Kraftwagens

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftwagens, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 .

Ein solches Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftwagens, ist aus dem allgemeinen Stand der Technik und insbesondere aus dem Serienfahrzeugbau bereits hinlänglich bekannt. Dabei umfasst die

Verbrennungskraftmaschine wenigstens einen Brennraum. Die

Verbrennungskraftmaschine ist beispielsweise als Hubkolben-Verbrennungsmaschine ausgebildet, sodass der Brennraum beispielsweise als Zylinder ausgebildet ist.

Ferner umfasst die Verbrennungskraftmaschine wenigstens ein dem Brennraum zugeordnetes Einlassventil. Üblicherweise sind dem Brennraum zwei Einlassventile zugeordnet. Ein solches Einlassventil ist ein Gaswechselventil, welches zwischen einer Schließstellung und wenigstens einer Offenstellung, insbesondere mehreren

Offenstellungen, bewegbar ist. Das Einlassventil dient dem Steuern des Gaswechsels. Das Einlassventil wird genutzt, um ein Einströmen von zumindest Luft in den Brennraum zu steuern, das heißt einzustellen. Dem Einlassventil ist beispielsweise wenigstens ein Einlasskanal zugeordnet, welcher zumindest von Luft durchströmbar ist. Befindet sich das Einlassventil in der Schließstellung, so ist der Einlasskanal fluidisch versperrt, sodass keine Luft den Einlasskanal durchströmen und von dem Einlasskanal in den Brennraum einströmen kann. Ist das Einlassventil geöffnet, so kann zumindest Luft den Einlasskanal durchströmen und von dem Einlasskanal in den Brennraum einströmen.

Dem Brennraum ist ferner wenigstens ein Injektor zugeordnet. Im Rahmen des

Verfahrens wird Kraftstoff, insbesondere flüssiger Kraftstoff, zum Betreiben der

Verbrennungskraftmaschine mittels des Injektors direkt in den Brennraum eingespritzt. Somit ist eine Kraftstoff-Direkteinspritzung vorgesehen, welche auch als Direkteinspritzung bezeichnet wird, wobei im Rahmen der Direkteinspritzung der

Kraftstoff mittels des Injektors direkt in den Brennraum eingespritzt wird.

Durch das Einspritzen des Kraftstoffes in den Brennraum und durch das Zuführen von Luft in den Brennraum entsteht im Brennraum ein Kraftstoff-Luft-Gemisch, welches, beispielsweise mittels einer Zündeinrichtung, gezündet und verbrannt werden kann.

Daraus resultiert Abgas im Brennraum der Verbrennungskraftmaschine.

Ferner offenbart die DE 102 31 582 A1 ein Verfahren zur Bildung eines zündfähigen Kraftstoff-Luft-Gemisches in einem Brennraum einer direkteinspritzenden

Brennkraftmaschine, insbesondere einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine, mit einer einen Verschlusskörper aufweisenden Kraftstoffeinspritzdüse. Die Kraftstoffeinspritzdüse ist Teil eines Injektors. Bei dem Verfahren wird der Verschlusskörper der

Kraftstoffeinspritzdüse von einer Schließposition bis zu einer Betriebsposition mittels einer Steuereinrichtung bewegt, wobei ein Betriebshub und eine Kraftstoffeinspritzdauer variabel einstellbar sind. Dabei ist es vorgesehen, dass während eines

Kraftstoffeinspritzvorgangs der Verschlusskörper zwischen der Schließposition und der Betriebsposition mit einer variierenden Beschleunigung derart bewegt wird, dass bis zu der Einstellung des vorgebbaren Betriebshubes unterschiedliche Geschwindigkeiten eingestellt werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders Verbrauchs- und emissionsgünstiger Betrieb der Verbrennungskraftmaschine realisiert werden kann.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.

Um ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders Verbrauchs- und emissionsgünstiger Betrieb der Verbrennungskraftmaschine realisiert werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Kraftstoff mittels des Injektors in den Brennraum eingespritzt, insbesondere direkt eingespritzt, wird, indem wenigstens ein Teilhub des Injektors durchgeführt wird, während das Einlassventil geöffnet ist. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass der Teilhub vollständig durchgeführt wird, während das Einlassventil geöffnet wird. Im Folgenden wird der Teilhub des Injektors erläutert: Der Injektor weist eine Kraftstoffeinspritzdüse auf, in welchem der Kraftstoff beziehungsweise ein Teil des Kraftstoffes aufnehmbar ist. Die Kraftstoffeinspritzdüse weist dabei wenigstens eine Auslassöffnung auf, welche auch als Einspritzöffnung, Austrittsöffnung oder Einspritzloch bezeichnet wird und als Durchgangsöffnung ausgebildet ist. Dabei ist durch die

Kraftstoffeinspritzdüse wenigstens ein Aufnahmeraum zum Aufnehmen des Kraftstoffes in dem Injektor begrenzt. Die Einspritzöffnung ist einerseits fluidisch mit dem

Aufnahmeraum verbunden und mündet andererseits an die Umgebung des Injektors. Im fertig hergestellten Zustand der Verbrennungskraftmaschine mündet die Einspritzöffnung somit in den Brennraum, sodass zumindest ein Teil des in dem Aufnahmeraum des Injektors aufgenommenen Kraftstoffes über die Einspritzöffnung aus dem Aufnahmeraum beziehungsweise aus dem Injektor insgesamt abgespritzt und somit direkt in den

Brennraum eingespritzt werden kann.

Dabei umfasst der Injektor wenigstens ein Ventilelement, welches relativ zu der

Kraftstoffeinspritzdüse, insbesondere translatorisch, bewegbar ist. Ferner ist das

Ventilelement zumindest teilweise in der Kraftstoffeinspritzdüse bzw. Injektor

aufgenommen, wobei das Ventilelement als Nadel beziehungsweise Ventilnadel ausgebildet ist. Das Ventilelement ist zwischen einer Schließstellung und wenigstens zwei von der Schließstellung und voneinander unterschiedlichen Offenstellungen bewegbar. In seiner Schließstellung liegt das Ventilelement an einem Ventilsitz der

Kraftstoffeinspritzdüse an und trennt die Einspritzöffnungen vom Aufnahmeraum. In seiner Offenstellung ist das Ventilelement von seinem Ventilsitz abgehoben und

Einspritzöffnungen und Aufnahmeraum sind fluidisch verbunden.

