Verfahren zum Betreiben einer mit Gas betriebenen Brennkraftmaschine mit VTG-Lader

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Brennkraftmaschinen, insbesondere ein Verfahren zum Betreiben einer mit Gas betriebenen Brennkraftmaschine.

Ein vorteilhafter Kraftstoff für Brennkraftmaschinen ist Gas, insbesondere Erdgas, zum Beispiel Compressed Natural Gas (CNG), mit einem hohen Methananteil, da es eine große Oktanzahl und einen hohen Reinheitsgrad aufweist. Es gibt grundlegend zwei verschiedene Wege, das Gas einer Brennkammer der Brennkraftmaschine zuzuführen: In einer ersten Klasse von Brennkraftmaschinen erfolgt eine Saugrohreinblasung, bevorzugt an einer Mehrzahl von Positionen in zylinderindividuellen Fluidleitungen des Saugrohrs (äußere Gemischbildung). In einer zweiten Klasse von Brennkraftmaschinen wird das Gas direkt in die Brennkammer injiziert (innere Gemischbildung).

Versorgt werden die Injektoren mit Gas für die innere Gemischbildung aus einem

Gasverteilerrohr (Gasrail), welches mit einem bestimmten Gasdruck betrieben wird und über einen Druckminderer mit einem Gastank verbunden ist. Die Höhe des Gasdrucks bedingt die Injektionszeit für das Gas in die Brennkammer, welche sich mit zunehmendem Gasdruck verkürzt. Aus praktischen Gründen sollte der Gasdruck eher niedrig festgelegt sein, da er gleichzeitig den minimalen Druck definiert, bei dem noch Gas aus dem Gastank in das Gasrail strömt. In der Folge ergeben sich Restriktionen für die Injektionszeiten von Gas in die

Brennkammer hinein. Limitierend für die zur Verfügung stehende Zeitdauer (Zeitfenster) für die Einbringung des Gases ist einerseits das Schließen des Auslassventils, damit unverbranntes Gas nicht aus der Brennkammer gespült wird. Anderseits muss die Einbringung des Gases beendet sein, bevor der Druck in der Brennkammer während der Kompression zu hohe Werte annimmt. Wenn der Druck in der Brennkammer höher als der Gasdruck ist, kann aufgrund des Widerstands nicht die gewünschte Gasmenge in die Brennkammer gelangen oder sogar eine Rückströmung von Gas durch den Injektor erfolgen.

Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2015 226 323 A1 offenbart ein Verfahren zum

Betreiben einer mit Erdgas betriebenen Brennkraftmaschine, die eine Brennkammer aufweist. Es wird eine Überschneidung der Öffnungszeiten eines Auslassventils und eines Einlassventils der Brennkammer bewirkt (Ventilüberschneidung), was auch verbreitet als„Scavenging“ bezeichnet wird. Auf diese Weise wird vorteilhaft das Restgas aus dem Brennraum ausgespült (spülender Ladungswechsel), wodurch sich eine verglichen zum Betrieb ohne

Ventilüberschneidung höhere Frischluftfüllung ergibt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Verfahren zum Betreiben einer mit Erdgas betriebenen Brennkraftmaschine weiter zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren nach Anspruch 1 und die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine nach Anspruch 10 gelöst. Weitere vorteilhafte

Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine wird taktweise wenigstens ein Einlassventil und wenigstens ein Auslassventil einer Brennkammer geöffnet und geschlossen, sowie eine verdichtete Ladung mit eingeblasenem Gas fremdgezündet. Insbesondere erfolgt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein frühes Schließen des Einlassventils und die Brennkraftmaschine wird mittels einem VTG-Lader aufgeladen.

Die Brennkraftmaschine kann eine Traktionsmaschine eines Fahrzeugs, insbesondere eines PKWs oder LKWs sein. Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine ist insbesondere eine Gasbetriebene, beispielsweise eine mit Erdgas betriebe Brennkraftmaschine und kann darüber hinaus auch eine Flüssigkraftstoffverteileranlage aufweisen, so dass die Brennkraftmaschine bivalent wechselweise mit einem Flüssigkraftstoff, insbesondere mit Benzin, und mit Gas betreibbar ist. Insbesondere kann es sich auch um eine Brennkraftmaschine mit

Direkteinspritzung des Flüssigkraftstoffs handeln.

