DE10160057A1 - Brennkraftmaschine mit Kompressionszündung - Google Patents
Brennkraftmaschine mit KompressionszündungInfo
- Publication number
- DE10160057A1 DE10160057A1 DE10160057A DE10160057A DE10160057A1 DE 10160057 A1 DE10160057 A1 DE 10160057A1 DE 10160057 A DE10160057 A DE 10160057A DE 10160057 A DE10160057 A DE 10160057A DE 10160057 A1 DE10160057 A1 DE 10160057A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- fuel
- internal combustion
- combustion engine
- ignition
- combustion chamber
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 title claims abstract description 96
- 230000006835 compression Effects 0.000 title claims abstract description 26
- 238000007906 compression Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 73
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 28
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 28
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 28
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 19
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 claims description 5
- 238000009835 boiling Methods 0.000 claims description 3
- NKRVGWFEFKCZAP-UHFFFAOYSA-N 2-ethylhexyl nitrate Chemical compound CCCCC(CC)CO[N+]([O-])=O NKRVGWFEFKCZAP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 claims 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 claims 1
- 239000003879 lubricant additive Substances 0.000 claims 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 238000009841 combustion method Methods 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 23
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N Nitric oxide Chemical compound O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 239000002283 diesel fuel Substances 0.000 description 6
- 239000008240 homogeneous mixture Substances 0.000 description 5
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 4
- 239000003502 gasoline Substances 0.000 description 3
- 230000001050 lubricating effect Effects 0.000 description 3
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 2
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 description 2
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 2
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 239000004071 soot Substances 0.000 description 2
- CIWBSHSKHKDKBQ-JLAZNSOCSA-N Ascorbic acid Chemical compound OC[C@H](O)[C@H]1OC(=O)C(O)=C1O CIWBSHSKHKDKBQ-JLAZNSOCSA-N 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 239000007792 gaseous phase Substances 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 230000037452 priming Effects 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 238000007751 thermal spraying Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D19/00—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
- F02D19/06—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed
- F02D19/0639—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed characterised by the type of fuels
- F02D19/0649—Liquid fuels having different boiling temperatures, volatilities, densities, viscosities, cetane or octane numbers
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B1/00—Engines characterised by fuel-air mixture compression
- F02B1/12—Engines characterised by fuel-air mixture compression with compression ignition
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D19/00—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
- F02D19/06—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed
- F02D19/0602—Control of components of the fuel supply system
- F02D19/0607—Control of components of the fuel supply system to adjust the fuel mass or volume flow
- F02D19/061—Control of components of the fuel supply system to adjust the fuel mass or volume flow by controlling fuel injectors
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B29/00—Engines characterised by provision for charging or scavenging not provided for in groups F02B25/00, F02B27/00 or F02B33/00 - F02B39/00; Details thereof
- F02B29/04—Cooling of air intake supply
- F02B29/0406—Layout of the intake air cooling or coolant circuit
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D13/00—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing
- F02D13/02—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing during engine operation
- F02D13/0203—Variable control of intake and exhaust valves
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D19/00—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
- F02D19/06—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed
- F02D19/0663—Details on the fuel supply system, e.g. tanks, valves, pipes, pumps, rails, injectors or mixers
- F02D19/0686—Injectors
- F02D19/0689—Injectors for in-cylinder direct injection
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D19/00—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
- F02D19/06—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed
- F02D19/0663—Details on the fuel supply system, e.g. tanks, valves, pipes, pumps, rails, injectors or mixers
- F02D19/0686—Injectors
- F02D19/0692—Arrangement of multiple injectors per combustion chamber
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
- F02M26/01—Internal exhaust gas recirculation, i.e. wherein the residual exhaust gases are trapped in the cylinder or pushed back from the intake or the exhaust manifold into the combustion chamber without the use of additional passages
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
- F02M26/13—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
- Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
Abstract
Ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine verwendet einen Brennstoff, der durch die besonderen Brennstoffcharakteristika bei einer Verbrennung durch Kompressionszündung einen günstigen Wirkungsgrad erzielt und gegenüber bekannten Brennverfahren mit herkömmlichen Brennstoffen Verbrauchvorteile aufweist. Vorzugsweise wird als Brennstoff Straight-Run-Naphta verwendet, der auch als Rohbenzin bekannt ist. Die Brennstoffcharakteristika dieses Brennstoffes sind gegenüber herkömmlichen Brennstoffen billiger zu realisieren, da bei der Herstellung auf teuere Brennstoffweiterbehandlung verzichtet werden kann.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit Kompressionszündung gemäß Anspruch 1.
