DE102004017218B4

DE102004017218B4 - reciprocating engine

Info

Publication number: DE102004017218B4
Application number: DE102004017218A
Authority: DE
Inventors: Peter FÖRNSEL
Original assignee: Plasmatreat GmbH
Current assignee: Plasmatreat GmbH
Priority date: 2004-04-05
Filing date: 2004-04-05
Publication date: 2008-09-18
Anticipated expiration: 2024-04-06
Also published as: DE102004017218A1

Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Hubkolbenmotors mit einem Kolben (3), der in einem einen Brennraum (2.2) bildenden Zylinder (2; 2'; 2'') zwischen einem ersten Totpunkt (OT) und einem zweiten Totpunkt (UT) längsbeweglich angeordnet ist und der über eine schwenkbeweglich an dem Kolben (3) angeordnete Pleueleinrichtung (4) mit einer Kurbelwelleneinrichtung (5) verbunden ist, bei dem
– in einem Verdichtungsschritt (6.3) ein in dem Brennraum (2.2) befindliches Arbeitsmedium durch den Kolben (3) bis zu einem Kompressionsenddruck im ersten Totpunkt (OT) verdichtet wird und
– in einem nachfolgenden Arbeitsschritt (6.4) durch Verbrennung eines in das Arbeitsmedium eingeführten Kraftstoffes (8) Arbeit am Kolben (3) geleistet wird, wobei
– die Auslösung der Verbrennung in einem Auslösepunkt (5.7) mit einer ersten Verzögerung nach dem Durchfahren des ersten Totpunktes (OT) erfolgt,
dadurch gekennzeichnet, dass
– der Motor nach dem Diesel-Prinzip arbeitet und
– der Kompressionsenddruck derart erhöht gewählt wird, dass der Kompressionsdruck...Method for operating a reciprocating piston engine with a piston (3) which is longitudinally movably arranged in a cylinder (2, 2 ', 2 ") forming a combustion chamber (2.2) between a first dead center (TDC) and a second dead center (UT), and is connected via a pivotally mounted on the piston (3) connecting rod means (4) with a crankshaft device (5), in which
- In a compression step (6.3) located in the combustion chamber (2.2) working fluid through the piston (3) is compressed to a compression end pressure in the first dead center (TDC) and
- In a subsequent step (6.4) by combustion of an imported into the working medium fuel (8) work on the piston (3) is made, wherein
The combustion is triggered in a trigger point (5.7) with a first delay after passing through the first dead center (TDC),
characterized in that
- The engine works on the diesel principle and
- The compression end pressure is increased so chosen that the compression pressure ...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Hubkolbenmotors mit einem Kolben, der in einem einen Brennraum bildenden Zylinder zwischen einem ersten Totpunkt (OT) und einem zweiten Totpunkt (UT) längsbeweglich angeordnet ist und der über eine schwenkbeweglich an dem Kolben angeordnete Pleueleinrichtung mit einer Kurbelwelleneinrichtung verbunden ist. In einem Verdichtungsschritt wird ein in dem Brennraum befindliches Arbeitsmedium durch den Kolben bis zu einem Kompressionsenddruck im ersten Totpunkt verdichtet. In einem nachfolgenden Arbeitsschritt wird durch Verbrennung eines in das Arbeitsmedium eingeführten Kraftstoffes Arbeit am Kolben geleistet. Die Auslösung der Verbrennung erfolgt in einem Auslösepunkt mit einer ersten Verzögerung nach dem Durchfahren des ersten Totpunktes. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin einen entsprechenden Hubkolbenmotor.The The present invention relates to a method for operating a Reciprocating engine with a piston forming in a combustion chamber Cylinder between a first dead center (TDC) and a second dead center (UT) longitudinally movable is arranged and the over a pivotally mounted on the piston connecting rod is connected to a crankshaft device. In a compression step becomes a working medium in the combustion chamber through the piston compressed to a compression end pressure in the first dead center. In a subsequent step is by combustion of a introduced into the working medium Fueled work done on the piston. The triggering of Combustion occurs at a trigger point with a first delay passing through the first dead center. The present invention further relates to a corresponding reciprocating engine.

Bei Hubkolbenmotoren erfolgt die Auslösung der Verbrennung des in das Arbeitsmedium, üblicherweise Luft, eingebrachten Kraftstoffes unabhängig von der Art des Motors und der Art der Gemischbildung in der Regel in der Nähe des so genannten oberen Totpunktes des Kolbens, um einen möglichst großen Wirkungsgrad zu erzielen. Dabei steigt der Wirkungsgrad beim idealen Ottomotor, wie beispielsweise aus der Veröffentlichung „Otto- und Dieselmotoren" (Heinz Grohe, 12., überarbeitete Auflage, 2000, Vogel Verlag, Würzburg) bekannt ist, mit zunehmendem Kompressionsverhältnis an. Die Kinematik des Motors, insbesondere der geringe effektive Hebelarm zwischen der am Kolben angelenkten Pleuelstange und der Kurbelwelle, bringen dabei jedoch zum einen den Nachteil mit sich, dass ein vergleichsweise großer Anteil der in der Nähe des oberen Totpunktes geleisteten Arbeit weitgehend als Verlustarbeit in die Verformung der mechanischen Bauteile geht.at Piston engines are triggered by the combustion of the working medium, usually Air, introduced fuel regardless of the type of engine and the type of mixture formation usually near the sun said top dead center of the piston to a possible huge Efficiency to achieve. The efficiency increases at the ideal Gasoline engine, as for example from the publication "Otto and diesel engines "(Heinz Grohe, 12th, revised Edition, 2000, Vogel Verlag, Würzburg) is known, with increasing compression ratio. The kinematics of the engine, especially the low effective lever arm between the piston hinged connecting rod and the crankshaft, bring it however on the one hand, the disadvantage that a relatively large proportion the nearby of the top dead center work performed largely as loss work goes into the deformation of the mechanical components.

Neben der reduzierten Nutzarbeit hat dies weiterhin den Nachteil, dass die mechanischen Bauteile eine ausreichende Festigkeit aufweisen müssen, um diese Lasten aufnehmen zu können und daher entsprechend groß dimensioniert bzw. aufwändig gestaltet sein müssen. Dies hat wiederum ein vergleichsweise hohes Gewicht des Motors zur Folge, was sich insbesondere bei der Verwendung für den Fahrzeugantrieb nachteilig auswirkt.Next The reduced useful work, this has the further disadvantage that the mechanical components have sufficient strength have to, to be able to absorb these loads and therefore correspondingly large dimensions or elaborately designed have to be. This in turn has a comparatively high weight of the engine Result, which is especially true when used for vehicle propulsion adversely affects.

Ein weiterer Nachteil der Verbrennung nahe dem oberen Totpunkt mit den beschriebenen ungünstigen Hebelverhältnissen liegt in dem so genannten harten Motorlauf, der durch starke mechanische Schwingungen und die damit verbundene starke Geräuschentwicklung gekennzeichnet ist.One Another disadvantage of the combustion near top dead center with the described unfavorable lever ratios lies in the so-called hard engine run, which is due to strong mechanical Vibrations and the associated strong noise is.

Um diesen harten Motorlauf zu vermeiden und zu einem so genannten weichen Motorlauf zu gelangen, ist es zum einen beispielsweise aus der JP 2002-188477 A und der EP 0 521 969 B1 für Ottomotoren bekannt, bei einem vorgegebenen Motor den Zeitpunkt der Auslösung der Verbrennung in den Bereich nach dem oberen Totpunkt zu verlegen. Dies hat zwar günstigere Hebelverhältnisse im Motor und damit eine geringere Schwingungsanregung zur Konsequenz. Wegen der mit fortschreitenden Abstand vom oberen Totpunkt aber gegebenenfalls bereits erheblich abgesunkenen Verdichtung des Arbeitsmediums im Zylinder kommt es dabei aber gegebenenfalls zu einer mehr oder weniger unvollständigen Verbrennung des Kraftstoffes. Dies hat einen reduzierten Wirkungsgrad zur Folge.In order to avoid this hard engine running and to get to a so-called soft engine running, it is for example from the JP 2002-188477 A and the EP 0 521 969 B1 for gasoline engines known to move the time of initiation of combustion in the area after top dead center at a given engine. Although this has more favorable leverage in the engine and thus a lower vibration excitation consequence. However, because of the progressing distance from top dead center but possibly already significantly reduced compression of the working fluid in the cylinder, but it may possibly lead to a more or less incomplete combustion of the fuel. This results in a reduced efficiency result.