Im erfindungsgemäßen Verfahren umfasst die Brennkraftmaschine wenigstens eine

Brennkammer, die wenigstens ein Einlassventil und wenigstens ein Auslassventil aufweist, und das wenigstens eine Einlassventil kann für ein Einlassevent zum Einbringen einer Ladung in die Brennkammer für die Zeitdauer des Drehens um einen Kurbelwellenwinkel geöffnet werden. Die Abgase der Brennkraftmaschine werden in einen VTG (Variable Turbinengeometrie)-Turbolader eingeleitet, dessen Leitschaufeln bewegt werden können. Der VTG-Turbolader seinerseits nutzt die Restenergie der Abgase, um Luft von außen in die Brennkammer zu fördern und die

Brennkraftmaschine aufzuladen. Durch das Miller-Brennverfahren wird der Einsatz eines VTG-Turboladers möglich. Grundlage dafür sind die - gegenüber konventionellen Brennverfahren - geringere Abgastemperaturen. Durch den höheren effektiven Motorwirkungsgrad sinkt weiterhin der für die Motorleistung benötigte Frischluftmassenstrom. Somit kann für die Brennkraftmaschine ein VTG-Lader ausgelegt werden, der ohne zusätzliches Wastegate auskommt.

Das frühe Schließen des Einlassventils hat den Vorteil, dass niedrige Abgastemperaturen bewirkt werden. Die niedrige Temperatur der Ladung, die das Ergebnis aus dem frühen Einlassschließen und der effizienten Ladeluftkühlung ist, führt zu einer niedrigen Verdichtungsendtemperatur im Zylinder. Durch die Wahl der Steuerzeiten und durch die Ausnutzung der Potenziale des Miller-Brennverfahrens in Kombination mit der VTG-Aufladung lässt sich der Motorwirkungsgrad im Bereich der Volllast maximieren.

Insbesondere wird das Einlassventil noch während des Ansaugtaktes geschlossen. Wie beim Miller-Verfahren wird das Einlassventil beispielsweise geschlossen, bevor die Brennkammer ein maximales Volumen erreicht hat. Die Füllung und der Verdichtungsenddruck wird dadurch verkleinert, das Verdichtungs- und damit das Expansionsverhältnis bleibt jedoch gleich. Dies bewirkt eine Steigerung des thermischen Wirkungsgrades der Brennkraftmaschine. Das frühe Einlassschliessen reduziert die Kompressionsendtemperatur. Damit geht eine

Expansionskühlung im Ansaugtakt einher.

Die Aufladung mittels VTG-Lader, dessen Einsatz durch die niedrige Abgastemperatur möglich wird, trägt zu einem verbesserten Wirkungsgrad bei. Insbesondere kann die VTG-Aufladung hohe Aufladegrade erzielen und so zur Kompensation der Füllungsverluste des FES-Verfahrens dienen. Die VTG-Technologie bringt Wirkungsgradvorteile und ermöglicht in weiten

Kennfeldbereichen ein positives Spülgefälle und eine reduzierte Ladungswechselarbeit.

Bevorzugt wird ein hohes geometrische Verdichtungsverhältnis von beispielsweise 12,5:1 realisiert. Die Erhöhung des geometrischen Verdichtungsverhältnisses gegenüber

konventionellen gasbetriebenen Brennkraftmaschinen trägt zur Steigerung des Wirkungsgrads bei.

In bevorzugten Ausführungsbeispielen werden im Bereich niedriger Drehzahlen die Einlassevents durch die Verstellung der Nockenwelle füllungsoptimal gestaltet. ln bevorzugten Ausführungsbeispielen werden im Bereich niedriger Drehzahlen der prinzipbedingte Wirkungsgradnachteil des VTG-Laders bei geschlossenem Leitschaufelapparat durch eine Überhöhung des Abgasgegendrucks kompensiert.

