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DE102006011190A1 - Method for operating a reciprocating internal combustion engine - Google Patents

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DE102006011190A1
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Germany
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combustion
combustion chamber
fuel
exhaust gas
combustion air
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Application number
DE102006011190A
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German (de)
Inventor
Walter Hübner
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Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
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Publication date
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Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Hubkolben-Brennkraftmaschine (1) mit einer Brennstoffeinspritzung mittels eines Injektors (8) direkt in einen Brennraum (2) der Hubkolben-Brennkraftmaschine (1), in dem ein Kolben (3) periodisch eine, durch einen Verbrennungslufteinlassakt in den Brennraum (2) eingebrachte, im Brennraum (2) mit Brennstoff (9) vermischte Verbrennungsluft durch Kompression zündet und anschließend Abgase in einen Abgasauslasstrakt ausschiebt, gkennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
Einbringen von Verbrennungsluft in den Brennraum (2);
Komprimieren der in den Brennraum (2) eingebrachten Verbrennungsluft mit dem Kolben (3);
Einspritzen von Brennstoff (9) in den Brennraum (2) während der Kompression bis ein zündfähiges Brennstoff-/Verbrennungsluftgemisch vorliegt;
Starten einer Verbrennung durch Selbstzündung des Brennstoff-/Verbrennungsluftgemisches;
Weiteres Einspritzen von Brennstoff (9) in den Brennraum (2) zur Aufrechterhaltung der Verbrennung;
Stoppen der Einspritzung von Brennstoff (9) in den Brennraum (2), wenn die Hubkolben-Brennkraftmaschine (1) eine angeforderte Leistung erbringt;
Ausschieben von Abgas in den Abgasauslasstrakt.
Durch das erfindungsgemäße Brennverfahren wird ein NOx-armes Brennverfahren dargestellt.
A method for operating a reciprocating internal combustion engine (1) with a fuel injection by means of an injector (8) directly into a combustion chamber (2) of the reciprocating internal combustion engine (1), in which a piston (3) periodically, by a Verbrennungslufteinlaßakt in the combustion chamber (2) introduced, in the combustion chamber (2) with fuel (9) mixed combustion air ignites by compression and then expels exhaust gases in a Abgasauslasstrakt, characterized by the following process steps:
Introducing combustion air into the combustion chamber (2);
Compressing the introduced into the combustion chamber (2) combustion air with the piston (3);
Injecting fuel (9) into the combustion chamber (2) during compression until an ignitable fuel / combustion air mixture is present;
Starting combustion by autoignition of the fuel / combustion air mixture;
Further injecting fuel (9) into the combustion chamber (2) to maintain combustion;
Stopping the injection of fuel (9) into the combustion chamber (2) when the reciprocating internal combustion engine (1) provides a requested power;
Pushing exhaust gas into the exhaust gas outlet tract.
The combustion process according to the invention represents a low-NOx combustion process.

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Hubkolben-Brennkraftmaschine mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The The invention relates to a method for operating a reciprocating internal combustion engine with the features of the preamble of claim 1.

Bei direkteinspritzenden Brennkraftmaschinen mit Selbstzündung werden oftmals homogene magere Kraftstoff-/Luftgemisch zur Selbstzündung gebracht, so dass hohe Wirkungsgrade und verbesserte Abgasemissionen erzielt werden. Bei solchen sog. HCCI-(Homogenious Charge Combustion Ignition), bzw. PCCI-(Premixed Charge Compression Ignition) Brennkraftmaschinen, auch als Brennkraftmaschinen mit Raumzündverbrennung bekannt, wird in der Regel bei Teillast ein mageres Grundgemisch aus Luft, Kraftstoff und zurückgehaltenem Abgas gebildet und selbst gezündet. Bei Volllast wird häufig ein stöchiometrisches Kraftstoff-/Luftgemisch gebildet und fremdgezündet, denn bei hohen Lasten könnten durch die Selbstzündung steile Druckanstiege im Brennraum auftreten, welche zu einer Beeinträchtigung des Betriebes führen würden. Dies bedeutet, ein Betreib der Brennkraftmaschine ist nur in einem kleinen Kennfeldbereich (Last über der Drehzahl) möglich.at Be direct injection internal combustion engines with auto-ignition often homogeneous lean fuel / air mixture brought to autoignition, so that high efficiencies and improved exhaust emissions achieved become. In such so-called HCCI (Homogenious Charge Combustion Ignition), or PCCI (Premixed Charge Compression Ignition) internal combustion engines, also known as internal combustion engines with Raumzündverbrennung is usually at part load a lean base mixture of air, fuel and restrained Exhaust gas formed and ignited itself. At full load becomes common a stoichiometric Fuel / air mixture formed and externally ignited, because at high loads could through the auto-ignition steep pressure increases in the combustion chamber occur, which leads to an impairment of the company would. This means that an operation of the internal combustion engine is only in a small one Map area (load over the speed) possible.

