Bei direkteinspritzenden Brennkraftmaschinen mit Selbstzün- dung werden oftmals homogene magere Kraftstoff/Luft-Gemische zur Selbstzündung gebracht, so dass hohe Wirkungsgrade und verbesserte Abgasemissionen erzielt werden. Bei solchen soge- nannten HCCI-bzw. PCCI-Brennkraftmaschinen, auch als Brenn- kraftmaschinen mit Raumzündverbrennung bekannt, wird in der Regel bei Teillast ein mageres Grundgemisch aus Luft, Kraft- stoff und zurückgehaltenem Abgas gebildet und selbstgezündet.

Bei Volllast wird häufig ein stöchiometrisches Gemisch gebil- det und fremdgezündet, denn bei hohen Lasten könnten durch die Selbstzündung steile Druckanstiege im Brennraum auftre- ten, welche zu einer Beeinträchtigung des Betriebs führen würden.

Aus der Patentschrift DE 198 10 935 C2 ist ein Verfahren zum Betrieb einer nach dem Vier-Takt-Prinzip arbeitenden Brenn- kraftmaschine bekannt, bei dem ein homogenes mageres Grundge- misch aus Luft, Kraftstoff und zurückgehaltenem Abgas gebil- det wird, welches nach einer Kompressionszündung verbrannt wird. Dabei wird zur Erweiterung des motorischen Betriebsbe- reiches mit Kompressionszündung eine Aktivierungsphase zwi- schengeschaltet. Während der Kompression des zurückgehaltenen Abgases wird eine Aktivierungskraftstoffmenge in den Brenn- raum eingespritzt und mit den restlichen Gemischanteilen im Brennraum möglichst homogen verteilt. Dem Gemisch wird hier- durch thermische Energie durch Leistung und Kompression zuge- führt, so dass eine chemische Reaktion bzw. eine Zündung in der Nähe des oberen Ladungswechsel-Totpunkts eingeleitet wird. Über den Zeitpunkt und die Menge der Aktivierungsein- spritzung kann der Zündzeitpunkt der Frischladung bei der Hauptverbrennung gesteuert werden.

Nach heutigem Stand der Technik ist eine gezielte Steuerung der oben beschriebenen Verbrennung nur schwer zu erreichen, da der Zeitpunkt der Selbstzündung sehr stark von den motori- schen Parametern und den Umgebungsbedingungen abhängt. Daher wird versucht, mit Hilfe bestimmter Regelgrößen z. B. durch ein Zylinderdrucksignal die Einleitung der Kompressionszün- dung zu steuern. Solche Konzepte sind allerdings mit einem hohen Aufwand an Motorsteuerungstechnik verbunden, die zu ei- nem Anstieg der Herstellungskosten bei derartigen Brennkraft- maschinen führt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine zu schaffen, bei dem ein zuverlässiger Betrieb mit Selbstzündung gewährleistet wird.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass im Brennraum einer Brennkraftmaschine Abgas zurückgehal- ten wird, welches während eines Ladungswechsels komprimiert wird, wobei mittels einer direkten Kraftstoffeinspritzung ei- ne erste Kraftstoffmenge in das zurückgehaltene Abgas einge- spritzt wird. Nachfolgend wird, vorzugsweise während der An- saugphase und/oder in einem Anfangsteil der Kompressionspha- se, dem Brennraum eine zweite Kraftstoffmenge zugeführt, so dass im Brennraum ein homogenes Kraftstoff/Luft-Gemisch ge- bildet wird. Dabei wird ein Selbstzündungszeitpunkt des aus der ersten und der zweiten Kraftstoffmenge gebildeten Kraft- stoff/Luft-Gemisches in Abhängigkeit von einem Mengenverhält- nis der ersten zur zweiten Kraftstoffmenge eingestellt.

