DE102009054177B4

DE102009054177B4 - Method and device for operating an internal combustion engine

Info

Publication number: DE102009054177B4
Application number: DE102009054177.2A
Authority: DE
Inventors: Van-Khanh Tran
Original assignee: MWI MICRO WAVE IGNITION AG
Current assignee: Mwi Micro Wave Ignition Ag De
Priority date: 2009-11-21
Filing date: 2009-11-21
Publication date: 2020-12-10
Anticipated expiration: 2029-11-22
Also published as: DE102009054177A1

Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, wobei in einen Brennraum der Brennkraftmaschine ein Kraftstoff eingespritzt wird, wobei dem Brennraum ein Gas zugeführt wird, wobei in dem Brennraum ein Gemisch aus dem Kraftstoff und dem Gas gezündet wird, und wobei der Brennraum mit elektromagnetischer Strahlung beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, dass einmal oder mehrmals elektromagnetische Strahlung mit relativ hoher Energie derart in den Brennraum (2) eingeleitet wird, dass über einen bestimmten Zeitraum lediglich die Temperatur im Wesentlichen innerhalb des gesamten Brennraums (2) erhöht wird, bevor das Gemisch mittels der elektromagnetischen Strahlung nach einer bestimmten Zeitdauer lediglich durch Veränderung der Frequenz und/oder Pulsfolge der elektromagnetischen Strahlung das Kraftstoff-Gas-Gemisch gezündet wird.A method for operating an internal combustion engine, wherein a fuel is injected into a combustion chamber of the internal combustion engine, wherein a gas is supplied to the combustion chamber, a mixture of the fuel and the gas being ignited in the combustion chamber, and the combustion chamber being acted upon by electromagnetic radiation, characterized in that electromagnetic radiation with relatively high energy is introduced into the combustion chamber (2) once or several times in such a way that over a certain period of time only the temperature is increased essentially within the entire combustion chamber (2) before the mixture is mixed by means of the electromagnetic radiation after a certain period of time, the fuel-gas mixture is ignited merely by changing the frequency and / or pulse sequence of the electromagnetic radiation.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, wobei in einen Brennraum der Brennkraftmaschine ein Kraftstoff eingespritzt wird, nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for operating an internal combustion engine, wherein a fuel is injected into a combustion chamber of the internal combustion engine, according to the type defined in more detail in the preamble of claim 1. The invention also relates to a device for carrying out the method.

Bei den in derzeitigen Brennkraftmaschinen durchgeführten Verbrennungsverfahren wird der direkt in den Brennraum eingespritzte Kraftstoff mit einem Gas, vorzugsweise mit Luft, vermischt, und gegen Ende seiner Verdichtung d.h. nahe dem oberen Totpunkt (OT) durch den sich nach oben bewegenden Kolben mittels einer Zündkerze oder, wenn als Kraftstoff Diesel verwendet wird, mittels Selbstzündung durch eine entsprechend hohe Verdichtung gezündet. Ein insbesondere bei der Direkteinspritzung entstehendes Problem besteht darin, dass nur eine unzureichende Vermischung zwischen dem Kraftstoff und der Luft stattfindet, so dass kleine Kraftstofftröpfchen bis zu der Brennraumwand gelangen und sich dort niederschlagen können, wodurch sie bei der nachfolgenden Zündung nicht verbrannt werden. Die sich daraus ergebende unvollständige Verbrennung führt nicht nur zu einem Leistungsverlust, sondern auch zu erhöhten Abgasemissionen aufgrund der unverbrannten Kraftstoffbestandteile, was eine aufwändige Abgasreinigung erforderlich macht.In the combustion processes carried out in current internal combustion engines, the fuel injected directly into the combustion chamber is mixed with a gas, preferably with air, and towards the end of its compression i.e. ignited near top dead center (TDC) by the piston moving upwards by means of a spark plug or, if diesel is used as fuel, by means of self-ignition through a correspondingly high compression. A problem that arises particularly with direct injection is that there is insufficient mixing between the fuel and the air, so that small fuel droplets can reach the combustion chamber wall and deposit there, preventing them from being burned during the subsequent ignition. The resulting incomplete combustion not only leads to a loss of performance, but also to increased exhaust emissions due to the unburned fuel components, which makes complex exhaust gas cleaning necessary.

Um diese Nachteile zu beseitigen, sind aus dem Stand der Technik verschiedene Lösungsansätze bekannt, die unter anderem darin bestehen, elektromagnetische Strahlung in den Brennraum einzubringen.In order to eliminate these disadvantages, various approaches to a solution are known from the prior art, which, inter alia, consist in introducing electromagnetic radiation into the combustion chamber.

So ist aus der DE 199 14 941 C1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verbrennung eines Brenngemischs im Brennraum einer Brennkraftmaschine mit Kompressionszündung bekannt, bei denen die Verbrennung durch Mikrowelleneinstrahlung in den Brennraum unterstützt wird. Dort wird das Brenngemisch während der Mikrowelleneinstrahlung einer Konditionierung unterworfen, durch die zusätzliche Mikrowellen-Rezipientenspezies bereitgestellt werden. Durch entsprechende Leistungs-einstellmittel kann die Mikrowellenleistung in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine variabel eingestellt werden.So is from the DE 199 14 941 C1 a method and a device for burning a combustion mixture in the combustion chamber of an internal combustion engine with compression ignition are known, in which the combustion is supported by microwave radiation into the combustion chamber. There, the combustion mixture is subjected to conditioning during the microwave irradiation, by means of which additional microwave recipient species are provided. The microwave power can be variably set as a function of the operating state of the internal combustion engine by means of appropriate power setting means.