Ein grundsätzliches Problem bei HCCI-Brennverfahren ist es, einen zuverlässigen Betrieb mit der Selbstzündung zu gewährleisten.One fundamental Problem with HCCI combustion process is reliable operation with the auto-ignition to ensure.

Zur Erweiterung des Kennfeldbereiches wird daher in der deutschen Offenlegungsschrift DE 103 50 797 A1 , von der diese Erfindung ausgeht, ein Betriebsverfahren vorgeschlagen, das sich dadurch auszeichnet, dass im Brennraum der Brennkraftmaschine, die betriebspunktabhängig mit Kompressionszündung oder mit Fremdzündung betrieben wird. Abgas während eines Kompressionszündungsmodus zurückgehalten wird, welches während des Ladungswechsels komprimiert wird, wobei eine erste Kraftstoffmenge mittels eines ersten im Brennraum angeordneten Injektors in das zurückgehaltene Abgas eingespritzt wird. Nachfolgend wird mittels eines zweiten, in der Saugrohreinrichtung angeordneten Injektors dem Brennraum eine zweite Kraftstoffmenge zugeführt, so dass im Brennraum ein homogenes Kraftstoff-/Luftgemisch gebildet wird. Vorzugsweise wird die zweite Kraftstoffmenge während der Ansaugphase innerhalb der Saugrohreinrichtung eingespritzt.To expand the map range is therefore in the German patent application DE 103 50 797 A1 , from which this invention proceeds, proposed an operating method, which is characterized in that in the combustion chamber of the internal combustion engine, the operating point is operated with compression ignition or spark ignition. Exhaust gas is retained during a compression ignition mode, which is compressed during the charge exchange, wherein a first amount of fuel is injected by means of a first disposed in the combustion chamber injector in the retained exhaust gas. Subsequently, a second quantity of fuel is supplied to the combustion chamber by means of a second injector arranged in the intake manifold, so that a homogeneous fuel / air mixture is formed in the combustion chamber. Preferably, the second amount of fuel is injected during the intake phase within the intake manifold.

Die vorgeschlagene, zusätzliche Kraftstoffeinspritzung führt zwar bei gleichzeitiger Reduzierung der Rohemissionen der Brennkraftmaschine zu einer besseren Homogenisierung des gebildeten Kraftstoff-/Luftgemischs, somit zur Nutzung eines größeren Kennfeldbereichs, jedoch sind die Stickoxidemissionen (NOx-Emissionen) der Brennkraftmaschine sehr hoch, da auch bei dem vorgeschlagenen Brennverfahren hohe Temperaturen erreicht werden, bei denen eine Stickoxidbildung stattfindet.The proposed, additional Fuel injection leads while at the same time reducing the raw emissions of the internal combustion engine to a better homogenization of the formed fuel / air mixture, thus to use a larger map area, however, the nitrogen oxide (NOx) emissions of the internal combustion engine are very high high, since even in the proposed combustion high temperatures be reached, where a nitrogen oxide formation takes place.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Maßnahme aufzuzeigen, um eine gattungsgemäße Brennkraftmaschine in einem großen Kennfeldbereich nutzen zu können, bei gleichzeitiger Reduzierung der Stickoxidemissionen.task The present invention is to show a measure to a generic internal combustion engine in a big one To be able to use the map area, while reducing nitrogen oxide emissions.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.These The object is achieved by the features in the characterizing part of the claim 1 solved.

