DE102023200193A1

DE102023200193A1 - Operating an internal combustion engine with pre-chamber ignition

Info

Publication number: DE102023200193A1
Application number: DE102023200193.4A
Authority: DE
Inventors: Karsten Michels
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2023-01-11
Filing date: 2023-01-11
Publication date: 2024-07-11

Abstract

Ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors in Form eines Hubkolbenmotors mit einem Hauptbrennraum (11), mit einer dem Hauptbrennraum (11) zugeordneten Vorkammerzündvorrichtung, die eine Vorkammer (31) ausbildet, die mit dem Hauptbrennraum (11) über mindestens einen Überströmkanal (30) verbunden und in der gesteuert ein Zündauslöser erzeugbar ist, und mit einer Verbindungsleitung (33), die die Vorkammer (30) mit einem externen Volumen verbindet und die mittels eines Steuerventils (34) bedarfsweise freigebbar ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (34) während eines Betriebszyklus in einem Steuerbereich zwischen 50°KW vor ZOT und 40°KW nach ZOT geöffnet und wieder geschlossen wird.A method for operating an internal combustion engine in the form of a reciprocating piston engine with a main combustion chamber (11), with a pre-chamber ignition device assigned to the main combustion chamber (11), which forms a pre-chamber (31) which is connected to the main combustion chamber (11) via at least one overflow channel (30) and in which an ignition trigger can be generated in a controlled manner, and with a connecting line (33) which connects the pre-chamber (30) to an external volume and which can be released as required by means of a control valve (34), is characterized in that the control valve (34) is opened and closed again during an operating cycle in a control range between 50° CA before ZOT and 40° CA after ZOT.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors mit Vorkammerzündung.The invention relates to a method for operating an internal combustion engine with pre-chamber ignition.

Es ist bekannt, einen fremdgezündeten Verbrennungsmotor mit einer sogenannten Vorkammerzündung zu betreiben (vgl. JP 2006-177250 A ), bei der ein Zündauslöser, insbesondere ein Zündfunke, nicht direkt in einem (Haupt-)Brennraum des Verbrennungsmotors, sondern in einer davon räumlich separierten, jedoch über relativ kleine Überströmkanäle mit dem Hauptbrennraum in Verbindung stehenden Vorkammer erzeugt wird. Der Zündauslöser bewirkt somit zunächst ein Zünden eines Kraftstoff-Frischgas-Gemischs in der Vorkammer; die dabei erzeugten Verbrennungsgase treten dann über die Überströmkanäle in den Hauptbrennraum ein und entzünden das dortige Kraftstoff-Frischgas-Gemisch. Dadurch kann ein vorteilhafter Verbrennungsverlauf in dem Hauptbrennraum realisiert werden. Dies gilt insbesondere, wenn in dem Hauptbrennraum ein ladungsverdünntes Kraftstoff-Frischgas-Gemisch vorhanden ist.It is known to operate a spark-ignited internal combustion engine with a so-called pre-chamber ignition (cf. JP 2006-177250 A ), in which an ignition trigger, in particular an ignition spark, is not generated directly in a (main) combustion chamber of the internal combustion engine, but in a prechamber that is spatially separated from it but is connected to the main combustion chamber via relatively small overflow channels. The ignition trigger thus initially causes an ignition of a fuel-fresh gas mixture in the prechamber; the combustion gases generated then enter the main combustion chamber via the overflow channels and ignite the fuel-fresh gas mixture there. This enables an advantageous combustion process to be realized in the main combustion chamber. This applies in particular if a charge-diluted fuel-fresh gas mixture is present in the main combustion chamber.

Verbrennungsmotoren mit Vorkammerzündung weisen Nachteile auf. Diese sind insbesondere ein relativ schlechtes Betriebsverhalten bei niedrigen Lasten sowie im Leerlauf, eine relativ schlechte Kaltstartfähigkeit sowie eine relativ geringe Toleranz gegenüber spät eingestellten Zündzeitpunkten. Eine Spätstellung von Zündzeitpunkten wird beispielsweise durchgeführt, um temporär relativ heißes Abgas zu erzeugen, wodurch eine einem entsprechenden Verbrennungsmotor zugeordnete Abgasnachbehandlungsvorrichtung möglichst schnell auf ihre Anspringtemperatur gebracht werden oder eine solche Anspringtemperatur aufrechtgehalten werden soll.Internal combustion engines with pre-chamber ignition have disadvantages. These include, in particular, relatively poor operating behavior at low loads and when idling, relatively poor cold startability and relatively low tolerance to retarded ignition timing. Retarded ignition timing is used, for example, to temporarily generate relatively hot exhaust gas, whereby an exhaust aftertreatment device assigned to a corresponding internal combustion engine can be brought to its light-off temperature as quickly as possible or such a light-off temperature can be maintained.

Bei dem in der JP 2006-177250 A offenbarten Verbrennungsmotor ist die Vorkammer zusätzlich über eine Verbindungsleitung mit einem Einlasskanal oder einem Auslasskanal des Verbrennungsmotors verbunden, wobei diese Verbindungsleitung gesteuert mittels eines Steuerventil freigebbar ist. Dabei ist vorgesehen, das Steuerventil für ein Spülen während eines Einlasstakts und/oder während eines Ausstoßtakts im Betrieb des Verbrennungsmotors zu öffnen. Auch ein Öffnen während eines Verdichtungstakts kann vorgesehen sein.In the JP 2006-177250 A In the internal combustion engine disclosed, the prechamber is additionally connected to an intake port or an exhaust port of the internal combustion engine via a connecting line, wherein this connecting line can be released in a controlled manner by means of a control valve. It is provided that the control valve is opened for scavenging during an intake stroke and/or during an exhaust stroke when the internal combustion engine is operating. Opening during a compression stroke can also be provided.

Dazu vergleichbar ist auch in der DE 10 2005 017 186 A1 ein Spülen einer Vorkammer eines Verbrennungsmotors mit Vorkammerzündung offenbart.This is also comparable in the EN 10 2005 017 186 A1 a purging of a prechamber of an internal combustion engine with prechamber ignition is disclosed.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Betrieb eines Verbrennungsmotors mit Vorkammerzündung zu verbessern.The invention is based on the object of improving the operation of an internal combustion engine with pre-chamber ignition.

Diese Aufgabe ist bei einem Verfahren gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen dieses Verfahrens sind Gegenstände der weiteren Patentansprüche und ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.This object is achieved by a method according to patent claim 1. Advantageous embodiments of this method are the subject matter of the further patent claims and emerge from the following description of the invention.

Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors in Form eines Hubkolbenmotors, insbesondere eines Viertakt-Hubkolbenmotors, vorgesehen, wobei der Verbrennungsmotor mindestens einen Hauptbrennraum und (jeweils) eine dem Hauptbrennraum zugeordnete Vorkammerzündvorrichtung aufweist. Die Vorkammerzündvorrichtung bildet eine Vorkammer aus, die mit dem Hauptbrennraum über mindestens einen Überströmkanal verbunden und in der gesteuert ein Zündauslöser, insbesondere ein Zündfunke, erzeugbar ist. Weiterhin ist eine Verbindungsleitung vorgesehen, die die Vorkammer mit einem externen, d.h. sich von dem Hauptbrennraum und der Vorkammer unterscheidenden Volumen verbindet und die mittels eines Steuerventils bedarfsweise freigebbar ist. Dabei ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Steuerventil während eines Betriebszyklus des Verbrennungsmotors in einem Steuerbereich zwischen 50°KW vor ZOT, vorzugsweise 40°KW vor ZOT (als früher Grenzwert) einerseits und 40°KW nach ZOT, vorzugsweise 30° nach ZOT (als später Grenzwert) andererseits geöffnet und wieder geschlossen wird. Vorzugsweise ist dies das einzige Öffnen des Steuerventils während des (jedes) Betriebszyklus.According to the invention, a method is provided for operating an internal combustion engine in the form of a reciprocating piston engine, in particular a four-stroke reciprocating piston engine, wherein the internal combustion engine has at least one main combustion chamber and (in each case) a pre-chamber ignition device associated with the main combustion chamber. The pre-chamber ignition device forms a pre-chamber which is connected to the main combustion chamber via at least one overflow channel and in which an ignition trigger, in particular an ignition spark, can be generated in a controlled manner. Furthermore, a connecting line is provided which connects the pre-chamber to an external volume, i.e. one which is different from the main combustion chamber and the pre-chamber, and which can be released as required by means of a control valve. In this case, the invention provides that the control valve is opened and closed again during an operating cycle of the internal combustion engine in a control range between 50° CA before ZOT, preferably 40° CA before ZOT (as an early limit) on the one hand and 40° CA after ZOT, preferably 30° after ZOT (as a late limit) on the other. Preferably, this is the only opening of the control valve during the (each) operating cycle.

Als Hubkolbenmotor bildet der Verbrennungsmotor mindestens eine Zylinderöffnung aus, in der ein Kolben zwischen einem oberen Totpunkt (OT) und einem unteren Totpunkt (UT) beweglich angeordnet ist. Der Kolben begrenzt gemeinsam mit einem Abschnitt der Wandung der Zylinderöffnung sowie einem Zylinderkopf des Verbrennungsmotors den Hauptbrennraum, in dem ein Gemisch aus Frischgas und Kraftstoff verbrannt werden kann, um den Verbrennungsmotor zu betreiben. Die Beweglichkeit des Kolbens wird mittels einer Kurbelwelle gesteuert, die bei einem Zweitakt-Hubkolbenmotor während eines Betriebszyklus einmal beziehungsweise um 360° und bei einem Viertakt-Hubkolbenmotor zweimal beziehungsweise um 720° rotiert. Die Angabe von Steuerzeiten mit °KW betrifft vor diesem Hintergrund eine Bezugnahme auf den Drehwinkel der Kurbelwelle.As a reciprocating piston engine, the internal combustion engine forms at least one cylinder opening in which a piston is arranged to move between a top dead center (TDC) and a bottom dead center (BDC). The piston, together with a section of the wall of the cylinder opening and a cylinder head of the internal combustion engine, delimits the main combustion chamber in which a mixture of fresh gas and fuel can be burned in order to operate the internal combustion engine. The mobility of the piston is controlled by means of a crankshaft which rotates once or by 360° during an operating cycle in a two-stroke reciprocating piston engine and twice or by 720° in a four-stroke reciprocating piston engine. In this context, the specification of control times with °KW refers to the angle of rotation of the crankshaft.

Ein Betriebszyklus umfasst bei der bevorzugten Ausgestaltung des Verbrennungsmotors als Viertakt-Hubkolbenmotor einen Einlasstakt, in dem zumindest Frischgas in den Hauptbrennraum eingebracht wird, einen Verdichtungstakt, in dem zumindest das Frischgas in dem Hauptbrennraum verdichtet wird, einen Arbeitstakt, in dem zumindest während eines Leistungsbetriebs des Verbrennungsmotors ein in dem Hauptbrennraum verbrennendes Gemisch aus dem Frischgas und Kraftstoff expandiert und dadurch Arbeit geleistet wird, sowie einen Ausstoßtakt, in dem Abgas, das durch die Verbrennung des Frischgas-Kraftstoff-Gemischs erzeugt wurde, aus dem Hauptbrennraum ausgebracht wird. Der OT der Kolbenbewegung zwischen dem Ausstoßtakt und dem nachfolgenden Einlasstakt wird als LWOT (Ladungswechsel-OT) und derjenige zwischen dem Verdichtungstakt und dem Arbeitstakt wird als ZOT (Zündung-OT) bezeichnet.In the preferred embodiment of the internal combustion engine as a four-stroke reciprocating piston engine, an operating cycle comprises an intake stroke in which at least fresh gas is introduced into the main combustion chamber, a compression stroke in which at least the fresh gas is compressed in the main combustion chamber, a power stroke in which, at least during power operation of the internal combustion engine, a mixture of the fresh gas and fuel burning in the main combustion chamber expands and work is thereby performed, and an exhaust stroke in which exhaust gas produced by the combustion of the fresh gas-fuel mixture is expelled from the main combustion chamber. The TDC of the piston movement between the exhaust stroke and the subsequent intake stroke is referred to as LWOT (charge exchange TDC) and that between the compression stroke and the power stroke is referred to as ZOT (ignition TDC).

Bei einer Ausgestaltung des Hubkolbenmotors als Zweitakt-Hubkolbenmotor umfasst ein Betriebszyklus einen Verdichtungs- und Einlasstakt, in dem auch ein Spülen von Abgas erfolgen kann, sowie einen Arbeitstakt, in dem auch ein Auslassen von Abgas und Vorverdichten von Frischgas erfolgen kann. Bei einem Zweitakt-Hubkolbenmotor ist jeder OT eines Kolbens ein ZOT.If the reciprocating piston engine is designed as a two-stroke reciprocating piston engine, an operating cycle includes a compression and intake stroke, in which exhaust gas can also be flushed, and a working stroke, in which exhaust gas can be discharged and fresh gas pre-compressed. In a two-stroke reciprocating piston engine, each TDC of a piston is a ZOT.