Ist der Injektor als nach außen öffnender Injektor mit einer nach außen öffnenden

Kraftstoffeinspritzdüse ausgebildet, so bewegt sich das Ventilelement auf seinem Weg von der Schließstellung in die jeweilige Offenstellung von der Kraftstoffeinspritzdüse bzw. vom Ventilsitz weg und in den Brennraum. Ist der Injektor als nach innen öffnender Injektor mit einer nach innen öffnenden Kraftstoff einspritzdüse ausgebildet, so bewegt sich das Ventilelement auf seinem Weg von der Schließstellung in die jeweilige

Offenstellung vom Ventilsitz in die Kraftstoffeinspritzdüse hinein beziehungsweise von dem Brennraum weg.

Der Injektor weist einen Durchflussquerschnitt auf, über welchen der im Injektor aufgenommene Kraftstoff aus dem Aufnahmeraum beziehungsweise aus dem Injektor abgespritzt und dabei direkt in den Brennraum eingespritzt werden kann. Dieser Durchflussquerschnitt ist bei der nach außen öffnenden Kraftstoffeinspritzdüse durch die Einspritzöffnung und bei der nach innen öffnenden Kraftstoffeinspritzdüse durch die Einspritzöffnungen und einem Querschnitt zwischen dem Ventilelement und seinem Ventilsitz insgesamt gebildet. In der Schließstellung ist die Einspritzöffnung oder

Einspritzöffnungen beziehungsweise der Durchflussquerschnitt mittels des Ventilelements fluidisch versperrt, sodass kein Kraftstoff aus dem Injektor abgespritzt und in den

Brennraum eingespritzt wird. Die Schließstellung ist dabei eine erste Endstellung des Ventilelements.

Eine erste der Offenstellungen ist eine zweite Endstellung des Ventilelements, wobei das Ventilelement maximal zwischen der ersten Endstellung und der zweiten Endstellung bewegt werden kann. Mit anderen Worten kann das Ventilelement maximal in einem Verstellbereich bewegt werden, wobei der Verstellbereich durch die Endstellungen begrenzt wird. Wird das Ventilelement aus der Schließstellung in die erste Offenstellung und dann wieder aus der ersten Offenstellung zurück in die Schließstellung bewegt, so führt das Ventilelement beziehungsweise der Injektor seinen Vollhub aus

beziehungsweise ein Vollhub des Ventilelements wird bewirkt. In der ersten Offenstellung gibt das Ventilelement zumindest einen ersten Teil des Durchflussquerschnitts, sodass Kraftstoff über den freigegebenen ersten Teil aus dem Injektor ausgespritzt und somit in den Brennraum direkt eingespritzt werden kann. Es ist vorgesehen, dass das

Ventilelement in der ersten Offenstellung den Durchflussquerschnitt vollständig freigibt.

Die zweite Offenstellung gehört zum Verstellbereich und ist bezogen auf den

Verstellbereich zwischen den zwei Endstellungen angeordnet. Wird das Ventilelement aus der Schließstellung in die zweite Offenstellung und dann wieder aus der zweiten Offenstellung zurück in die Schließstellung bewegt, wobei eine Bewegung des

Ventilelements aus der zweiten Offenstellung in die erste Offenstellung unterbleibt, so führt das Ventilelement beziehungsweise der Injektor insgesamt seinen Teilhub aus beziehungsweise ein Teilhub des Ventilelements und somit des Injektors insgesamt wird bewirkt beziehungsweise durchgeführt. In der zweiten Offenstellung gibt das

Ventilelement einen gegenüber dem Vollhub geringeren Durchflussquerschnitt frei..

Dies bedeutet, dass der Vollhub des Ventilelements beziehungsweise des Injektors bewirkt wird, indem das Ventilelement aus der Schließstellung in die erste Offenstellung und dann wieder aus der ersten Offenstellung zurück in die Schließstellung bewegt wird. Ferner wird der Teilhub des Ventilelements und somit des Injektors bewirkt, indem das Ventilelement aus der Schließstellung in die zweite Offenstellung und dann wieder aus der zweiten Offenstellung zurück in die Schließstellung bewegt wird, ohne dass das Ventilelement aus der zweiten Offenstellung weiter in Richtung der ersten Offenstellung beziehungsweise in die erste Offenstellung bewegt wird. Im Rahmen des Teilhubs wird das Ventilelement somit nicht in die zweite Endstellung bewegt.

Eine Zeitspanne, während welcher das Ventilelement aus der Schließstellung in die jeweilige Offenstellung und dann wieder aus der jeweiligen Offenstellung zurück in die Schließstellung bewegt wird, wird auch als Öffnungszeit, Einspritzzeit oder Einspritzdauer bezeichnet, da das Ventilelement beziehungsweise der Injektor insgesamt während der Einspritzzeit geöffnet ist, sodass mittels des Injektors während der Einspritzzeit Kraftstoff, insbesondere flüssiger Kraftstoff, direkt in den Brennraum eingespritzt wird. Da - wie beschrieben - der freigegebene zweite Teil geringer als der freigegebene erste Teil ist, wird bei gleichem Druck des Kraftstoffs und bei gleicher Einspritzzeit mittels des Vollhubs eine größere Menge des Kraftstoffs in den Brennraum eingespritzt als bei dem Teilhub. Die mittels des Injektors eingespritzte Menge des Kraftstoffs wird auch als

Einspritzmenge bezeichnet. Erfindungsgemäß ist es nun vorgesehen, den Kraftstoff in den Brennraum direkt einzuspritzen, indem der Teilhub und nicht etwa der Vollhub des Injektors durchgeführt wird, während das Einlassventil geöffnet ist.