In der DE 103 56 916 B3 ist ein Verfahren zum Zünden der Verbrennung eines Kraftstoffs in einem Verbrennungsraum eines Motors beschrieben, bei welchem eine außerhalb des Verbrennungsraums erzeugte Mikrowellenstrahlung in den Verbrennungsraum eingekoppelt wird, welche von dem im Verbrennungsraum verteilten Kraftstoff absorbiert wird, was zu einem Energieeintrag in den Kraftstoff führt, der die Verbrennung großvolumig im Verbrennungsraum verteilen soll. Dieses Verfahren erfordert jedoch die Einbringung sehr hoher Energie in den Brennraum, was einen sehr großen Aufwand auf Seiten der Vorrichtung notwendig macht. Des weiteren gelingt es auch mit diesem Verfahren nicht, den in den Brennraum eingespritzten Kraftstoff vollständig zu verbrennen.In the DE 103 56 916 B3 describes a method for igniting the combustion of a fuel in a combustion chamber of an engine, in which microwave radiation generated outside the combustion chamber is coupled into the combustion chamber, which is absorbed by the fuel distributed in the combustion chamber, which leads to an input of energy into the fuel, which the combustion is to be distributed over a large volume in the combustion chamber. However, this method requires the introduction of very high energy into the combustion chamber, which requires a great deal of effort on the part of the device. Furthermore, this method does not succeed in completely burning the fuel injected into the combustion chamber.

Aus der US 6,782,875 B2 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine ) bekannt, bei welchem Kraftstoff in den Brennraum eingespritzt wird, der unmittelbar nach seinem Eintritt in eine dem Brennraum vorgelagerte Vorkammer derart mit elektromagnetischer Strahlung beaufschlagt wird, dass eine molekulare Schwingungsresonanzabsorption des eingespritzten Kraftstoffstrahls bewirkt wird. Es wird also unmittelbar der eingespritzte Kraftstoffstrahl erwärmt. Auch dieses Verfahren ist jedoch nicht in der Lage, prozesssicher eine Verbrennung der gesamten in den Brennraum eingespritzten Kraftstoffmenge zu bewirken, da durch die unmittelbare Beaufschlagung des eingespritzten Kraftstoffstrahls mit elektromagnetischer Strahlung nicht verhindert werden kann, dass einzelne, nicht mit der eingeleiteten Luft vermischte oder nicht durch die elektromagnetische Strahlung verdampfte Kraftstofftröpfchen sich an der Brennraumwand niederschlagen können.From the US 6,782,875 B2 a method for operating an internal combustion engine is known, in which fuel is injected into the combustion chamber, which immediately after its entry into an antechamber upstream of the combustion chamber is exposed to electromagnetic radiation in such a way that a molecular oscillation resonance absorption of the injected fuel jet is effected. The injected fuel jet is therefore immediately heated. However, this method, too, is not able to reliably burn the entire amount of fuel injected into the combustion chamber, since the direct exposure of the injected fuel jet to electromagnetic radiation cannot prevent individual air from mixing or not with the introduced air Fuel droplets vaporized by the electromagnetic radiation can be deposited on the combustion chamber wall.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine zu schaffen, bei welchem der eingespritzte Kraftstoff möglichst vollständig verbrannt wird.It is therefore the object of the present invention to create a method for operating an internal combustion engine in which the injected fuel is burned as completely as possible.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.According to the invention, this object is achieved by the features mentioned in claim 1.