Die Einspritzung der ersten Kraftstoffmenge ins zurückgehal- tene Abgas bewirkt eine optimale Homogenisierung bzw. eine Vorkonditionierung der ersten Kraftstoffmenge, welche zu ei- ner Erhöhung einer Gemischreaktivität des aus der ersten und der zweiten Kraftstoffmenge gebildeten Kraftstoff/Luft- Gemisches führt. Hierdurch wird das Einsetzen der Selbstzün- dung, insbesondere bei Betriebspunkten mit geringer Abgastem- peratur begünstigt. Vorzugsweise wird die erste Kraftstoff- einspritzung zwischen einem Schließen eines Auslassventils und einem Öffnen eines Einlassventils vorgenommen. Je nach Einspritzzeitpunkt der ersten Kraftstoffmenge kann der Vor- konditionierungseffekt über die reine Homogenisierung hinaus gehen. Wenn insbesondere der Kraftstoff vor dem oberen La- dungswechsel-Totpunkt ins zurückgehaltene Abgas eingespritzt wird, das auch Restluft enthält, kann es zu umsetzungsartigen Reaktionen kommen, durch die die Gemischtemperatur beein- flusst, insbesondere erhöht werden kann.

In Ausgestaltung der Erfindung wird das Mengenverhältnis der ersten zur zweiten Kraftstoffmenge von 1 : 100 bis 2 : 1, insbe- sondere von 1 : 5 bis 1 : 3 eingestellt. Hierdurch kann der Vor- konditionierungseffekt mittels der ersten Kraftstoffmenge dem gefahrenen Betriebspunkt angepasst werden. Vorzugsweise fin- det die Einspritzung der zweiten Kraftstoffmenge saugsynchron statt, so dass die durch die erste Kraftstoffmenge einge- stellte Gemischreaktivität weder erhöht noch vermindert wird.

Die zweite Kraftstoffmenge dient somit in erster Linie zur Einstellung einer gewünschten Last.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird eine Schwerpunktlage der Verbrennung mittels einer Einspritzung einer dritten Kraftstoffmenge eingestellt, die nach Beendi- gung der Einspritzung der zweiten Kraftstoffmenge und vor- zugsweise vor einem oberen Zünd-Totpunkt vorgenommen wird.

Die dritte Kraftstoffmenge zielt insbesondere bei hohen Las- ten auf eine Minderung der Reaktivität der Gesamtzylinderla- dung ab. Hierdurch sollen große Brenngeschwindigkeiten bzw. hohe Druckanstiege im Brennraum vermindert werden.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die Dauer der Verbrennung in Abhängigkeit von der dritten Kraftstoff- menge und ihrem Einspritzzeitpunkt eingestellt. Mit der durch die dritte Kraftstoffmenge erzielte Verminderung der Gemisch- reaktivität wird ein Durchbrennen der Zylinderladung verlang- samt, so dass je nach Einspritzzeitpunkt der dritten Kraft- stoffmenge die Verbrennungsdauer lastabhängig optimiert wer- den kann.

Weitere Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der Beschreibung. Ein konkretes Ausführungsbeispiel der Er- findung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt in schematischer Darstellungsweise einen Zylinderdruckverlauf einer Brennkraftmaschine, die wahlweise mit Selbstzündung und/oder mit Fremdzündung betrie- ben wird.

Eine beispielhafte Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung umfasst mindestens einen Zylinder, in dem ein längsver- schieblich gehaltener Kolben geführt ist, wobei pro Brennraum mindestens ein Einlassventil, ein Auslassventil, ein Kraftstoffinjektor und wahlweise eine Zündquelle vorgesehen sind. Der Brennraum der Brennkraftmaschine wird von einem Zy- linderkopf nach oben hin abgeschlossen, wobei der Kolben den Brennraum nach unten hin begrenzt. Die Einlass-und Auslass- ventile werden von einer Betätigungsvorrichtung geöffnet und geschlossen, wobei ein Steuergerät die Öffnungs-und Schließ- zeitpunkte der Einlass-und Auslassventile dem gefahrenen Be- triebspunkt entsprechend steuert. Vorzugsweise arbeitet die Brennkraftmaschine nach dem 4-Takt-Prinzip.

