DE102008003842A1

DE102008003842A1 - Verfahren zum Verbrennen von Kraftstoff

Info

Publication number: DE102008003842A1
Application number: DE102008003842A
Authority: DE
Inventors: Philipp Rogler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-01-10
Filing date: 2008-01-10
Publication date: 2009-07-16
Also published as: US20090178643A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Verbrennen von Kraftstoff in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine angegeben, bei dem mittels mindestens eines Einlassventils (16) dem Brennraum (14) Luft zugeführt und mittels mindestens eines Kraftstoffeinspritzventils (24) mindestens ein aufgefächerter Kraftstoffstrahl in den Brennraum (14) so eingespritzt wird, dass mindestens eine aus einem Kraftstoff-Luft-Gemisch bestehende Schichtladungswolke (26) entsteht, und die Schichtladungswolke (26) mit mindestens einer Zündvorrichtung (25) entflammt wird. zur Erzielung eines höheren Wirkungsgrads bei der Verbrennung wird die Entflammung der mindestens einen Schichtladungswolke (26) an mindestens zwei im Brennraum (14) räumlich getrennten Zündorten vorgenommen, wobei die Entflammung gleichzeitig oder zeitlich gestaffelt durchgeführt wird (Fig. 1).

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Verbrennen von Kraftstoff in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine nach denn Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein bekanntes Kraftstoffeinspritzsystem ( DE 100 32 336 A1 ) weist ein Kraftstoffeinspritzventil, das Kraftstoffdirekt in einen von einer Zylinderwandung und einem darin geführten Kolben begrenzten Brennraum einspritzt, und eine in den Brennraum ragende Zündkerze auf. Das Kraftstoffeinspritzventil erzeugt durch mindestens eine Reihe von Einspritzlöchern, die auf einem Ventilkörper umfänglich angeordnet sind, im Brennraum einen kegelförmigen Einspritzstrahl. Zusätzlich ist im Ventilkörper eine zentral angeordnetes Einspritzloch vorgesehen, das einen zur Zündkerze gelangenden, mit Kraftstoff angereicherten Zentralbereich des Einspritzstrahls erzeugt. Dadurch wird im Brennraum eine Gemischwolke gebildet, die einen stöchiometrischen bzw. leicht fetten Kern (0,8 < λ < 1,1) und eine magere Hülle (1,5 < λ) besitzt. Bewegt sich der Kern der Gemischwolke zum Zündzeitpunkt im Bereich der Zündkerzenfunkstrecke, so kann der Kern schnell entflammen, durchbrennen und seinerseits die magere Hülle entflammen. Dieses Brennverfahren zeichnet sich dadurch aus, dass im Teillastbetrieb die Brennkraftmaschine entdrosselt betrieben werden kann. Dadurch werden die Drosselverluste gegenüber dem konventionellen Betrieb mit äußerer Gemischbildung deutlich reduziert, wodurch sich ein Kraftstoffeinsparpotential ergibt. Herausforderungen sind die hohen Stickoxidemissionen, hervorgerufen durch den Durchbrand der mageren Hülle. Dem kann durch eine Senkung der Verbrennungstemperaturen, realisierbar durch eine Erhöhung der internen oder besser noch externen Abgasrückführrate, entgegengewirkt werden. Durch Steigerung der Abgasrückführrate wird jedoch auch die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Flamme reduziert, was wiederum den Verbrennungswirkungsgrad senkt.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Verbrennen von Kraftstoff in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass durch die Entflammung der mindestens einen Schichtladungswolke an unterschiedlichen Orten innerhalb des Brennraums die Gemischwolke bei gleicher Brenngeschwindigkeit mit höherem Maximaldruck schneller durchbrennt. Diese ermöglicht eine Verbrennung mit höherem Wirkungsgrad, wodurch der Kraftstoffverbrauch gesenkt werden kann. Die Rohemissionen können gesenkt werden, indem die Entflammung zu Zeitpunkten erfolgt, bei denen die Gemischhomogenität hergestellt ist und sich das mittlere Luft-/Kraftstoffverhältnis durch den schnelleren Durchbrand nur wenig ändert und ein besserer Ausbrand erfolgt.
Die Entflammung in den Zündorten kann gleichzeitig oder auch zeitlich gestaffelt durchgeführt werden. Im ersten Fall wird ein schneller Kraftstoffumsatz bei hohem Druckanstieg erzielt, wodurch der Verbrennungswirkungsgrad gesteigert wird. Im zweiten Fall erfolgt gegenüber dem ersten Fall eine Verschleppung der Verbrennung mit dem Vorteil der Geräuschminderung und der geringeren Bauteilbelastung. Insgesamt lässt sich der gewünschte Druckverlauf durch Mehrfachzündung zu unterschiedlichen Zeitpunkten formen, wobei ein möglichst schneller Durchbrand mit möglichst vielen Zündorten erreicht werden kann. Durch die Formung des Druckverlaufs kann der zeitliche Verlauf von Kraftstoffumsatz und Geräusch gesteuert werden. Die Zündorte können im Brennraum symmetrisch oder asymmetrisch angeordnet sein. Das Klopfen kann vermieden werden, wenn die Zündorte in Regionen mit Klopfneigung, z. B. nahe der heißen Auslassventile, angeordnet werden.
Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Verfahrens möglich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung ist anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen eines Brennraums einer Brennkraftmaschine in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 und 2 jeweils ausschnittweise einen Längsschnitt eines Verbrennungszylinders einer Bremskraftmaschine mit einem Einspritzsystem gemäß einem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel.
Der in 1 und 2 ausschnittweise im Längsschnitt dargestellte Verbrennungszylinder weist einen Zylindertopf 11 und einen den Zylindertopf 11 abdeckenden Zylinderkopf 12 auf. Im Zylindertopf 11 ist ein Hubkolben 13 axial verschieblich geführt, der zusammen mit dem Zylinderkopf 12 im Zylindertopf 11 einen Brennraum 14 einschließt. Der Hubkolben 13 ist in bekannter Weise über ein Pleuel 15 mit einer hier nicht dargestellten Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verbunden. Im Zylinderkopf 12 ist ein Einlassventil 16 und ein Auslassventil 17 angeordnet, die jeweils unter der Wirkung einer Ventilschließfeder 18 bzw. 19 mit einem Ventilteller auf einem im Zylinderkopf 12 ausgebildeten Ventilsitz 20, 21 aufsitzen und mittels eines hier nicht dargestellten Ventilantriebs vom Ventilsitz 20 bzw. 21 abgehoben werden. Der Ventilsitz 20 umschließt einen Brennraumeinlass 22 für die Zuführung von Verbrennungsluft und der Ventilsitz 21 einen Brennraumauslass 23 zur Abführung der verbrannten Abgase.
Im Zylinderkopf 12 sind weiterhin ein Kraftstoffeinspritzventil 24 zum Einspritzen von zerstäubtem Kraftstoff in den Brennraum 14 sowie eine Zündvorrichtung 25 angeordnet. Das in 1 eingesetzte Kraftstoffeinspritzventil 24 ist so ausgebildet, dass es den Kraftstoff in Form eines aufgefächerten Kraftstoffstrahls abspritzt, der zusammen mit der über das Einlassventil 16 zuströmende Luftmenge eine Schichtladungswolke 26 bildet. Die Zündvorrichtung 25 ist so konzipiert, dass sie eine Entflammung der Schichtladungswolke 26 an zwei im Brennraum 14 räumlich getrennten Zündorten auslöst. Dies ist in 1 durch zwei einen Zündfunken illustrierende Blitzpfeile symbolisiert.
Die Entflammung der Schichtladungswolke 26 kann gleichzeitig oder zeitlich gestaffelt durchgeführt werden. Die Zündvorrichtung 25 kann mit einer Zündkerze, die mehrere Zündorte besitzt, oder mit mehreren Zündkerzen realisiert werden. Auch eine Zündanlage bestehend aus mindestens einer Zündvorrichtung auf Laserbasis, die insgesamt mindestens zwei Zündfoki generiert, ist einsetzbar.
Das in 2 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem vorstehend zu 1 beschriebenen Ausführungsbeispiel lediglich dadurch, dass das Kräftstoffeinspritzventil 24 so konzipiert ist, dass es mindestens zwei getrennte, jeweils aufgefächerte Kraftstoffstrahlen in den Brennraum 14 einspritzt, die mit der über das Einlassventil 16 einströmenden Verbrennungsluft mindestens zwei getrennte Schichtladungswolken 27, 28 erzeugen. Die Zündorte der Zündvorrichtung 25 zur Entflammung der Schichtladungswolken 27, 28 sind jeweils in die getrennten Schichtladungswolken 27, 28 gelegt, wie dies in 2 durch die Zündfunken symbolisierenden Blitzpfeile angedeutet ist. Kraftstoffeinspritzventile, die getrennte Kraftstoffstrahlen in den Brennraum 14 einspritzen, sind bekannt. Ein solches Kraftstoffeinspritzventil kann beispielsweise wie das in der DE 100 26 321 A1 beschriebene Einspritzventil ausgebildet werden, wenn im kegelförmigen Einspritzstrahl ein weiterer Winkelausschnitt ausgespart wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10032336 A1 [0002]
- DE 10026321 A1 [0011]

Claims

Verfahren zum Verbrennen von Kraftstoff in einem Brennraum (14) einer Brennkraftmaschine, bei dem mittels mindestens eines Einlassventils (16) dem Brennraum (14) Luft zugeführt und mittels mindestens eines Kraftstoffeinspritzventils (24) mindestens ein aufgefächerter Kraftstoffstrahl in den Brennraum (14) so eingespritzt wird, dass mindestens eine aus einem Kraftstoff-Luft-Gemisch bestehende Schichtladungswolke (26; 27, 28) entsteht, und die mindestens eine Schichtladungswolke (26; 27, 28) mit mindestens einer Zündeinrichtung (25) entflammt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Entflammung der mindestens einen Schichtladungswolke (26; 27, 28) an mindestens zwei im Brennraum (14) räumlich getrennten Zündorten vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Entflammung in den mindestens zwei Zündorten gleichzeitig durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Entflammung in den mindestens zwei Zündorten zeitlich gestaffelt durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Schichtladungswolken (26, 27) im Brennraum (14) erzeugt werden und dass jeweils mindestens ein Zündort in eine der Schichtladungswolken (27, 28) gelegt wird.