Durch die in etwa gleichmäßige Erwärmung nahezu des gesamten Brennraums mit der elektromagnetischen Strahlung, zusätzlich zur Kompression, wird die Reaktionskinetik des Kraftstoff-Gas-Gemischs soweit beschleunigt, dass anschließend bestimmte, in dem Kraftstoff enthaltene Kohlenwasserstoffe mit geeigneten Frequenzen und Pulsfolgen anregbar sind, wodurch sich Eigenfrequenzen von polarähnlichen Molekülen ergeben, die das Aufbrechen bzw. Cracken der Kohlenwasserstoffe bzw. der Kohlenwasserstoffketten mit besonders geringen Anregungsleistungen ermöglicht. Die Anregungsleistungen der elektromagnetischen Strahlung für das Aufbrechen bzw. Cracken der Kohlenwasserstoffe bzw. der Kohlenwasserstoffketten sind dabei niedriger als diejenigen für die Erwärmung des Brennraums, und auch die Frequenzen bzw. Pulsfolgen sind andere. Dieses Cracken der Kohlenwasserstoffe wird in dem gesamten Brennraum umgesetzt und kann letztendlich die Verbrennungsreaktion auslösen. Da der genannte Vorgang aufgrund der Erwärmung im Wesentlichen des gesamten Brennraums an unterschiedlichen Orten innerhalb desselben stattfindet, ergibt sich eine Raumzündung des Kraftstoff-Gas-Gemischs und dadurch eine räumlich ausgerichtete Verbrennung, die auch diejenigen Kraftstoffbestandteile erfasst, die sehr weit von der Einspritzstelle oder dem Ort der Einleitung der elektromagnetischen Strahlung entfernt sind. Dadurch ergibt sich letztendlich eine näherungsweise vollständige Verbrennung des gesamten in den Brennraum eingespritzten Kraftstoffs und damit geringere Abgasemissionen. Insbesondere beim Kaltstart und während der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine ist das erfindungsgemäße Verfahren für eine emissionsarme Verbrennung sehr vorteilhaft. Des Weiteren ist vorgesehen, dass nach einer bestimmten Zeitdauer durch Veränderung der Frequenz bzw. Pulsfolge der elektromagnetischen Strahlung das Kraftstoff-Gas-Gemisch gezündet wird. Im Falle einer solchen Fremdzündung ist die Zündung mittels der bereits zum Erwärmen des Brennraums eingesetzten elektromagnetischen Strahlung vorteilhaft, wozu lediglich die Frequenz bzw. Pulsfolge derselben verändert werden muss, um einen exakten Zündzeitpunkt festzulegen.Due to the approximately uniform heating of almost the entire combustion chamber with the electromagnetic radiation, in addition to compression, the reaction kinetics of the fuel-gas mixture is accelerated to such an extent that certain hydrocarbons contained in the fuel can then be excited with suitable frequencies and pulse sequences, which results in Natural frequencies of polar-like molecules result, which enable the breaking up or cracking of the hydrocarbons or the hydrocarbon chains with particularly low excitation powers. The excitation powers of the electromagnetic radiation for breaking or cracking the hydrocarbons or the hydrocarbon chains are lower than those for heating the combustion chamber, and the frequencies or pulse sequences are also different. This cracking of the hydrocarbons is implemented in the entire combustion chamber and can ultimately trigger the combustion reaction. Since the process mentioned takes place due to the heating of essentially the entire combustion chamber at different locations within the same, This results in a space ignition of the fuel-gas mixture and, as a result, a spatially oriented combustion, which also includes those fuel constituents that are very far away from the injection point or the place where the electromagnetic radiation is introduced. This ultimately results in an approximately complete combustion of the entire fuel injected into the combustion chamber and thus lower exhaust gas emissions. In particular during a cold start and during the warm-up phase of the internal combustion engine, the method according to the invention is very advantageous for low-emission combustion. Furthermore, it is provided that after a certain period of time the fuel-gas mixture is ignited by changing the frequency or pulse sequence of the electromagnetic radiation. In the case of such external ignition, ignition by means of the electromagnetic radiation already used to heat the combustion chamber is advantageous, for which purpose only the frequency or pulse sequence of the same has to be changed in order to establish an exact ignition time.

Dabei wird bereits vor der Zündung der Prozess der Bildung des Kraftstoff-Gas-Gemischs durch zusätzlichen Wärmeeintrag gefördert und kinetische Zwischenreaktionen im gesamten Brennraum werden angeregt. Durch diese verbesserte Gemischbildung, die eine bessere Vermischung des Kraftstoffs mit dem eingeleiteten Gas, insbesondere der Luft, einschließt, ergeben sich erheblich feinere Kraftstofftröpfchen, die sich zudem mit einer sehr viel geringeren Wahrscheinlichkeit an einer der Brennraumwände ablagern. Im Gegensatz zu bekannten Lösungen wird also nicht der eingespritzte Kraftstoff, sondern der gesamte Brennraum erwärmt. Besonders vorteilhaft ist zudem, dass das erfindungsgemäße Verfahren vollkommen unabhängig von der Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum durchgeführt werden kann.Even before ignition, the process of forming the fuel-gas mixture is promoted by additional heat input and kinetic intermediate reactions in the entire combustion chamber are stimulated. This improved mixture formation, which includes better mixing of the fuel with the introduced gas, in particular the air, results in significantly finer fuel droplets which are also deposited on one of the combustion chamber walls with a much lower probability. In contrast to known solutions, it is not the injected fuel but the entire combustion chamber that is heated. It is also particularly advantageous that the method according to the invention can be carried out completely independently of the injection of fuel into the combustion chamber.

Wenn der Brennraum vor der Zündung des Kraftstoff-Gas-Gemischs mittels der elektromagnetischen Strahlung derart aufgeheizt wird, dass das Kraftstoff-Gas-Gemisch eine Temperatur geringfügig unterhalb seiner Selbstzündungstemperatur aufweist, so ist vorteilhafterweise nur noch eine geringe Energie zur Zündung des Kraftstoff-Gas-Gemischs notwendig und die oben beschriebenen Reaktionen innerhalb des Kraftstoffs werden optimal ausgenutzt.If the combustion chamber is heated by means of electromagnetic radiation before the ignition of the fuel-gas mixture in such a way that the fuel-gas mixture has a temperature slightly below its self-ignition temperature, then advantageously only a small amount of energy is required to ignite the fuel-gas mixture Mixture is necessary and the above-described reactions within the fuel are optimally used.

Zur Zündung des Kraftstoff-Gas-Gemischs kann einerseits vorgesehen sein, dass mittels der elektromagnetischen Strahlung die Temperatur innerhalb des Brennraums so lange erhöht wird, bis das Kraftstoff-Gas-Gemisch selbst zündet. In diesem Fall ist keine bestimmte Anregung mehr erforderlich, um das Kraftstoff-Gas-Gemisch zu zünden, wodurch gegebenenfalls ein und dieselbe Art von elektromagnetischer Strahlung für den gesamten Verbrennungsvorgang eingesetzt werden kann.To ignite the fuel-gas mixture, it can be provided, on the one hand, that the temperature within the combustion chamber is increased by means of the electromagnetic radiation until the fuel-gas mixture ignites itself. In this case, a specific excitation is no longer required to ignite the fuel-gas mixture, which means that one and the same type of electromagnetic radiation can be used for the entire combustion process.