Bei einem 4-Takt-Verfahren entspricht ein Takt einem vollen Kolbenhub. Gemäß der gezeigten Figur ist der Verlauf des Brennraumdruckes während eines Arbeitsspiels der erfindungs- gemäßen Brennkraftmaschine dargestellt. Das aus vier Takten bestehende Arbeitsspiel der Brennkraftmaschine entspricht ei- nem Verbrennungszyklus, wobei ein Verbrennungszyklus mit ei- nem ersten Ansaugtakt bei einem oberen Ladungswechsel- Totpunkt LOT beginnt, bei dem sich der Kolben in einer Ab- wärtsbewegung bis zu einem unteren Totpunkt UT bewegt. Beim Ansaugtakt wird dem Brennraum Verbrennungsluft zugeführt, wo- bei erfindungsgemäß in einem Ausschiebetakt eines vorherigen Arbeitsspiels eine bestimmte Menge an Abgas im Brennraum zu- rückgehalten wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren zielt darauf ab, mittels einer ersten Einspritzung E1, die in den mit zurückgehaltenem Abgas gefüllten Brennraum eingebracht wird, eine bestimmte Gemisch- reaktivität eines aus der ersten und einer nachfolgenden zweiten Kraftstoffmenge E2 gebildeten Kraftstoff/Luft- Gemisches einzustellen. Hierdurch wird das Einsetzen der Selbstzündung geregelt bzw. gesteuert. Dies ist insbesondere bei Betriebspunkten mit geringer Abgastemperatur vorteilhaft, da ein zuverlässiger Betrieb der Brennkraftmaschine mit Kom- pressionszündung auch in unteren Drehzahl-und Lastbereichen ermöglicht wird.

Durch die erste Kraftstoffmenge E1 steht für eine anschlie- ßende Hauptverbrennung ein höheres Energie bzw. Temperaturni- veau zur Verfügung, wodurch ein Energieverlust aufgrund der kleineren umgesetzten Kraftstoffmenge bei der Realisierung niedriger Motorlasten kompensiert werden kann. Dadurch wird der mit Kompressionszündung gefahrene Betriebsbereich vergrö- ßert, so dass weiterhin verbesserte Abgasemissionen bei- spielsweise bei Leerlauf erzielt werden können.

Vorzugsweise wird die erste Kraftstoffeinspritzung E1 zwi- schen dem Schließen des Auslassventils AS und dem Öffnen des Einlassventils EÖ vorgenommen. Alternativ kann die erste Kraftstoffmenge in das im Brennraum zurückgehaltene Abgas während des Ausschiebetakts der Brennkraftmaschine zwischen dem Schließen des Auslassventils AS und 270°KW vor einem obe- ren Zünd-Totpunkt ZOT eingespritzt werden.

Alternativ kann die erste Kraftstoffmenge E1 in einem Bereich zwischen dem Schließen des Auslassventils AS und einem La- dungswechsel-Totpunkt LOT in den Brennraum eingebracht wer- den. Hierdurch werden die Umsetzungsartigen Reaktionen bei der ersten Kraftstoffeinspritzung El erhöht. Die Einspritzung der ersten Kraftstoffmenge E1 führt zu umsetzungsartigen Re- aktionen, mit denen die Gemischendtemperatur beeinflusst wird. Somit kann der Selbstzündzeitpunkt beeinflusst werden.

Vorzugsweise beträgt die erste Kraftstoffmenge zwischen 0% und 30% der Gesamtkraftstoffmenge, wobei die zweite Kraft- stoffmenge zwischen 30% bis 100% der Gesamtkraftstoffmenge betragen kann.

Durch die Einbringung der zweiten Kraftstoffmenge E2 in den Brennraum wird das Hauptgemisch gebildet, das im Kompres- sionstakt verdichtet wird. Während des Kompressionstaktes be- wegt sich der Kolben in einer Aufwärtsbewegung vom unteren Totpunkt UT bis zum oberen Zünd-Totpunkt ZOT. Das gebildete Hauptgemisch wird in einem Bereich des oberen Zünd-Totpunkts ZOT durch die vorliegende Kompression gezündet. Erfindungsge- mäß wird der Selbstzündungszeitpunkt des aus der ersten und der zweiten Kraftstoffmenge gebildeten Kraftstoff/Luft- Gemischs in Abhängigkeit von einem Mengenverhältnis E1/E2 der ersten zur zweiten Kraftstoffmenge eingestellt. Vorzugsweise beträgt das Mengenverhältnis E1 : E2 der ersten zur zweiten Kraftstoffmenge zwischen 1 : 100 und 2 : 1. Eine besonders vor- teilhafte Vorkonditionierung des Hauptgemisches stellt sich bei einem Mengenverhältnis E1 : E2 zwischen 1 : 20 und 2 : 1 oder zwischen 1 : 5 und 1 : 3 ein. Vorzugsweise wird die zweite Kraft- stoffmenge E2 in einem Bereich zwischen 300°KW und 120°KW vor dem oberen Zünd-Totpunkt ZOT in den Brennraum eingespritzt.