Um diesem Effekt des reduzierten Wirkungsgrads bei verzögerter Auslösung der Verbrennung entgegenzuwirken, ist es insbesondere bei Motoren mit innerer Gemischbildung bekannt, eine so genannte Voreinspritzung oder Piloteinspritzung vorzunehmen. Hierbei wird vorab – in der Regel vor den Erreichen des oberen Totpunkts – eine geringe Kraftstoffmenge in den Brennraum eingebracht und gezündet, bevor die Hauptmenge des Kraftstoffs in den Brennraum eingebracht wird. Die Verbrennung der vorab eingebrachten Kraftstoffmenge stellt dann sicher, dass auch die verzögert eingebrachte Hauptmenge des Kraftstoffs trotz der eigentlich verringerten Kompression noch möglichst vollständig verbrannt wird. Diese Voreinspritzung hat jedoch den Nachteil, dass es auch hier gegebenenfalls zu einer unvollständigen Verbrennung kommt, da durch die vorab erfolgende Verbrennung der geringen Kraftstoffmenge gegebenenfalls bei der Verbrennung der Hauptmenge örtlich Luftmangel im Zylinder herrscht. Dies wirkt sich wiederum nachteilig auf den Verbrauch und die Emissionen des Motors aus.Around this effect of reduced efficiency in delayed release of the To counteract combustion, it is especially in engines with internal mixture formation known, a so-called pre-injection or pilot injection. Here is in advance - in the Rule before reaching top dead center - a small amount of fuel placed in the combustion chamber and ignited before the main amount of the fuel is introduced into the combustion chamber. The burning the amount of fuel introduced in advance then ensures that also the delayed introduced bulk of the fuel despite the actually reduced Compression still possible Completely is burned. However, this pre-injection has the disadvantage that incomplete combustion may also occur here, since by pre-combustion of the small amount of fuel local air shortage, if any, during combustion of the main quantity in the cylinder prevails. This in turn adversely affects the Consumption and emissions of the engine.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren bzw. einen Motor der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, welches bzw. welcher die oben genannten Nachteile nicht oder zumindest in geringerem Maße aufweist und insbesondere bei zumindest unverändertem Wirkungsgrad einen verbesserten Motorlauf gewährleistet.Of the The present invention is therefore based on the object, a method or a motor of the type mentioned above available which or which do not have the above-mentioned disadvantages or at least to a lesser extent has and in particular at least unchanged efficiency one improved engine running guaranteed.

Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe ausgehend von einem Verfahren zum Betrieb eines Hubkolbenmotors gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale. Sie löst diese Aufgabe weiterhin ausgehend von einem Hubkolbenmotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 10 durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 10 angegebenen Merkmale.The present invention solves this task starting from a method for operating a reciprocating engine according to the generic term of claim 1 by the characterizing part of claim 1 specified characteristics. She dissolves this task continues from a reciprocating engine according to the preamble of claim 10 by the characterizing part of the claim 10 specified characteristics.

Der vorliegenden Erfindung liegt die technische Lehre zu Grunde, dass man bei zumindest unverändertem Wirkungsgrad einen verbesserten Motorlauf erzielt, wenn der Kompressionsenddruck bei einem Dieselmotor derart erhöht gewählt wird, dass der Kompressionsdruck im Auslösepunkt zumindest zur Kompensation der Wirkungsgradverschlechterung durch die verzögerte Auslösung der Verbrennung ausreicht, wobei der Kompressionsenddruck im Fall eines Motors mit Saugbetrieb 65 bar bis 80 bar beträgt und im Fall eines Motors mit Aufladung 80 bar bis 160 bar beträgt. Es hat sich gezeigt, dass es durch eine Erhöhung des Kompressionsenddruckes (auf einen Wert in dem jeweils genannten Bereich), mithin also durch eine entsprechende Erhöhung des Kompressionsverhältnisses im Vergleich zu einem herkömmlichen Dieselmotor gleicher Größe und Bauart, möglich ist, auch bei einer gegebenenfalls stark verzögerten Verbrennung in dem Auslösepunkt einen Kompressionsdruck zu erzielen, der ausreicht, um eine vollständige Verbrennung des in das Arbeitsmedium im Brennraum eingebrachten Kraftstoffes zu erzielen.The present invention is based on the technical teaching that at least un changed efficiency achieved improved engine operation, when the compression end pressure is selected increased in a diesel engine such that the compression pressure at the trigger point at least sufficient to compensate for the efficiency deterioration caused by the delayed release of combustion, the compression end pressure in the case of a motor with suction 65 bar to 80 bar is in the case of a motor with charging 80 bar to 160 bar. It has been shown that it is possible by increasing the Kompressionsenddruckes (to a value in the respective area), thus thus by a corresponding increase in the compression ratio compared to a conventional diesel engine of the same size and type, even in an optionally strong delayed combustion in the trigger point to achieve a compression pressure sufficient to achieve complete combustion of the introduced into the working fluid in the combustion chamber fuel.

Durch die deutlich günstigeren kinematischen Verhältnisse im weiter vom oberen Totpunkt entfernten Auslösepunkt lässt sich hiermit zumindest eine Kompensation der Wirkungsgradverschlechterung durch die verzögerte Auslösung der Verbrennung erzielen. In der Regel wird sogar eine deutliche Überkompensation erzielt, sodass sich deutlich höhere Wirkungsgrade als bei einem vergleichbaren herkömmlichen Motor ergeben.By the much cheaper kinematic conditions In the trigger point farther from top dead center, at least one can be used Compensation of efficiency deterioration due to the delayed release of the Achieve combustion. In general, even a significant overcompensation achieved, so that significantly higher Efficiencies than in a comparable conventional engine result.

Vorzugsweise liegt der Auslösepunkt in einem Punkt, in dem sich die Kurbelwelleneinrichtung um einen ersten Kurbelwinkel aus ihrer Stellung im ersten Totpunkt des Kolbens heraus bewegt hat, wobei der erste Kurbelwinkel wenigstens 10° beträgt. Ausgehend von dieser Winkelstellung der Kurbelwelleneinrichtung ergeben sich immer günstigere Hebelverhältnisse im Motor. Bevorzugt beträgt der erste Kurbelwinkel zwischen 10° und 30°, da sich in diesem Bereich besonders günstige Konstellationen hinsichtlich Verbrennung und Hebelverhältnissen ergeben. Dabei beträgt der erste Kurbelwinkel vorzugsweise zwischen 10° und 20°. Weiter vorzugsweise beträgt er zwischen 15° und 20°, da in diesem Bereich eine Optimierung bezüglich der Verbesserung der Hebelverhältnisse und der Verringerung der Kompression des Arbeitsmediums erzielbar ist.Preferably is the trigger point at a point where the crankshaft assembly is about a first crank angle from its position in the first dead center of the piston has moved out, wherein the first crank angle is at least 10 °. outgoing From this angular position of the crankshaft device arise always cheaper leverage ratios in the engine. Preferred is the first crank angle between 10 ° and 30 °, as in this range especially cheap Constellations regarding combustion and leverage result. It is the first crank angle preferably between 10 ° and 20 °. Further preferably, it is between 15 ° and 20 °, there In this area an optimization regarding the improvement of the leverage ratios and the reduction of the compression of the working medium achievable is.

Durch die Verschiebung des Auslösepunktes in einen weiter vom ersten Totpunkt entfernten Bereich reduzieren sich die im Betrieb im Brennraum auftretenden Maximaldrücke. Hierdurch ist es in vorteilhafter Weise möglich, die Bauteile des Motors auf eine geringere Maximallast auszulegen. Hierdurch kann das Motorgewicht insgesamt reduziert werden.By the displacement of the trigger point in a further away from the first dead center area are reduced the maximum pressures occurring during operation in the combustion chamber. hereby is it possible in an advantageous manner To design the components of the engine to a lower maximum load. As a result, the engine weight can be reduced overall.