Eine Energieeinsparung verbunden mit einer sehr exakten Erwärmung des Brennraums ist möglich, wenn die elektromagnetische Strahlung mittels mehrerer einzelner Impulse in den Brennraum eingebracht wird.Energy savings combined with very precise heating of the combustion chamber is possible if the electromagnetic radiation is introduced into the combustion chamber by means of several individual pulses.

Wenn in einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen ist, dass nach der Zündung des Kraftstoff-Gas-Gemischs mehrere Impulse der elektromagnetischen Strahlung in den Brennraum eingebracht werden, wobei sich die zeitlichen Abstände der einzelnen Impulse verlängern, so wird sichergestellt, dass der Verbrennungsvorgang innerhalb des Brennraums vollständig abgeschossen wird.
Um zu verhindern, dass mittels der elektromagnetischen Strahlung der in den Brennraum eingespritzten Kraftstoff und nicht der Brennraum selbst aufgeheizt wird, kann in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass der Beginn des Einbringens der elektromagnetischen Strahlung in den Brennraum zeitlich versetzt zu dem Beginn des Einspritzens des Kraftstoffs gewählt wird.If, in a further very advantageous embodiment of the invention, it is provided that after the ignition of the fuel-gas mixture several pulses of electromagnetic radiation are introduced into the combustion chamber, the time intervals between the individual pulses being lengthened, this ensures that the combustion process is completely shot within the combustion chamber.
In order to prevent the fuel injected into the combustion chamber and not the combustion chamber itself from being heated by means of the electromagnetic radiation, an advantageous development of the invention can provide that the start of the introduction of the electromagnetic radiation into the combustion chamber is offset in time to the start of the Injection of the fuel is selected.

Dieser Effekt der Unabhängigkeit des Einbringens der elektromagnetischen Strahlung von der Kraftstoffeinspritzung und damit des ausschließlichen Erwärmens des Brennraums kann noch verstärkt werden, wenn die elektromagnetische Strahlung in den Zeiträumen eingebracht wird, in denen kein Kraftstoff eingespritzt wird.This effect of the independence of the introduction of the electromagnetic radiation from the fuel injection and thus the exclusive heating of the combustion chamber can be intensified if the electromagnetic radiation is introduced during the periods in which no fuel is injected.

Des weiteren kann in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass als elektromagnetische Strahlung Mikrowellenstrahlung verwendet wird. Hinsichtlich des beschriebenen Aufbrechens der Kohlenwasserstoffketten hat sich die Verwendung von Mikrowellenstrahlung als besonders vorteilhaft erwiesen.Furthermore, in an advantageous embodiment of the invention, it can be provided that microwave radiation is used as electromagnetic radiation. With regard to the described breaking of the hydrocarbon chains, the use of microwave radiation has proven to be particularly advantageous.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ergibt sich aus den Merkmalen von Anspruch 10. Durch die dabei vorgesehene gegenseitige Anordnung des Kraftstoffeinspritzventils und der Einrichtung zum Einbringen der elektromagnetischen Strahlung in einem Winkel von weniger als 30° kann eine direkte Beaufschlagung des eingespritzten Kraftstoffs durch die elektromagnetische Strahlung weitgehend verhindert und die gleichmäßige Aufheizung des Brennraums gewährleistet werden. Alternativ ist die Einrichtung zum Einbringen der elektromagnetischen Strahlung seitlich im Brennraum und schräg zum Kolbenboden angeordnet.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung und Zeichnung näher erläutert.An apparatus for carrying out the method results from the features of claim 10. The mutual arrangement of the fuel injection valve and the device for introducing the electromagnetic radiation at an angle of less than 30 ° allows the injected fuel to be directly exposed to the electromagnetic radiation largely prevented and the even heating of the combustion chamber guaranteed. Alternatively, the device for introducing the electromagnetic radiation is arranged laterally in the combustion chamber and at an angle to the piston crown.
An embodiment of the invention is explained in more detail in the following description and drawing.

Dabei zeigen:

1 eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben einer Brennkraftmaschine;
2 einen Schnitt nach der Linie II-II aus 1; und
3 ein Diagramm, das den zeitlichen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt.

Show:

1 a device for performing the method according to the invention for operating an internal combustion engine;
2 a section along the line II-II 1 ; and
3 a diagram showing the timing of the method according to the invention.

