Aus der DE 199 45 544 AI ist ein Brennstoffzuführsystem für eine fremdgezündete Brennkraftmaschine bekannt, bei dem jedem Zylinder Brennstoff durch direkte Abgabe in einen Brennraum durch ein im jeweiligen Zylinderkopf angeordnetes Einblasven- til oder Direkteinspritzventil zumessbar ist und wenigstens ein weiteres Einspritzventil in einem Ansaugbereich der Brennkraftmaschine zur zusätzlichen Brennstoffabgabe vorgese- hen ist. Die Direktabgabe von Brennstoff in den Brennraum und die Kraftstoffzuführung über den Ansaugbereich wird von einer Steuereinheit in Abhängigkeit des Betriebspunktes der Brenn- kraftmaschine aufeinander abgestimmt, wobei die Steuereinheit den jeweiligen Durchsatz der dem Brennraum zugeordneten Ven- tile und des zusätzlichen Einspritzventils im Ansaugbereich die jeweils zuzumessende Brennstoffmenge bestimmt und so im Brennraum zündfähiges Brennstoffgemisch konfiguriert.

Bei dem bekannten Verfahren mit der Möglichkeit der direkten Kraftstoffzumessung in die Brennräume und der Zuführung von Brennstoffgemisch über den Ansaugbereich werden die innere Gemischbildung und die Saugrohreinspritzung entsprechend dem Lastbereich kombiniert. Im Leerlaufbereich sowie im Niedrig- lastbereich ist überwiegend oder ausschließlich direkte Kraftstoffzumessung in den Brennraum vorgesehen, wobei durch Kraftstoffabgabe während des Kompressionstaktes des jeweili- gen Zylinders ein Schichtladungsbetrieb mit einer Gemischfol- ge mit örtlich unterschiedlichen Brennstoffkonzentrationen vorgesehen ist. Im mittleren Lastbereich ist zusätzlich zur inneren Gemischbildung die Zuführung mageren homogenen Gemi- sches über den Ansaugbereich der Brennkraftmaschine vorgese- hen, wobei das durch Saugrohreinspritzung mittels des zusätz- lichen Einspritzventils gebildete Gemisch im Ansaugbereich der Brennkraftmaschine im Brennraum durch die direkt einge- brachte Brennstoffmenge auf ein zündfähiges Maß angereichert wird. Im Hochlastbereich erfolgt die Gemischbildung über Saugrohreinspritzung in den Ansaugbereich und direkte Kraft- stoffabgabe in den Brennraum während des Ansaugtaktes, wobei im Brennraum homogenes Gemisch gebildet wird. Alternativ ist bei dem bekannten Verfahren für den Hochlastbereich der Brennkraftmaschine vorgesehen, die homogene Brennraumladung ausschließlich über die Saugrohreinspritzung in den Ansaugbe- reich aufzubereiten.

