündung noch in der Brennkammer zur Drehmomentenerzeugung verbrannt. Während der gesamten Zeit ist die Zündhilfe aktiv, d. h. im Falle einer Glühkerze angesteuert.
Fig. 4 zeigt Zeitdiagramme wesentlicher Betriebsgrößen in Verbindung mit der oben dargestellten Vorgehensweise. Fig. 4a zeigt den zeitlichen Verlauf des Fahrpedalwegs β, Fig. 4b den zeitlichen Verlauf des Stromes durch den Stellmotor des elektrischen Turboverdichters I_etv, Fig. 4c den Strom in der Zündhilfe (Glühkerze) I_gk, Fig. 4d die Temperatur der Glühkerze T_gk, Fig. 4e den zeitlichen Bereich, in dem Nacheinspritzung zugelassen ist, und Fig. 4f den zeitlichen Verlauf des Ladedrucks.
Zum Zeitpunkt T0 betätigt der Fahrer das Fahrpedal, im gezeigten Ausführungsbeispiel auf 100%. Er fordert also Volllast. Daher wird zum Zeitpunkt T0 der Hilfslader angesteuert. Entsprechend zeigt sich in Fig. 4b ein Stromverlauf. Infolge der Betätigung des Hilfsladers steigt der Ladedruck unmittelbar nach dem Zeitpunkt T0 an. Kurz nach dem Zeitpunkt T0 wird gemäß Fig. 4c das zusätzliche Zündmittel eingeschaltet. Dies führt zu einem langsamen Anstieg der Temperatur der Glühkerze. Bis dahin zeigt sich die Wirkung des Hilfsladers darin, dass der Ladedruck schon kurz nach dem Zeitpunkt T0 einen sehr hohen Wert angenommen hat. Nach Ablauf einer gewissen Zeit ist die Zündhilfe betriebsbereit, so dass zum Zeitpunkt T1 die Nacheinspritzung zugelassen wird. Bei Erreichen des gewünschten Ladedrucks zum Zeitpunkt T2 wird der Hilfslader abgeschaltet (vergleiche Fig. 4b). Zum Zeitpunkt T3 lässt der Fahrer das Fahrpedal los (vergleiche Fig. 4a). Dies führt zum Abschalten der Zündhilfe (Fig. 4c) und zum Abschalten der Nacheinspritzung (4e). Entsprechend sinkt ab dem Zeitpunkt T3 der Ladedruck wieder ab. Ebenso nimmt die Temperatur der Glühkerze gemäß Fig. 4d ab.
Fig. 5 zeigt ein Diagramm, in welchem das Verhältnis des Saugrohrdrucks zum Abgasgegendruck und das Verhältnis aus Spülluftmassenstrom zu Arbeitsluftmassenstrom für verschiedene Motordrehzahlen dargestellt ist. Dabei ist das Druckverhältnis auf der Horizontalen, das Massenstromverhältnis auf der Vertikalen aufgetragen. Es zeigt sich, dass je höher das Druckgefälle zwischen Saugrohr und Abgasstrom, um so größer das Massenstromverhältnis ist. Mit anderen Worten ergeben sich für große Druckverhältnisse große Spülluftmassenströme. Mit anderen Worten ergeben größe Spülluftmassenströme auch große Druckverhältnisse zwischen Saugrohr und Abgasdruck. Dieses Verhalten erklärt wie oben erwähnt die vorteilhafte Wirkungsweise des extern angetriebenen Hilfsladers.
In Fig. 6 ist der Luftmassenstrom (Raute) und das Druckverhältnis (Quadrat) über der Motordrehzahl aufgetragen. Am Beispiel der Motordrehzahl von 1000 Umdrehungen pro Minute ist gezeigt, dass durch die zusätzliche Energie des extern betriebenen Hilfsladers und der Nachverbrennung eine erhebliche Steigerung von Druckverhältnis und Luftmassenstrom erreicht wird. Das Druckverhältnis wird von ca. 1,2 bei einem herkömmlichen Abgasturbolader auf einen Wert von ca. 1,7 im gezeigten Ausführungsbeispiel angehoben, während der Luftmassenstrom von ca. 55 kg/h bei herkömmlichen Systemen auf ca. 100 kg/h erhöht werden kann. Daher lässt sich ein gesteigertes Druckangebot auf der Verdichterseite erreichen und den Wirkungsgrad des Abgasturboladersystems erhöhen.
Fig. 7 zeigt das Druckverhältnis aufgetragen über der Motordrehzahl im Vergleich eines herkömmlichen Abgasturboladers und eines Abgasturboladers mit elektrischem Hilfslader und Nachverbrennung. Es zeigt sich, dass im Bereich kleiner Motordrehzahlen der herkömmliche Abgasturbolader (durchgezogene Linie) ein kleines, langsam ansteigendes Druckverhältnis aufweist, während ein Abgasturboladersystem mit Nachverbrennung bereits bei kleinen Drehzahlen ein hohes Druckverhältnis erreicht. Der bereits bei kleinen Drehzahlen erreichte hohe Ladedruck lässt sich also über einen großen Motordrehzahlbereich aufrechterhalten.
In Fig. 8 schließlich ist der für die jeweiligen Betriebszustände berechnete Wirkungsgrad (isotroper Verdichterwirkungsgrad) des Abgasturboladersystems über der Motordrehzahl aufgetragen. Mit der Raute ist dabei der Turbinenwirkungsgrad, mit dem Quadrat der Verdichterwirkungsgrad dargestellt. Die entsprechenden Wirkungsgradwerte des herkömmlichen Abgasturboladers stehen bei 1000 Umdrehungen pro Minute im Bereich von 0,4 und erhöhen sich bei 1500 Umdrehungen pro Minute in den Bereich zwischen 0,6 und 0,7. Durch den Einsatz eines zusätzlichen Hilfsladers und der Nachverbrennung wird aufgrund der Betriebspunktverschiebung bereits bei 1000 Umdrehungen ein Wirkungsgrad im Bereich von 0,6 bis 0,7 erreicht, d. h. die Situation bei 1500 Umdrehungen pro Minute schon bei erheblich früheren Motordrehzahlen erreicht. Dies verbessert das Anfahrverhalten nachdrücklich.