1 zeigt eine Vorrichtung 1 zur Durchführung eines nachfolgend beschriebenen Verfahrens zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, von welcher lediglich ein Brennraum 2 sowie ein Teil eines Zylinderkopfs 3 dargestellt ist. 2 zeigt zudem einen Einlasskanal 4 und einen Auslasskanal 5 der Brennkraftmaschine sowie auf sehr schematische Weise jeweilige Einlassventile 6 und Auslassventile 7 derselben. Die Vorrichtung 1 weist ein Kraftstoffeinspritzventil 8 auf, welches zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum 2 der Brennkraftmaschine vorgesehen ist und sich im vorliegenden Fall direkt an den Brennraum 2 anschließt, um den Kraftstoff direkt in denselben einzuspritzen. Als Kraftstoff kann jede zur Verbrennung in der Brennkraftmaschine geeignete Kraftstoffart zum Einsatz kommen. Des weiteren weist die Vorrichtung 1 eine Einrichtung 9 zum Einbringen von elektromagnetischer Strahlung, insbesondere von Mikrowellen, in den Brennraum 2 auf, die im vorliegenden Fall als ein in den Brennraum 2 ragender bzw. bündig mit demselben abschließender Wellenleiter 9a ausgebildet ist. Mit dem Wellenleiter 9a kann eine nicht dargestellte, jedoch an sich bekannte Einrichtung zur Erzeugung der elektromagnetischen Strahlung verbunden sein, die gegebenenfalls auch zur Versorgung von mehreren, den jeweiligen Zylindern der Brennkraftmaschine zugeordneten Wellenleitern 9a dienen kann. Prinzipiell ist es auch möglich, für einen Zylinder mehrere Wellenleiter 9a vorzusehen, mit denen an unterschiedlichen Stellen die elektromagnetische Strahlung in den Brennraum 2 eingebracht werden kann. 1 shows a device 1 for carrying out a method described below for operating an internal combustion engine, of which only one combustion chamber 2 as well as part of a cylinder head 3 is shown. 2 also shows an inlet port 4th and an exhaust port 5 of the internal combustion engine and, in a very schematic manner, the respective inlet valves 6th and exhaust valves 7th the same. The device 1 has a fuel injector 8th on, which is used to inject fuel into the combustion chamber 2 the internal combustion engine is provided and in the present case is directly connected to the combustion chamber 2 connects to inject the fuel directly into the same. Any type of fuel suitable for combustion in the internal combustion engine can be used as fuel. The device also has 1 An institution 9 for introducing electromagnetic radiation, in particular microwaves, into the combustion chamber 2 on, which in the present case as one in the combustion chamber 2 protruding or flush with the same final waveguide 9a is trained. With the waveguide 9a For example, a device, not shown, but known per se, for generating the electromagnetic radiation can be connected, which may also be used to supply several waveguides assigned to the respective cylinders of the internal combustion engine 9a can serve. In principle, it is also possible to have several waveguides for one cylinder 9a provide with which the electromagnetic radiation in the combustion chamber at different points 2 can be introduced.

Im vorliegenden Fall sind das Kraftstoffeinspritzventil 8 und die Einrichtung 9 zum Einbringen der elektromagnetischen Strahlung bzw. der Wellenleiter 9a der Einrichtung 9 im Wesentlichen nebeneinander und zentral im Brennraum 2 angeordnet. Da in bestimmten Fällen der Bauraum für die dargestellte Anordnung nicht ausreichend sein könnte, kann im Allgemeinen vorgesehen sein, dass das Kraftstoffeinspritzventil 8 und die Einrichtung 9 zum Einbringen der elektromagnetischen Strahlung bzw. der Wellenleiter 9a in einem Winkel von weniger als 30° zueinander angeordnet sind. Dieser Winkel bezieht sich jeweils auf die Längsachse des Kraftstoffeinspritzventils 8 bzw. des Wellenleiters 9a. Falls im Zentrum des Brennraums 2 nicht genügend Platz für das Kraftstoffeinspritzventil 8 und die Einrichtung 9 zum Einbringen der elektromagnetischen Strahlung bzw. den Wellenleiter 9a vorhanden sind, wird die Einrichtung 9 zum Einbringen der elektromagnetischen Strahlung bzw. der Wellenleiter 9a seitlich angebracht, wie in 2 strichliert rechts angedeutet. Die in den 1 und 2 dargestellte Vorrichtung 1 ist besonders gut zur Durchführung eines nachfolgend beschriebenen Verfahrens zum Betreiben der Brennkraftmaschine geeignet, das nachfolgend beschriebene Verfahren könnte prinzipiell jedoch auch mit aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannten Brennkraftmaschinen bzw. Vorrichtungen durchgeführt werden.In the present case, these are the fuel injectors 8th and the facility 9 for introducing the electromagnetic radiation or the waveguide 9a the facility 9 essentially next to each other and centrally in the combustion chamber 2 arranged. Since in certain cases the installation space could not be sufficient for the arrangement shown, it can generally be provided that the fuel injection valve 8th and the facility 9 for introducing the electromagnetic radiation or the waveguide 9a are arranged at an angle of less than 30 ° to each other. This angle relates in each case to the longitudinal axis of the fuel injection valve 8th or the waveguide 9a . If in the center of the combustion chamber 2 not enough space for the fuel injector 8th and the facility 9 for introducing the electromagnetic radiation or the waveguide 9a are in place, the facility will 9 for introducing the electromagnetic radiation or the waveguide 9a attached to the side, as in 2 indicated by dashed lines on the right. The ones in the 1 and 2 illustrated device 1 is particularly well suited for carrying out a method described below for operating the internal combustion engine, but the method described below could in principle also be carried out with internal combustion engines or devices known from the general prior art.