Das bekannte Betriebsverfahren mit einer Kombination von in- nerer Gemischbildung mit direkter Brennstoffabgabe in einen Brennraum und zusätzlicher Kraftstoffzumessung durch einen Ansaugbereich der Brennkraftmaschine kann zwar eine reduzier- te Stickstoffemission der Brennkraftmaschine erreicht werden, wie sie bei ausschließlich innerer Gemischbildung nicht oder nur mit besonderem Aufwand erreichbar waren. Den bei modernen Brennkraftmaschinen zunehmend höheren Anforderungen an gerin- ge Schadstoffemissionen im Abgas der Brennkraftmaschine ver- mag das bekannte Verfahren jedoch oft nicht mehr gerecht zu werden und insbesondere bei magerer Verbrennung ist eine wirksame Abgasnachbehandlung noch schwierig.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der gattungsgemäßen Art zu schaffen, mit dem die Abgasemission der Brennkraftmaschine gesenkt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Pa- tentanspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, Abgas der Brennkraftmaschine in den Ansaugbereich zurückzuführen, wobei die Steuereinheit eine Rückführungsrate des rückgeführten Abgases, also den An- teil des rückgeführten Abgases an dem schließlich in den Brennraum gelangenden Frischgas bestimmt. Unter Berücksichti- gung der Rückführrate wird ein vorgegebenes Luftverhältnis des Gemisches aus Frischluft, Abgas und Brennstoff durch di- rekte Abgabe von Brennstoff in den Brennraum eingestellt, wo- bei die Steuereinheit die Menge des im Rahmen der inneren Ge- mischbildung direkt an den Brennraum abzugebenen Brennstoffes bestimmt. Durch die Einstellung des Luftverhältnisses des Brennstoffgemisches über die direkte Brennstoffabgabe in den Brennraum wird die Abgasverträglichkeit der Brennraumladung erheblich verbessert, so daß mit hohen Rückführraten die Ab- gasemission der Brennkraftmaschine bei einem Betriebsverfah- ren mit kombinierter Brennstoffzumessung durch Direktabgabe in den Brennraum und zusätzlicher Brennstoffabgabe in den An- saugbereich effektiv gesteigert werden kann. Dabei können ho- he Rückführraten mit der Bildung homogener magerer Brenn- stoffgemische im Brennraum kombiniert werden und unter Ein- satz von Abgasnachbehandlungseinrichtungen eine weitgehende Entdrosselung der Brennkraftmaschine im Teillastbereich und dadurch eine Reduzierung des Kraftstoffverbrauches erreicht werden.

Gemäß der Erfindung wird im Brennraum ein mageres Grundge- misch durch die direkte Brennstoffabgabe auf das vorgesehene Luftverhältnis angefettet, wobei das Grundgemisch bedarfswei- se über den Ansaugbereich und die dort vorgesehene Saug- rohreinspritzung bereitgestellt werden kann oder durch direk- te Brennstoffabgabe in den Brennraum während des Ansaugtaktes der Brennkraftmaschine erzeugt wird. Die hohe Abgasverträg- lichkeit bei der Gemischbildung ergibt sich dabei durch die stabilisierend auf die Entflammung magerer Homogengemische wirkende direkte Brennstoffabgabe in den Brennraum. Eine sta- bilisierende Wirkung auf die Entflammung auch sehr magerer homogener Brennstoffgemische ergibt sich dabei insbesondere, wenn die direkte Brennstoffabgabe zur Erzielung des vorgese- henen Luftverhältnisses im Brennraum während des Kompressi- onstaktes erfolgt.

Vorteilhaft wird wenigstens im oberen Lastbereich der Brenn- kraftmaschine ein Gemisch mit einem Luftverhältnis im stöchi- ometrischen Bereich von A=1 gebildet, wodurch auch bei hohen Brennstoffdurchsätzen geringe Anforderungen an die Abgasnach- behandlung gestellt werden müssen. Durch die Zündeinspritzung in den Brennraum während des Kompressionstaktes werden in Kombination mit der Abgasrückführung auch Verbrauchsvorteile erreicht. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird im Betrieb der Brennkraftmaschine in unteren Lastberei- chen die Gemischbildung wenigstens überwiegend durch direkte Kraftstoffzumessung in den Brennraum während des Kompressi- onstaktes durchgeführt und bei höheren Betriebslasten auf Ge- mischbildung mit Anfettung eines mageren Grundgemisches auf ein stöchiometrisches Luftverhältnis durch Zündeinspritzung umgeschaltet. Die Umschaltung auf den Betrieb mit stöchio- metrischer Gemischbildung für höhere Betrieblasten erfolgt dabei vorteilhaft bei einem mittleren Brennraumdruck von etwa 3,5 bar bis 4,5 bar, vorzugsweise 4,0 bar.