Gegen Ende eines Arbeitstaktes wird das Auslassventil geöffnet, um das Abgas aus der Brennkammer hauptsächlich während des Ausstoßtaktes zu entfernen.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Brennkraftmaschine auf einen hohen Spitzendruck ausgelegt. Eine Auslegung des Motors auf einen hohen Spitzendruck (z.B. 130 bar) in

Kombination mit der niedrigen Temperatur der Ladung, die das Ergebnis aus dem frühen Einlassschließen, aus der Klopffestigkeit des Kraftstoffs und ggf. einer effizienten

Ladeluftkühlung ist, resultiert in wirkungsgradoptimalen Schwerpunktlagen. Dies senkt die Abgastemperatur. Eine Auslegung des Motors auf einen hohen Spitzendruck von

beispielsweise 130 bar realisiert der Fachmann mit den ihm bekannten Maßnahmen.

Im Bereich niedriger Drehzahlen können Einlassevents durch die Verstellung der Nockenwelle füllungsoptimal gestaltet werden.

Durch das Verfahren kann sich ein positives Spülgefälle fast über den gesamten Volllastbereich ergeben.

Bei dem Gas kann es sich Beispielsweise um einen CNG-Kraftstoff handeln. Der Kraftstoff CNG hat den Vorteil einer hohen Klopffestigkeit, was eine niedrige Temperatur der Ladung ermöglicht und in wirkungsgradoptimalen Schwerpunktlagen resultiert.

Die Erfindung betrifft auch eine Motorsteuerung mit einem Prozessor, der dazu ausgelegt ist, das hier beschriebene Verfahren auszuführen. Der Prozessor der Motorsteuerung kann beispielsweise mittels Software-Instruktionen bewirken, dass Einlass- und Auslassventile gemäß dem vorgesehenen Zyklus geöffnet bzw. geschlossen werden. Insbesondere kann der Prozessor der Motorsteuerung dazu ausgelegt sein, dass taktweise wenigstens ein

Einlassventil und wenigstens ein Auslassventil einer Brennkammer geöffnet und geschlossen werden sowie eine verdichtete Ladung mit eingeblasenem Gas fremdgezündet wird.

Insbesondere kann der Prozessor der Motorsteuerung dazu ausgelegt sein, ein frühes

Schließen des Einlassventils zu steuern. Auch kann der Prozessor der Motorsteuerung dazu ausgelegt sein, die Öffnung des Leitschaufelapparates eines VTG-Laders zu steuern. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:

Fig. 1 eine Topologie einer Ausführungsform einer Brennkraftmaschine mit VTG-Lader in einem Fahrzeug mit Motorsteuergerät, in welchem ein Programm zur Durchführung des

erfindungsgemäßen Verfahrens vorhanden ist, abbildet;

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Ablaufs einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens liefert;

In Fig. 3 ein Vergleichsdiagramm ist, das die Turbinenwirkungsgrade von Wastegate- und VTG- Verdichter abhängig von der Wastegate- bzw. VTG-Stellung (Öffnung des

Leitschaufelapparates) zeigt;

Fig. 4a und 4b Saugrohrdruck bzw. Abgasdruck vor der Turbine gemäß dem

erfindungsgemäßen Verfahren mit VTG-Lader im Vergleich zu einem herkömmlichen Verfahren mit Wastegate-Turbolader zeigen; und

Fig. 5 zeigt beispielhaft ein Verdichterkennfeld und die Motorbetriebskennlinie sowie die Kennlinie des höchsten Verdichterwirkungsgrades für das erfindungsgemäße Verfahren; und

Fig. 6 zeigt den Soll- und Istladedruckverlauf während eines beispielhaften Lastsprunges und nach Erreichen des stationären Zustands, sowie die Einlassnockenwellenposition bei stationärer Grundbedatung und den Wert der VTG-Stellung der aus der stationären

Vorsteuerung resultiert.