In dem Diagramm gemäß 3 ist ein Arbeitszyklus der als Viertakter ausgeprägten Brennkraftmaschine über einen Kurbelwinkel einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine von 720° dargestellt, wobei die nachfolgende Beschreibung des Verfahrens zum Betreiben der Brennkraftmaschine mit dem Öffnen der Einlassventile 6 beim oberen Totpunkt des Gaswechsels, also beim Gaswechsel-OT (GOT), begonnen wird. In diesem Punkt sind sowohl die Einlassventile 6 als auch die Auslassventile 7 geringfügig geöffnet. Die Öffnungskurve der Auslassventile 7 ist in 3 mit dem Bezugszeichen 7', die Öffnungskurve der Einlassventile 6 mit dem Bezugszeichen 6' bezeichnet. Des weiteren bedeuten AÖ den Zeitpunkt des Öffnens der Auslassventile 7, AS den Zeitpunkt des Schließens der Auslassventile 7, EÖ zeigt den Zeitpunkt des Öffnens der Einlassventile 6 und ES den Zeitpunkt des Schließens derselben. Nach dem Schließen der Auslassventile 7 wird in dem, gemäß der gestrichelten Linie 8' visualisierten, Einspritzbereich über das Kraftstoffeinspritzventil 8 einfach oder mehrfach Kraftstoff in den Brennraum 2 eingespritzt. Der Beginn der Linie 8' ist mit ESB für den frühestmöglichen Einspritzbeginn bezeichnet, das Ende der Linie 8' mit ESE für das spätestmögliche Einspritzende. Aus 3 geht des weiteren hervor, dass die Einspritzung des Kraftstoffs sowohl während der Ansaugphase als auch der Verdichtungsphase stattfindet.In the diagram according to 3 shows a working cycle of the four-stroke internal combustion engine over a crank angle of a crankshaft of the internal combustion engine of 720 °, the following description of the method for operating the internal combustion engine with the opening of the inlet valves 6th is started at the top dead center of the gas exchange, i.e. at gas exchange TDC (GOT). At this point are both the inlet valves 6th as well as the exhaust valves 7th slightly open. The opening curve of the exhaust valves 7th is in 3 with the reference number 7 ' , the opening curve of the intake valves 6th with the reference number 6 ' designated. AÖ also mean the time at which the outlet valves open 7th , AS the time of the closing of the exhaust valves 7th , EÖ shows the time when the inlet valves open 6th and ES the time of their closing. After closing the exhaust valves 7th will be in the, according to the dashed line 8th' visualized, injection area via the fuel injection valve 8th single or multiple fuel in the combustion chamber 2 injected. The beginning of the line 8th' is designated with ESB for the earliest possible start of injection, the end of the line 8th' with ESE for the latest possible end of injection. Out 3 It can also be seen that the fuel is injected both during the intake phase and the compression phase.

Mit einem zeitlichen Versatz t1 zum Einspritzbeginn wird über einen bestimmten Zeitraum, der in 3 mit dem Bezugszeichen 9' bezeichnet ist, eine elektromagnetische Strahlung, vorzugsweise Mikrowellen, mit relativ hoher Energie derart in den Brennraum 2 eingeleitet, dass lediglich die Temperatur im Wesentlichen innerhalb des gesamten Brennraums 2 erhöht wird. Mit anderen Worten, mittels der über den Wellenleiter 9a eingeleiteten elektromagnetischen Strahlung wird im wesentlichen der gesamte Brennraum 2 erwärmt. Vorzugsweise erfolgt die Aufheizung des Brennraums 2 vor der Zündung des Kraftstoff-Gas-Gemischs mittels der elektromagnetischen Strahlung derart, dass das Kraftstoff-Gas-Gemisch eine Temperatur geringfügig unterhalb seiner Selbstzündungstemperatur aufweist. Hierbei kann die sich durch die Verdichtung aufgrund des sich innerhalb des Brennraums 2 nach oben bewegenden, nicht dargestellten Kolbens ergebende Temperaturerhöhung mitberechnet werden, da sie die gewünschte Erhöhung der Temperatur innerhalb des Brennraums 2 unterstützt. Die Selbstzündungstemperatur kann je nach verwendetem Kraftstoff zwischen ca. 600 °C und 900 °C liegen, bei Benzin liegt sie beispielsweise bei ca. 700 °C. Durch die Temperaturerhöhung in dem Brennraum 2 wird ein Anregen der in dem Kraftstoff enthaltenen Kohlenwasserstoffe mit den Frequenzen und Pulsfolgen der elektromagnetischen Strahlung erreicht, was ein Aufbrechen bzw. Cracken der Kohlenwasserstoffe bereits mit niedriger Energie und damit einer geringen Leistungsaufnahme seitens der Einrichtung 9 ermöglicht. Mit der in den Brennraum 2 eingebrachten elektromagnetischen Strahlung wird der in den Brennraum 2 eingespritzte Kraftstoff verdampft.With a time offset t1 to the start of injection, a certain period of time, which in 3 with the reference number 9 ' is designated, an electromagnetic radiation, preferably microwaves, with relatively high energy in such a way into the combustion chamber 2 initiated that only the temperature essentially within the entire combustion chamber 2 is increased. In other words, by means of the over the waveguide 9a introduced electromagnetic radiation is essentially the entire combustion chamber 2 warmed up. The combustion chamber is preferably heated 2 before the ignition of the fuel-gas mixture by means of the electromagnetic radiation in such a way that the fuel-gas mixture has a temperature slightly below its self-ignition temperature. This can result from the compression due to the inside of the combustion chamber 2 up moving piston, not shown, resulting temperature increase are included, since it increases the desired temperature within the combustion chamber 2 supported. The auto-ignition temperature can be between approx. 600 ° C and 900 ° C, depending on the fuel used; for gasoline, for example, it is approx. 700 ° C. Due to the temperature increase in the combustion chamber 2 Excitation of the hydrocarbons contained in the fuel with the frequencies and pulse sequences of the electromagnetic radiation is achieved, which means that the hydrocarbons are broken up or cracked even with low energy and thus a low power consumption on the part of the device 9 enables. With the one in the combustion chamber 2 The electromagnetic radiation introduced into the combustion chamber 2 injected fuel evaporates.