Das erfindungsgemäße Betätigen des Steuerventils zielt primär darauf ab, eine turbulente Strömung eines Frischgas-Kraftstoff-Gemischs innerhalb der Vorkammer zu erzeugen, indem das Steuerventil in dem genannten Steuerbereich, in dem ein relativ großer Verdichtungsdruck innerhalb des Hauptbrennraums und damit auch innerhalb der Vorkammer herrscht, geöffnet wird. Dadurch wird in der Vorkammer vorliegendes Restgas über die Verbindungsleitung aus der Vorkammer abgeführt, was wiederum zu einem Nachströmen von Kraftstoff-Frischgas-Gemisch aus dem Hauptbrennraum führt. Eine solche Erhöhung der Turbulenz innerhalb der Vorkammer kann in dem erfindungsgemäßen Steuerbereich insbesondere deshalb relevant sein, weil einerseits eine Turbulenz innerhalb der Vorkammer, die sich aufgrund der Bewegung des dem Hauptbrennraum zugeordneten Kolbens während des Verdichtungstakts einstellt, ihr Maximum bereits bei 50°KW oder 40°KW vor ZOT erreicht, eine Zündung des Kraftstoff-Frischgas-Gemischs in der Vorkammer durch das Erzeugen des Zündauslösers jedoch erst deutlich später und folglich dann, wenn die durch die Bewegung des Hubkolbens erzeugte Turbulenz bereits wieder deutlich reduziert ist, erfolgt.The actuation of the control valve according to the invention is primarily aimed at generating a turbulent flow of a fresh gas-fuel mixture within the prechamber by opening the control valve in the control area mentioned, in which a relatively high compression pressure prevails within the main combustion chamber and thus also within the prechamber. As a result, residual gas present in the prechamber is discharged from the prechamber via the connecting line, which in turn leads to a subsequent flow of fuel-fresh gas mixture from the main combustion chamber. Such an increase in turbulence within the prechamber can be particularly relevant in the control range according to the invention because, on the one hand, turbulence within the prechamber, which occurs due to the movement of the piston assigned to the main combustion chamber during the compression stroke, reaches its maximum already at 50°CA or 40°CA before TDC, but ignition of the fuel-fresh gas mixture in the prechamber by generating the ignition trigger only occurs significantly later and consequently when the turbulence generated by the movement of the reciprocating piston has already been significantly reduced.

Die zusätzliche beziehungsweise erneute Turbulenzerzeugung durch das erfindungsgemäße relativ späte Öffnen des Steuerventils kann folglich ein Zünden des Kraftstoff-Frischgas Gemischs in der Vorkammer deutlich verbessern. Dementsprechend sollte vorgesehen sein, dass das Steuerventil bereits vor dem Erzeugen des Zündauslösers des betrachteten Betriebszyklus geöffnet wird, um die Turbulenzerzeugung bereits bei der Zündauslösung bewirkt zu haben. Zudem sollte das Steuerventil vorzugsweise bei der Erzeugung des Zündauslösers bereits wieder geschlossen sein, um einen Druckverlust über die Verbindungsleitung bei der Verbrennung des Kraftstoff-Frischgas-Gemischs innerhalb der Vorkammer zu vermeiden. Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, dass der Zündauslöser relativ kurz, insbesondere spätestens 30°KW oder 20°KW oder 10°KW nach dem Schließen des Steuerventils erzeugt wird, um eine optimale Wirkung der dadurch bewirkten Turbulenzerzeugung bei der Zündauslösung zu gewährleisten.The additional or renewed turbulence generation through the relatively late opening of the control valve according to the invention can therefore significantly improve the ignition of the fuel-fresh gas mixture in the prechamber. Accordingly, it should be provided that the control valve is opened before the ignition trigger of the operating cycle in question is generated, in order to have already caused the turbulence generation when the ignition is triggered. In addition, the control valve should preferably already be closed again when the ignition trigger is generated, in order to avoid a loss of pressure via the connecting line during the combustion of the fuel-fresh gas mixture within the prechamber. It can particularly preferably be provided that the ignition trigger is generated relatively shortly, in particular at the latest 30°CA or 20°CA or 10°CA after the control valve is closed, in order to ensure an optimal effect of the turbulence generation caused thereby when the ignition is triggered.

Neben der Turbulenzerzeugung kann das erfindungsgemäße Öffnen des Steuerventils auch zu einer verbesserten Spülung der Vorkammer führen, bei der nicht oder schlecht zündfähiges Restgas, das aus einem vorausgegangenen Betriebszyklus in der Vorkammer verblieben ist, aus dieser über die Verbindungsleitung abgeführt und durch gut zündfähiges Kraftstoff-Frischgas-Gemisch ersetzt wird. Auch dies führt zu einer erhöhten Zündfähigkeit des Kraftstoff-Frischgas-Gemischs in der Vorkammer. Dies gilt selbst bei einer relativ starken Ladungsverdünnung des Kraftstoff-Frischgas-Gemischs.In addition to generating turbulence, opening the control valve according to the invention can also lead to improved flushing of the prechamber, in which non-ignitable or poorly ignitable residual gas that remains in the prechamber from a previous operating cycle is discharged from the prechamber via the connecting line and replaced by a readily ignitable fuel-fresh gas mixture. This also leads to an increased ignitability of the fuel-fresh gas mixture in the prechamber. This applies even in the case of a relatively strong charge dilution of the fuel-fresh gas mixture.

Besonders vorteilhaft kann sich das erfindungsgemäße Verfahren auswirken, wenn der Verbrennungsmotor mit relativ später Zündsteuerzeit (Steuerzeit, zu der der Zündauslöser erzeugt wird) betrieben wird, wie dies insbesondere vorgesehen sein kann, um während eines Heizbetriebs des Verbrennungsmotors temporär relativ heißes Abgas zu erzeugen, wodurch insbesondere eine dem Verbrennungsmotor zugeordnete Abgasnachbehandlungsvorrichtung möglichst schnell auf ihre Anspringtemperatur gebracht werden oder eine solche Anspringtemperatur aufrechtgehalten werden soll. Dementsprechend kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass das Steuerventil relativ kurz vor der relativ späten Zündsteuerzeit, insbesondere erst bei ZOT oder später, vorzugsweise später als 10°KW nach ZOT oder später als 20°KW nach ZOT geöffnet wird. Ein solches Öffnen und Schließen des Steuerventils kann dabei insbesondere nur dann vorgesehen sein, wenn der Verbrennungsmotor in dem Heizbetrieb betrieben wird.The method according to the invention can have a particularly advantageous effect if the internal combustion engine is operated with a relatively late ignition control time (control time at which the ignition trigger is generated), as can be provided in particular in order to temporarily generate relatively hot exhaust gas during heating operation of the internal combustion engine, whereby in particular an exhaust aftertreatment device assigned to the internal combustion engine is to be brought to its light-off temperature as quickly as possible or such a light-off temperature is to be maintained. Accordingly, it can preferably be provided that the control valve is opened relatively shortly before the relatively late ignition control time, in particular only at ZOT or later, preferably later than 10°CA after ZOT or later than 20°CA after ZOT. Such opening and closing of the control valve can in particular only be provided when the internal combustion engine is operated in heating mode.

Andererseits kann sich das erfindungsgemäße Verfahren auch vorteilhaft auswirken, wenn der Verbrennungsmotor mit relativ früher Zündsteuerzeit während eines Normalbetriebs des Verbrennungsmotors betrieben wird. Hierzu kann konkret vorgesehen sein, dass das Steuerventil bis ZOT oder früher wieder geschlossen wird.On the other hand, the method according to the invention can also have an advantageous effect if the internal combustion engine is operated with a relatively early ignition control time during normal operation of the internal combustion engine. For this purpose, it can be specifically provided that the control valve is closed again until the ZOT or earlier.