In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung wird die Brennkraftmaschine im gesamten Lastbereich mit Gemischbildung mit Luftzahlen im stöchiometrischen Bereich von X=l betrie- ben, wodurch die erforderlichen Einrichtungen zur direkten Kraftstoffzumessung in die Brennräume baulich kleiner und einfacher ausgestaltet werden können und dadurch Vorteile hinsichtlich der Qualität des Brennstoffgemisches, der Kosten des Brennstoffzuführsystems und durch reduzierte Reibung in den Zumeßeinrichtungen eine Verbesserung des Brennstoff- verbrauchs der Brennkraftmaschine erreicht werden kann. Auch erlaubt die erfindungsgemäße Betriebsweise mit Gemischbildung im stöchiometrischen Bereich über den gesamten Lastbereich der Brennkraftmaschine einen Umstieg von bisher üblichen Kol- benkompressoren und Kolbenpumpen auf zylinderselektive Memb- rankompressoren, Membranpumpen oder anderen Pumpe/Düsen- kombinationen bzw. Kompressor/Düsenkombinationen zur Kraft- stoffzumessung. Außerdem erlaubt eine direkte Zündeinsprit- zung in den Brennraum während des Kompressionstaktes in Kom- bination mit Abgasrückführung im Vollastbetrieb der Brenn- kraftmaschine eine Verstärkung der Turbulenzen im Brennraum mit einer positiven Wirkung auf den Verbrennungsablauf, wo- durch sich eine Erhöhung des mittleren Brennraumdruckes und eine Reduzierung der Abgastemperatur und damit eine Verbesse- rung der Abgasemissionen erreichen läßt. Die Menge des wäh- rend des Kompressionstaktes direkt in den Brennraum abgegebe- nen Brennstoffes (Zündeinspritzung) beträgt vorteilhaft weni- ger als 20% der für die volle Betriebslast vorgesehenen Ge- samtmenge des zu verbrennenden Brennstoffes.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 einen Schnitt einer Brennkraftmaschine mit kombinier- ter Brennstoffzuführung durch direkte Abgabe in den Brennraum und zusätzlicher Brennstoffzuführung über den Ansaugbereich, Fig. 2 eine grafische Darstellung der Maschinenleistung auf- getragen über der Drehzahl der Brennkraftmaschine nach einer ersten Verfahrensvariante der Gemischbil- dung, Fig. 3 eine grafische Darstellung der Maschinenleistung auf- getragen über der Drehzahl nach einer alternativen Verfahrensweise der Gemischbildung.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch einen der Zylinder 8 einer Brennkraftmaschine, in dem ein Hubkolben 10 längsbeweglich angeordnet ist und einen Brennraum 7 begrenzt, welcher von einem auf dem Zylinder 8 aufliegenden Zylinderkopf 1 abge- schlossen ist. In dem Brennraum wird in bekannter Weise zur Verdrängung des Hubkolbens 10 Brennstoff mit Frischgas ver- brannt, welches über ein von einem Einlaßventil 3 gesteuertes Ansaugrohr 22 in den Brennraum 7 angesaugt wird. Die Abgase werden nach der Verbrennung in ein Abgasrohr 23 abgegebenen, welches zur Abführung der Abgase von einem. oder mehren Aus- laßventilen 4 pro Zylinder 8 geöffnet wird. Der Gasdurchsatz der Ansaugleitung 22 ist durch eine Drosselklappe 27 steuer- bar. Zur Verringerung der Schadstoffemission der Brennkraft- maschine ist eine Rückführung von Abgasen durch eine Abgas- rückführungsleitung 9 vorgesehen, welche das Abgasrohr 23 mit dem Ansaugrohr 22 verbindet und im vorliegenden Ausführungs- beispiel stromab der Drosselklappe 27 in den Ansaugbereich 26 des Ansaugrohres 22 vor der Einmündung in den Zylinder 8 ein- mündet.