Der Zeitversatz t1 zwischen der Einspritzung des Kraftstoffs und der Einbringung der elektromagnetischen Strahlung ist vorzugsweise wie dargestellt, d. h. dass zuerst der Kraftstoff eingespritzt wird und anschließend die elektromagnetische Strahlung eingebracht wird, es ist jedoch auch möglich, zunächst die elektromagnetische Strahlung einzubringen und anschließend Kraftstoff einzuspritzen, wodurch die Zeitverschiebung t1 negativ wäre. Prinzipiell ist es auch möglich, dass t1 = 0 ist, d. h. dass keine Zeitverschiebung vorliegt. Die elektromagnetische Strahlung kann in mehreren einzelnen Impulsen in den Brennraum 2 eingebracht werden, was insbesondere dann zu bevorzugen ist, wenn die elektromagnetische Strahlung in den Zeiträumen eingebracht wird, in denen kein Kraftstoff in den Brennraum 2 eingespritzt wird. Dies setzt voraus, dass die Einspritzung des Kraftstoffs mittels mehrerer einzelner Einspritzungen erfolgt, was bei Einspritzverfahren häufiger durchgeführt wird.The time offset t1 between the injection of the fuel and the introduction of the electromagnetic radiation is preferably as shown, that is, the fuel is injected first and then the electromagnetic radiation is introduced, but it is also possible to first introduce the electromagnetic radiation and then inject fuel, whereby the time shift t1 would be negative. In principle, it is also possible that t1 = 0, ie that there is no time shift. The electromagnetic radiation can enter the combustion chamber in several individual pulses 2 be introduced, which is particularly preferable if the electromagnetic radiation is introduced in the periods in which no fuel is in the combustion chamber 2 is injected. This presupposes that the fuel is injected by means of several individual injections, which is carried out more frequently in injection processes.

Die Dauer des der mit der Linie 8' gekennzeichneten Einspritzvorgangs ist insbesondere von der an der Brennkraftmaschine anliegenden Last abhängig, wobei bei geringeren Lasten die Einspritzung üblicherweise über einen kürzeren Zeitraum erfolgt. Der Zeitpunkt, die Dauer und die Häufigkeit der mit der Linie 9' gekennzeichneten Einstrahlung der elektromagnetischen Wellen sind vom Kennfeld der Brennkraftmaschine, der Strategie bei der Gemischbildung und der Zündung bei dem entsprechenden Betriebspunkt innerhalb des Kennfelds abhängig.The duration of the with the line 8th' The injection process marked depends in particular on the load applied to the internal combustion engine, with the injection usually taking place over a shorter period of time at lower loads. The timing, duration and frequency of using the line 9 ' The marked radiation of the electromagnetic waves are dependent on the engine map, the strategy for the mixture formation and the ignition at the corresponding operating point within the map.

Zu dem mit ZOT bezeichneten oberen Totpunkt der Zündung bzw. Zünd-OT wird das Kraftstoff-Gas- bzw. Kraftstoff-Luft-Gemisch, welches in dem Brennraum 2 durch die Einleitung von Gas, insbesondere von Luft, über den Einlasskanal 4 und die geöffneten Einlassventile 6 sowie durch die Einspritzung von Kraftstoff erzeugt wird, entzündet. Das Einbringen der elektromagnetischen Strahlung in den Brennraum 2 erfolgt also zeitlich erheblich vor der Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemischs. Des weiteren ist in 3 erkennbar, dass das Einspritzende ESE um einen Zeitraum t2 vor dem Zündzeitpunkt liegt, d.h. dass die Einspritzung von Kraftstoff vor der Zündung beendet wird. Die Beendigung des Einspritzvorgangs zum Zeitpunkt ESE mit dem Abstand t2 vor dem Zünd-OT dient der Verbesserung der Bildung und insbesondere der Homogenisierung des Kraftstoff-Gas-Gemischs. Der Beginn der Zündung mittels der elektromagnetischen Strahlung kann auch vor dem Zünd-OT liegen, beispielsweise 5° Kurbelwinkel vor Zünd-OT.The fuel-gas or fuel-air mixture which is in the combustion chamber becomes the top dead center of the ignition or ignition TDC, which is designated by ZOT 2 by introducing gas, especially air, via the inlet channel 4th and the open inlet valves 6th as well as generated by the injection of fuel, ignites. The introduction of electromagnetic radiation into the combustion chamber 2 takes place well before the ignition of the fuel-air mixture. Furthermore, in 3 It can be seen that the end of injection ESE is a time period t2 before the ignition time, that is to say that the injection of fuel is ended before the ignition. The termination of the injection process at the point in time ESE with the interval t2 before ignition TDC serves to improve the formation and, in particular, the homogenization of the fuel-gas mixture. The start of ignition by means of the electromagnetic radiation can also be before ignition TDC, for example 5 ° crank angle before ignition TDC.

Die Zündung des Kraftstoff-Gas-Gemischs kann derart erfolgen, dass mittels der elektromagnetischen Strahlung die Temperatur innerhalb des Brennraums 2 so lange erhöht wird, bis das Kraftstoff-Gas-Gemisch selbst zündet. Hierfür ist eine geeignete Steuerung oder Regelung sinnvoll, um eine Selbstzündung des Kraftstoff-Gas-Gemischs zum gewünschten Zeitpunkt zu erreichen. Die Selbstzündung ist dabei nicht auf Dieselkraftstoff beschränkt, sondern kann prinzipiell auch dann eingesetzt werden, wenn Benzin oder andere kohlenwasserstoffbasierte Kraftstoffe verwendet werden.The fuel-gas mixture can be ignited in such a way that the temperature within the combustion chamber is determined by means of the electromagnetic radiation 2 is increased until the fuel-gas mixture ignites by itself. For this purpose, a suitable open-loop or closed-loop control system makes sense in order to achieve self-ignition of the fuel-gas mixture at the desired point in time. Auto-ignition is not limited to diesel fuel, but can in principle also be used when gasoline or other hydrocarbon-based fuels are used.