Aufgrund des vorgeschlagenen Betriebsverfahrens beginnt die Verbrennung mit einer Minimalmenge an zündfähigem Brennstoff-/Luftgemisch, wobei nach der Selbstzündung die Verbrennung von der In-Zylinder-Luftströmung von dem Injektor wegbewegt wird. Gleichzeitig wird während der laufenden Verbrennung weiterer Brennstoff in den Brennraum eingespritzt, welcher mit frisch an den Injektor herangeführtem Verbrennungsgas reagiert und die weitere Verbrennung Aufrecht erhält. Durch diese kontrollierte, kontinuierliche Verbrennung, wird der Kennfeldbereich der Brennkraftmaschine vergrößert und gleichzeitig werden die Verbrennungstemperaturen niedrig gehalten, so dass eine NOx-Bildung während der Verbrennung vermieden ist. Möglich ist dies, da der Druckanstieg im Brennraum nach der Zündung mit dem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren kontrolliert werden kann.by virtue of of the proposed method of operation combustion begins with a minimum amount of ignitable fuel / air mixture, being after auto-ignition the combustion of the in-cylinder air flow away from the injector becomes. At the same time, while the ongoing combustion injected more fuel into the combustion chamber, which reacts with freshly introduced to the injector combustion gas and the further combustion gets upright. Controlled by this, Continuous combustion, is the map range of the internal combustion engine enlarged and at the same time the combustion temperatures are kept low, allowing a NOx formation during combustion is avoided. Possible This is because the pressure increase in the combustion chamber after ignition with the operating method according to the invention can be controlled.

Eine weitere Möglichkeit, den Kennfeldbereich zu vergrößern und die Stickoxidemissionen zu reduzieren, besteht gemäß Patentanspruch 2 darin, dass der Verbrennungsluft Abgas zugemischt wird, was ebenfalls die Verbrennungstemperatur senkt.A another possibility to enlarge the map area and To reduce the nitrogen oxide emissions, according to claim 2 in that the combustion air is admixed exhaust gas, which also the combustion temperature lowers.

Die Beimischung von Abgas zur Verbrennungsluft kann gemäß Patentanspruch 3 entweder im Verbrennungslufteinlasstrakt (Sauganlage bzw. Gaswechseleinlasskanal im Zylinderkopf) und/oder im Brennraum erfolgen. Während die erste Variante externe Abgasrückführung genannt wird, handelt es sich bei der zweiten Variante um die sog. interne Abgasrückführung. Die kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass das Abgas durch ein zusätzliches Ventil im Zylinderkopf in den Brennraum eingebracht wird, oder beispielsweise auch durch eine Ventilüberschneidung zwischen dem Gaswechseleinlass- und dem Gaswechselauslassventil.The Admixture of exhaust gas to the combustion air can according to claim 3 either in the combustion air intake tract (intake or gas exchange inlet duct in the cylinder head) and / or in the combustion chamber. While the first variant called external exhaust gas recirculation is, the second variant is the so-called internal Exhaust gas recirculation. The can be done, for example, that the exhaust by an additional Valve is introduced into the cylinder head in the combustion chamber, or for example also by a valve overlap between the gas exchange inlet and gas exchange outlet valves.

Mit dem Verfahrensschritt gemäß Patentanspruch 4 wird eine kontrollierte, kontinuierliche Verbrennung erzielt.With the method step according to claim 4, a controlled, continuous combustion is achieved.

Durch den Verfahrensschritt gemäß Patentanspruch 5 wird eine gute, jedoch drehzahlabhängige Zylinderfüllung mit Verbrennungsluft erzielt.By the method step according to claim 5 is a good, but speed-dependent cylinder filling with Combustion air achieved.