Besonders vorteilhaft kann sich das erfindungsgemäße Verfahren auswirken, wenn der Verbrennungsmotor mit einer relativ geringen Betriebslast, die maximal 40% oder, vorzugsweise, maximal 30% einer Volllast betragen kann, betrieben wird, weil dabei die sich aus dem Betriebsverfahren selbst ergebenden Verdichtungsdrücke und Strömungsgeschwindigkeiten entsprechend gering sein können. Dies kann sich entsprechend negativ hinsichtlich der Restgasspülung sowie der Turbulenzerzeugung innerhalb der Vorkammer auswirken, was wiederum einen entsprechend negativen Einfluss auf die Zündfähigkeit eines Kraftstoff-Frischgas-Gemischs in der Vorkammer haben kann. Dieser negative Einfluss auf die Zündfähigkeit kann durch das erfindungsgemäße Freigeben der Verbindungsleitung kompensiert werden.The method according to the invention can be particularly advantageous if the combustion engine is operated with a relatively low operating load, which can be a maximum of 40% or, preferably, a maximum of 30% of a full load, because the compression pressures and flow velocities resulting from the operating process itself can be correspondingly low. This can have a correspondingly negative effect on the residual gas purging and the generation of turbulence within the prechamber, which in turn can have a correspondingly negative influence on the ignitability of a fuel-fresh gas mixture in the prechamber. This negative influence on the ignitability can be compensated by releasing the connecting line according to the invention.

Ebenfalls besonders vorteilhaft kann sich das erfindungsgemäße Verfahren auswirken, wenn der Verbrennungsmotor mit einer Ladungsverdünnung betrieben wird, d.h. wenn dem Hauptbrennraum für den Betriebszyklus ein Ladungsgemisch zugeführt wird, das nicht vollständig aus einem Kraftstoff-Frischgas-Gemisch besteht, das hinsichtlich des Wirkungsgrads ein möglichst optimales Verbrennungsluftverhältnis aufweist, sondern entweder im Vergleich zu diesem optimalen Verbrennungsluftverhältnis einen Sauerstoffüberschuss und/oder einen definierten und relevanten Anteil eines intern oder extern zugeführten, insbesondere internen Restgases aufweist.The method according to the invention can also have a particularly advantageous effect if the internal combustion engine is operated with a charge dilution, i.e. if a charge mixture is supplied to the main combustion chamber for the operating cycle which does not consist entirely of a fuel-fresh gas mixture which has the best possible combustion air ratio in terms of efficiency, but rather has either an oxygen surplus and/or a defined and relevant proportion of an internally or externally supplied, in particular internal, residual gas compared to this optimal combustion air ratio.

Die Vorkammerzündvorrichtung eines erfindungsgemäß betriebenen Verbrennungsmotors ist vorzugsweise passiv ausgestaltet, so dass diese keine (zusätzliche) Zuführvorrichtung zur Zuführung von Kraftstoff und/oder Frischgas in die Vorkammer aufweist. Ein Zuführen von Kraftstoff und Frischgas in die Vorkammer erfolgt demnach ausschließlich über den mindestens einen Überströmkanal aus dem Hauptbrennraum. Eine solche passive Vorkammerzündvorrichtung zeichnet sich durch eine relativ geringe konstruktive Komplexität aus, was sich entsprechend vorteilhaft hinsichtlich der Komplexität und damit der Herstellungskosten sowie der Betriebssicherheit des Verbrennungsmotors auswirken kann. Insbesondere ermöglicht eine passive Ausgestaltung der Vorkammerzündvorrichtung, diese als Vorkammerzündkerze auszugestalten. Eine solche Vorkammerzündkerze kann weitgehend identisch zu Zündkerzen, die in konventionellen Verbrennungsmotoren für Brennraumzündungen vorgesehen sind, ausgestaltet sein, wobei lediglich zusätzlich ein Gehäuse vorgesehen ist, das den Bereich der Vorkammerzündkerze, innerhalb dessen der Zündfunke auftritt, umgibt. Dieses Gehäuse weist dann mindestens einen und vorzugsweise eine Vielzahl von insbesondere ringförmig angeordneten Überströmkanälen auf, die einen Übertritt von Verbrennungsgasen aus der Vorkammer in den Hauptbrennraum ermöglichen.The prechamber ignition device of an internal combustion engine operated according to the invention is preferably designed to be passive, so that it does not have an (additional) supply device for supplying fuel and/or fresh gas into the prechamber. Fuel and fresh gas are therefore supplied to the prechamber exclusively via the at least one overflow channel from the main combustion chamber. Such a passive prechamber ignition device is characterized by a relatively low structural complexity, which can have a correspondingly advantageous effect in terms of the complexity and thus the manufacturing costs as well as the operational reliability of the internal combustion engine. In particular, a passive design of the prechamber ignition device enables it to be designed as a prechamber spark plug. Such a prechamber spark plug can be designed largely identically to spark plugs that are provided in conventional internal combustion engines for combustion chamber ignition, with only an additional housing being provided that surrounds the area of the prechamber spark plug within which the ignition spark occurs. This housing then has at least one and preferably a plurality of overflow channels, in particular arranged in a ring shape, which enable combustion gases to pass from the prechamber into the main combustion chamber.

Bei einer aktiven Ausgestaltung der Vorkammerzündvorrichtung, bei der diese eine Zuführvorrichtung zur Zuführung von Kraftstoff und/oder Frischgas in die Vorkammer aufweist, kann die beschriebene Problematik hinsichtlich der Zündfähigkeit durch eine geeignete Zufuhr von Kraftstoff und/oder Frischgas mittels der Zuführvorrichtung vermieden werden. Demnach kann bei einer Verwendung einer solchen aktiven Vorkammerzündvorrichtung die Integration der Verbindungsleitung mit Steuerventil und das erfindungsgemäße Öffnen dieses Steuerventils unnötig sein.In an active design of the prechamber ignition device, in which it has a supply device for supplying fuel and/or fresh gas into the prechamber, the described problem with regard to the ignitability can be avoided by a suitable supply of fuel and/or fresh gas by means of the supply device. Accordingly, when using such an active prechamber ignition device, the integration of the connecting line with control valve and the opening of this control valve according to the invention can be unnecessary.

Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass die Verbindungsleitung die Vorkammer mit einem Einlasskanal des Verbrennungsmotors, über den Frischgas dem Hauptbrennraum zugeführt werden kann, verbindet. Dadurch kann erreicht werden, dass das infolge des temporären Öffnens des Steuerventils aus der Vorkammer abgeführte Restgas in einem nachfolgenden Betriebszyklus dem Hauptbrennraum zugeführt wird, so dass diesbezüglich keine besonderen Anforderungen hinsichtlich einer Nachbehandlung dieses Restgases, die beispielsweise bei einer Abführung in die Umgebung erforderlich wäre, gestellt sind. Zudem kann die chemische und thermische Energie, die das Restgas noch aufweist, in dem nachfolgenden Betriebszyklus vorteilhaft genutzt werden. Um dabei zu gewährleisten, dass das abgeführte Restgas erst in einem nachfolgenden Betriebszyklus dem Hauptbrennraum zugeführt wird, kann weiterhin vorgesehen sein, dass dem Einlasskanal mindestens ein Einlassventil zugeordnet ist, wobei die Verbindungsleitung in einen Abschnitt des Einlasskanals mündet, der stromauf des Einlassventils (bezüglich einer Strömungsrichtung des Frischgases in dem Einlasskanal) angeordnet ist.Preferably, it can be provided that the connecting line connects the prechamber to an inlet channel of the internal combustion engine, via which fresh gas can be supplied to the main combustion chamber. This can ensure that the residual gas discharged from the prechamber as a result of the temporary opening of the control valve is supplied to the main combustion chamber in a subsequent operating cycle, so that no special requirements are placed in this regard with regard to post-treatment of this residual gas, which would be necessary, for example, if it were discharged into the environment. In addition, the chemical and thermal energy that the residual gas still has can be used advantageously in the subsequent operating cycle. In order to ensure that the discharged residual gas is only supplied to the main combustion chamber in a subsequent operating cycle, it can also be provided that at least one inlet valve is assigned to the inlet channel, wherein the connecting line opens into a section of the inlet channel that is arranged upstream of the inlet valve (with respect to a flow direction of the fresh gas in the inlet channel).