- Ziel der Entwicklung neuer Brennkraftmaschinen ist die Reduzierung von Kraftstoffverbrauch und Abgasemissionen. Bei den heutigen Dieselmotoren liegen beispielsweise die meisten Probleme hauptsächlich in der Entstehung der Rußpartikel sowie der hohen Stickoxidemissionen.
- Üblicherweise verwenden Brennkraftmaschinen mit Kompressionszündung Dieselkraftstoff, da sich die Zündeigenschaften des Dieselkraftstoffs für solche Brennkraftmaschinen gut eignen. Eine konventionelle Dieselverbrennung stellt bekanntlich eine Diffusionsflammenverbrennung dar, die vor allem zu einer hohen Partikelbildung führt. Um weniger Emissionen durch eine mit Kompressionszündung eingeleitete Verbrennung zu erzielen, wird derzeit bei den selbstzündenden Brennkraftmaschinen versucht, mittels der Verbrennung eines homogenen Gemisches eine Dieselverbrennung zu realisieren, bei der weniger Rußpartikel entstehen. Bei einer solchen Verbrennung besteht die Möglichkeit, mit einem extrem mageren Gemisch eine im wesentlichen vollständige Verbrennung zu erzielen, wodurch der Brennstoffverbrauch sinkt und zumindest bei kleiner Last niedrige Verbrennungstemperaturen auftreten. Dadurch entstehen weniger Stickoxid-Emissionen, da diese niedrige Verbrennungstemperaturen meist unterhalb der Grenztemperatur für die Bildung von Stickoxiden (NOx) liegen
- Die Erzielung einer selbstzündenden Verbrennung eines homogenen Gemisches kann durch eine spezielle Konditionierung des Kraftstoffs erzielt werden. Aus der DE 199 14 941 C1 ist ein Brennkraftmaschine mit Kompressionszündung bekannt ist, bei der die Verbrennung durch Mikrowelleneinstrahlung in den Brennraum unterstützt wird. Dabei wird das Brenngemisch während einer Mikrowelleneinstrahlung einer Konditionierung unterworfen, so dass eine verbesserte Verbrennung stattfindet.
- Eine weitere Variante zur Erzielung einer homogenen selbstzündenden Verbrennung wird durch den Einsatz vom mehreren Brennstoffen versucht. In der EP 643 209 B1 ist ein Verfahren offenbart, bei dem Erdgas als Hauptkraftstoff und Dieselkraftstoff als leicht entflammbarer Pilotkraftstoff dienen, wobei die Einspritzzeitpunkte der beiden Brennstoffe vom Betriebspunkt der Brennkraftmaschine abhängen.
- Die DE 30 20 822 A1 offenbart eine fremdgezündete Brennkraftmaschine, bei der Rohbenzin anstelle von Benzin verwendet wird und mittels einer Kapillarspaltverdampferdüse vor der Vermischung mit der Verbrennungsluft in eine gasförmigen Phase aufbereitet wird, um die Zündeigenschaften des Rohbenzins zu verbessern.
- Aus der DE 198 04 983 A1 ist ein Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors mit Kompressionszündung bekannt, bei dem zu Beginn des Verdichtungstaktes im Brennraum ein vorgemischtes mageres Kraftstoff/Luft-Gemisch enthalten ist, und das Gemisch bis zur Selbstzündungsgrenze verdichtet wird, wobei während des Kompressionshubes weiter Kraftstoff in den Brennraum eingespritzt wird. Dabei wird die in den Brennraum später eingespritzte Kraftstoffmenge zeitlich und örtlich in mehreren Einspritzvorgängen eingebracht, so dass im Brennraum unterschiedliche Zündwilligkeiten entstehen.
- Bei einigen der oben aufgeführten Varianten wird das Kraftstoff/Luft-Gemisch durch Kompressionswärme zur Entzündung gebracht. Dabei wird ein selbstbeschleunigender Verbrennungsprozess eingeleitet, bei dem eine zu niedrige Kompression zu einer unvollständigen Verbrennung führt und eine zu hohe Kompression unzulässige Druckanstiege verursacht.
- Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren für eine Brennkraftmaschine mit Kompressionszündung zu schaffen, mit dem eine Verbrennung mit einem niedrigeren Verbrauch und geringen Schadstoffemissionen ermöglicht wird.
- Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
- Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1 sieht vor, dass zum Betrieb einer Brennkraftmaschine, welche Einlass- und Auslassventile, sowie eine Steuereinrichtung, und einer Brennstoffzufuhreinrichtung aufweist, zuerst in einem Verfahrensschritt ein Brennstoff mit einem Siedebereich von 20°C bis 190°C und einer Zündwilligkeit von etwa 25 bis 40 CZ in den Brennraum eingebracht wird. Der Brennstoff kann im Saugrohr und/oder in den Brennraum direkt eingespritzt werden. Wird der Brennstoff in den mit Frischluft gefüllten Brennraum direkt eingespritzt, dann wird das Brennstoff/Luft-Gemisch im Zylinder derart verdichtet, dass die Zylinderladung im Bereich des oberen Totpunkts selbstzündet. Alternativ wird der Brennstoff im Saugrohr eingespritzt, so dass er sich mit der durch ein Ansaugrohr in den Brennraum einströmenden Luft vermischt.
- Erfindungsgemäß verwendet das vorliegenden Verfahren einen Brennstoff, der durch die besonderen Brennstoffcharakteristika bei einer Verbrennung durch Kompressionszündung einen günstigen Wirkungsgrad erzielt, und gegenüber bekannten Brennverfahren mit herkömmlichen Brennstoffen Verbrauchvorteile aufweist. Vorzugsweise wird als Brennstoff Straight-Run-Naphta verwendet, der auch als Rohbenzin bekannt ist. Die erfindungsgemäßen Brennstoffcharakteristika dieses Brennstoffes sind gegenüber herkömmlichen Brennstoffen billiger zu realisieren, da bei der Herstellung auf teuere Brennstoffweiterbehandlung verzichtet werden kann. Durch die hohe Kältefestigkeit des Straight-Run-Naphta treten bei tiefen Temperaturen beispielsweise im Winter keine dieseltypischen Förderprobleme des Brennstoffs auf.
- Basierend auf der hohen Flüchtigkeit des Straight-Run-Naphta lässt das erfindungsgemäße Verfahren ein nahezu homogenes Gemisch in kurzer Dauer entstehen, welches durch eine Kompressionszündung aufgrund der nicht all zu hohen Zündwilligkeit des Straight-Run-Naphta eine Verbrennung ermöglicht, mit der niedrige Stickoxidemissionen und verminderte Partikelbildung erzielt werden. Durch die hohe Flüchtigkeit wird eine für die Kompressionszündung eines homogenen Gemisches notwendige gute Gemischaufbereitung erzielt. Dadurch werden im Gemisch extreme örtliche Luftzahl-Werte (λ << 1 und λ >> 1) und im Brennraum während der Verbrennung örtliche Temperaturspritzen verhindert. Dabei ermöglicht die nicht all zu hohe Zündwilligkeit, dass der Brennstoff gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ausreichend Zeit für die Gemischaufbereitung hat, ohne dass eine Selbstzündung stattfindet. Durch eine einsetzende Voroxidation einer zuerst eingespritzten Brennstoffmenge wird eine erforderliche Gemischtemperatur erreicht, bei der das Gemisch durch einen Zündstrahl zur Selbstzündung gebracht wird. Das angegebene Maß für die Zündwilligkeit ist die Cetanzahl (CZ). Die Zahl steht in enger Beziehung zur Zündverzugszeit. Dies ist die Zeit zwischen Einspritzbeginn und Druckanstieg infolge der Verbrennung.
- Gemäß einer weiteren Ausbildung wird durch die Zugabe eines Schmierzusatzes eine Brennstoffschmierfähigkeit erzielt, welche den Einsatz von herkömmlichen Dieselkraftstofffördereinrichtungen ermöglicht. Dabei werden handelsübliche Schmierzusätze bevorzugt, wobei zur Bestimmung der Schmierfähigkeit eine Meßmethode dienen kann, welche für Dieselkraftstoffe als HFRR-Testmethode bekannt ist. Dabei steht HFRR für High Frequency Reciprocating Rig Test. Es ist darauf hinzuweisen, dass diese Meßmethode für niedrigsiedende Brennstoffe angepasst werden muss. Beispielsweise kann bei Verwendung des Brennstoffs Straight Run Naphta mit einer Schmierfähigkeit nach HFRR von 922 µm bei der Zumischung von 50 ppm Schmierzusatz eine Schmierfähigkeit von 381 µm erzielt werden, wodurch die Verwendung von herkömmlichen Dieselkraftstofffördereinrichtungen ermöglicht wird. Die Schmierfähigkeit des Brennstoffs soll einen Wert von etwa 460 µm nicht signifikant übersteigen, wobei insbesondere ein Schmierfähigkeitswert zwischen 200 und 400 µm bevorzugt wird.