Fig. 1 zeigt eine Topologie einer Ausführungsform einer Brennkraftmaschine 12, welche mit Erdgas (hier CNG), als Kraftstoff betrieben wird, in einem Fahrzeug 10 mit einem

Motorsteuergerät 30 und einem Motorblock 14. Die Brennkraftmaschine 12 ist in dieser bevorzugten Ausführungsform eine fremdgezündete Brennkraftmaschine. Die

Brennkraftmaschine 12 wird mittels eines VTG-Verdichters (Abgasturbolader mit variabler Turbinengeometrie) 18 aufgeladen.

Dem Motorblock 14, bevorzugt einem Hubkolbenmotor mit hier beispielhaft vier Brennkammern 26 oder Zylindern, wird durch eine Frischgasanlage 16 Luft zugeführt. Die Luft wird mit einem Verdichter 20 des VTG-Laders 18 in der Frischgasanlage 16 komprimiert. Stromab des Verdichters 20 befindet sich eine hier nicht zeichnerisch dargestellte Drosselvorrichtung. Jeder Brennkammer 26 ist ein Gasinjektor 28 zugeordnet, mit welchem Gas direkt in die

Brennkammer eingebracht werden kann. An die Gasinjektoren 28 wird das Gas ausgehend von einem hier nicht zeichnerisch dargestellten Gastank über ein hier nicht zeichnerisch

dargestelltes Gasrail verteilt. Das Gasrail befindet sich stromab eines hier nicht zeichnerisch dargestellten Druckminderventils, welches den Gasdruck vom Tankdruck auf den Gasraildruck reduziert. Das aus den Brennkammern 26 abgeführte Abgas gelangt in eine Abgasanlage 22, in welcher es zunächst eine Turbine 24 des VTG-Verdichters 18 antreibt. Das entspannte Abgas strömt danach durch hier nicht zeichnerisch dargestellte Komponenten der

Abgasnachbehandlung.

Fig. 2 stellt schematisch den Ablauf einer bevorzugten Ausführungsform des

erfindungsgemäßen Verfahrens dar. Eine fremdgezündete Brennkraftmaschine 12 mit einer Topologie gemäß der Fig. 1 wird mit Gas als Kraftstoff betrieben, wobei taktweise wenigstens ein Einlassventil und wenigstens ein Auslassventil einer Brennkammer 26 geöffnet und geschlossen werden sowie die verdichtete Ladung mit eingeblasenem Gas fremdgezündet wird. Gegen Ende eines Arbeitstaktes wird das wenigstens eine Auslassventil geöffnet, um das Abgas aus der Brennkammer hauptsächlich während des Ausstoßtaktes zu entfernen.

In Schritt 36 wird das wenigstens eine Einlassventil für ein Einlassevent geöffnet. In Schritt 38 wird das Auslassventil geschlossen. Nach Schritt 38 beginnt das Zeitfenster, in welchem Gas in die Brennkammer eingeblasen wird (Schritt 40), wobei noch das Einlassventil geöffnet ist und die Brennkraftmaschine mittels des VTG-Laders aufgeladen wird. Das Einblas-Zeitfenster kann sich dabei in den Ansaugtakt hinein erstrecken. Es wird nicht mehr eingeblasen, sobald die Ladung mit dem eingeblasenen Gas in der Brennkammer 26 verdichtet wird. Das ist

insbesondere dann der Fall, wenn das Einlassventil geschlossen worden ist und gleichzeitig das Volumen der Brennkammer geometrisch reduziert wird. In einem Schritt 42 wird das wenigstens eine Einlassventil früh, insbesondere noch während des Ansaugetakts geschlossen, also insbesondere bevor die Brennkammer 26 ein maximales Volumen erreicht hat und das Volumen noch zunimmt. Dieses frühe Schließen des Einlassventils wird im Folgenden auch als „Frühes Einlassschliessen“ (FES) bezeichnet. Es schließt sich im Schritt 44 das Verdichten der Ladung an, welche danach gezündet wird, so dass ein nächster Arbeitstakt beginnt.