Um zu vermeiden, dass das Öffnen des Steuerventils und das dadurch bewirkte Abführen von Restgas aus dem Hauptbrennraum zu einem zu großen Ladungsverlust führt, kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass das Steuerventil nur relativ kurz und insbesondere für einen Steuerzeitraum von maximal 30°KW oder maximal 20°KW oder maximal 10°KW geöffnet wird. Dadurch kann ein Leistungsverlust und/oder eine sonstige Verschlechterung im Betriebsverhalten des Verbrennungsmotors vermieden oder zumindest gering genug gehalten werden. Ein dennoch auftretender Ladungsverlust kann vorzugsweise mittels einer entsprechenden Anpassung der Betriebslast, mit der der Verbrennungsmotor betrieben wird, ausgeglichen werden.In order to avoid the opening of the control valve and the resulting discharge of residual gas from the main combustion chamber leading to excessive charge loss, it can preferably be provided that the control valve is only opened for a relatively short time and in particular for a control period of a maximum of 30°KW or a maximum of 20°KW or a maximum of 10°KW. This can prevent a loss of power and/or other deterioration in the operating behavior of the combustion engine or at least keep it low enough. Any charge loss that does occur can preferably be compensated for by means of a corresponding adjustment of the operating load with which the combustion engine is operated.

Weiterhin bevorzugt kann vorgesehen sein, dass das Volumen der Verbindungsleitung, insbesondere auf der der Vorkammer zugewandten Seite des Steuerventils, möglichst klein ist. Dies kann durch eine möglichst kleine Dimensionierung des Strömungsquerschnitts der Verbindungsleitung und durch eine möglichst kurze Länge der Verbindungsleitung, realisierbar insbesondere durch eine kürzest mögliche Verbindung zwischen der Vorkammer und dem externen Volumen, erreicht werden. Auch kann vorgesehen sein, dass das Steuerventil möglichst nah an der Vorkammer positioniert ist.Furthermore, it can preferably be provided that the volume of the connecting line, in particular on the side of the control valve facing the prechamber, is as small as possible. This can by dimensioning the flow cross-section of the connecting line as small as possible and by keeping the length of the connecting line as short as possible, which can be achieved in particular by using the shortest possible connection between the prechamber and the external volume. It can also be provided that the control valve is positioned as close to the prechamber as possible.

Bei einem erfindungsgemäß betreibbaren Verbrennungsmotor kann es sich insbesondere um einen (zumindest zeitweise fremdgezündeten und quantitätsgeregelten) Ottomotor handeln. Der Verbrennungsmotor kann sowohl mit Flüssigkraftstoff (d.h. Diesel oder Benzin) als auch mit einem gasförmigen Kraftstoff (insbesondere Erdgas, LNG oder LPG) betrieben werden.An internal combustion engine that can be operated according to the invention can in particular be a spark-ignited and quantity-controlled (at least temporarily) gasoline engine. The internal combustion engine can be operated with liquid fuel (i.e. diesel or gasoline) as well as with a gaseous fuel (in particular natural gas, LNG or LPG).

Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein radbasiertes und nicht schienengebundenes Kraftfahrzeug (vorzugsweise ein PKW oder ein LKW), mit einem erfindungsgemäß betreibbaren Verbrennungsmotor. Dabei kann der Verbrennungsmotor zur (direkten oder indirekten) Bereitstellung der Fahrantriebsleistung für das Kraftfahrzeug vorgesehen sein.The invention also relates to a motor vehicle, in particular a wheel-based and non-rail-based motor vehicle (preferably a car or a truck), with an internal combustion engine that can be operated according to the invention. The internal combustion engine can be provided for the (direct or indirect) provision of the drive power for the motor vehicle.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt, jeweils in vereinfachter Darstellung:

1: einen erfindungsgemäß betreibbaren Verbrennungsmotor in einer Aufsicht;
2: den Verbrennungsmotor in einem Längsschnitt; und
3: einen Abschnitt eines Zylinderkopfs des Verbrennungsmotors mit Vorkammerzündvorrichtung.

The method according to the invention is explained in more detail below using an embodiment shown in the drawings. In the drawings, each in a simplified representation:

1 : a combustion engine operable according to the invention in a plan view;
2 : the combustion engine in a longitudinal section; and
3 : a section of a cylinder head of the internal combustion engine with pre-chamber ignition device.

In den Zeichnungen ist eine Brennkraftmaschine mit einem erfindungsgemäß betreibbaren Verbrennungsmotor 1 dargestellt.The drawings show an internal combustion engine with an internal combustion engine 1 operable according to the invention.

Der Verbrennungsmotor 1 bildet in einem Verbund aus Zylindergehäuse 2 und Zylinderkopf 3 mehrere (z.B. vier) Zylinderöffnungen 4 aus. Die Zylinderöffnungen 4 sind einlassseitig über Einlasskanäle 5, die in dem Zylinderkopf 3 ausgebildet sind, mit einem Saugrohr 6 eines Frischgasstrangs 7 der Brennkraftmaschine und auslassseitig über Auslasskanäle 8, die ebenfalls in dem Zylinderkopf 3 ausgebildet sind, mit einem Abgaskrümmer 9 eines Abgasstrangs 10 der Brennkraftmaschine gasführend verbunden.The internal combustion engine 1 forms a plurality of (e.g. four) cylinder openings 4 in a combination of cylinder housing 2 and cylinder head 3. The cylinder openings 4 are connected on the inlet side via inlet channels 5, which are formed in the cylinder head 3, to an intake manifold 6 of a fresh gas line 7 of the internal combustion engine and on the outlet side via outlet channels 8, which are also formed in the cylinder head 3, to an exhaust manifold 9 of an exhaust line 10 of the internal combustion engine.