- Die Verwendung des Brennstoffs Straight Run Naphta hat den Vorteil, dass bei kalten Umgebungstemperaturen keine dieseltypischen Förderproblemen zu erwarten sind. Um weiterhin bei kalten Temperaturen mögliche Zündaussetzer zu vermeiden, werden dem Brennstoff bevorzugt Zündbeschleuniger beigemischt. Somit werden mögliche Zündaussetzer bei der Einleitung der Selbstzündung bzw. während der Verbrennung minimiert bzw. ausgeschlossen. Als Zündbeschleuniger wird dem Brennstoff bevorzugt 2-Ethyl-Hexyl-Nitrat beigemischt.
- Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung wird in Abhängigkeit von Parametern der Brennkraftmaschine, insbesondere lastabhängig, eine in den Brennraum zurückgeführte und/oder im Brennraum zurückgehaltene Abgasmenge derart variiert, dass die Zylinderladungstemperatur einstellbar ist. Weiterhin wird gemäß der vorliegenden Erfindung die Gesamtbrennstoffmenge in den Brennraum ebenso lastabhängig in mehrere Teilmengen aufgeteilt, so dass eine Selbstzündung der Zylinderladung zu einem bestimmten Zeitpunkt stattfindet. Dabei kann die Einspritzung der Gesamtbrennstoffmenge während des Kompressionshubes erfolgen, wobei je nach Lastpunkt der Brennkraftmaschine ein Teil der Brennstoffmenge auch im Ansaughub eingespritzt wird. Der Brennstoff wird mittels einer im Brennraum angeordneten Einspritzdüse bevorzugt direkt in den Brennraum eingespritzt, wobei eine weitere im Ansaugrohr angeordnete Einspritzdüse für die Einspritzung einer Teilmenge der Brennstoffmenge im Ansaugrohr vorgesehen werden kann. Die Menge der Teileinspritzungen sowie deren Zeitpunkt kann lastabhängig durch eine Steuereinrichtung gesteuert, so dass eine Kompressionszündung mit reduzierten Abgasemissionen und geringem Verbrauch erfolgt.
- Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können darüber hinaus eine unvollständige Verbrennung der Ladung, Aussetzer und extrem steile Druckanstiege vermieden werden, was zu einer Reduzierung der bei der Verbrennung entstehenden Geräusche führt und die mechanische Belastung des Motors senkt.
- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
- Die einzige Zeichnungsfigur zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine 1, welche variabel ansteuerbare Einlassventile 2, Auslassventile 3 und eine in einem Zylinderkopf 4 angeordnete Einspritzanlage 5 zum Einspritzen des Brennstoffs 6 in einen Brennraum 7 umfasst. Der Brennraum 7 wird durch den Zylinderkopf 4 und einen im Zylinderblock 8 angeordneten Kolben 9 begrenzt. Die in den Brennraum 7 eingebrachte Brennstoffmenge 6 wird zu einem bestimmten Zeitpunkt gemäß der Brennkraftmaschinenparameter von einer Steuereinheit 10 lastabhängig geregelt.
- Des Weiteren weist die Brennkraftmaschine ein Ansaugrohr 11 und ein Abgasrohr 12 auf.
- Alternativ kann ein zusätzliches Einspritzventil 13 im Ansaugrohr 11 bei der Anordnung der Einspritzanlage 5 im Zylinderkopf 4 vorgesehen werden, wobei das zusätzliche Einspritzventil 13 zwischen einer im Ansaugrohr 11 angeordneten Drosselklappe 14 und dem Einlassventil 2 angeordnet ist.
- Die Brennkraftmaschine 1 kann darüber hinaus aufgeladen sein. Daher kann sie eine nicht dargestellte Aufladeeinrichtung, z. B. einen Abgasturbolader mit einem Ladeluftkühler zum Kühlen der Ladeluft umfassen. Zusätzlich kann eine Abgasrückführeinrichtung zur äußeren Abgasrückführung vorgesehen werden, bei welcher dem Abgas der Brennkraftmaschine 1 ein Teilstrom 15 entnommen und über ein von der Steuereinheit 10 angesteuertes Ventil 16 in das Ansaugrohr 11 zugeführt wird. Zusätzlich kann ein nicht dargestellter Wärmetauscher vorgesehen werden, um beispielsweise die im Kühlmittel der Brennkraftmaschine 1 vorhandene Wärme zum Vorheizen der Ansaugluft im Ansaugrohr 11 zu nutzen.
- Alternativ kann durch variabel ansteuerbare Einlass- und Auslassventile in Abhängigkeit eines gefahrenen Lastpunkts während eines Zyklusses eine bestimmte angesaugte Luftmasse und damit ein bestimmtes Luftverhältnis λ erzeugt werden. Die Ansteuerung der Einspritzanlage 5 findet ebenso lastabhängig statt, um einen bestimmten Einspritzzeitpunkt und eine bestimmte Einspritzmenge zu ermitteln. Im Falle einer mehrfachen Einspritzung kann zusätzlich die Taktfolge und Taktdauer eingestellt bzw. variiert werden.