Bei dem Prozess kann es Vorkommen, dass das Einlassventil geöffnet wird, bevor das

Auslassventil bereits wieder geschlossen ist, und somit eine Ventilüberschneidung erfolgt, die zur Folge hat, dass Restgas aus dem Brennraum ausgespült wird (spülender Ladungswechsel). Zur Kompensation der Füllungsverluste des FES-Verfahrens erfolgt erfindungsgemäß der Einsatz einer VTG-Aufladung zur Erzielung hoher Aufladegrade - insbesondere bei höchsten Gesamtwirkungsgraden aus Aufladung und Brennverfahren. Der Abgasturbolader mit variabler Turbinengeometrie (VTG), dessen Einsatz durch die niedrige Abgastemperatur möglich wird, trägt als integraler Bestandteil des Brennverfahrens zum verbesserten Wirkungsgrad bei. Über einen weiten Bereich von etwa 1.750 1/min bis zur Nenndrehzahl bringt die VTG-Technologie, bei der der volle Abgasmassenstrom stets über die Turbine strömt, Wirkungsgradvorteile (siehe Fig. 3 und entsprechende Beschreibung unten). Sie ermöglicht in weiten Kennfeldbereichen ein positives Spülgefälle und eine reduzierte Ladungswechselarbeit. Durch das verbesserte Brennverfahren und die verstellbare Einlassnockenwelle lässt sich der Ladedruckbedarf so steuern, dass die Motorbetriebskennlinie nahe am Optimum des Verdichterwirkungsgrades verläuft (siehe Fig. 5 und entsprechende Beschreibung unten). In der Teillast erschließt die Entdrosselung, die das Brennverfahren aufgrund des frühen Einlassschließens und der äußeren Gemischbildung mit sich bringt, ein signifikantes C02-Potenzial.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird zur Steigerung des Wirkungsgrads das

geometrische Verdichtungsverhältnisses gegenüber konventionellen CNG-Brennverfahren erhöht. Bevorzugt wird beispielsweise ein geometrisches Verdichtungsverhältnis von 12,5:1 realisiert. Dies realisiert der Fachmann mit den ihm bekannten Maßnahmen, wie beispielsweise einer geometrischen Anpassung des Brennraumvolumens.

Das erfindungsgemäße Brennverfahren zeigt insbesondere beim Betrieb mit CNG

entscheidende Vorteile. Die niedrige Temperatur der Ladung, die das Ergebnis aus dem frühen Einlassschließen und ggf. einer effizienten Ladeluftkühlung ist, führt zu einer niedrigen

Verdichtungsendtemperatur im Zylinder. Diese wiederum resultiert - vorzugsweise gemeinsam mit einer Auslegung des Motors auf einen hohen Spitzendruck - in wirkungsgradoptimalen Schwerpunktlagen. Dies senkt die Abgastemperatur, wozu auch das günstige

Expansionsverhältnis (resultierend aus FES und hoher Verdichtung) und der in den

Zylinderkopf integrierte Abgaskrümmer beitragen.

Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann die Brennkraftmaschine, wie bei CNG- Motoren allgemein üblich, im gesamten Kennfeld mit einem Luftverhältnis von l=1 betrieben werden und die maximale Abgastemperatur beträgt in einer beispielhaften Ausführungsform nur 880° C. ln Fig. 3 ist ein schematisches Vergleichsdiagramm, das die Turbinenwirkungsgrade von Wastegate- und VTG-Verdichter abhängig von der Wastegate- bzw. VTG-Stellung (Öffnung des Leitschauffelapparates) zeigt. Die Rechtswertachse entspricht der Wastegate- bzw. VTG- Stellung von vollständig geschlossen (links, Ursprung des Koordinatensystems) bis maximal offen (rechts). Auf der Hochwertachse ist der Turbinenwirkungsgrad WG des Wastegate- Turboladers und der Turbinenwirkungsgrad VTG des VTG-Verdichters abgetragen. Wie zu erkennen ist, ist der Wirkungsgrad des VTG- Verdichters abgesehen vom geschlossenen Zustand größer als der Wirkungsgrad des Wastegate-Turboladers. Um den

Wirkungsgradnachteil der VTG bei geschlossenem Zustand auszugleichen wird

erfindungsgemäß das Aufstauverhalten des VTG-Laders neu ausgelegt.