Bei bevorzugten Varianten liegt der Kompressionsenddruck in den Bereich des durch die mechanische Festigkeit der Bauteile vorgegebenen maximal zulässigen Brennraumdrucks im Brennraum. Bevorzugt ist der Kompressionsenddruck gleich dem maximal zulässigen Brennraumdruck. Hierdurch lassen sich im Auslösepunkt noch vergleichsweise hohe Kompressionsdrücke erzielen, die eine vollständige Verbrennung bei verbessertem Wirkungsgrad ermöglichen. Die erste Verzögerung ist dabei so auf den Kompressionsenddruck bzw. den maximal zulässigen Brennraumdruck abgestimmt, dass der bei der Verbrennung ent stehende maximale Brennraumdruck unter dem maximal zulässigen Brennraumdruck liegt. Bevorzugt liegt der bei der Verbrennung entstehende maximale Brennraumdruck in der Nähe des maximal zulässigen Brennraumdrucks. Insbesondere ist der bei der Verbrennung entstehende maximale Brennraumdruck bevorzugt gleich dem maximal zulässigen Brennraumdruck.at preferred variants, the compression end pressure is in the range of the predetermined by the mechanical strength of the components maximum permissible Combustion chamber pressure in the combustion chamber. The compression end pressure is preferred equal to the maximum allowable Combustion chamber pressure. This can still comparatively at the trigger point high compression pressures Achieve a complete burn allow for improved efficiency. The first delay is doing so on the compression end pressure or the maximum allowable combustion chamber pressure agreed that the ent combustion maximum combustion chamber pressure ent below the maximum allowable Combustion chamber pressure is. Preferably, the resulting from the combustion maximum combustion chamber pressure near the maximum permissible Combustion chamber pressure. In particular, the resulting from the combustion maximum combustion chamber pressure preferably equal to the maximum permissible combustion chamber pressure.

Bei vorteilhaften Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass ein erstes Druckverhältnis aus dem maximal zulässigen Brennraumdruck im Brennraum und dem Kompressionsenddruck weniger als 1,4 beträgt. Dies ist insbesondere bei Varianten mit innerer Gemischbildung von Vorteil, bei denen der Kraftstoff direkt in den Brennraum eingebracht wird.at advantageous variants of the method according to the invention is provided that a first pressure ratio from the maximum allowable Combustion chamber pressure in the combustion chamber and the compression end pressure less than 1.4. This is particularly advantageous in variants with internal mixture formation, where the fuel is introduced directly into the combustion chamber.

Bei weiteren Verfahren vorteilhaften Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass ein erstes Druckverhältnis aus dem maximal zulässigen Brennraumdruck im Brennraum und dem Kompressionsenddruck weniger als 1,1 beträgt. Dies ist insbesondere bei Varianten mit innerer Gemischbildung von Vorteil, bei denen der Kraftstoff indirekt, beispielsweise über eine mit dem Brennraum verbundene Vorkammer in den Brennraum eingebracht wird.at further method advantageous variants of the method according to the invention is provided that a first pressure ratio of the maximum allowable combustion chamber pressure in the combustion chamber and the compression end pressure is less than 1.1. This is particularly advantageous for variants with internal mixture formation, in which the fuel indirectly, for example via a introduced into the combustion chamber associated with the combustion chamber antechamber becomes.

Die vorliegende Erfindung lässt sich im Zusammenhang mit beliebigen Varianten der Einbringung des Kraftstoffs in das Arbeitsmedium einsetzen. So kann sie bei Motoren mit äußerer Gemischbildung (z. B. Otto-Vergasermotoren) ebenso eingesetzt werden wie bei Motoren mit innerer Gemischbildung (z. B. Otto- oder Dieselmotoren mit Kraftstoffeinspritzung). Bei den Motoren mit äußerer Gemischbildung ist die Erhöhung der Kompression bzw. des Kompressionsenddrucks durch die Selbstentzündungsgrenze des Kraftstoff-Luft-Gemischs beschränkt, während bei den Motoren mit innerer Gemischbildung keine solche Selbstentzündungsgrenze besteht.The present invention in connection with any variants of the introduction of the Insert fuel into the working fluid. That's the way it works with engines with external mixture formation (z. B. petrol engines) are used as well as in engines with internal mixture formation (eg gasoline or diesel engines with fuel injection). In the engines with external mixture formation is the increase the compression or compression end pressure through the self-ignition limit of the fuel-air mixture limited while at the engines with internal mixture formation no such self-ignition limit consists.

Weiterhin lässt sich die Erfindung im Zusammenhang mit beliebigen Motorvarianten mit innerer Gemischbildung verwenden. Bevorzugt ist daher vorgesehen, dass der Kraftstoff in einem Einspritzschritt in den mit dem komprimierten Arbeitsmedium gefüllten Brennraum eingespritzt wird. Weiterhin ist es mit der vorliegenden Erfindung möglich, einen mit Benzin oder dergleichen als Kraftstoff betriebenen Motor wie einen Dieselmotor, d. h. als Selbstzünder, zu betreiben.Furthermore, the invention can be used in conjunction with any engine variants with internal mixture formation. It is therefore preferably provided that the fuel is injected in an injection step in the filled with the compressed working fluid combustion chamber. Furthermore, it is with The present invention makes it possible to operate an engine fueled with gasoline or the like as a diesel engine, that is, as a diesel engine.

Die Erfindung kann hierbei bei Varianten mit so genannter Vor- oder Piloteinspritzung verwendet werden. Besonders vorteilhaft ist ihre Anwendung aber bei Varianten ohne eine derartige Vor- oder Piloteinspritzung, da die mit einer solchen Vor- oder Piloteinspritzung angestrebten Ziele eines weicheren Motorlaufs ohne die geschilderten Nachteile der Vor- oder Piloteinspritzung ohnehin schon durch die Erfindung selbst erzielt werden können. Bevorzugt ist daher vorgesehen, dass der Kraftstoff in einem Einspritzschritt in einem ununterbrochenen Volumenstrom in den mit dem komprimierten Arbeitsmedium gefüllten Brennraum eingespritzt wird.The Invention can be used in variants with so-called pre- or Pilot injection can be used. Particularly advantageous is their Application but in variants without such a pilot or pilot injection, since those with such a pilot or pilot injection aspired Objectives of a smoother engine run without the described disadvantages the pilot or pilot injection can already be achieved by the invention itself. Prefers is therefore provided that the fuel in an injection step in an uninterrupted flow in the compressed with the Filled working medium Combustion chamber is injected.

Die erste Verzögerung wird bevorzugt in Abhängigkeit von den Betriebsparametern des Motors, d. h. dem augenblicklichen Betriebszustand des Motors, gesteuert. Insbesondere kann sie in Abhängigkeit von der an der Kurbelwelleneinrichtung anliegenden Last, der Drehzahl und dem Kraftstoff gesteuert werden. Dabei versteht es sich, dass insbesondere der vom augenblicklichen Betriebszustand des Motors abhängige Zündverzug, d. h. der Verzug zwischen den Maßnahmen zur Auslösung der Verbrennung und dem tatsächlichen Einsetzen der Verbrennung, berücksichtigt wird. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die erste Verzögerung in Abhängigkeit vom Kompressionsdruck im Brennraum so eingestellt wird, dass in dem Auslösepunkt unabhängig von einer an der Kurbelwelleneinrichtung anliegenden Last im Wesentlichen derselbe Kompressionsdruck im Brennraum vorherrscht. Die Einstellung geschieht dabei bevorzugt unter Verwendung eines entsprechenden Kennfeldes, welches für den Motor aufgenommen wurde.The first delay is preferred depending on from the operating parameters of the engine, d. H. the momentary Operating condition of the engine, controlled. In particular, she can be in dependence from the voltage applied to the crankshaft device load, the speed and the fuel are controlled. It goes without saying that in particular the current operating condition of the engine dependent ignition delay, d. H. the delay between the measures to trigger the Combustion and the actual Onset of combustion, considered becomes. It is preferably provided that the first delay in dependence from the compression pressure in the combustion chamber is adjusted so that in the trigger point independently from a voltage applied to the crankshaft load substantially the same compression pressure prevails in the combustion chamber. The attitude is done preferably using a corresponding Map, which for the engine was recorded.

Die vorliegende Erfindung hat den Vorteil, dass sie ohne weiteres bei bestehenden herkömmlichen Motoren nachrüstbar ist. Die Verbrennung erfolgt bei ihr in die Volumenexpansion im Brennraum hinein, sodass die thermischen Verluste erst in diesem Bereich auftreten. Im Hinblick auf das Abgasverhalten hat die Erfindung den Vorteil, dass mit der verspäteten Auslösung der Verbrennung die Verbrennungsdrücke im Brennraum vergleichsweise gering sind. Hierdurch bleiben auch die Temperaturen im Brennraum geringer als bei herkömmlicher Auslösung nahe dem ersten Totpunkt, wodurch der Ausstoß an Stickoxiden reduziert ist. Wegen der erfindungsgemäß hohen Verdichtung trotz deutlich verzögerter Auslösung kommt es dabei trotzdem zu einer vollständigen Verbrennung des Kraftstoffs, weshalb die Kohlenwasserstoffe im Abgas dennoch auf einem geringen Niveau bleiben.The The present invention has the advantage of being readily available existing conventional Motors can be retrofitted is. The combustion takes place in her in the volume expansion in Combustion chamber into it, so that the thermal losses only in this Area occur. With regard to the exhaust gas behavior, the invention the advantage of being late release Combustion combustion pressures in the combustion chamber comparatively are low. This also keeps the temperatures in the combustion chamber less than conventional release near the first dead center, which reduces the emission of nitrogen oxides is. Because of the inventively high Compaction despite significantly delayed release it still comes to a complete combustion of the fuel, why the hydrocarbons in the exhaust still at a low Stay level.

Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin einen Hubkolbenmotor, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem einen Brennraum bildenden Zylinder, einem Kolben, der in zwischen einem ersten Totpunkt und einem zweiten Totpunkt längsbeweglich in dem Zylinder angeordnet ist und zum Verdichten eines in dem Brennraum befindlichen Arbeitsmediums bis zu einem Kompressionsenddruck im ersten Totpunkt ausgebildet ist, einer Kurbelwelleneinrichtung, die über eine schwenkbeweglich an dem Kolben angeordnete Pleueleinrich tung mit dem Kolben verbunden ist, und einer Steuereinrichtung, die zum Auslösen der Verbrennung eines in das Arbeitsmedium eingeführten Kraftstoffes mit einer ersten Verzögerung nach dem Durchfahren des ersten Totpunktes (OT) in einem Auslösepunkt ausgebildet ist. Erfindungsgemäß ist der Motor ein Dieselmotor und das Kompressionsverhältnis derart erhöht gewählt, dass der Kompressionsdruck im Auslösepunkt zumindest zur Kompensation der Wirkungsgradverschlechterung durch die verzögerte Auslösung der Verbrennung ausreicht, wobei der Kompressionsenddruck im Fall eines Motors mit Saugbetrieb 65 bar bis 80 bar beträgt und im Fall eines Motors mit Aufladung 80 bar bis 160 bar beträgt. Dieser Hubkolbenmotor eignet sich zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Mit ihm lassen sich die oben beschriebenen Varianten und Vorteile in dem selben Maße realisieren, sodass insoweit auf die obigen Ausführungen Bezug genommen wird.The The present invention further relates to a reciprocating engine, in particular for a Motor vehicle, with a cylinder forming a combustion chamber, a Piston, in between a first dead center and a second Dead center longitudinally movable in the cylinder is arranged and for compressing one in the combustion chamber located working medium up to a compression in the is formed first dead center, a crankshaft device, the above a pivotally mounted on the piston arranged Pleueleinrich device is connected to the piston, and a control device for triggering the Combustion of a fuel introduced into the working medium with a first delay After passing through the first dead center (TDC) in a trip point is trained. According to the invention Engine a diesel engine and the compression ratio selected such increases that the Compression pressure at the trigger point at least to compensate for the efficiency deterioration by the delayed release sufficient combustion, the compression pressure in the case of a motor with suction operation is 65 bar to 80 bar and in the Case of a motor with charging 80 bar to 160 bar. This Reciprocating engine is suitable for carrying out the method according to the invention. With him can be the variants and advantages described above in the same measure realize, so that reference is made to the above statements.

Bei Varianten des erfindungsgemäßen Hubkolbenmotors mit interner Gemischbildung ist bevorzugt eine mit der Steuereinrichtung verbundene Einspritzeinrichtung zum Einspritzen des Kraftstoffs in den mit dem komprimierten Arbeitsmedium gefüllten Brennraum vorgesehen, die insbesondere zum Einspritzen des Kraftstoffs in einem ununterbrochenen Volumenstrom ausgebildet ist.at Variants of the reciprocating engine according to the invention with internal mixture formation is preferably one with the control device connected injector for injecting the fuel provided in the filled with the compressed working fluid combustion chamber, in particular for injecting the fuel in an uninterrupted volume flow is trained.

Bei weiteren bevorzugten Varianten des erfindungsgemäßen Hubkolbenmotors weist der Zylinder eine Zylindermittenachse auf, die seitlich in Richtung des Auslösepunktes zur Drehachse der Kurbelwelleneinrichtung versetzt ist. Hierdurch lassen sich in einfacher Weise hinsichtlich des Arbeitstaktes besonders günstige Hebelverhältnisse zwischen dem Kolben und der Kurbelwelleneinrichtung erzielen. Der Versatz beträgt dabei bevorzugt zwischen 10% und 50% des Abstands zwischen der Drehachse der Kurbelwelleneinrichtung und dem Anlenkpunkt der Pleueleinrichtung an der Kurbelwelleneinrichtung.at further preferred variants of the reciprocating engine according to the invention, the Cylinder on a cylinder center axis, the laterally in the direction the trip point is offset from the axis of rotation of the crankshaft device. hereby can be easily in terms of the work cycle especially favorable leverage ratios between the piston and the crankshaft device. Of the Offset is preferably between 10% and 50% of the distance between the axis of rotation the crankshaft device and the articulation point of the connecting rod device at the crankshaft device.

Bei bevorzugten Varianten des erfindungsgemäßen Hubkolbenmotors ist die Zylindermittenachse dabei zur Vertikalen um einen Zylinderneigungswinkel geneigt angeordnet. Die Zylindermittenachse ist dabei bevorzugt so geneigt, dass sie kolbenseitig zu einer durch die Drehachse der Kurbelwelleneinrichtung verlaufende Vertikale hin geneigt ist. Der Zylinderneigungswinkel beträgt dabei vorzugsweise zwischen 10° und 40°, weiter vorzugsweise zwischen 20° und 30°. Hiermit lassen sich insbesondere Erscheinungen wie Kolbenkippen oder dergleichen reduzieren.In preferred variants of the reciprocating engine according to the invention, the cylinder center axis is arranged inclined to the vertical by a Zylinderneigungswinkel. The cylinder center axis is preferably inclined so that it is inclined on the piston side to a running through the axis of rotation of the crankshaft device vertical out is. The Zylinderneigungswinkel is preferably between 10 ° and 40 °, more preferably between 20 ° and 30 °. This can be reduced in particular phenomena such as piston butts or the like.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen bzw. der nachstehenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, welche auf die beigefügten Zeichnungen Bezug nimmt. Es zeigenFurther preferred embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims or the following description of a preferred embodiment, which to the attached drawings Refers. Show it

1 eine schematische, nicht maßstäbliche Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hubkolbenmotors, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben wird; 1 a schematic, not to scale representation of a preferred embodiment of the reciprocating engine according to the invention, which is operated by the method according to the invention;

2 ein schematisches Ablaufdiagramm des mit dem Hubkolbenmotor aus 1 durchgeführten erfindungsgemäßen Verfahrens betrieben wird; 2 a schematic flow diagram of the with the reciprocating engine 1 operated inventive method is operated;

3 eine schematische, nicht maßstäbliche Darstellung einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hubkolbenmotors, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben wird; 3 a schematic, not to scale representation of another preferred embodiment of the reciprocating engine according to the invention, which is operated by the method according to the invention;

4 eine schematische, nicht maßstäbliche Darstellung einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hubkolbenmotors, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben wird. 4 a schematic, not to scale representation of another preferred embodiment of the reciprocating engine according to the invention, which is operated by the method according to the invention.

Zunächst wird unter Bezugnahme auf die 1 und 2 eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hubkolbenmotors 1 beschrieben, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben wird.First, referring to the 1 and 2 a preferred embodiment of the reciprocating engine according to the invention 1 described, which is operated by the method according to the invention.

Der Hubkolbenmotor 1 ist ein Viertakt-Dieselmotor für einen Pkw-Antrieb. Er umfasst einen Zylinder 2, in dem ein Kolben 3 entlang einer Zylinderachse 2.1 längsbeweglich angeordnet ist. Der Kolben 3 ist über eine schwenkbeweglich an ihm befestigte Pleueleinrichtung in Form eines Pleuels 4 mit einer Kurbelwelleneinrichtung in Form einer Kurbelwelle 5 verbunden. Das Pleuel 4 ist dabei in einem Kurbelgelenk 5.1 drehbar an einem Kurbelarm 5.2 der Kurbelwelle 5 befestigt, die um eine senkrecht zur Zeichnungsebene verlaufende Kurbelwellenachse 5.3 drehbar gelagert ist.The reciprocating engine 1 is a four-stroke diesel engine for a car drive. It includes a cylinder 2 in which a piston 3 along a cylinder axis 2.1 is arranged longitudinally movable. The piston 3 is about a pivotally attached to it connecting rod in the form of a connecting rod 4 with a crankshaft device in the form of a crankshaft 5 connected. The connecting rod 4 is doing it in a crank joint 5.1 rotatable on a crank arm 5.2 the crankshaft 5 attached, which is a perpendicular to the plane of the drawing crankshaft axis 5.3 is rotatably mounted.