- Ebenso sind die Aufladeeinrichtung und der Ladeluftkühler der Brennkraftmaschine ansteuerbar, um in Abhängigkeit von der Last einen bestimmten Ladedruck einzustellen. Dasselbe gilt auch für den Wärmetauscher, mit dem eine bestimmte Temperatur der ansaugten Luft erzielt wird. Schließlich liefert die Abgasrückführeinrichtung eine bestimmte Menge von Abgas, die in den Brennraum zurückgeführt wird. Da die Menge und die Temperatur der im Brennraum 7 verbleibenden oder dorthin rückgeführten Abgase wesentliche Einflussgrößen zur Steuerung des Verbrennungsprozesses darstellen, wird eine präzise äußere Abgasrückführung bzw. eine innere Abgasrückhaltung über eine variable Ventilsteuerung vorzugsweise mit elektromagnetischen oder elektrohydraulischen Einlass- und Auslassventilen ermöglicht.
- Die Brennkraftmaschine 1 arbeitet vorzugsweise nach dem bekannten Viertakt-Prozess mit einem Ansaugtakt, einem Verdichtungstakt, einem Arbeitstakt und einem Ausstoßtakt. Im ersten Takt beginnt die Brennkraftmaschine 1, Frischluft bei geöffnetem Einlassventil 2 während eines Ladungswechsels anzusaugen. Gegebenenfalls wird im Brennraum 7 Abgas zurückgehalten. Im zweiten darauffolgenden Takt wird die angesaugte Luft bei geschlossenen Ventilen verdichtet, wobei während der Verdichtung ein Teil der Brennstoffmenge als eine Haupteinspritzung eingespritzt wird. Der Zeitpunkt der Haupteinspritzung wird lastabhängig variiert, wobei auch die Menge lastabhängig variiert wird. Es ist auch denkbar, dass die Brennstoffhaupteinspritzmenge in mehreren Teilmengen in den Brennraum 7 derart eingespritzt wird, dass durch eine intensive Vermischung von Brennstoff mit Frischladung und gegebenenfalls rückgehaltenem Abgas ein homogenes mageres Luft/Abgas/Brennstoff-Gemisch erzielt wird. Der erfindungsgemäße Brennstoff verdampft aufgrund der hohen Flüchtigkeit sehr schnell und nahezu vollständig und kann sich innerhalb des Verdichtungshubes dadurch ideal mit der Luft vermischen, so dass innerhalb des Gemisches im Brennraum 7 örtlich keine extremen Luftzahlwerte entstehen. Idealerweise sollte eine gleichmäßig verteilte Luftzahl λ des nahezu homogenen Gemisches von λ > 1 vorhanden sein. Da der Brennstoff eine nicht all zu hohe Zündwilligkeit aufweist, verhält er sich zündträge, bis am Ende der Verdichtung um den oberen Totpunkt die restliche Brennstoffmenge eingespritzt wird. Dadurch wird das vorhandene Gemisch, welches durch die Verdichtung und eine Voroxidation einiger Brennstoffanteile eine erforderliche Temperatur erreicht hat, mittels einer Kompressionszündung verbrannt. Durch die Verhinderung von extremen Luftzahlwerten und eine hohe Homogenisierungsrate des Gemisches treten während der homogenen Verbrennung keine Temperaturspitzen im Brennraum 7 auf, was zu geringfügigen Stickoxidemissionen und zu einer niedrigen Partikelemissionsneigung aufgrund der erzielten Homogenisierungsrate des Gemisches führt. Durch die Zündbeschleuniger im Brennstoff wird eine stabile Verbrennung ohne Zündaussetzer erzielt.
- Die Kompressionszündung der Zylinderladung wird durch eine Zündeinspritzmenge in Form eines Zündstrahls eingeleitet. Dabei kann der Zündzeitpunkt beispielsweise durch den Einspritzzeitpunkt der Zündeinspritzmenge und/oder gegebenenfalls durch die im Brennraumvorhandene Abgasmenge bestimmt werden. Im dritten Takt wird die durch die Verbrennung freigewordene Leistung durch den Kolben 9 auf die Brennkraftmaschine 1 übertragen. Anschließend wird im vierten Takt bei geöffnetem Auslassventil 3 das Abgas ausgeschoben.