Während der noch laufenden Verbrennung des Hauptgemisches ex- pandiert der Kolben in einer Abwärtsbewegung bis zu einem un- teren Totpunkt UT. Die Schwerpunktlage der Verbrennung kann erfindungsgemäß mittels einer Einspritzung einer dritten Kraftstoffmenge E3 optimiert werden. Die dritte Kraftstoff- menge E3 wird erfindungsgemäß nach Beendigung der zweiten Kraftstoffmenge E2 in den Brennraum eingebracht. Wahlweise findet eine Einspritzung der dritten Kraftstoffmenge E3 vor oder nach dem Einsetzen der Selbstzündung statt, wobei vor- zugsweise vor dem oberen Zünd-Totpunkt ZOT eingespritzt wird, so dass die Reaktivität des Hauptgemisches bzw. der Gesamtzy- linderladung vermindert bzw. verändert werden kann. Die drit- te Kraftstoffeinspritzung E3 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 besse- re Abgasemissionen erzielt. Vorzugsweise beträgt die dritte Kraftstoffmenge E3 0% bis 30% der Gesamtkraftstoffmenge.

Im darauf folgenden Ausschiebetakt fährt der Kolben in einer Aufwärtsbewegung bis zum oberen Ladungswechsel-Totpunkt LOT und schiebt die Abgase aus dem Brennraum aus. Während des Ausschiebetakts wird das Auslassventil geöffnet (AÖ), so dass die Abgase aus dem Brennraum ausgeschoben werden, wobei durch ein frühzeitiges Schließen des Auslassventils (AS) eine be- stimmte Menge an Abgas im Brennraum zurückgehalten wird.

Erfindungsgemäß findet im Bereich des oberen Ladungswechsel- Totpunkts LOT die Umsetzung der ersten Kraftstoffmenge E1 statt, so dass durch eine Vorkonditionierung bzw. eine Zu- satzverbrennung eine Anhebung der Brennraumtemperatur statt- findet. Dies führt zu einer Anhebung des Brennraumdruckes.

Durch die Energieumsetzung im Bereich des oberen Ladungswech- sel-Totpunkts LOT wird ebenfalls die Temperatur des im Brenn- raum zurückgehaltenen Abgases insgesamt angehoben, so dass die hohen Wärmeverluste des Abgases an eine Brennraumwandung, insbesondere in unteren Drehzahl-und Lastbereichen kompen- siert werden. Für die anschließende Hauptverbrennung steht somit ein höheres Energie-bzw. Temperaturniveau zur Verfü- gung, wodurch ein Energieverlust aufgrund der kleineren umge- setzten Kraftstoffmenge bei der Realisierung niedriger Motor- lasten kompensiert werden kann. Dadurch wird ein zuverlässi- ger Betrieb der Brennkraftmaschine mit Kompressionszündung auch in unteren Drehzahl-und Lastbereichen ermöglicht. Der mit Kompressionszündung gefahrene Betriebsbereich wird somit vergrößert, so dass weiterhin verbesserte Abgasemissionen beispielsweise im Leerlauf erzielt werden können.

Alternativ kann das Hauptgemisch lastabhängig, beispielsweise im Startbetrieb oder in Bereichen mit hoher Last, insbesonde- re bei Volllast, mittels einer Zündquelle fremdgezündet wer- den.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann die Brennkraftma- schine im wesentlichen bei allen Lastpunkten bzw. in allen Lastbereichen mit Kompressionszündung betrieben werden, ohne dass es zu Zündaussetzern kommt. Durch die erste Kraftstoff- einspritzung E1 wird der Betrieb einer HCCI- Brennkraftmaschine bei kleinen Lasten ermöglicht, wobei durch die optionale dritte Kraftstoffeinspritzung E3 bei hohen Las- ten steile Druckanstiege vermieden werden. Durch die Anhebung der Temperatur im Brennraum beim oberen Ladungswechsel- Totpunkt LOT wird sichergestellt, dass möglichst in jedem Verbrennungszyklus eine Verbrennung mit Kompressionszündung stattfinden kann.

Es ist denkbar, die erste Kraftstoffeinspritzung El auszulas- sen, und das erfindungsgemäße Verfahren mit der zweiten E2 und der dritten Kraftstoffeinspritzung E3 durchzuführen.