Diese Kinematik bewirkt, dass der Kolben 3 bei einer Drehung der Kurbelwelle 5 im Uhrzeigersinn um die Kurbelwellenachse 5.3 zwischen einem ersten Totpunkt, dem so genannten oberen Totpunkt (OT), und einem zweiten Totpunkt, dem so genannten unteren Totpunkt (UT), oszillierend hin und her bewegt wird.This kinematics causes the piston 3 upon rotation of the crankshaft 5 clockwise around the crankshaft axis 5.3 between a first dead center, the so-called top dead center (TDC), and a second dead center, the so-called bottom dead center (UT), oscillating back and forth.

Die Position des Kolbens 3 im oberen Totpunkt (OT) ist in 1 durch die gestrichelte Kontur 3.1 angedeutet. Im oberen Totpunkt (OT) des Kolbens 3 befindet sich das Kurbelgelenk 5.1 dann auf der von ihm durchfahrenen Kreisbahn 5.4 in einem ersten Punkt 5.5. Die Position des Kolbens 3 im unteren Totpunkt (UT) ist in 1 durch die gestrichelte Kontur 3.2 angedeutet. Im unteren Totpunkt (UT) des Kolbens 3 befindet sich das Kurbelgelenk 5.1 dann auf der von ihm durchfahrenen Kreisbahn 5.4 in einem zweiten Punkt 5.6. Der über einen Kolbenring 3.3 dichtend mit der Innenwand des Zylinders 2 abschließende Kolben 3 definiert einen Brennraum 2.2, dessen Größe mit der Kolbenbewegung variiert.The position of the piston 3 at top dead center (OT) is in 1 through the dashed outline 3.1 indicated. At top dead center (TDC) of the piston 3 is the crank joint 5.1 then on the circular path he passed through 5.4 in a first point 5.5 , The position of the piston 3 in bottom dead center (UT) is in 1 through the dashed outline 3.2 indicated. In bottom dead center (UT) of the piston 3 is the crank joint 5.1 then on the circular path he passed through 5.4 in a second point 5.6 , The over a piston ring 3.3 sealing with the inner wall of the cylinder 2 final pistons 3 defines a combustion chamber 2.2 whose size varies with the piston movement.

Wie 2 zu entnehmen ist, wird der Verfahrensablauf, mithin also der Motor 1, in einem Schritt 6.1 gestartet. Hierzu wird ein herkömmlicher – in 1 nicht dargestellter – elektrisch betriebener Anlasser verwendet.As 2 can be seen, the process flow, hence the engine 1 , in one step 6.1 started. For this purpose, a conventional - in 1 not shown - electrically operated starter used.

In einem Füllschritt 6.2 wird dann über eine Ventileinrichtung 2.3 Luft als Arbeitsmedium in den Brennraum 2.2 des Zylinders 2 eingebracht. Hierbei dreht sich die Kurbelwelle 5 im Uhrzeigersinn, d. h. in ihrer Betriebsdrehrichtung, sodass sich der Kolben 3 zu einem bestimmten Zeitpunkt von seinem OT nach seinem UT bewegt.In a filling step 6.2 is then via a valve device 2.3 Air as a working medium in the combustion chamber 2.2 of the cylinder 2 brought in. This turns the crankshaft 5 clockwise, ie in its operating direction, so that the piston 3 at some point moved from his OT to his UT.

Im Bereich des UT schließt die Ventileinrichtung 2.3. Bei einer weiteren Drehung der Kurbelwelle 5 in ihrer Betriebsdrehrichtung wird die Luft im Brennraum 2.2 in einem Verdichtungsschritt 6.3 verdichtet. Der Druck in der Luft im Brennraum 2.2 steigt dabei an, bis im OT der Kompressionsenddruck p_c erreicht wird.In the area of the UT closes the valve device 2.3 , Upon another rotation of the crankshaft 5 in its operating direction, the air in the combustion chamber 2.2 in a compression step 6.3 compacted. The pressure in the air in the combustion chamber 2.2 It increases until the compression end pressure p _{c is} reached in TDC.

Nach Durchfahren des OT expandiert das im Brennraum eingeschlossene Luftvolumen wieder. Dabei wird ein Teil der für die Kompression über den Kolben 3 aufgewendeten Arbeit wieder an den Kolben abgegeben. Erreicht das Kurbelgelenk 5.1 einen Auslösepunkt 5.7, beginnt mit einer ersten Verzögerung nach Durchfahren des OT ein Arbeitsschritt 6.4. In diesem Arbeitsschritt 6.4 wird, gesteuert durch eine Steuereinrichtung 7, in einem Einspritzschritt 6.5 Kraftstoff 8 mit hohem Druck über eine Einspritzeinrichtung 2.4 fein verteilt in einem ununterbrochenen Volumenstrom in den Brennraum 2.2 eingespritzt, sodass beginnend im Auslösepunkt 5.7 die Verbrennung des Kraftstoffs 8.After passing through the TDC, the volume of air trapped in the combustion chamber expands again. It will be part of the compression of the piston 3 spent work returned to the piston. Reach the wrist joint 5.1 a trigger point 5.7 , begins with a first delay after passing through the OT one step 6.4 , In this step 6.4 is controlled by a control device 7 in an injection step 6.5 fuel 8th at high pressure via an injector 2.4 finely distributed in an uninterrupted volume flow into the combustion chamber 2.2 injected, so starting at the trigger point 5.7 the combustion of the fuel 8th ,

Der Kraftstoff 8 entzündet sich wegen des hohen Drucks und der damit einhergehenden hohen Temperatur der komprimierten Luft im Brennraum 2.2 von selbst und verbrennt dann unter Verbrauch der Luft im Brennraum. Durch die bei der Verbrennung freigesetzte Energie wird Arbeit am Kolben 3 geleistet, die über das Pleuel 4 auf die Kurbelwelle 5 übertragen wird und an dieser genutzt werden kann.The fuel 8th ignites because of the high pressure and the associated high temperature of the compressed air in the combustion chamber 2.2 by itself and then burns while consuming the air in the combustion chamber. The energy released during combustion causes work on the piston 3 done over the connecting rod 4 on the crankshaft 5 is transmitted and can be used on this.

Die erste Verzögerung ist so gewählt, dass der Auslösepunkt 5.7 in einem Punkt liegt, in dem sich die Kurbelwelle 5 um einen ersten Kurbelwinkel KW₁ aus ihrer Stellung 5.5 im OT heraus bewegt hat. Im gezeigten Beispiel beträgt der erste Kurbelwinkel KW₁ etwa 17°. Es versteht sich jedoch, dass er bei anderen Varianten der Erfindung auch einen anderen Wert innerhalb der oben angegebenen Grenzen aufweisen kann.The first delay is chosen so that the trip point 5.7 lies in a point where the crankshaft 5 by a first crank angle KW ₁ from its position 5.5 has moved out in the OT. In the example shown, the first crank angle KW _{1 is} about 17 °. It is understood, however, that in other variants of the invention it may also have a different value within the limits specified above.

In dem Auslösepunkt 5.7 ist die Kompression der Luft gegenüber der Kompression im OT bereits wieder erheblich gesunken. Bei herkömmlichen Motoren würde dieser Druckabfall dazu führen, dass der eingespritzte Kraftstoff nicht vollständig verbrennt. Dies wäre zum einen mit einem Leistungsverlust bzw. einem verringerten Wirkungsgrad verbunden. Zum anderen würde die unvollständige Verbrennung zu einem rapiden Anstieg der Kohlenwasserstoffe im Abgas führen.In the trigger point 5.7 the compression of the air compared to the compression in the OT has already fallen significantly. In conventional engines, this pressure drop would result in the injected fuel not burning completely. This would be associated with a power loss or a reduced efficiency on the one hand. On the other hand, the incomplete combustion would lead to a rapid increase of hydrocarbons in the exhaust gas.