Claims

1. Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors, welcher einen Abgasturbolader aufweist, wobei neben einer Primäreinspritzung in ein oder mehrere Zylinder des Verbrennungsmotors eine Nacheinspritzung veranlaßt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Nacheinspritzung ein brennfähiges Luft-/Kraftstoffgemisch erzeugt, welches durch Ansteuerung eines Zündmittels, welches im Abgastrakt des Verbrennungsmotors angeordnet ist, gezündet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nacheinspritzung dann vorgenommen wird, wenn sich die Öffnungswinkel von Auslaßventil und Einlaßventil des entsprechenden Zylinders überschneiden.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein extern betreibbarer Hilfslader in Ergänzung zum Abgasturbolader vorgesehen ist, der in wenigstens einer Betriebssituation aktiviert ist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Volllastanforderung oder bei einer Beschleunigungsanforderung oder bei einem Anfahrvorgang das zusätzliche Zündmittel im Abgastrakt angesteuert wird und die Nacheinspritzung zugelassen wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit Beginn der wenigstens einen Betriebssituation der extern betreibbare Hilfslader eingeschaltet wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erreichen eines Ausschaltkriteriums der extern betreibbare Hilfslader abgeschaltet wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine variable Ventilzeitensteuerung vorgesehen ist, die eine Veränderung des Ventilöffnungsventils vornimmt, so dass eine möglichst große Winkelüberschneidung der Ventilöffnungen vorliegt.

8. Vorrichtung zum Betreiben eines Verbrennungsmotors, der einen Abgasturbolader aufweist, mit einer elektronischen Steuereinheit, die in jeden Zylinder der Brennkraftmaschine eine Primäreinspritzung veranlasst, die in wenigstens einer Betriebssituation in wenigstens einem Zylinder des Verbrennungsmotors eine Nacheinspritzung veranlasst, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinheit derart ausgebildet ist, dass sie ein im Abgastrakt angeordnetes zusätzliches Zündmittel ansteuert zur Zündung des durch die Nacheinspritzung erzeugten brennbaren Luft- /Kraftstoffgemisches im Abgastrakt vor der Turbine des Abgasturboladers.