In bekannter Weise wird in Hauptbrennräumen 11, die von Wandungen der Zylinderöffnungen 4 zusammen mit in den Zylinderöffnungen 4 geführten Kolben 12 sowie dem Zylinderkopf 3 begrenzt sind, Frischgas, das zumindest hauptsächlich aus Luft besteht, mit Kraftstoff verbrannt. Der Kraftstoff kann dazu mittels Kraftstoffinjektoren 13 direkt in die Brennräume 11 eingebracht und mittels Vorkammerzündvorrichtungen in Form von Vorkammerzündkerzen 14 entzündet werden. Das bei der Verbrennung der Kraftstoff-Frischgas-Gemischmengen entstehende Abgas wird über den Abgasstrang 10 abgeführt.In a known manner, fresh gas, which consists at least mainly of air, is burned with fuel in main combustion chambers 11, which are delimited by walls of the cylinder openings 4 together with pistons 12 guided in the cylinder openings 4 and the cylinder head 3. The fuel can be introduced directly into the combustion chambers 11 by means of fuel injectors 13 and ignited by means of pre-chamber ignition devices in the form of pre-chamber spark plugs 14. The exhaust gas produced during the combustion of the fuel-fresh gas mixture is discharged via the exhaust system 10.

Die Zufuhr des Frischgases in die Hauptbrennräume 11 und die Abfuhr des Abgases aus den Hauptbrennräumen 11 wird über vier Gaswechselventile, konkret zwei Einlassventile 15 und zwei Auslassventile 16, je Zylinderöffnung 4, gesteuert, wobei die Gaswechselventile von einem in der 1 nur teilweise und in der 2 in weiteren Details dargestellten Ventiltrieb des Verbrennungsmotors 1 betätigt werden.The supply of fresh gas into the main combustion chambers 11 and the removal of exhaust gas from the main combustion chambers 11 is controlled by four gas exchange valves, specifically two intake valves 15 and two exhaust valves 16, per cylinder opening 4, whereby the gas exchange valves are controlled by a 1 only partially and in the 2 The valve train of the internal combustion engine 1 shown in further detail can be operated.

Der Ventiltrieb umfasst gemäß der 2 eine Kurbelwelle 17, die Kurbelzapfen 18 ausbildet, wobei die Kurbelzapfen 18 mit den Kolben 12 über Pleuel 19 verbunden sind. Dadurch führen Linearbewegungen der Kolben 12 zu einer Rotation der Kurbelwelle 17, wobei die Rotation der Kurbelwelle 17 wiederum einen periodischen Richtungswechsel der Linearbewegungen der Kolben 12 bewirkt. Die Rotation der Kurbelwelle 17 wird über ein Steuergetriebe 20, beispielsweise ein Zahnriemengetriebe, auf zwei Nockenwellen 21 übertragen, von denen jede zwei der Gaswechselventile je Brennraum 11 betätigt. Von den Nockenwellen 21 ist eine als Einlassnockenwelle ausgestaltet, d.h. diese betätigt (direkt oder indirekt) alle Einlassventile 15, während die andere als Auslassnockenwelle ausgestaltet ist und folglich (direkt oder indirekt) alle Auslassventile 16 betätigt.The valve train comprises according to the 2 a crankshaft 17 which forms crank pins 18, the crank pins 18 being connected to the pistons 12 via connecting rods 19. Linear movements of the pistons 12 therefore lead to a rotation of the crankshaft 17, the rotation of the crankshaft 17 in turn causing a periodic change in direction of the linear movements of the pistons 12. The rotation of the crankshaft 17 is transmitted via a control gear 20, for example a toothed belt gear, to two camshafts 21, each of which actuates two of the gas exchange valves per combustion chamber 11. One of the camshafts 21 is designed as an intake camshaft, i.e. it actuates (directly or indirectly) all intake valves 15, while the other is designed as an exhaust camshaft and consequently actuates (directly or indirectly) all exhaust valves 16.

Die Brennkraftmaschine umfasst weiterhin einen Abgasturbolader (vgl. 1). Dieser weist eine in den Abgasstrang 10 integrierte Abgasturbine 22 sowie einen in den Frischgasstrang 7 integrierten Frischgasverdichter 23 auf. Ein von dem Abgasstrom rotierend angetriebenes Laufrad der Abgasturbine 22 treibt über eine Welle 24 ein Laufrad des Frischgasverdichters 23 an. Die so bewirkte Rotation des Laufrads des Frischgasverdichters 23 verdichtet das durch diesen geführte Frischgas. Der Verbrennungsmotor könnte jedoch auch ein Saugmotor (ohne Abgasturbolader) sein.The internal combustion engine also includes an exhaust gas turbocharger (cf. 1 ). This has an exhaust turbine 22 integrated into the exhaust line 10 and a fresh gas compressor 23 integrated into the fresh gas line 7. An impeller of the exhaust turbine 22, which is driven in rotation by the exhaust gas flow, drives an impeller of the fresh gas compressor 23 via a shaft 24. The rotation of the impeller of the fresh gas compressor 23 thus caused compresses the fresh gas guided through it. However, the combustion engine could also be a naturally aspirated engine (without an exhaust turbocharger).

In den Abgasstrang 10 ist eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung 25, beispielsweise in Form eines Dreiwegekatalysators und/oder eines Partikelfilters, und in den Frischgasstrang 7 ist ein Drosselventil 26, das zwischen dem Frischgasverdichter 23 und dem Saugrohr 6 angeordnet ist, integriert.An exhaust gas aftertreatment device 25, for example in the form of a three-way catalyst and/or a particle filter, is integrated into the exhaust line 10, and a throttle valve 26, which is arranged between the fresh gas compressor 23 and the intake manifold 6, is integrated into the fresh gas line 7.

Während eines Betriebs des Verbrennungsmotors 1 werden die Kolben 12 aufgrund der Verbrennungsprozesse in den einzelnen Hauptbrennräumen 11 jeweils oszillierend zwischen einem oberen Totpunkt (OT) und einem unteren Totpunkt (UT) bewegt, wobei die Kolben 12 abwechselnd einen Ladungswechselzyklus und einen Arbeitszyklus durchführen. Der Ladungswechselzyklus jedes Kolbens 12 umfasst einen Ausstoßhub des jeweiligen Kolbens 12 (entsprechend einem Ausstoßtakt des in dem entsprechenden Hauptbrennraum 11 ablaufenden Kreisprozesses) sowie einen Einlasshub (entsprechend einem Einlasstakt des in dem entsprechenden Hauptbrennraum 11 ablaufenden Kreisprozesses). Der OT der Kolbenbewegung während des Ladungswechselzyklus wird erfindungsgemäß als LWOT bezeichnet. Der Arbeitszyklus umfasst einen Verdichtungshub des Kolbens 12 (entsprechend einem Verdichtungstakt des in dem entsprechenden Hauptbrennraum 11 ablaufenden Kreisprozesses) und einen Arbeitshub (entsprechend einem Arbeitstakt des in dem entsprechenden Hauptbrennraum 11 ablaufenden Kreisprozesses). Der OT der Kolbenbewegung während des Arbeitszyklus wird erfindungsgemäß als ZOT bezeichnet. Die vier Hubbewegungen der Kolben 12 beziehungsweise die vier entsprechenden Takte der während eines befeuerten Lastbetriebs in den Brennräumen 11 ablaufenden Kreisprozesse entsprechen dabei jeweils einem Betriebszyklus des Verbrennungsmotors 1.During operation of the internal combustion engine 1, the pistons 12 are moved in an oscillating manner between a top dead center (TDC) and a bottom dead center (BDC) due to the combustion processes in the individual main combustion chambers 11, with the pistons 12 alternately performing a charge exchange cycle and a working cycle. The charge exchange cycle of each piston 12 comprises an exhaust stroke of the respective piston 12 (corresponding to an exhaust stroke of the cycle taking place in the corresponding main combustion chamber 11) and an intake stroke (corresponding to an intake stroke of the cycle taking place in the corresponding main combustion chamber 11). The TDC of the piston movement during the charge exchange cycle is referred to according to the invention as LWOT. The working cycle includes a compression stroke of the piston 12 (corresponding to a compression cycle of the cyclic process taking place in the corresponding main combustion chamber 11) and a working stroke (corresponding to a working cycle of the cyclic process taking place in the corresponding main combustion chamber 11). The top dead center of the piston movement during the working cycle is referred to according to the invention as the top dead center. The four strokes of the pistons 12 or the four corresponding cycles of the cyclic processes taking place in the combustion chambers 11 during fired load operation each correspond to an operating cycle of the internal combustion engine 1.