Die Drehzahlabhängigkeit der Zylinderfüllung wird durch den Verfahrensschritt gemäß Patentanspruch 6 verringert. Somit ist nahezu über das gesamte Drehzahlband der Brennkraftmaschine stets eine optimale Ladung des Brennraumes gewährleistet. Durch diese Maßnahme werden besonders leistungs- und drehmomentstarke sowie gleichzeitig sparsame Brennkraftmaschinen erzielt.The Speed dependency the cylinder filling is reduced by the method step according to claim 6. Thus, almost over the entire speed range of the engine always an optimal Charge of the combustion chamber ensured. By this measure become particularly high-performance and high-torque as well as economical Internal combustion engines achieved.

In vorteilhafter Weise kann gemäß Patentanspruch 7 die Aufladung des Brennraumes mittels eines Abgasturboladers oder einer mechanischen Pumpe, wie z. B. eines Kompressors oder Roots-Gebläses oder einer Kombination beider Ladeverfahren erfolgen.In Advantageously, according to claim 7 the charging of the combustion chamber by means of an exhaust gas turbocharger or a mechanical pump, such. As a compressor or Roots blower or a combination of both charging methods.

Im Folgenden ist das erfindungsgemäße Brennverfahren anhand von vier Figuren näher erläutert.in the The following is the burning process according to the invention closer by four figures explained.

1 zeigt einen Schnitt durch einen Brennraum, wobei sich der Kolben in einer Stellung 30° vor Zünd-OT befindet; 1 shows a section through a combustion chamber, wherein the piston is in a position 30 ° before ignition TDC;

2 zeigt den gleichen Schnitt durch den Brennraum, wobei sich der Kolben in einer Stellung 25° vor Zünd-OT befindet. 2 shows the same section through the combustion chamber, with the piston is in a position 25 ° before ignition TDC.

3 zeigt den gleichen Schnitt durch den Brennraum, wobei sich der Kolben in einer Stellung 15° vor Zünd-OT befindet. 3 shows the same section through the combustion chamber, with the piston is in a position 15 ° before ignition TDC.

4 zeigt den Schnitt durch den gleichen Brennraum, wobei sich der Kolben in einer Stellung 5° vor Zünd-OT befindet. 4 shows the section through the same combustion chamber, wherein the piston is in a position 5 ° before ignition TDC.

In den 1 bis 4, gelten für gleiche Bauteile die gleichen Bezugsziffern.In the 1 to 4 , the same reference numbers apply to the same components.

In den 1 bis 4 ist jeweils ein Schnitt durch eine schematisch dargestellte Hubkolben-Brennkraftmaschine 1 dargestellt. Ein Brennraum 2 wird eingeschlossen von einem Kolben 3, der hubbeweglich in einem Zylinder 4 angeordnet ist, sowie einem Zylinderkopf 5, auf der dem Kolben gegenüberliegenden Seite. Im Zylinderkopf 5 sind ein Gaswechseleinlassventil 6 sowie ein Gaswechselauslassventil 7 angeordnet. Zwischen dem Gaswechseleinlassventil 6 und dem Gaswechselauslassventil 7 ist ein Brennstoffinjektor 8 angeordnet, mit dem Brennstoff 9 in den Brennraum 2 einbring-, bzw. einspritzbar ist.In the 1 to 4 is in each case a section through a schematically illustrated reciprocating internal combustion engine 1 shown. A combustion chamber 2 is enclosed by a piston 3 , which is movable in a cylinder 4 is arranged, and a cylinder head 5 on the side opposite the piston. In the cylinder head 5 are a gas exchange inlet valve 6 and a gas exchange outlet valve 7 arranged. Between the gas exchange inlet valve 6 and the gas exchange outlet valve 7 is a fuel injector 8th arranged with the fuel 9 in the combustion chamber 2 einbring-, or is injectable.