- Vorzugsweise wird beim Start der Brennkraftmaschine die Zylinderladung fremdgezündet, bis der Brennraum bzw. das Abgas eine Temperatur erreicht haben, bei der die Bedingungen für eine Selbstzündung der Zylinderladung gegeben sind. Des Weiteren wird bei höheren Lastpunkten ebenso eine Fremdzündung bevorzugt, da im oberen Lastbereich eine unkontrollierte Selbstzündung der Zylinderladung zu hohen Druckanstiegen führen kann. Demnach wird eine von der Steuereinrichtung 10 ansteuerbare nicht dargestellte Zündanlage mit einer Zündkerze 17 je Zylinder zur Fremdzündung des Luft-Brennstoff-Gemischs im Brennraum 7 vorgesehen.
- Eine besonders zu bevorzugende Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass variabel ansteuerbare Einlass- und Auslassventile durch die Steuereinrichtung 10 derart ansteuerbar sind, dass in Abhängigkeit von den Brennkraftmaschinenparametern der Beginn sowie die Dauer der Verbrennung der Zylinderladung durch die zurückgehaltene oder zurückgeführte Abgasmenge im Brennraum 7 bestimmt werden. Durch die variabel ansteuerbaren Einlass- und die Auslassventile kann bei einer 4-Takt-Brennkraftmaschine eine sog. "innere Abgasrückführung" realisiert werden. Dabei werden die Einlass- und Auslassventile durch die Steuereinrichtung 10 derart angesteuert, dass Abgas vom Brennraum 7 durch das ein geöffnetes Auslassventil 3 in den Auslasskanal 12 ausgeschoben und danach vom Auslasskanal 12 wieder in den Brennraum 7 zurückgesaugt wird.
- Wenn alternativ das Abgas in den Brennraum 7 zurückgeführt wird, sind bekanntlich viele Varianten an Abgasrückführungsventilen denkbar, die für das erfindungsgemäße Verfahren verwendet werden können. Der Einfluss der Abgasrückhaltung bzw. der Abgasrückführung oder der anderen Parameter auf den Verbrennungsprozess kann mittels geeigneter Sensoren, beispielsweise Brennraumdrucksensoren gemessen werden.
Claims (12)
1. Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit,
Einlass- und Auslassventilen,
einer Steuereinrichtung, und
einer Brennstoffzufuhreinrichtung insbesondere einer Einspritzanlage, wobei
in einem Verfahrensschritt zur Bildung eines Brennstoff/Luft-Gemisches ein Brennstoff mit einem Siedebereich von 20°C bis 190°C und einer Zündwilligkeit von etwa 25 bis 40 CZ und Frischluft in den Brennraum eingebracht werden, und in einem nachfolgenden Verfahrensschritt das Brennstoff/Luft-Gemisch gezündet wird.
Einlass- und Auslassventilen,
einer Steuereinrichtung, und
einer Brennstoffzufuhreinrichtung insbesondere einer Einspritzanlage, wobei
in einem Verfahrensschritt zur Bildung eines Brennstoff/Luft-Gemisches ein Brennstoff mit einem Siedebereich von 20°C bis 190°C und einer Zündwilligkeit von etwa 25 bis 40 CZ und Frischluft in den Brennraum eingebracht werden, und in einem nachfolgenden Verfahrensschritt das Brennstoff/Luft-Gemisch gezündet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
als Brennstoff Straight-Run-Naphta verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
dass dem Brennstoff ein Schmierzusatz derart beigemischt
ist, dass der Brennstoff eine Schmierfähigkeit mit einem
maximalen Wert von etwa 460 µm, insbesondere zwischen 200
und 400 µm, nach der Methode des High-Frequency-
Reciprocating-Rig-Tests aufweist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass dem Brennstoff ein Zündbeschleuniger,
insbesondere 2-Ethyl-Hexyl-Nitrat, beigemischt ist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass Verbrennungsabgase in einem Brennraum
zurückgehalten und/oder in den Brennraum zurückgeführt
werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Brennstoff direkt in den
Brennraum und/oder in ein Ansaugrohr eingespritzt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von Parametern der
Brennkraftmaschine, insbesondere in Abhängigkeit von der
Last, die Gesamtbrennstoffmenge in mehrere separate
Teilmengen aufgeteilt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von Parametern der
Brennkraftmaschine, insbesondere in Abhängigkeit von der
Last, die Gesamtbrennstoffmenge als eine
Haupteinspritzmenge während des Kompressionshubes und
anschließend eine Zündeinspritzmenge im Bereich des oberen
Totpunkts eingespritzt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass
die Haupteinspritzmenge 80 bis 90% und die