Dem als Zylinder ausgebildeten Brennraum können zwei Einlassventile zugeordnet sein, wobei es vorzugsweise vorgesehen ist, dass der Kraftstoff in den Brennraum eingespritzt wird, indem der wenigstens eine Teilhub des Injektors durchgeführt wird, während das Einlassventil beziehungsweise alle, dem Brennraum zugeordnete Einlassventile geöffnet sind.

Dem jeweiligen Einlassventil ist ein Einlasskanal zugeordnet, über welchen dem

Brennraum zumindest Luft zuführbar ist. Dies bedeutet, dass zumindest Luft durch den Einlasskanal strömen kann. Das Einlassventil ist zwischen einer Schließstellung und wenigstens einer Offenstellung bewegbar, insbesondere translatorisch bewegbar. In der Schließstellung des Einlassventils ist der dem Einlassventil zugeordnete Einlasskanal mittels des Einlassventils fluidisch versperrt, sodass keine Luft den Einlasskanal durchströmen kann. Somit kann keine Luft von dem Einlasskanal in den Brennraum einströmen, wenn das Einlassventil seine Schließstellung einnimmt. In der Offenstellung des Einlassventils gibt das Einlassventil den dem Einlassventil zugeordneten Einlasskanal frei, sodass Luft den Einlasskanal durchströmen und von dem Einlasskanal in den

Brennraum einströmen kann. Das Einlassventil ist somit ein Gaswechselventil zum

Steuern des Gaswechsels des Brennraums. Dabei ist das Einlassventil an einem Zylinderkopf der Verbrennungskraftmaschine bewegbar gehalten und kann dabei zwischen der Schließstellung und der Offenstellung relativ zu dem Zylinderkopf, insbesondere translatorisch, bewegt werden.

Der Brennraum ist durch eine sogenannte Brennraumwand oder Zylinderwand zumindest teilweise, insbesondere seitlich, begrenzt, wobei die Brennraumwand durch ein

Gehäuseelement, insbesondere ein Zylindergehäuse, der Verbrennungskraftmaschine oder aber durch eine Laufbuchse gebildet ist. Ferner ist in dem Brennraum ein Kolben bewegbar, insbesondere translatorisch bewegbar, aufgenommen. Der translatorisch bewegbare Kolben ist zwischen einem unteren Totpunkt und einem oberen Totpunkt bewegbar. Ferner ist der Brennraum in eine Richtung, in die sich der Kolben auf seinem Weg zu seinem oberen Totpunkt bewegt, durch ein Brennraumdach begrenzt, wobei das Brennraumdach durch den zuvor genannten Zylinderkopf gebildet sein kann.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren können insbesondere die Rohemissionen und dabei speziell die Rußpartikelemission der Verbrennungskraftmaschine besonders gering gehalten und im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren reduziert werden. Dabei liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, dass Rußpartikel insbesondere durch die Benetzung von Kolben, Brennraumwand, Brennraumdach und Einlassventilen mit Kraftstoff entstehen. Da die Einlassventile beispielsweise bei homogenen oder homogen-mageren Brennverfahren, bei HOS- (HOS - homogen-schicht), sowie bei HSP-Betriebsarten (HSP - homogen-split) während eines Einspritzens von Kraftstoff in einem Ansaugtakt der Verbrennungskraftmaschine geöffnet sind, kommt es insbesondere zu einer Benetzung der Einlassventile, insbesondere der Oberflächen der Einlassventile, die dem

zugehörigen Einlasskanal zugewandt sind, mit Kraftstoff. Der Kraftstoff wird unter Ausbildung eines sogenannten Sprays in den Brennraum eingespritzt. Dabei wird der Kraftstoff durch den hohen Impuls des Sprays von den geöffneten Einlassventilen an Brennraumdach und Brennraumwand reflektiert. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann die Benetzung beziehungsweise Reflexion gering gehalten werden, sodass sich eine nachweislich geringere Partikelemission, das heißt Rußpartikelemission, ergibt und sich ein geringerer Kraftstoffverbrauch durch eine verbesserte Kraftstoffaufbereitung im Brennraum einstellt.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann im Rahmen eines Normalbetriebs der

Verbrennungskraftmaschine durchgeführt werden, wobei die

Verbrennungskraftmaschine, welche auch als Motor oder Verbrennungsmotor bezeichnet wird, im Rahmen des Normalbetriebs warm ist und dabei eine vorteilhafte Betriebstemperatur aufweist. Durch das erfindungsgemäße Verfahren können somit im Normalbetrieb die Partikelemissionen und der Kraftstoffverbrauch besonders gering gehalten werden.

Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn das erfindungsgemäße Verfahren in einer, insbesondere dem Normalbetrieb zeitlich vorweggehenden, Warmlausphase zum Aufheizen der Verbrennungskraftmaschine durchgeführt wird. Während der

Warmlaufphase weist die Verbrennungskraftmaschine gegenüber dem Normalbetrieb eine geringere Temperatur auf. Im Rahmen der Warmlaufphase wird beispielsweise wenigstens eine in einem von Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbaren Abgastrakt angeordnete Abgasnachbehandlungseinrichtung aufgeheizt und somit auf ihre vorteilhafte Betriebstemperatur gebracht. Dieses Aufheizen der

Abgasnachbehandlungseinrichtung wird auch als Kat-Heizen bezeichnet, da die

Abgasnachbehandlungseinrichtung beispielsweise wenigstens einen Katalysator, insbesondere Oxidationskatalysator, umfasst. Es wurde gefunden, dass die

Abgasemissionen insbesondere während des Kat-Heizens und während der

Warmlaufphase große Herausforderungen hinsichtlich der Realisierung geringer

Emissionen darstellen.