Die Vorkammerzündkerze 14 umfasst gemäß der 3 einen Anschlussabschnitt 26, der zur Verbindung mit einem elektrischen Leiter (nicht dargestellt) vorgesehen ist, über den an der jeweiligen Vorkammerzündkerze 14 zum Zündzeitpunkt eine elektrische Hochspannung (Zündspannung) angelegt werden kann. Weiterhin umfasst eine solche Vorkammerzündkerze 14 einen Verbindungsabschnitt 27 mit einem Außengewinde, mit dem diese in ein entsprechendes Innengewinde des Zylinderkopfs 3 des Verbrennungsmotors 1 einschraubbar ist. Mit einem Zündkerzenkopf 28 ragt eine solche Vorkammerzündkerze 13 in den zugeordneten Hauptbrennraum 11 des Verbrennungsmotors 1, wobei die Vorkammerzündkerze 14 im Bereich des Zündkerzenkopfs 28 ein Gehäuse 29 mit einer Mehrzahl von ringförmig angeordneten Überströmkanälen 30 aufweist. Dieses Gehäuse 29 begrenzt eine Vorkammer 31, innerhalb dessen zwei Elektroden 32 in einem relativ kleinen Abstand zueinander angeordnet sind. Wird an diesen Elektroden 32 eine Zündspannung angelegt, springt zwischen diesen ein Zündfunke über, der ein Kraftstoff-Frischgas-Gemisch, das in der Vorkammer 31 enthalten ist, entzündet. Die dabei entstehenden Verbrennungsgase treten über die Überströmkanäle 30 aus der Vorkammer 31 in den zugehörigen Hauptbrennraum 11 über und entzünden das dort vorhandene Kraftstoff-Frischgas-Gemisch.The pre-chamber spark plug 14 comprises according to the 3 a connection section 26, which is provided for connection to an electrical conductor (not shown), via which a high electrical voltage (ignition voltage) can be applied to the respective prechamber spark plug 14 at the time of ignition. Furthermore, such a prechamber spark plug 14 comprises a connection section 27 with an external thread, with which it can be screwed into a corresponding internal thread of the cylinder head 3 of the internal combustion engine 1. With a spark plug head 28, such a prechamber spark plug 13 protrudes into the associated main combustion chamber 11 of the internal combustion engine 1, wherein the prechamber spark plug 14 has a housing 29 with a plurality of annularly arranged overflow channels 30 in the region of the spark plug head 28. This housing 29 delimits a prechamber 31, within which two electrodes 32 are arranged at a relatively small distance from one another. If an ignition voltage is applied to these electrodes 32, an ignition spark jumps between them, igniting a fuel-fresh gas mixture contained in the prechamber 31. The combustion gases produced thereby pass through the overflow channels 30 from the prechamber 31 into the associated main combustion chamber 11 and ignite the fuel-fresh gas mixture present there.

Der Verbrennungsmotor 1 umfasst erfindungsgemäß je Vorkammerzündkerze 14 eine Verbindungsleitung 33, die die Vorkammer 31 dieser Vorkammerzündkerze 14 mit einem Abschnitt eines der zu dem jeweiligen Hauptbrennraum 11 zugehörigen Einlasskanäle 5 verbindet und dabei stromauf des zugehörigen Einlassventils 15 in diesen Einlasskanal 5 mündet. In die Verbindungsleitung 33 ist ein mittels einer Steuerungsvorrichtung (nicht dargestellt) betätigbares Steuerventil 34 integriert, um die Verbindungsleitung 33 bedarfsweise freizugeben.According to the invention, the internal combustion engine 1 comprises a connecting line 33 for each prechamber spark plug 14, which connects the prechamber 31 of this prechamber spark plug 14 to a section of one of the intake channels 5 associated with the respective main combustion chamber 11 and opens into this intake channel 5 upstream of the associated intake valve 15. A control valve 34 that can be actuated by means of a control device (not shown) is integrated into the connecting line 33 in order to release the connecting line 33 as required.

Ein solches Freigeben erfolgt gezielt zur Erzeugung von Turbulenzen innerhalb der Vorkammer 31 sowie zur Spülung der Vorkammer 31, womit eine ausreichend gute Zündfähigkeit eines zum Zündzeitpunkt darin enthaltenen Kraftstoff-Frischgas-Gemischs erreicht werden soll. Hierzu wird das Steuerventil 34 kurz vor dem Zündzeitpunkt für einen kurzen Zeitraum (beispielsweise für ein Steuerzeitraum von maximal 10°KW) geöffnet und vor dem Zündzeitpunkt auch wieder geschlossen. Da dieser Zündzeitpunkt im Bereich relativ kurz vor oder nach dem ZOT gelegen ist, liegt dabei in dem Hauptbrennraum 11 und damit auch in der zugehörigen Vorkammer 14 ein relativ großer Verdichtungsdruck vor, so dass durch die freigegebene Verbindungsleitung 33 Restgas aus der Vorkammer 31 abgeführt wird, während Kraftstoff-Frischgas-Gemisch aus dem Hauptbrennraum 11 über die Überströmkanäle 30 in die Vorkammer 31 nachströmt.Such release is carried out specifically to generate turbulence within the prechamber 31 and to flush the prechamber 31, whereby a sufficiently good ignitability of a fuel-fresh gas mixture contained therein at the ignition time is to be achieved. For this purpose, the control valve 34 is opened shortly before the ignition time for a short period of time (for example for a control period of a maximum of 10° CA) and closed again before the ignition time. Since this ignition time is in the area relatively shortly before or after the ZOT, there is a relatively high compression pressure in the main combustion chamber 11 and thus also in the associated prechamber 14, so that residual gas is discharged from the prechamber 31 through the released connecting line 33, while fuel-fresh gas mixture flows from the main combustion chamber 11 into the prechamber 31 via the overflow channels 30.