Zündeinspritzmenge 10 bis 20% der Gesamtbrennstoffmenge
betragen.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet,
dass eine Kompressionszündung der Zylinderladung durch die
Zündeinspritzmenge in Form eines Zündstrahls eingeleitet
wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Zylinderladung der
Brennkraftmaschine in einer Startphase fremdgezündet wird.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Zylinderladung der
Brennkraftmaschine in einem hohen Lastbereich
fremdgezündet wird.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE10160057A DE10160057A1 (de) | 2001-12-06 | 2001-12-06 | Brennkraftmaschine mit Kompressionszündung |
| US10/307,876 US6789511B2 (en) | 2001-12-06 | 2002-12-02 | Internal combustion engine with compression ignition |
| FR0215424A FR2833302B1 (fr) | 2001-12-06 | 2002-12-06 | Moteur a combustion interne a allumage par compression |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE10160057A DE10160057A1 (de) | 2001-12-06 | 2001-12-06 | Brennkraftmaschine mit Kompressionszündung |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE10160057A1 true DE10160057A1 (de) | 2003-06-26 |
Family
ID=7708320
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE10160057A Withdrawn DE10160057A1 (de) | 2001-12-06 | 2001-12-06 | Brennkraftmaschine mit Kompressionszündung |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6789511B2 (de) |
| DE (1) | DE10160057A1 (de) |
| FR (1) | FR2833302B1 (de) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102007026643A1 (de) * | 2007-06-05 | 2008-12-11 | Volkswagen Ag | Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine |
| DE102012001650A1 (de) * | 2012-01-27 | 2013-08-01 | Audi Ag | Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine sowie Brennkraftmaschine |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB0205062D0 (en) * | 2002-03-05 | 2002-04-17 | Autogas Supplies Ltd | Dual fuel engine |
| US7121254B2 (en) * | 2005-02-17 | 2006-10-17 | General Motors Corporation | Compression-ignited IC engine and method of operation |
| US7712451B2 (en) * | 2008-05-07 | 2010-05-11 | Visteon Global Technologies, Inc. | Multi-fuel multi-injection system for an internal combustion engine |
| DE102010056514A1 (de) * | 2010-12-31 | 2012-07-05 | Fev Gmbh | NOX-Regelung mit innerer und äußerer Abgasrückführung |
| EP2753814A4 (de) * | 2011-09-07 | 2015-12-09 | Afton Chemical Corp | Zusatzstoffausgabesystem mit einem luftgestützten motor |
| AT517205B1 (de) * | 2015-06-23 | 2016-12-15 | Ge Jenbacher Gmbh & Co Og | Dual-Fuel-Brennkraftmaschine |
| US20190390127A1 (en) * | 2018-06-20 | 2019-12-26 | Saudi Arabian Oil Company | Light-fraction based fuel composition for compression ignited engines |
| CN109236478B (zh) * | 2018-07-24 | 2020-11-20 | 哈尔滨工程大学 | 一种采用高压天然气喷射阀的双燃料发动机燃烧组织方法 |
Family Cites Families (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE332524C (de) | 1919-06-21 | 1921-01-31 | Fried Krupp Akt Ges | Verbrennungskraftmaschine |
| GB432592A (en) | 1933-07-11 | 1935-07-30 | Standard Oil Dev Co | Improvements relating to fuels suitable for high pressure liquid fuel injection engines |
| US2535532A (en) | 1941-09-24 | 1950-12-26 | Onera (Off Nat Aerospatiale) | Two-cycle low-boiling fuel injection engine |
| DE3020822A1 (de) | 1980-06-02 | 1981-12-10 | Erich 8000 München Baentsch | Brennstoffeinsparung an verbrennungsmotoren |
| US4412521A (en) * | 1981-07-10 | 1983-11-01 | Silva Jr John C | Evaporative carburetor and engine |
| US5100642A (en) * | 1989-07-11 | 1992-03-31 | Baycura Orestes M | Method of generating a fuel from water and a compound containing free radicals |
| US5365902A (en) | 1993-09-10 | 1994-11-22 | General Electric Company | Method and apparatus for introducing fuel into a duel fuel system using the H-combustion process |
| GB9514480D0 (en) | 1995-07-14 | 1995-09-13 | Exxon Chemical Patents Inc | Additives and fuel oil compositions |
| US6010544A (en) * | 1997-12-18 | 2000-01-04 | Quantum Energy Technologies | Supercritical water fuel composition and combustion system |
| DE19914941C1 (de) | 1999-04-01 | 2000-05-25 | Daimler Chrysler Ag | Verfahren und Vorrichtung zur mikrowellengestützten Gemischverbrennung im Brennraum einer Brennkraftmaschine |