Üblicherweise, das heißt bei herkömmlichen Verbrennungskraftmaschinen, werden die Abgasemissionen während des Kat-Heizens und während des Warmlaufes für

gewöhnlich durch zumeist kompromissbehaftete Auslegungen von Einspritztiming beziehungsweise Einspritzzeit, Sprayeigenschaften, Brennraum-, Kolben- und

Kanalgeometrien beeinflusst. Oftmals stellen die für diese Betriebszustände optimierten Eigenschaften aber nicht das Optimum für andere Betriebszustände dar. Durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine solche kompromissbehaftete

Auslegung der Verbrennungskraftmaschine nicht vorgesehen und nicht erforderlich.

Vorzugsweise ist der Injektor als außen öffnender Piezoinjektor ausgebildet, dessen flexible Eigenschaften, insbesondere im Vergleich zu einem Magnetinjektor mit innen öffnenden Mehrlochventil, genutzt werden können, um das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen und dabei insbesondere den Teilhub und nicht den Vollhub durchzuführen, während das Einlassventil geöffnet ist.

Dabei liegt der Erfindung insbesondere die Idee zugrunde, Kraftstoffeinspritzungen, die aus betriebsstrategischen Gründen durchgeführt werden, während das Einlassventil geöffnet wird, mittels Teilhubeinspritzungen, das heißt durch Durchführen des Teilhubs des Injektors, insbesondere bei kaltem Motor, zu bewirken. Überraschend wurde gefunden, dass durch das Durchführen des Teilhubs die Eigenschaften des Sprays beeinflusst werden können, sodass sich die Eigenschaften des Sprays im Hinblick auf eine Benetzung des Einlassventils mit Kraftstoff beziehungsweise im Hinblick auf die zuvor genannte Reflexion positiv verändern. Durch den Teilhub kann eine besonders geringe Tröpfchengröße des Kraftstoffes realisiert werden. Die durch den Teilhub geringe beziehungsweise gegenüber herkömmlichen Verbrennungskraftmaschinen verringerte Tröpfchengröße lässt den insbesondere flüssigen Kraftstoff auch bei kalten

Motorbedingungen sehr gut verdampfen. Die sogenannte Spraypenetration nimmt ab, der Sprayimpuls wird reduziert, sodass Reflexionen vom Einlassventil reduziert werden, und die Kraftstoffmasse wird über einen besonders großen Kurbelwinkelbereich verteilt, da der im Teilhub reduzierte statische Durchfluss durch eine längere Öffnungsdauer beziehungsweise Einspritzdauer kompensiert wird.

Es ist denkbar, dass die eingespritzte Kraftstoffmenge in Form einer Teilmenge über einen besonders großen Zeitraum mit einem geringen Impuls auf das Einlassventil trifft, so dass eine Reflexion der Flüssigkeitslamelle am Einlassventil vermieden werden kann, wodurch eine Verringerung der Partikelemissionen erreicht wird. Da - wie zuvor beschrieben - bei gleicher Einspritzzeit und bei gleichem Druck des Kraftstoffes mittels des Teilhubs eine geringere Menge des Kraftstoffes eingespritzt wird als mittels des Vollhubs, ist es beispielsweise vorgesehen, bei Durchführung des Teilhubs eine längere Einspritzzeit als bei Durchführung des Vollhubs vorzusehen, um eine hinreichend große Kraftstoffmenge in den Brennraum einspritzen zu können. Ferner ist es denkbar, dass durch das durch den Teilhub bewirkbare und gegenüber dem Vollhub feinere Spray des Kraftstoffes dieser auf einen besonders großen Teilbereich des Einlassventils verteilt wird, sodass ein Abdampfen des flüssigen Kraftstoffs vom Einlassventil erleichtert wird. Kann die Benetzung des Einlassventils mit Kraftstoff prinzipbedingt nicht vollständig vermieden werden, so können durch das erfindungsgemäße Verfahren Auswirkungen dieser Benetzung zumindest gering gehalten werden. In der Folge kann ein besonders Verbrauchs- und emissionsgünstiger Betrieb der Verbrennungskraftmaschine realisiert werden.

Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass der Kraftstoff in den Brennraum eingespritzt wird, indem zumindest ein Teil eines weiteren Hubs des Injektors durchgeführt wird, während der Injektor geöffnet ist. Hierdurch kann eine hinreichende Kraftstoffmenge in den Brennraum eingespritzt werden, wobei gleichzeitig die Emissionen der Verbrennungskraftmaschine besonders gering gehalten werden können. Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn als der weitere Hub ein weiterer Teilhub des Injektors durchgeführt wird. Hier können der Impuls des Sprays und die daraus resultierenden, unerwünschten Effekte besonders gering gehalten werden, sodass sich ein besonders Verbrauchs- und emissionsgünstiger Betrieb realisieren lässt.

Um eine hinreichend große Kraftstoffmenge in den Brennraum einspritzen zu können bei gleichzeitiger Realisierung eines Verbrauchs- und emissionsgünstigen Betriebs ist es bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Anzahl an innerhalb genau eines Ansaugtaktes der Verbrennungskraftmaschine durchgeführten Hüben des Injektors in einem Bereich von einschließlich 2 bis einschließlich 8 liegt, wobei einer von diesen Hüben der wenigstens eine Teilhub ist und wobei mittels der Hübe jeweils

Kraftstoff in den Brennraum direkt eingespritzt wird.

Dabei hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn jeder der Hübe als ein Teilhub des

Injektors durchgeführt wird, sodass die Emissionen und Kraftstoffverbrauch besonders gering gehalten werden können.

Ferner hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn wenigstens einer der Hübe als der Vollhub des Injektors durchgeführt wird, um dadurch eine hinreichende Menge an Kraftstoff in den Brennraum einspritzen zu können.

Ferner hat es sich dabei als vorteilhaft gezeigt, wenn wenigstens einer der Hübe vollständig durchgeführt wird, während das Einlassventil geschlossen ist.

Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass sich wenigstens zwei der Hübe hinsichtlich ihrer jeweiligen Einspritzzeit voneinander unterscheiden. Bei der Durchführung des wenigstens einen Teilhubs wird eine lange Einspritzzeit eingestellt, um trotz der Durchführung des Teilhubs eine hinreichende Menge an Kraftstoff in den Brennraum, dann jedoch mit einem vorteilhaften, geringen Impuls einzubringen. Bei Durchführung des Vollhubs kann eine gegenüber der Durchführung des Teilhubs geringere Einspritzzeit eingestellt werden, sodass eine hinreichend hohe Menge des Kraftstoffs in kurzer Zeit in den Brennraum eingespritzt werden kann.

Zur Erfindung gehört auch eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere für einen Kraftwagen wie beispielsweise einen Personenkraftwagen, wobei die

Verbrennungskraftmaschine zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind als vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine anzusehen und umgekehrt.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und

Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen

Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Die Zeichnung zeigt in:

Fig. 1 ein Diagramm zum Veranschaulichen eines Verfahrens zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine, wobei Fig. 1 der Erläuterung des Hintergrunds der Erfindung dient;

Fig. 2 ein Diagramm zum Veranschaulichen eines Verfahrens gemäß einer

ersten Ausführungsform zum Betreiben einer wenigstens einen

Brennraum, wenigstens ein dem Brennraum zugeordnetes Einlassventil und wenigstens ein dem Brennraum zugeordneten Injektor aufweisenden Verbrennungskraftmaschine, bei welchem Kraftstoff zum Betreiben der Verbrennungskraftmaschine mittels des Injektors direkt in den Brennraum eingespritzt wird, wobei der Kraftstoff in den Brennraum eingespritzt wird, indem wenigstens ein Teilhub des Injektors durchgeführt wird, während das Einlassventil geöffnet ist;

Fig. 3 ein Diagramm zum Veranschaulichen des Verfahrens gemäß einer zweiten

Ausführungsform; und

Fig. 4 ein Diagramm zum Veranschaulichen des Verfahrens gemäß einer dritten

Ausführungsform. In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Fig. 1 zeigt ein Diagramm 10, anhand dessen ein Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine beschrieben wird. Die Verbrennungskraftmaschine ist beispielsweise Bestandteil eines Kraftwagens, welcher mittels der

Verbrennungskraftmaschine antreibbar ist. Die Verbrennungskraftmaschine ist beispielsweise als Hubkolben-Verbrennungsmaschine ausgebildet und weist wenigstens einen Brennraum auf, welcher beispielsweise als Zylinder ausgebildet ist. Der Zylinder ist beispielsweise durch ein erstes Gehäuseelement in Form eines Zylindergehäuses der Verbrennungskraftmaschine zumindest teilweise gebildet beziehungsweise begrenzt. Dabei bildet das Zylindergehäuse beispielsweise eine Zylinderwand, durch welche der Zylinder insbesondere seitlich beziehungsweise in radialer Richtung begrenzt ist.

Die Verbrennungskraftmaschine umfasst eine Abtriebswelle in Form einer Kurbelwelle. Ferner umfasst die Verbrennungskraftmaschine ein zweites Gehäuseelement in Form eines Kurbelgehäuses, wobei das zweite Gehäuseelement einstückig mit dem ersten Gehäuseelement ausgebildet sein kann. Alternativ ist es denkbar, dass das zweite Gehäuseelement als separat von dem ersten Gehäuseelement ausgebildetes und mit dem ersten Gehäuseelement verbundenes Bauteil ausgebildet ist. Die Kurbelwelle ist an dem Kurbelgehäuse (zweites Gehäuseelement) um eine Drehachse relativ zu dem Kurbelgehäuse drehbar gelagert. Somit kann die Kurbelwelle in unterschiedliche

Drehstellungen um die Drehachse gedreht werden, wobei die Drehstellungen auch als Kurbelwinkel oder Grad Kurbelwinkel bezeichnet werden. Das Diagramm 10 weist dabei eine Abszisse 12 auf, auf welcher der jeweilige Kurbelwinkel in der Einheit Grad aufgetragen ist.

In dem Zylinder ist ein Kolben translatorisch bewegbar aufgenommen. Der Kolben ist über ein Pleuel gelenkig mit der Kurbelwelle gekoppelt, sodass die translatorischen Bewegungen des Kolbens in eine rotatorische Bewegung der Kurbelwelle um ihre Drehachse relativ zu dem Kurbelgehäuse umgewandelt werden.

Dem Zylinder ist wenigstens ein Einlassventil zugeordnet. Dieses Einlassventil ist ein Gaswechselventil, welches zwischen einer Schließstellung und wenigstens einer

Offenstellung, insbesondere translatorisch, bewegbar ist. Ferner ist dem Zylinder wenigstens ein Einspritzventil zugeordnet, welches auch als Injektor bezeichnet wird. Mittels des Injektors ist Kraftstoff, insbesondere flüssiger Kraftstoff, zum Betreiben der Verbrennungskraftmaschine direkt in den Zylinder einspritzbar.

Die Verbrennungskraftmaschine umfasst ein drittes Gehäuseelement, welches als Zylinderkopf ausgebildet ist. Der Zylinderkopf ist separat von dem ersten

Gehäuseelement ausgebildet und mit dem ersten Gehäuseelement verbunden. Der Kolben ist in dem Zylinder zwischen einem unteren Totpunkt und einem oberen Totpunkt bewegbar. In eine Richtung, in die sich der Kolben auf seinem Weg zum oberen Totpunkt bewegt, ist der Zylinder durch ein Brennraumdach begrenzt, welches durch den

Zylinderkopf gebildet ist. Dabei ist das Einlassventil translatorisch bewegbar an dem Zylinderkopf gehalten.