Für die Zumessung des für die Verbrennung erforderlichen Brennstoffes ist im Zylinderkopf 1 jedes Zylinders 8 ein Di- rekteinspritzventil 2 angeordnet, welches über seine Ein- spritzdüse 5 Brennstoff direkt in den Brennraum 7 abgeben kann. Jedes Direkteinspritzventil 2 der Zylinder 8 der Brenn- kraftmaschine ist über einen Brennstoffanschluß 15 mit einer gemeinsamen Verteilerleitung 20 verbunden, welche eine ge- meinsame Druckleitung sein kann (fuel rail). Alternativ zur Direkteinspritzung mittels des Direkteinspitzventils 2 kann die Abgabe von Brennstoff in den Brennraum zur inneren Ge- mischbildung mittels eines Einblasventils vorgesehen sein, mit dem ein Brennstoff-Medium-Gemisch direkt in den Brennraum 7 abgegeben werden kann.

Zusätzlich zur direkten Brennstoffabgabe in den Brennraum 7 ist im Ansaugbereich 26 des Saugrohres 22 ein Einspritzventil 25 vorgesehen, welches über einen Brennstoffanschluß 17 mit der Verteilerleitung 20 verbunden ist und im Rahmen einer äu- ßeren Gemischbildung Brennstoff in das Frischgas vor dem Ein- tritt in den Brennraum 7 abgibt. Die Saugrohreinspritzung zur äußeren Gemischbildung kann dabei durch ein einzelnes Ein- spritzventil 25 in einem alle Zylinder 8 versorgenden gemein- samen Ansaugrohr 22 vorgesehen sein (Singlepoint-Ein- spritzung). Alternativ kann auch für jeden Zylinder 8 der Brennkraftmaschine jeweils ein Zusatzeinspritzventil 25 zuge- ordnet werden (Multipoint-Einspritzung).

Im Zylinderkopf 1 ist schließlich eine in den Brennraum 7 einragende Zündkerze 6 angeordnet, deren Zündelektroden be- nachbart eines Kegelmantels 14 des als Kegelstrahl 19 von der Einspritzdüse 5 des Direkteinspritzventils 2 abgegebenen Brennstoffes liegen. In einem Schichtladungsbetrieb der Brennkraftmaschine mit örtlich unterschiedlichen Kraftstoff- konzentrationen im Brennraum ist so sichergestellt, daß im Bereich der geschichteten Gemischwolke entsprechend dem Ke- gelstrahl 19 zündfähiges Gemisch zwischen die Elektroden 12 der Zündkerze 6 gelangt.

Die Gemischbildung aus Brennstoff und Frischgas sowie dazuge- mischtem Abgas sowie schließlich die Zündung des Gemisches im Brennraum 7 wird von einer Steuereinheit 30 gesteuert, welche die direkte Kraftstoffeinspritzung durch das Direkteinspritz- ventil 2 und die zusätzliche Saugrohreinspritzung durch das Zusatzeinspritzventil 25 im Ansaugbereich 26 in Abhängigkeit des Betriebspunktes der Brennkraftmaschine auf-einander ab- stimmt und die Direkteinspritzventile 2 und das Zusatzein- spritzventil 25 entsprechend ansteuert. Die Steuereinheit 30 bestimmt auch die Abgasrückführungsrate, d. h. den Anteil des dem Frischgas im Ansaugrohr 22 zugemischten Abgases durch entsprechende Einstellung eines in der Abgasrückführungslei- tung 9 angeordneten Abgasrückführungsventils 11.

Bei der Gemischbildung ist vorgesehen, im Brennraum 7 ein ma- geres Grundgemisch bereitzustellen, welches durch direkt ein- gespritzten Brennstoff auf ein vorgesehenes Luftverhältnis mit Brennstoff angereichert wird und das im Brennraum gebil- dete Gemisch aus Frischluft, Abgas und Brennstoff konfigu- riert wird, wobei die Steuereinheit 30 die direkte Brenn- stoffabgabe in den Brennraum zur Konfigurierung des Gemisches unter Berücksichtigung der gleichfalls von ihr einstellbaren Rückführrate im Hinblick aus das vorgesehene Luftverhältnis einstellt. Als mageres Grundgemisch, das durch Direktein- spritzung zu konfigurieren ist, wird ein homogenes Gemisch in den Brennraum 7 geleitet, welches durch Saugrohreinspritzung bereitgestellt werden kann oder auch durch Direkteinspritzung während des Ansaugtaktes des Zylinders 8 im Rahmen innerer Gemischbildung erzeugt werden kann. Gleichfalls sind auch Kombinationen von äußerer und innerer Gemischbildung zur Er- zeugung des homogenen Grundgemisches möglich.