Alternativ zu der Selbstzündung kann durch Veränderung der Frequenz der elektromagnetischen Strahlung das Kraftstoff-Gas-Gemisch gezündet werden, so dass eine Fremdzündung mit der elektromagnetischen Strahlung vorliegt. Vorzugsweise erfolgt diese Fremdzündung in Form von mehreren Pulsfolgen, d.h. mehreren Impulsen der elektromagnetischen Strahlung, In 3 ist dies mit der Linie 9" dargestellt, die sowohl außerhalb (am Ende) als auch innerhalb (am Anfang) des Diagramms eingezeichnet ist. In beiden Fällen ergibt sich durch die oben beschriebene vorherige Aufheizung des Brennraums eine Raumzündung des Kraftstoff-Gas-Gemischs und damit eine vollständige Verbrennung des Kraftstoffs.
Während der Verbrennung, also nach der Zündung des Kraftstoff-Gas-Gemischs, können zusätzlich mehrere Impulse der elektromagnetischen Strahlung in den Brennraum 2 eingebracht werden, um sicherzustellen, dass die Verbrennung vollständig abschließt. Dabei kann die Zündung mit hohen Pulsfolgen, also geringen zeitlichen Abständen zwischen den einzelnen Impulsen, beginnen, und mit geringen Pulsfolgen, also einer Verlängerung der zeitlichen Abstände der einzelnen Impulse, enden. Prinzipiell ist dies auch bei der oben beschriebenen Selbstzündung möglich. Die Verbrennungsdauer, also die Dauer vom Anfang bis zum vollständigen Ende der Verbrennung des Kraftstoff-Gas-Gemischs innerhalb des Brennraums 2 ist mit der Linie 10 bezeichnet. Es ist zu erkennen, dass die Verbrennung nach dem Beginn des Zündbereichs 9" beginnt und kurz vor dem Ende des Zündbereichs 9" endet. Das Ende der Zünddauer kann auch pauschal zwischen 25 und 30° Kurbelwinkel nach ZOT festgelegt werden.As an alternative to auto-ignition, the fuel-gas mixture can be ignited by changing the frequency of the electromagnetic radiation, so that external ignition is present with the electromagnetic radiation. This external ignition preferably takes place in the form of several pulse sequences, ie several pulses of electromagnetic radiation, In 3 is this with the line 9 " which is drawn both outside (at the end) and inside (at the beginning) of the diagram. In both cases, the above-described prior heating of the combustion chamber results in space ignition of the fuel-gas mixture and thus complete combustion of the fuel.
During the combustion, i.e. after the ignition of the fuel-gas mixture, several pulses of electromagnetic radiation can also enter the combustion chamber 2 be introduced to ensure that the combustion is complete. The ignition can start with high pulse sequences, that is, short time intervals between the individual pulses, and end with small pulse sequences, that is to say an extension of the time intervals between the individual pulses. In principle, this is also possible with the self-ignition described above. The combustion duration, i.e. the duration from the beginning to the complete end of the combustion of the fuel-gas mixture within the combustion chamber 2 is with the line 10 designated. It can be seen that the combustion occurs after the start of the ignition range 9 " begins and just before the end of the ignition range 9 " ends. The end of the ignition period can also be set between 25 and 30 ° crank angle according to ZOT.

Claims

Method for operating an internal combustion engine, wherein a fuel is injected into a combustion chamber of the internal combustion engine, wherein a gas is supplied to the combustion chamber, a mixture of the fuel and the gas being ignited in the combustion chamber, and the combustion chamber being subjected to electromagnetic radiation, characterized in that electromagnetic radiation with relatively high energy is introduced into the combustion chamber (2) once or several times in such a way that over a certain period of time only the temperature is increased essentially within the entire combustion chamber (2) before the mixture is mixed by means of the electromagnetic radiation after a certain period of time, the fuel-gas mixture is ignited merely by changing the frequency and / or pulse sequence of the electromagnetic radiation.

Procedure according to Claim 1 , characterized in that the electromagnetic radiation is introduced into the combustion chamber (2) by means of several individual pulses.

Method according to one of the Claims 1 to 2 , characterized in that after the ignition of the fuel-gas mixture, several pulses of electromagnetic radiation are introduced into the combustion chamber (2), the time intervals between the individual pulses being lengthened.

Method according to one of the Claims 1 to 3 , characterized in that the beginning of the introduction of the electromagnetic radiation into the combustion chamber (2) is selected to be offset in time to the beginning of the injection of the fuel.

Procedure according to Claim 4 , characterized in that the electromagnetic radiation is introduced before, during and / or after periods in which fuel is injected.

Method according to one of the Claims 1 to 5 , characterized in that microwave radiation is used as electromagnetic radiation.

Device for carrying out the method according to one of the Claims 1 to 6th , with a fuel injection valve and with a device for introducing the electromagnetic radiation, characterized in that the fuel injection valve (8) and the device (9, 9a) for introducing the electromagnetic radiation are arranged at an angle of less than 30 ° to one another.