Beispielsweise ist wenigstens eine Nockenwelle vorgesehen, welche beispielsweise an dem Zylinderkopf um eine Drehachse relativ zu dem Zylinderkopf drehbar gelagert und über ein Antriebssystem von der Kurbelwelle antreibbar ist. Mittels der Nockenwelle ist das Einlassventil aus seiner Schließstellung in seine Offenstellung bewegbar. Dies bedeutet, dass das Einlassventil mittels der Nockenwelle betätigbar ist. Dem Einlassventil ist wenigstens eine Feder zugeordnet, welche einerseits zumindest mittelbar an dem Zylinderkopf und andererseits zumindest mittelbar an dem Einlassventil abgestützt ist. Durch Bewegen des Einlassventils aus der Schließstellung in die Offenstellung wird die Feder gespannt, sodass die Feder eine Federkraft bereitstellt, welche auf das sich in der Offenstellung befindende Einlassventil wirkt. Das Einlassventil wird mittels der

Nockenwelle aus der Schließstellung in die Offenstellung bewegt und in der Offenstellung zumindest vorübergehend gehalten. Mittels der Federkraft wird das Einlassventil in Kontakt mit der Nockenwelle gehalten. Ferner wird das Einlassventil mittels der

Federkraft aus der Offenstellung zurück in die Schließstellung bewegt.

Dem Einlassventil ist wenigstens ein Einlasskanal zugeordnet, welcher durch den

Zylinderkopf gebildet ist. Wie im Folgenden noch genauer erläutert wird, wird das

Einlassventil genutzt, um den Gaswechsel des Zylinders zu steuern. Insbesondere wird das Einlassventil genutzt, um ein Einströmen von zumindest Luft in den Zylinder zu steuern, das heißt einzustellen. In der Schließstellung ist der Einlasskanal mittels des Einlassventils fluidisch versperrt, sodass keine Luft durch den Einlasskanal durchströmen und von dem Einlasskanal in den Zylinder einströmen kann. In der Offenstellung gibt das Einlassventil den Einlasskanal frei, sodass Luft durch den Einlasskanal strömen und von dem Einlasskanal in den Zylinder einströmen kann. Analog zum Einlassventil ist dem Zylinder ein weiteres Gaswechselventil in Form eines Auslassventils zuordnet. Das Auslassventil wird genutzt, um ein Ausströmen von Abgas aus den Zylinder zu steuern, das heißt einzustellen. In der Schließstellung ist ein dem Auslassventil zugeordneter Auslasskanal mittels des Auslassventils fluidisch versperrt, sodass kein Abgas aus einem verbrannten Luft-Kraftstoff-Gemisch durch den

Auslasskanal durchströmen und von dem Auslasskanal aus den Zylinder ausströmen kann. In der Offenstellung gibt das Auslassventil den Auslasskanal frei, sodass Abgas durch den Auslasskanal strömen und von dem Auslasskanal aus dem Zylinder

ausströmen kann.

Der Injektor weist eine Kraftstoffeinspritzdüse auf, durch welches wenigstens ein

Aufnahmeraum zum Aufnehmen des Kraftstoffes begrenzt ist. Ferner weist der Injektor, insbesondere die Kraftstoffeinspritzdüse, einen Durchflussquerschnitt auf, über welchen zumindest ein Teil des im Aufnahmeraum aufgenommenen Kraftstoffes aus dem Injektor, insbesondere der Kraftstoffeinspritzdüse, ausgespritzt und direkt in den Brennraum eingespritzt werden kann. Dieser Durchflussquerschnitt ist durch genau eine

Einspritzöffnung oder aber durch eine Mehrzahl von Einspritzöffnungen des Injektors, insbesondere der Kraftstoffeinspritzdüse, gebildet. Die jeweilige Einspritzöffnung wird auch als Auslassöffnung, Austrittsöffnung, Ausspritzöffnung, Einspritzloch oder

Durchgangsöffnung bezeichnet. Die jeweilige Einspritzöffnung ist einerseits fluidisch mit dem Aufnahmeraum verbunden, sodass Kraftstoff aus dem Aufnahmeraum durch die Einspritzöffnung strömen kann. Andererseits mündet die Einspritzöffnung an die

Umgebung und somit - in fertig hergestelltem Zustand der Verbrennungskraftmaschine - direkt in den Brennraum, sodass der im Aufnahmeraum aufgenommene Kraftstoff über die Einspritzöffnung direkt in den Brennraum eingespritzt werden kann.

Ferner umfasst der Injektor ein Ventilelement, welches als Nadel beziehungsweise Ventilnadel ausgebildet ist. Das Ventilelement ist zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend, in der Kraftstoffeinspritzdüse aufgenommen. Ferner ist das Ventilelement relativ zu der Kraftstoffeinspritzdüse, insbesondere translatorisch, bewegbar. Das Ventilelement ist dabei zwischen einer Schließstellung und wenigstens zwei voneinander unterschiedlichen und von der Schließstellung unterschiedlichen Offenstellungen relativ zu der Kraftstoffeinspritzdüsebewegbar. In der Schließstellung ist der Durchflussquerschnitt mittels des Ventilelements fluidisch versperrt, sodass kein Kraftstoff mittels des Injektors in den Brennraum eingespritzt wird. In einer ersten der Offenstellungen gibt das Ventilelement zumindest einen ersten Teil des

Durchflussquerschnitts frei, sodass Kraftstoff aus dem Aufnahmeraum des Injektors über den freigegebenen ersten Teil in den Brennraum eingespritzt wird. Insbesondere ist es vorgesehen, dass das Ventilelement die Einspritzfläche in der ersten Offenstellung vollständig freigibt.

Die Schließstellung ist dabei eine erste Endstellung des Ventilelements, wobei die erste Offenstellung eine zweite Endstellung des Ventilelements ist. Das Ventilelement ist in die Endstellungen und zwischen den Endstellungen bewegbar, jedoch kann das

Ventilelement nicht über die jeweilige Endstellung hinausbewegt werden. Somit ist das Ventilelement in einem Bewegungsbereich relativ zu dem Gehäuse bewegbar, wobei der Bewegungsbereich durch die Endstellungen begrenzt ist und wobei die Endstellungen zu dem Bewegungsbereich gehören.