Um sicherzustellen, dass auch bei einer solch starken Verzögerung des Auslösepunkts 5.7 noch eine vollständige Verbrennung des eingespritzten Kraftstoffs 8 erfolgt, wurde das Kompressionsverhältnis zwischen dem Volumen des Brennraumes 2.2 im UT und im OT und damit der erzielte Kompressionsenddruck p_c im OT gegenüber einem vergleichbar aufgebauten herkömmlichen Motor erhöht. Die Erhöhung des Kompressionsenddrucks p_c fällt dabei so stark aus, dass auch im stark verzögerten Auslösepunkt 5.7 noch ein Kompressionsdruck p_a vorherrscht, der für eine vollständige Verbrennung des eingespritzten Kraftstoffs 8 ausreicht.To ensure that even with such a strong delay of the trip point 5.7 still a complete combustion of the injected fuel 8th done, the compression ratio was between the volume of the combustion chamber 2.2 in the UT and in the OT and thus the achieved compression end pressure p _{c increased} in the TDC over a comparable constructed conventional engine. The increase in the compression end pressure p _c is so strong that even in the strongly delayed trigger point 5.7 still prevails a compression pressure p _a , for a complete combustion of the injected fuel 8th sufficient.

Weiterhin ist der Kompressionsenddruck p_c so gewählt, dass er in der Nähe des durch die Festigkeit der Bauteile des Motors 1 vorgegebenen maximal zulässigen Brennraumdrucks p_max im Brennraum 2.2 liegt. Mit anderen Worten liegt das Druckverhältnis

aus dem maximal zulässigen Brennraumdruck p_max und dem Kompressionsenddruck p_c nahe dem Wert 1. Durch geeignete Wahl der ersten Verzögerung, also eine entsprechend verzögerte Auslösung der Verbrennung im Auslösepunkt 5.7, ist dabei gewährleistet, dass der maximal zulässige Brennraumdruck p_max im Brennraum 2.2 auch während der Verbrennung nicht überschritten wird.Further, the compression end pressure p _{c is set to} be close to that by the strength of the components of the engine 1 predetermined maximum allowable combustion chamber pressure p _max in the combustion chamber 2.2 lies. In other words, the pressure ratio is

from the maximum permissible combustion chamber pressure p _max and the compression end pressure p _c close to the value 1. By a suitable choice of the first delay, ie a correspondingly delayed triggering of the combustion in the triggering point 5.7 , It is ensured that the maximum permissible combustion chamber pressure p _max in the combustion chamber 2.2 even during combustion is not exceeded.

Der Kompressionsenddruck p_c hängt bei einem erfindungsgemäßen Motor stark von der Motorbauart ab. Bei dem vorliegenden Dieselmotor 1 mit Direkteinspritzung liegt der Kompressionsenddruck p_c bei etwa 65 bar, der maximal zulässige Brennraumdruck p_max bei etwa 80 bar und das Druckverhältnis ψ damit etwa bei 1,23. Bei Dieselmotoren mit Vorkam mereinspritzung kann das Druckverhältnis ψ wegen der geringeren Verbrennungsdrücke auch unter dem Wert 1,1 liegen.The compression end pressure p _c in an engine according to the invention depends strongly on the type of engine. In the present diesel engine 1 With direct injection, the compression end pressure p _c is about 65 bar, the maximum permissible combustion chamber pressure p _max at about 80 bar and the pressure ratio ψ thus about 1.23. In diesel engines with Vorkam injection, the pressure ratio ψ because of the lower combustion pressures are also below the value of 1.1.

Generell kann der Kompressionsenddruck p_c bei erfindungsgemäßen Fahrzeugdieselmotoren etwa bis zu 50 bar bis 80 bar (bei Saugbetrieb) bzw. 80 bar bis 130 bar (bei Aufladung) liegen. Bei aufgeladenen mittelschnell laufenden erfindungsgemäßen Viertakt-Dieselmotoren kann der Kompressionsenddruck p_c bei bis zu etwa 115 bar bis 160 bar liegen. Bei aufgeladenen langsam laufenden erfindungsgemäßen Viertakt-Dieselmotoren kann der Kompressionsenddruck p_c bei bis zu etwa 85 bar bis 120 bar liegen. Weiterhin kann der Kompressionsenddruck p_c bei erfindungsgemäßen Ottomotoren mit innerer Gemischbildung bei bis zu etwa 35 bar bis 60 bar (bei Saugbetrieb) bzw. 50 bar bis 75 bar (bei Aufladung) liegen. Bei Ottomotoren mit äußerer Gemischbildung ist der Kompressionsenddruck p_c wie bereits erwähnt durch die Selbstentzündungsgrenze beschränkt.In general, the compression end pressure p _c in vehicle diesel engines according to the invention can be up to about 50 bar to 80 bar (for suction operation) or 80 bar to 130 bar (for supercharging). In supercharged medium-speed four-stroke diesel engines according to the invention, the compression end pressure p _c can be up to about 115 bar to 160 bar. In supercharged slow running four-stroke diesel engines according to the invention, the compression end pressure p _c can be up to about 85 bar to 120 bar. Furthermore, the compression end pressure p _c in gasoline engines according to the invention with internal mixture formation can be up to about 35 bar to 60 bar (for suction operation) or 50 bar to 75 bar (for supercharging). In gasoline engines with external mixture formation, the compression end pressure p _{c is} limited by the auto-ignition limit, as already mentioned.

Es versteht sich jedoch, dass die soeben angegebenen Druckwerte Maximalwerte darstellen. Sie können bei entsprechend leichter ausgelegten erfindungsgemäßen Motoren mit erfindungsgemäß gewähltem erstem Druckverhältnis auch unterschritten werden.It However, it is understood that the pressure values just given maximum values represent. You can in correspondingly lighter designed according to the invention motors with inventively chosen first pressure ratio also be fallen below.

Wegen der stark verzögerten Auslösung der Verbrennung im Auslösepunkt 5.7 sind die im Arbeitsschritt auftretenden Verbrennungsdrücke im Brennraum 2.2 trotz vollständiger Verbrennung vergleichsweise gering. Insbesondere treten keine hohen Druckspitzen auf. Dies hat insgesamt eine geringere Belastung, insbesondere eine geringere mechanische Belastung, der Bauteile des Motors 1 zur Folge. Dieser kann daher insgesamt einfacher und leichter ausgelegt werden als ein vergleichbarer herkömmlicher Motor.Because of the strongly delayed release of the combustion at the trigger point 5.7 are the combustion pressures occurring in the combustion chamber in the working step 2.2 despite complete combustion comparatively low. In particular, no high pressure peaks occur. This has a lower overall load, in particular a lower mechanical load, the components of the engine 1 result. This can therefore be designed as a whole simpler and easier than a comparable conventional engine.

Die stark verzögerte Auslösung der Verbrennung im Auslösepunkt 5.7 geht mit deutlich günstigeren Hebelverhältnissen der über das Pleuel 4 auf die Kurbelwelle 5 ausgeübten Kraft F_p einher. Der in der jeweiligen Stellung der Kurbelwelle 5 wirksame effektive Hebelarm h_eff der über das Pleuel 4 auf die Kurbelwelle 5 ausgeübten Kraft F_p ist für den Zeitraum der Verbrennung deutlich größer als bei einer herkömmlichen Auslösung nahe OT. Es kommt somit neben einem erhöhten Drehmoment an der Kurbelwelle 5 hauptsächlich zu Torsionslasten um die Drehachse 5.3 der Kurbelwelle 5 und zu deutlich geringeren Biegelasten an der Kurbelwelle 5 in der die Drehachse 5.3 der Kurbelwelle 5 enthaltenden Vertikalebene. Die Kurbelwelle 5 kann daher entsprechend einfacher und leichter ausgelegt werden. Wegen der günstigeren kinematischen Verhältnisse bei noch immer hohen Drücken lässt sich bei dem Motor 1 etwa der doppelte Nutzmitteldruck erzielen.The strongly delayed release of combustion at the trigger point 5.7 goes with much more favorable leverage over the connecting rod 4 on the crankshaft 5 exerted force F _p . The in the respective position of the crankshaft 5 effective effective lever h _eff the over the connecting rod 4 on the crankshaft 5 applied force F _p is significantly greater for the period of combustion than in a conventional trip near TDC. It thus comes next to an increased torque on the crankshaft 5 mainly to torsional loads around the axis of rotation 5.3 the crankshaft 5 and significantly lower bending loads on the crankshaft 5 in the axis of rotation 5.3 the crankshaft 5 containing vertical plane. The crankshaft 5 can therefore be designed according to simpler and easier. Because of the more favorable kinematic conditions with still high pressures can be in the engine 1 achieve about twice the Nutzmitteldruck.