| AU769078B2 (en) | 1999-04-06 | 2004-01-15 | Sasol Technology (Pty) Ltd. | Process for producing synthetic naphtha fuel and synthetic naphtha fuel produced by that process |
| US6205962B1 (en) * | 1999-11-03 | 2001-03-27 | William H. Berry, Jr. | Two-cycle internal combustion engine with enhanced lubrication |
| AU2001261229A1 (en) | 2000-05-08 | 2001-11-20 | Cummins, Inc. | Premixed charge compression ignition engine with variable speed soc control and method of operation |
| US6408812B1 (en) * | 2000-09-19 | 2002-06-25 | The Lubrizol Corporation | Method of operating spark-ignition four-stroke internal combustion engine |
-
2001
- 2001-12-06 DE DE10160057A patent/DE10160057A1/de not_active Withdrawn
-
2002
- 2002-12-02 US US10/307,876 patent/US6789511B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2002-12-06 FR FR0215424A patent/FR2833302B1/fr not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102007026643A1 (de) * | 2007-06-05 | 2008-12-11 | Volkswagen Ag | Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine |
| DE102012001650A1 (de) * | 2012-01-27 | 2013-08-01 | Audi Ag | Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine sowie Brennkraftmaschine |
| US9506410B2 (en) | 2012-01-27 | 2016-11-29 | Audi Ag | Method for operating an internal combustion engine and internal combustion engine |
| DE102012001650B4 (de) | 2012-01-27 | 2019-06-19 | Audi Ag | Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine sowie Brennkraftmaschine |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6789511B2 (en) | 2004-09-14 |
| FR2833302A1 (fr) | 2003-06-13 |
| FR2833302B1 (fr) | 2005-02-11 |
| US20030116133A1 (en) | 2003-06-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE102006007279B4 (de) | Kompressionsgezündeter Verbrennungsmotor und Betriebsverfahren | |
| DE102011015628B4 (de) | Betriebsverfahren mit Wassereinspritzung | |
| DE69809335T2 (de) | Dieselbrennkraftmaschine | |
| AT516289B1 (de) | Verfahren zum Betreiben einer Selbstzündungs-Brennkraftmaschine | |
| DE102007016551B4 (de) | Hybridantriebsstrang für den Betrieb einer Brennkraftmaschine mit homogener Kompressionszündung | |
| EP3006707B1 (de) | Verfahren zum betreiben einer selbstzündungs-brennkraftmaschine | |
| DE10161551B4 (de) | Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine | |
| DE112006003590B4 (de) | Verdichtungszündungseinleitungsvorrichtung und Verbrennungsmotor, der diese verwendet | |
| AT516490B1 (de) | Verfahren zum Betreiben einer funkengezündeten Brennkraftmaschine | |
| DE112015000452B4 (de) | Steuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine | |
| DE602004004211T2 (de) | Einspritzungsstrategie zum Betreiben einer direkteinspritzenden selbstzündenden Viertakt-Brennkraftmaschine | |
| DE102014200057A1 (de) | Verfahren zur Verringerung der Partikelrohemission einerfremdgezündeten Brennkraftmaschine | |
| EP2446133A1 (de) | Verfahren zum betreiben eines verbrennungsmotors | |
| DE10160057A1 (de) | Brennkraftmaschine mit Kompressionszündung | |
| WO2004101972A1 (de) | Verfahren zum betreiben einer brennkraftmaschine | |
| DE19804983C2 (de) | Verfahren zum Betrieb eines im Viertakt arbeitenden Verbrennungsmotors | |
| DE102014116157A1 (de) | Steuervorrichtung zum Steuern einer Verbrennung in einer Kompressionszündungsverbrennungsmaschine | |
| DE102014109113A1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zum Steuern einer Verbrennung eines Verbrennungsmotors mit Mischverbrennungsmodus | |
| EP4045784B1 (de) | Verfahren zum betreiben einer brennkraftmaschine | |
| DE112018003690T5 (de) | Schmierölgesteuerte zündung in motoren | |
| DE102018212917A1 (de) | Brennkraftmaschine | |
| WO2012045461A2 (de) | Betriebsverfahren einer brennkraftmaschine | |
| DE102017201805A1 (de) | Verfahren zum Einspritzen eines Zusatzmediums in den Zylinder einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine und Brennkraftmaschine zur Durchführung eines derartigen Verfahrens | |
| WO2021048024A1 (de) | Verfahren zum betreiben einer brennkraftmaschine | |
| Sascha Wahl | Emission reduction with an alternative diesel combustion process |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| 8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: DAIMLERCHRYSLER AG, 70327 STUTTGART, DE |
|
| 8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: DAIMLER AG, 70327 STUTTGART, DE |
|
| 8130 | Withdrawal |