Während eines Normalbetriebs des Verbrennungsmotors 1 liegt der Zündzeitpunkt vor ZOT, so dass auch das Steuerventil 34 vor ZOT, beispielsweise zu einem Steuerzeitpunkt zwischen 30°KW und 20°KW vor ZOT geöffnet wird. Dabei kann vorgesehen sein, dass das Steuerventil 34 der Verbindungsleitung 33 nur dann geöffnet wird, wenn der Verbrennungsmotor 1 mit relativ geringer Betriebsdrehzahl und relativ geringer Betriebslast betrieben wird, weil dann nur durch ein solches Öffnen des Steuerventils 34 und die dadurch bewirkte Erhöhung der Turbulenz in der Vorkammer 31 sowie die verbesserte Spülung der Vorkammer 31 eine ausreichende Zündfähigkeit des in der Vorkammer 31 enthaltenen Kraftstoff-Frischgas-Gemischs gewährleistet werden kann. Wird der Verbrennungsmotor 1 dagegen mit relativ hoher Betriebsdrehzahl und relativ hoher Betriebslast betrieben, kann auf das Freigeben der Verbindungsleitung verzichtet werden, wodurch Ladungsverluste, die das Freigeben der Verbindungsleitung bewirken kann und die gegebenenfalls kompensiert werden sollten, vermieden werden kann.During normal operation of the internal combustion engine 1, the ignition point is before ZOT, so that the control valve 34 is also opened before ZOT, for example at a control point between 30°CA and 20°CA before ZOT. It can be provided that the control valve 34 of the connecting line 33 is only opened when the internal combustion engine 1 is operated at a relatively low operating speed and relatively low operating load, because only by opening the control valve 34 in this way and the resulting increase in turbulence in the prechamber 31 and the improved flushing of the prechamber 31 can sufficient ignitability of the fuel-fresh gas mixture contained in the prechamber 31 be ensured. If, on the other hand, the internal combustion engine 1 is operated at a relatively high operating speed and relatively high operating load, the opening of the connecting line can be dispensed with, thereby avoiding charge losses that can be caused by opening the connecting line and that should be compensated for if necessary.

Ergänzend dazu ist für den Verbrennungsmotor 1 ein temporärer Heizbetrieb vorgesehen, um ein möglichst schnelles Aufheizen der Abgasnachbehandlungsvorrichtung 25 insbesondere nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors 1 zu bewirken. Hierzu wird ein relativ später Zündzeitpunkt eingestellt, der beispielsweise zwischen 10°KW nach ZOT und 30°KW nach ZOT liegen kann. Auch bei einem solchen Heizbetrieb ist vorgesehen, das Steuerventil 34 der Verbindungsleitung 33 kurz vor dem Zündzeitpunkt zu öffnen und auch wieder zu schließen, um die Zündfähigkeit eines zu dem Zündzeitpunkt innerhalb der Vorkammer 31 enthaltenen Kraftstoff-Frischgas-Gemischs zu erhöhen. Ohne ein solches Öffnen des Steuerventils würde zu einem derart späten Zündzeitpunkt anderenfalls im Wesentlichen keine Turbulenz mehr innerhalb der Vorkammer der Vorkammerzündkerze vorliegen, was ein ausreichend sicheres Entzünden des Kraftstoff-Frischgas-Gemischs verhindern könnte.In addition, a temporary heating mode is provided for the internal combustion engine 1 in order to heat up the exhaust gas aftertreatment device 25 as quickly as possible, in particular after a cold start of the internal combustion engine 1. For this purpose, a relatively late ignition point is set, which can be, for example, between 10° CA after ZOT and 30° CA after ZOT. In such a heating mode, the control valve 34 of the connecting line 33 is also provided to open and close again shortly before the ignition point in order to increase the ignitability of a fuel-fresh gas mixture contained within the prechamber 31 at the ignition point. Without such an opening of the control valve, there would otherwise essentially be no turbulence within the prechamber of the prechamber spark plug at such a late ignition point, which could prevent sufficiently reliable ignition of the fuel-fresh gas mixture.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11: VerbrennungsmotorCombustion engine
22: ZylindergehäuseCylinder housing
33: ZylinderkopfCylinder head
44: ZylinderöffnungCylinder opening
55: EinlasskanalInlet channel
66: SaugrohrIntake manifold
77: FrischgasstrangFresh gas line
88th: AuslasskanalExhaust channel
99: AbgaskrümmerExhaust manifold
1010: AbgasstrangExhaust system
1111: HauptbrennraumMain combustion chamber
1212: KolbenPistons
1313: KraftstoffinjektorFuel injector
1414: VorkammerzündkerzePre-chamber spark plug
1515: EinlassventilInlet valve
1616: Auslassventiloutlet valve
1717: Kurbelwellecrankshaft
1818: KurbelzapfenCrank pin
1919: PleuelConnecting rod
2020: SteuergetriebeControl gear
2121: Nockenwellecamshaft
2222: AbgasturbineExhaust turbine
2323: FrischgasverdichterFresh gas compressor
2424: WelleWave
2525: AbgasnachbehandlungsvorrichtungExhaust aftertreatment device
2626: Anschlussabschnitt der VorkammerzündkerzePre-chamber spark plug connection section
2727: Verbindungsabschnitt der VorkammerzündkerzeConnecting section of the pre-chamber spark plug
2828: ZündkerzenkopfSpark plug head
2929: GehäuseHousing
3030: ÜberströmkanalOverflow channel
3131: VorkammerAntechamber
3232: Elektrodeelectrode
3333: VerbindungsleitungConnecting line
3434: SteuerventilControl valve

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of documents listed by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA accepts no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

JP 2006177250 A [0002, 0004]
DE 102005017186 A1 [0005]

Claims

Method for operating an internal combustion engine (1) in the form of a reciprocating piston engine with a main combustion chamber (11), with a pre-chamber ignition device assigned to the main combustion chamber (11), which forms a pre-chamber (31) which is connected to the main combustion chamber (11) via at least one overflow channel (30) and in which an ignition trigger can be generated in a controlled manner, and with a connecting line (33) which connects the pre-chamber (30) to an external volume and which can be released as required by means of a control valve (34), characterized in that the control valve (34) is opened and closed again during an operating cycle in a control range between 50° CA before ZOT and 40° CA after ZOT.

Procedure according to Claim 1 , characterized in that the connecting line (33) connects the prechamber (30) with an inlet channel (5) of the internal combustion engine (1).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the control valve (34) is opened and closed again during the operating cycle before the ignition trigger is generated.

Procedure according to Claim 3 , characterized in that the ignition trigger is generated at the latest 30°KW or 20°KW or 10°KW after the control valve (34) closes.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the control valve (34) is only opened at ZOT or later.

Procedure according to one of the Claims 1 until 4 , characterized in that the control valve (34) is closed up to ZOT or earlier.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the internal combustion engine (1) is operated with an operating load which is a maximum of 40% of a full load.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the control valve (34) is opened for a control period of a maximum of 30°CA or 20°CA or 10°CA.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the control valve is opened once during the operating cycle.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the prechamber ignition device is designed to be passive.