Die Fig. 4a und 4b zeigen Saugrohrdruck bzw. Abgasdruck vor der Turbine gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren mit VTG-Lader im Vergleich zu einem herkömmlichen Verfahren mit Wastegate-Turbolader. Auf der Rechtswertachse ist die Drehzahl der Brennkraftmaschine in 1/min aufgetragen. Fig.4a zeigt auf der Hochwertachse den absoluten Saugrohrdruck in mbar für den VTG- Verdichter (Kennlinie VTG) bzw. den Wastegate-Turbolader (Kennlinie WG). Fig. 4b zeigt auf der Hochwertachse den absoluten Abgasdruck in mbar für den VTG-Lader und für den Wastegate-Turbolader.

Aus den Fig. 4a und 4b geht hervor, dass auch bei hoher Last und niedrigen Drehzahlen (LET, low-end-torque) das erfindungsgemäße Brennverfahren mit VTG Vorteile erzielt. Der prinzipbedingte Wirkungsgradnachteil, den eine VTG-Turbine bei geschlossenem

Leitschaufelapparat aufweist - die Fehlanströmung des Turbinenrads aufgrund des

geschlossenen Leitschaufelapparats - wird im erfindungsgemäßen Verfahren durch eine massive Überhöhung des Abgasgegendrucks kompensiert (vgl. Punkt A2 in Fig. 4b). Damit wird ausreichend Turbinenleistung erzeugt, um den durch die äußere Gemischbildung (MPI- Verfahren) entstehenden Füllungsnachteil durch höheren Ladedruck auszugleichen (vgl. Punkt A1 in Fig. 4a). Entscheidend dafür ist, dass der Motor im CNG-Betrieb den hohen

Abgasgegendruck aufgrund der deutlich geringeren Klopfneigung des Kraftstoffs robuster als ein Benzin-Aggregat verarbeiten kann. Im LET-Bereich (Punkte A1 bzw. A2) sind zudem die Einlassevents durch die Verstellung der Nockenwelle (beispielsweise in eine bekannte

Referenzposition) füllungsoptimal gestaltet.

Im Gegensatz zum LET-Bereich steht bei höheren Motordrehzahlen ausreichend

Abgasenthalpie und damit Turbinenleistung zur Verfügung. Durch die Wahl der Steuerzeiten und durch die Ausnutzung der Potenziale des TGI-Miller Brennverfahrens in Kombination mit der VTG-Aufladung lässt sich der Motorwirkungsgrad im Bereich der Volllast maximieren: Das frühe Einlassschließen reduziert die Kompressionsverluste, da sich der Kompressionsdruck infolge der Expansionskühlung verringert. Infolgedessen sinkt auch der Zylinderspitzendruck. Das frühe Einlassschließen führt auch zu erhöhtem Ladedruckbedarf (vgl. Punkt B2 in Fig. 4b), wodurch der Gesamtwirkungsgrad des VTG-Turboladers steigt. In der Summe ergibt sich ein positives Spülgefälle fast über den gesamten Volllastbereich: Der Ladedruck ist hier höher als der Abgasgegendruck. Damit zeigt sich ein weiterer Vorteil der Kombination von

Brennverfahren und VTG-Aufladung: Durch das positive Spülgefälle sinkt die

Ladungswechselarbeit gegenüber vergleichbaren Benzinmotoren deutlich. Dabei gibt es Bereiche, in denen die Ladungswechselarbeit positiv ausfällt. Das bedeutet, dass neben der Hochdruck- auch die Ladungswechselschleife einen positiven Beitrag zur abgegebenen Arbeit an der Kurbelwelle leistet (rechtsdrehender Kreisprozess). Die im Abgas gespeicherte Energie wird hier also für das Brennverfahren nutzbar gemacht, was den Wirkungsgrad signifikant erhöht. Im LET-Bereich sowie im Drehzahlbereich oberhalb von 3.000 1/min ist die

Ladungswechselarbeit zwar nicht mehr positiv, jedoch ist der Aufwand für den Ladungswechsel deutlich geringer als mit der Wastegate-Aufladung. Messungen zeigen, dass die

Motorbetriebskennlinie nahe an der Kennlinie der höchsten Verdichterwirkungsgrade verläuft, besonders im Bereich der Nennleistung. Der erheblich reduzierte Verbrauch des

erfindungsgemäßen Brennverfahrens ergibt sich demnach aus zwei wesentlichen Effekten: der reduzierten Kompressionsarbeit einerseits und aus der gleichzeitig reduzierten

Ladungswechselarbeit.