Die Einstellung des Luftverhältnisses bei der Gemischbildung und die Konfiguration des Gemisches im Brennraum durch die Direkteinspritzung von Brennstoff fördert die Verträglichkeit beigemischter Abgase im Frischgas, und durch hohe Abgasrück- führungsraten ist eine deutliche Reduzierung der Schadstoff- emission möglich. Durch Einsatz von Einrichtungen zur Abgas- nachbehandlung in der Abgasleitung ist eine Kombination von homogenem Magerbetrieb der Brennkraftmaschine mit hohen Ab- gasrückführungsraten möglich, wodurch die Brennkraftmaschine im Teillastbereich weitgehend entdrosselt betrieben werden kann.

Wird der direkt in den Brennraum abzugebende Brennstoff zur Einstellung des vorgesehenen Luftverhältnisses während des Kompressionstaktes des Zylinders 8 als Zündeinspritzung abge- geben, so wird eine stabile Entflammung auch sehr magerer ho- mogener Gemische gefördert. Auch fördert eine solche Zündein- spritzung die Erhöhung der Abgasverträglichkeit des Frischga- ses. Durch die erfindungsgemäße Zündeinspritzung kann eine Erhöhung der Abgasverträglichkeit des Frischgases um mehr als 15% gegenüber einer Saugrohreinspritzung erreicht werden.

Die Steuereinheit 30 stellt durch die bei der Zündein- spritzung zugemessene Brennstoffmenge vorteilhaft ein Luft- verhältnis im stöchiometrischen Bereich von X=l ein, wodurch zum einen die Abgasnachbehandlung vereinfacht wird und zum anderen eine bauliche Verkleinerung und Vereinfachung der Di- rekteinspritzventile 2 und der zugehörigen Bauteile ermög- licht ist.

Fig. 2 zeigt eine Verfahrensvariante einer Gemischbildung mit A=1, welche in der Betriebsart B für den oberen Lastbereich der Brennkraftmaschine vorgesehen ist. Dabei wird mageres Grundgemisch durch Saugrohreinspritzung oder Saugrohrein- spritzung in Kombination mit Direkteinspritzung während des Ansaugtaktes bereitgestellt und durch Zündeinspritzung wäh- rend des Kompressionstaktes auf das vorgesehene Gemischver- hältnis von X=l angereichert. Im Leerlaufbetrieb und in unte- ren Lastbereichen A erfolgt die Kraftstoffzumessung wenigs- tens überwiegend durch Zündeinspritzung in den Brennraum 7 während des Kompressionstaktes mit geschichteter und insge- samt magerer Gemischbildung. Alternativ zur ausschließlichen Kraftstoffzumessung durch Zündeinspritzung in der Betriebsart A kann auch ein sehr mageres Grundgemisch durch Saugrohrein- spritzung bereitgestellt werden und durch Zündeinspritzung während des Kompressionstaktes ein geschichtetes und zündfä- higes Gemisch erzeugt werden.

Fig. 3 zeigt eine Verfahrensvariante zur Gemischbildung, bei der im gesamten Betriebsbereich C der Brennkraftmaschine eine Gemischbildung mit einem vorgegebenen Luftverhältnis im stö- chiometrischen Bereich von X=l eingestellt wird. Ein Grundge- misch wird durch Saugrohreinspritzung oder Saugrohreinsprit- zung in Kombination mit direkter Kraftstoffeinspritzung wäh- rend des Ansaugtaktes der betreffenden Zylinder bereitet und durch Zündeinspritzung konfiguriert.