Die zweite Offenstellung ist - bezogen auf den Bewegungsbereich - eine

Zwischenstellung des Ventilelements, wobei die Zwischenstellung bezogen auf den Bewegungsbereich zwischen den Endstellungen liegt. In der zweiten Offenstellung gibt das Ventilelement einen gegenüber dem ersten Teil geringeren, zweiten Teil des

Durchflussquerschnitts frei, sodass über den freigegebenen zweiten Teil Kraftstoff aus dem Injektor ausgespritzt und in den Brennraum direkt eingespritzt wird. Da die zweite Offenstellung zwischen den Endstellungen liegt, öffnet das Ventilelement

beziehungsweise der Injektor insgesamt in der ersten Offenstellung weiter als in der zweiten Offenstellung. Jedoch ist das Ventilelement beziehungsweise der Injektor in beiden Offenstellungen geöffnet, da der jeweilige Teil des Durchflussquerschnitts freigegeben wird.

Ein in den Fig. mit VH bezeichneter Vollhub des Ventilelements und somit des Injektors insgesamt wird bewirkt beziehungsweise durchgeführt, wenn das Ventilelement aus der Schließstellung in die erste Offenstellung und dann wieder aus der ersten Offenstellung zurück in die Schließstellung bewegt wird. Ein in den Fig. mit TH bezeichneter Teilhub des Ventilelements beziehungsweise des Injektors insgesamt wird durchgeführt beziehungsweise bewirkt, wenn das Ventilelement aus der Schließstellung in die zweite Offenstellung und dann wieder aus der zweiten Offenstellung zurück in die

Schließstellung bewegt wird, wobei eine Bewegung des in die zweite Offenstellung bewegten Ventilelements aus der zweiten Offenstellung in die erste Offenstellung unterbleibt. Mit anderen Worten wird das Ventilelement bei Durchführung eines Teilhubs TH aus der Schließstellung lediglich in die zweite Offenstellung, jedoch nicht über die zweite Offenstellung hinaus oder zumindest nicht aus der zweiten Offenstellung in die erste Offenstellung bewegt, sondern das Ventilelement wird nach Erreichen der zweiten Offenstellung zurück in die Schließstellung bewegt, ohne das Ventilelement aus der zweiten Offenstellung weiter in Richtung der ersten Offenstellung zu bewegen. Dies bedeutet, dass das Ventilelement bei Durchführung des Teilhubs zwar geöffnet, das heißt aus der Schließstellung bewegt wird, jedoch wird das Ventilelement nicht in die erste Offenstellung bewegt, sodass das Ventilelement bei seiner Bewegung aus der

Schließstellung und wieder zurück in die Schließstellung im Rahmen des Teilhubs die erste Offenstellung nicht erreicht.

Eine Zeitspanne, während welcher das Ventilelement beziehungsweise der Injektor insgesamt geöffnet ist, wird auch als Öffnungszeit, Einspritzdauer oder Einspritzzeit bezeichnet. Während dieser Einspritzzeit befindet sich das Ventilelement nicht in der Schließstellung, sodass während der Einspritzzeit Kraftstoff mittels des Injektors in den Brennraum eingespritzt wird.

Insgesamt ist erkennbar, dass das Ventilelement bei seiner Bewegung aus der

Schließstellung in die jeweilige Offenstellung einen Hub ausführt, wobei der beschriebene Vollhub und der beschriebene Teilhub des Ventilelements durchführbar beziehungsweise bewirkbar sind. Auch das Einlassventil führt bei seiner Bewegung aus der Schließstellung in die Offenstellung des Einlassventils einen Hub aus, welcher auch als Ventilhub bezeichnet wird. Dieser Ventilhub ist auf der Ordinate 14 des Diagramms 10 aufgetragen. Ein in das Diagramm 10 eingezeichneter Verlauf 16 veranschaulicht somit den Ventilhub und somit die Bewegung des Einlassventils aus der Schließstellung in die Offenstellung und dann wieder zurück in die Schließstellung, wobei in Fig. 1 die Schließstellung des Einlassventils mit S und die Offenstellung des Einlassventils mit O bezeichnet wird.

Im Rahmen des in Fig. 1 veranschaulichten Verfahrens zum Betreiben der

Verbrennungskraftmaschine werden vier Einspritzungen E1 , E2, E3 und E4 mittels des Injektors durchgeführt, wobei im Rahmen der zeitlich voneinander beabstandeten

Einspritzungen E1-4 eine jeweilige Menge des Kraftstoffes mittels des Injektors direkt in den Brennraum eingespritzt wird. Die jeweilige Menge des Kraftstoffes wird auch als Einspritzmenge bezeichnet. Aus Fig. 1 ist erkennbar, dass alle Einspritzungen E1 -4 mittels des Vollhubs VH des Injektors durchgeführt werden. In Fig. 1 ist erkennbar, dass sich zumindest zwei der Vollhübe VH und somit die zu diesen zwei Vollhüben gehörenden Einspritzungen E1-4 in ihrer jeweiligen Einspritzzeit voneinander unterscheiden, wodurch im Rahmen dieser zumindest zwei Vollhübe VH unterschiedliche Einspritzmengen in den Zylinder direkt eingespritzt werden. Beispielsweise ist es vorgesehen, dass die Anzahl an innerhalb genau eines

Ansaugtaktes der Verbrennungskraftmaschine durchgeführten Hüben des Injektors in einem Bereich von einschließlich 2 bis einschließlich 8 liegt. Bei dem anhand von Fig. 1 veranschaulichten Verfahren werden innerhalb des Arbeitsspiels genau 4 Vollhübe VH und somit 4 zeitlich voneinander beabstandete Einspritzungen E1 -4 durchgeführt.

Aus Fig. 1 ist erkennbar, dass der die Einspritzung E2 bewirkende Vollhub VH zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend, durchgeführt wird, während das

Einlassventil geöffnet ist. Vorliegend wird der die Einspritzung E1 und die Einspritzung E2 bewirkende Vollhub VH durchgeführt, während das Einlassventil geöffnet ist. Auch der die Einspritzung E3 bewirkende Vollhub VH wird zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, durchgeführt, während das Einlassventil geöffnet ist.