Fig. 5 zeigt beispielhaft ein Verdichterkennfeld und die Motorbetriebskennlinie sowie die Kennlinie des höchsten Verdichterwirkungsgrades für das erfindungsgemäße Verfahren. Auf der Rechtswertachse des Kennfelds ist der reduzierte Verdichtermassenstrom in kg/s abgetragen, auf der Hochwertachse das Verdichterdruckverhältnis. Die Motorbetriebskennlinie 52 verläuft nahe an der Kennlinie der höchsten Verdichterwirkungsgrade 53, besonders im Bereich der Nennleistung. Punkt A in Fig. 5 entspricht den Punkten A1 bzw. A2 in den Fig. 4a bzw. Fig. 4b (Überhöhung des Abgasgegendrucks). Punkt B in Fig. 5 entspricht den Punkten B1 und B2 in den Fig. 4a bzw. 4b (erhöhter Ladedruckbedarf).

Fig. 6 zeigt den Soll- und Istladedruckverlauf während eines beispielhaften Lastsprunges und nach Erreichen des stationären Zustands, sowie die Einlassnockenwellenposition bei stationärer Grundbedatung (d.h. bei Nutzung der für den stationären Fall vorgesehenen Kennlinien, Kennfelder, Parametern und/ Konstanten in der Steuerungslogik) und den Wert der VTG-Stellung der aus der stationären Vorsteuerung resultiert. Auf der Rechtswertachse des Diagramms ist die Zeit im Bereich von 0 bis 4 Sekunden aufgetragen. Auf der Hochwertachse sind Sollladedruck 50 (gestrichelte Linie) und Istladedruck 52 (durchgezogene Linie) in mbar über der Zeit aufgetragen. Infolge einer Lastanforderung bei ca. 0.8s springt der Sollladedruck 50 sprunghaft von etwa 1000 mbar auf etwa 1700 mbar an. Der Ist-Ladedruckaufbau 52, der aus der Lastanforderung resultiert, folgt der Lastanforderung mit Zeitverzögerung und erreicht das Sollniveau nach etwa 2s. Zudem ist die Einlassnockenwellenposition 56 bei stationärer Grundbedatung in °KW aufgetragen, welche aus der erfindungsgemäßen Steuerung auf verbrauchsoptimale Werte im stationären Fall resultieren würde. Ein Wert von 22 °KW markiert eine Referenzlage und wird in diesem Ausführungsbeispiel als füllungsoptimal erachtet. Von dieser Position wird die Nockenwelle in Richtung früherer Einlassöffnung verstellt, wodurch das Miller-Brennverfahren umgesetzt wird. Eine frühere Phasenlage benötigt in der Folge auch wieder einen höheren Ladedruck um den Füllungsverlust infolge des Miller-Brennverfahrens ausgleichen zu können. Um stationär den optimalen Verbrauch zu realisieren, geht die stationäre Grundbedatung 56 daher auch schnellstmöglich in Richtung früher

Nockenwellenpositionen. Zudem ist in dem Diagramm beispielhaft der Wert der VTG-Stellung 62 in %, der aus der stationären Vorsteuerung resultiert, aufgetragen.

Bezugszeichenliste Fahrzeug

Brennkraftmaschine

Motorblock

Frischgasanlage

VTG-Verdichter

Verdichter

Abgasanlage

Abgasturbine

Brennkammer

Gasinjektor

Motorsteuergerät

Rechner

Speicherelement

Schritt des Öffnens des Einlassventils

Schritt des Schließens des Auslassventils

Schritt des Einblasens des Gases

Schritt des frühen Schließens des Einlassventils (FES) Schritt des Verdichtens der Ladung

Sollladedruck

Istladedruck

Einlassnockenwellenposition bei stationärer Grundbedatung VTG-Stellung, die aus der stationären Vorsteuerung resultiert