Die Steuereinrichtung 7 steuert die erste Verzögerung in Abhängigkeit von Betriebsparametern des Motors 1, d. h. dem augenblicklichen Betriebszustand des Motors 1. Die Betriebsparameter des Motors 1 werden dabei über entsprechende – in 1 nicht dargestellte – mit der Steuereinrichtung 7 verbundene Sensoren erfasst. Die erste Verzögerung wird in Abhängigkeit vom Kompressionsdruck im Brennraum 2.2 so eingestellt, dass in dem Auslösepunkt unabhängig von einer an der Kurbelwelle 5 anliegenden Last im Wesentlichen derselbe Kompressionsdruck p_a im Brennraum 2.2 vorherrscht. Dies geschieht unter Verwendung eines entsprechenden Kennfeldes, welches für den Motor 1 aufgenommen wurde und in einem entsprechenden Speicher 7.1 der Steuereinrichtung 7 gespeichert ist.The control device 7 Controls the first delay depending on the operating parameters of the motor 1 , ie the current operating state of the engine 1 , The operating parameters of the engine 1 are about corresponding - in 1 not shown - with the control device 7 connected sensors detected. The first delay will depend on the compression pressure in the combustion chamber 2.2 adjusted so that in the trigger point regardless of one on the crankshaft 5 applied load substantially the same compression pressure p _a in the combustion chamber 2.2 prevails. This is done using a corresponding map, which is for the engine 1 was recorded and in a corresponding memory 7.1 the control device 7 is stored.

Es versteht sich hierbei jedoch, dass bei anderen Varianten des erfindungsgemäßen Motors auch vorgesehen sein kann, dass die erste Verzögerung in Abhängigkeit von der an der Kurbelwelleneinrichtung anliegenden Last, der Drehzahl und dem Kraftstoff gesteuert wird.It It should be understood, however, that in other variants of the engine according to the invention also can be provided that the first delay in dependence from the voltage applied to the crankshaft device load, the speed and the fuel is controlled.

Weiterhin versteht es sich, dass sowohl beim Motor 1 als auch bei anderen Varianten insbesondere der vom augenblicklichen Betriebszustand (anliegende Last, Drehzahl, verwendeter Kraftstoff etc.) des Motors abhängige Zündverzug, d. h. der Verzug zwischen den Maßnahmen zur Auslösung der Verbrennung, also beispielsweise dem Beginn der Kraftstoffeinspritzung, und dem tatsächlichen Auslösen, d. h. dem Einsetzen der Verbrennung, berücksichtigt wird.Furthermore, it is understood that both the engine 1 as well as in other variants in particular of the current operating condition (applied load, speed, fuel used, etc.) of the engine dependent ignition delay, ie the delay between the measures to trigger the combustion, so for example the beginning of the fuel injection, and the actual triggering, ie the onset of combustion is taken into account.

Der Motor 1 weist neben den bereits aufgeführten Vorteilen noch eine Reihe von weiteren Vorteilen auf. So erfolgt die Verbrennung in die Volumenexpansion im Brennraum 2.2 nach dem OT hinein, sodass die thermischen Verluste erst in diesem Bereich auftreten. Im Hinblick auf das Abgasverhalten hat er den Vorteil, dass mit der verspäteten Auslösung der Verbrennung die Verbrennungsdrücke im Brennraum 2.2 vergleichsweise gering sind. Hierdurch bleiben auch die Temperaturen im Brennraum 2.2 geringer als bei herkömmlicher Auslösung nahe dem OT, wodurch der Ausstoß an Stickoxiden reduziert ist. Wegen der hohen Verdichtung trotz deutlich verzögerter Auslösung kommt es dabei trotzdem zu einer vollständigen Verbrennung des Kraftstoffs 8, weshalb die Kohlenwasserstoffe im Abgas auf einem geringen Niveau bleiben.The motor 1 has in addition to the advantages already listed on a number of other advantages. Thus, the combustion takes place in the volume expansion in the combustion chamber 2.2 after the TDC, so that the thermal losses occur only in this area. With regard to the exhaust gas behavior, it has the advantage that with the delayed initiation of combustion, the combustion pressures in the combustion chamber 2.2 are comparatively low. This also keeps the temperatures in the combustion chamber 2.2 lower than conventional tripping near the TDC, which reduces the emission of nitrogen oxides. Due to the high compression despite significantly delayed triggering, it still leads to a complete combustion of the fuel 8th why the hydrocarbons in the exhaust gas remain at a low level.

In einem dem Arbeitsschritt 6.4 nachfolgenden Ausschiebeschritt 6.6 öffnet dann erneut die Ventileinrichtung 2.3 und das Abgas wird von dem zwischen UT und OT aufwärts bewegten Kolben 3 aus dem Zylinder 2 ausgeschoben. Wird in einem Schritt 6.7 kein Stopsignal zum Anhalten des Motors 1 detektiert, wird zum Schritt 6.2 zurückgesprungen. Andernfalls wird der Motor 1 in einem Schritt 6.8 angehalten.In one step 6.4 subsequent Ausschiebeschritt 6.6 then opens the valve device again 2.3 and the exhaust gas is from the piston moved upwards between UT and OT 3 out of the cylinder 2 ejected. Will be in one step 6.7 no stop signal to stop the motor 1 detected, becomes the step 6.2 jumps back. Otherwise, the engine will 1 in one step 6.8 stopped.

3 zeigt eine schematische, nicht maßstäbliche Darstellung einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hubkolbenmotors 1', der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben wird. Der Hubkolbenmotor 1' gleicht hinsichtlich seines grundsätzlichen Aufbaus und seiner Funktionsweise dem Motor 1 aus 1, sodass hier hauptsächlich auf die Unterschiede eingegangen werden soll. Insbesondere sind identische Teile mit denselben Bezugsziffern versehen. 3 shows a schematic, not to scale representation of another preferred embodiment of the reciprocating engine according to the invention 1' , which is operated by the method according to the invention. The reciprocating engine 1' is similar to the engine in terms of its basic structure and its operation 1 out 1 so that we should focus on the differences here. In particular, identical parts are provided with the same reference numerals.

Der wesentliche Unterschied besteht darin, dass der Zylinder 2' eine Zylindermittenachse 2.1' aufweist, die seitlich in Richtung des Auslösepunktes 5.7 zur Drehachse 5.3 der Kurbelwelle 5 um einen Abstand a versetzt ist. Der Abstand a beträgt dabei etwa 20% des Abstands zwischen der Drehachse 5.3 der Kurbelwelle 5 und dem Anlenkpunkt des Pleuels 4 an der Kurbelwelle 5. Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten auch andere Werte für den Abstand a gewählt sein können.The main difference is that the cylinder 2 ' a cylinder center axis 2.1 ', which laterally in the direction of the trigger point 5.7 to the axis of rotation 5.3 the crankshaft 5 is offset by a distance a. The distance a is about 20% of the distance between the axis of rotation 5.3 the crankshaft 5 and the pivot point of the connecting rod 4 on the crankshaft 5 , However, it is understood that in other variants, other values for the distance a may be selected.

Hierdurch ergeben sich zum einen eine verringerte Querkraft F_q am Kolben 3 und damit eine höhere über das Pleuel 4 auf die Kurbelwelle 5 ausgeübte Kraft F. Zudem ergeben sich auch bei dieser Variante günstige effektive Hebelarme h_ef, sodass insgesamt ein gegenüber dem Motor 1 aus 1 verbessertes Drehmoment an der Kurbelwelle 5 erzielt werden kann.This results in a reduced lateral force F _q on the piston 3 and thus a higher over the connecting rod 4 on the crankshaft 5 exerted force F. In addition, also result in this variant favorable effective lever arms h _ef , so a total compared to the engine 1 out 1 improved torque on the crankshaft 5 can be achieved.

4 zeigt eine schematische, nicht maßstäbliche Darstellung einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hubkolbenmotors 1'', der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben wird. Der Hubkolbenmotor 1' gleicht hinsichtlich seines grundsätzlichen Aufbaus und seiner Funktionsweise dem Motor 1' aus 2, sodass hier hauptsächlich auf die Unterschiede eingegangen werden soll. insbesondere sind auch hier identische Teile mit denselben Bezugsziffern versehen. 4 shows a schematic, not to scale representation of another preferred embodiment of the reciprocating engine according to the invention 1'' , which is operated by the method according to the invention. The reciprocating engine 1' is similar to the engine in terms of its basic structure and its operation 1' out 2 so that we should focus on the differences here. In particular, identical parts are provided with the same reference numerals here.