Um nun einen besonders Verbrauchs- und emissionsgünstigen Betrieb der

Verbrennungskraftmaschine zu realisieren, ist es bei jeweiligen, anhand von Fig. 2 bis 4 veranschaulichten Ausführungsformen des Verfahrens vorgesehen, dass der Kraftstoff in den Zylinder direkt eingespritzt wird, indem wenigstens ein Teilhub TH des Injektors durchgeführt wird, während das Einlassventil geöffnet ist. Fig. 2 veranschaulicht eine erste Ausführungsform des Verfahrens. Bei der ersten Ausführungsform werden die die Einspritzungen E1 und E2 bewirkenden, jeweiligen Teilhübe TH vollständig durchgeführt, während das Einlassventil geöffnet ist. Ferner wird der die Einspritzung E3 bewirkende Teilhub TH teilweise, insbesondere zumindest überwiegend, durchgeführt, während das Einlassventil geöffnet ist. Auch bei der ersten Ausführungsform sind während

beziehungsweise innerhalb des Arbeitsspiels genau vier Einspritzungen E1 -4

vorgesehen, wobei alle Einspritzungen E1 -4 durch jeweilige Teilhübe TH des Injektors bewirkt werden. Da die vier Einspritzungen E1 -4 vorgesehen sind, ist eine 4-fach- Einspritzung vorgesehen.

Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform des Verfahrens. Bei der zweiten

Ausführungsform werden die Einspritzungen E1 und E4 jeweils durch den Vollhub VH des Injektors bewirkt. Die Einspritzungen E2 und E3 jedoch werden jeweils durch einen Teilhub TH des Injektors bewirkt. Insgesamt sind auch bei der zweiten Ausführungsform genau vier Einspritzungen vorgesehen, wobei der die Einspritzung E1 bewirkende Vollhub VH und der die Einspritzung E2 bewirkende Teilhub TH jeweils vollständig durchgeführt werden, während das Einlassventil geöffnet wird. Der die Einspritzung E3 bewirkende Teilhub TH wird zu einem ersten Teil durchgeführt, während das Einlassventil geöffnet ist, und zu einem zweiten Teil durchgeführt, während das Einlassventil geschlossen ist. Bei der zweiten Ausführungsform wird der die Einspritzung E4 bewirkende Vollhub VH vollständig durchgeführt, während das Einlassventil wieder geschlossen ist. Analog dazu wird bei der ersten Ausführungsform der die Einspritzung E4 bewirkende Teilhub TH vollständig durchgeführt, während das Einlassventil wieder geschlossen ist. Bei der zweiten Ausführungsform ist somit eine 4-fach-Einspritzung als eine Kombination von zwei Vollhüben VH mit zwei Teilhüben TH vorgesehen.

Fig. 4 zeigt schließlich eine dritte Ausführungsform des Verfahrens, bei welcher fünf Einspritzungen E1-5 und somit eine 5-fach-Einspritzung vorgesehen sind. Die

Einspritzungen E1 und E2 werden durch einen jeweiligen Vollhub VH des Injektors bewirkt, wobei die Einspritzungen E3-5 jeweils durch einen Teilhub TH des Injektors bewirkt werden. Dabei werden die die Einspritzungen E1 und E2 bewirkenden Vollhübe VH und die die Einspritzungen E3 und E4 bewirkenden Teilhübe TH vollständig durchgeführt, während das Einlassventil geöffnet ist. Ferner wird der die Einspritzung E5 bewirkende Teilhub TH vollständig durchgeführt, während das Einlassventil wieder geschlossen ist.

Aus Fig. 2 ist erkennbar, dass die Einspritzzeit des die Einspritzung E1 bewirkenden Teilhubs TH kürzer als die Einspritzzeit der übrigen Teilhübe TH ist. Bei der zweiten Ausführungsform weisen die Teilhübe TH jeweils längere Einspritzzeiten als die Vollhübe VH auf, wobei der die Einspritzung E4 bewirkende Vollhub VH eine längere Einspritzzeit als der die Einspritzung E1 bewirkende Vollhub VH aufweist. Ferner weist der die

Einspritzung E3 bewirkende Teilhub TH eine längere Einspritzzeit als der die Einspritzung E2 bewirkende Teilhub TH auf.

Bei der dritten Ausführungsform weisen die Teilhübe TH gleiche Einspritzzeiten auf, wobei die Einspritzzeit des die Einspritzung E2 bewirkenden Vollhubs VH kürzer als die Einspritzzeit des die Einspritzung E1 bewirkenden Vollhubs VH ist. Für alle

Ausführungsformen gilt, dass die Einspritzung E2 zeitlich auf die Einspritzung E1 , die Einspritzung E3 zeitlich auf die Einspritzung E2 und die Einspritzung E1 , und die

Einspritzung E4 zeitlich auf die Einspritzung E3, die Einspritzung E2 und die Einspritzung E1 folgt. Ferner folgt die Einspritzung E5 zeitlich auf die Einspritzung E4, die Einspritzung E3, die Einspritzung E2 und die Einspritzung E1. Ferner sind die jeweiligen

Einspritzungen E1-5 zeitlich voneinander beabstandet und somit als Einzeleinspritzungen ausgebildet. Die bei der dritten Ausführungsform vorgesehene 5-fach-Einspritzung wird als Kombination aus zwei Vollhüben VH mit drei Teilhüben TH dargestellt. Dadurch, dass wenigstens ein Teilhub TH zum Einspritzen von Kraftstoff durchgeführt wird, während das Einlassventil geöffnet wird, können die Rohemissionen und

insbesondere die Partikelemissionen sowie der Kraftstoffverbrauch der

Verbrennungskraftmaschine besonders gering gehalten werden, da sich eine Benetzung des Einlassventils, der Zylinderwand, des Brennraumdaches und des Kolbens mit Kraftstoff besonders gering halten lässt. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das Verfahren während einer Warmlaufphase zum Aufheizen der Verbrennungskraftmaschine durchgeführt wird, wobei das Verfahren jedoch auch bei bereits warmer

Verbrennungskraftmaschine durchgeführt werden kann.