Der wesentliche Unterschied besteht darin, dass der Zylinder 2'' eine Zylindermittenachse 2.1'' aufweist, die zur Vertikalen 9 um einen Zylinderneigungswinkel t geneigt angeordnet ist. Die Zylindermittenachse 2.1'' ist dabei so geneigt, dass sie kolbenseitig zu der durch die Drehachse 5.3 der Kurbelwelle 5 verlaufenden Vertikalen 9 hin geneigt ist. Der Zylinderneigungswinkel t beträgt dabei etwa 20°. Durch diese Neigung der Zylindermittenachse 2.1'' lässt sich neben den Vorteilen der Ausführungen aus den 1 und 3 auch der Vorteil erzielen, dass Erscheinungen wie Kolbenkippen oder dergleichen reduziert werden.The main difference is that the cylinder 2 '' a cylinder center axis 2.1 '' that points to the vertical 9 is arranged inclined by a cylinder pitch t. The cylinder center axis 2.1 '' is so inclined that it is on the piston side to the through the axis of rotation 5.3 the crankshaft 5 running vertical 9 is inclined. The cylinder pitch t is about 20 °. Due to this inclination of the cylinder center axis 2.1 '' can be seen in addition to the advantages of the versions of the 1 and 3 also achieve the advantage that phenomena such as piston butts or the like can be reduced.

Die vorliegende Erfindung wurde vorstehend ausschließlich anhand von Beispielen für Fahrzeugmotoren beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass sie sich ebenso für andere Motoren einsetzen lässt.The present invention has been described above described solely by means of examples of vehicle engines. However, it goes without saying that it can also be used for other engines.

Claims

Method for operating a reciprocating piston engine with a piston ( 3 ), which is in a combustion chamber ( 2.2 ) forming cylinders ( 2 ; 2 '; 2 '' ) is longitudinally movably arranged between a first dead center (TDC) and a second dead center (TDC) and which can be moved in a pivotable manner on the piston (T) ( 3 ) arranged connecting rod device ( 4 ) with a crankshaft device ( 5 ), in which - in a densification step ( 6.3 ) in the combustion chamber ( 2.2 ) working fluid through the piston ( 3 ) is compressed to a compression end pressure in the first dead center (TDC) and - in a subsequent step ( 6.4 ) by combustion of a fuel introduced into the working medium ( 8th ) Work on the piston ( 3 ), whereby - the initiation of combustion in a trigger point ( 5.7 ) takes place with a first delay after passing through the first dead center (TDC), characterized in that - the engine operates on the diesel principle and - the compression end pressure is increased such that the compression pressure at the trigger point ( 5.7 ) is sufficient at least to compensate for the deterioration in efficiency by the delayed release of the combustion, wherein - the compression end pressure in the case of a motor with suction 65 bar to 80 bar and in the case of a motor with charging 80 bar to 160 bar

A method according to claim 1, characterized in that the trigger point ( 5.7 ) is located at a point where the crankshaft device ( 5 ) has moved out of its position in the first dead center (TDC) by a first crank angle (KW ₁ ), the first crank angle (KW ₁ ) being at least 10 °.

A method according to claim 2, characterized in that the first crank angle (KW ₁ ) is between 10 ° and 30 °, preferably between 10 ° KW and 20 ° KW, more preferably between 15 ° and 20 °.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the compression end pressure in the region of the by the mechanical strength of the components ( 2 . 3 . 4 . 5 ; 2 ' . 3 . 4 . 5 ; 2 '' . 3 . 4 . 5 ) given maximum allowable combustion chamber pressure in the combustion chamber ( 2.2 ) lies.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that a first pressure ratio (ψ) from the maximum allowable combustion chamber pressure in the combustion chamber and the compression end pressure is less than 1.4.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that a first pressure ratio (ψ) from the maximum allowable combustion chamber pressure in the combustion chamber and the compression end pressure is less than 1.1.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the first delay is set such that in the step ( 6.4 ) the maximum permissible combustion chamber pressure is not exceeded.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the fuel ( 8th ) in an injection step ( 6.5 ), in particular in an uninterrupted volume flow, in the combustion chamber filled with the compressed working medium ( 2.2 ) is injected.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the first delay as a function of the compression pressure in the combustion chamber ( 2.2 ) is set so that in the trigger point ( 5.7 ) independent of one on the crankshaft device ( 5 ) applied load substantially the same compression pressure in the combustion chamber ( 2.2 ) prevails.

Reciprocating engine, in particular for a motor vehicle, with - a combustion chamber ( 2.2 ) forming cylinders ( 2 ; 2 '; 2 '' ), - a piston ( 3 ) which is longitudinally movable in the cylinder between a first dead center (TDC) and a second dead center (TDC) ( 2 ; 2 '; 2 '' ) and for compressing one in the combustion chamber ( 2.2 ) working medium is formed up to a compression end pressure in the first dead center (TDC), - a crankshaft device ( 5 ), which is pivotable on the piston ( 3 ) arranged connecting rod device ( 4 ) with the piston ( 3 ), and - a control device ( 7 ) used to trigger the combustion of a fuel introduced into the working medium ( 8th ) with a first delay after passing through the first dead center (TDC) in a trigger point ( 5.7 ) is formed, characterized in that - the engine operates on the diesel principle and - the compression ratio (ε) is selected increased such that the compression pressure in the trigger point ( 5.7 ) is sufficient at least to compensate for the deterioration in efficiency by the delayed release of the combustion, wherein - the compression end pressure in the case of a motor with suction 65 bar to 80 bar and in the case of a motor with charging 80 bar to 160 bar

Reciprocating engine according to claim 10, characterized in that the triggering point is located at a point in which the crankshaft device ( 5 ) is rotated by a first crank angle (KW ₁ ) with respect to its position in the first dead center (TDC), wherein the first crank angle (KW ₁ ) is at least 10 °.

Reciprocating engine according to claim 11, characterized in that the first crank angle (KW ₁ ) is between 10 ° and 30 °, preferably between 10 ° CA and 20 ° CA, more preferably between 15 ° and 20 °.

Piston engine according to one of claims 10 to 12, characterized in that the compression end pressure in the region of the mechanical strength of the components ( 2 . 3 . 4 . 5 ; 2 ' . 3 . 4 . 5 ; 2 '' . 3 . 4 . 5 ) given maximum allowable combustion chamber pressure in the combustion chamber ( 2.2 ) lies.

Piston engine according to one of claims 10 to 13, characterized in that a first pressure ratio (ψ) from the maximum allowable combustion chamber pressure in the combustion chamber ( 2.2 ) and the compression end pressure is less than 1.4.

Piston engine according to one of claims 10 to 14, characterized in that a first pressure ratio (ψ) from the maximum allowable combustion chamber pressure in the combustion chamber ( 2.2 ) and the compression end pressure is less than 1.1.

Reciprocating engine according to one of claims 10 to 15, characterized in that one with the control device ( 7 ) associated injection device ( 2.4 ) for injecting the fuel ( 8th ) in the filled with the compressed working fluid combustion chamber ( 2.2 ) is provided, wherein the injection device ( 2.4 ) is formed in particular for injecting the fuel in an uninterrupted volume flow.

Reciprocating engine according to one of claims 10 to 16, characterized in that the first delay as a function of the compression pressure in the combustion chamber ( 2.2 ) is designed such that in the trigger point ( 5.7 ) independent of one on the crankshaft device ( 5 ) applied load substantially the same compression pressure in the combustion chamber ( 2.2 ) prevails.

Piston engine according to one of claims 10 to 17, characterized in that the first deceleration is designed such that during the combustion of the fuel ( 8th ) the maximum permissible combustion chamber pressure is not exceeded.

Reciprocating engine according to one of claims 10 to 18, characterized in that the cylinder ( 2 '; 2 '' ) has a cylinder center axis which laterally in the direction of the trigger point ( 5.7 ) to the axis of rotation ( 5.3 ) of the crankshaft device ( 5 ) is offset.

Reciprocating engine according to claim 19, characterized in that the cylinder center axis ( 2 '' ) is arranged inclined to the vertical by a Zylinderneigungswinkel (t), wherein the Zylinderneigungswinkel (t) is in particular between 10 ° and 40 °, preferably between 20 ° and 30 °.