Unter dem Brennraum 2 wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel das hubvariable Volumen verstanden, welches von dem Kolben 3, dem Zylinder 4 und dem Zylinderkopf 5 eingeschlossen ist. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben der Hubkolben-Brennkraftmaschine 1 wird zuerst Verbrennungsluft in den Brennraum 2 eingebracht, anschließend wird die in den Brennraum 2 eingebrachte Verbrennungsluft mit dem Kolben 3 komprimiert und anschließend während der Kompression Brennstoff 9 in den Brennraum 2 eingebracht bis ein zündfähiges Brennstoff-Verbrennungsluftgemisch vorliegt. Bei noch größerer Verdichtung wird das Brennstoff-Verbrennungsluftgemisch durch Selbstzündung gezündet, wobei weiterer Brennstoff 9 in den Brennraum 2, zur Aufrechterhaltung der Verbrennung, eingespritzt wird. Die Einspritzung in den Brennraum 2 wird beendet, sobald die Hubkolben-Brennkraftmaschine 1 eine angeforderte Leistung erbringt, bzw. eine Grenztemperatur des Abgases erreicht wird. Anschließend wird das Abgas vom Kolben 3 in den Abgasauslasstrakt ausgeschoben.Under the combustion chamber 2 is understood in the present embodiment, the variable-stroke volume, which of the piston 3 , the cylinder 4 and the cylinder head 5 is included. In the inventive method for operating the reciprocating internal combustion engine 1 First, combustion air is introduced into the combustion chamber 2 then it is introduced into the combustion chamber 2 introduced combustion air with the piston 3 compressed and then fuel during compression 9 in the combustion chamber 2 introduced until an ignitable fuel combustion air mixture is present. With even greater compression, the fuel-combustion air mixture is ignited by autoignition, with more fuel 9 in the combustion chamber 2 , to maintain combustion, is injected. The injection into the combustion chamber 2 is stopped as soon as the reciprocating internal combustion engine 1 provides a requested performance, or a limit temperature of the exhaust gas is achieved. Subsequently, the exhaust gas from the piston 3 pushed out into the exhaust gas outlet tract.

In den 1 bis 4 ist jeweils eine Kolbenstellung zu einer definierten Kurbelwellenlage mit dem jeweiligen Betriebszustand der Hubkolben-Brennkraftmaschine 1 dargestellt. In 1 befindet sich der Kolben 3 30° vor Zünd-OT (30° bevor der Kolben seinen Oberen Totpunkt erreicht, in dem eine Zündung, im vorliegenden Fall eine Selbstzündung, stattfindet), wobei mit dem Injektor 8 Brennstoff 9 in den Brennraum 3 eingebracht wird.In the 1 to 4 is in each case a piston position to a defined crankshaft position with the respective operating state of the reciprocating internal combustion engine 1 shown. In 1 is the piston 3 30 ° before ignition TDC (30 ° before the piston reaches its top dead center, in which an ignition, in this case, a self-ignition, takes place), with the injector 8th fuel 9 in the combustion chamber 3 is introduced.

In 2 befindet sich der Kolben 3 25° vor Zünd-OT und es ist ersichtlich, wie sich der Brennstoff 9 bei 25° vor Zünd-OT selbst entzündet und eine Verbrennung 10 beginnt.In 2 is the piston 3 25 ° before ignition TDC and it can be seen how the fuel 9 self-ignited at 25 ° before ignition TDC and combustion 10 starts.

In 3 befindet sich der Kolben 3 15° vor Zünd-OT. Aufgrund einer Ladungsbewegung 11 im Brennraum 2 bewegt sich die Verbrennung 10 in Richtung Auslassventil 7 weiter, wobei durch weiteres Einspritzen von Brennstoff 9 in den Brennraum 2 mit dem Injektor 8 die Verbrennung 10 aufrecht erhalten wird.In 3 is the piston 3 15 ° before ignition TDC. Due to a charge movement 11 in the combustion chamber 2 the combustion moves 10 in the direction of the outlet valve 7 further, wherein by further injection of fuel 9 in the combustion chamber 2 with the injector 8th the burning 10 is maintained.

In 4 befindet sich der Kolben 3 5° vor Zünd-OT. Aufgrund der Ladungsbewegung 11 befindet sich die Verbrennung 10 zu diesem Kurbelwinkel bereits unter dem Auslassventil 7, wobei weiter Brennstoff 9 in den Brennraum 2 eingespritzt wird, bis ein Abbruchkriterium (Abgastemperatur, Leistung, etc.) erfüllt wird.In 4 is the piston 3 5 ° before ignition TDC. Due to the charge movement 11 is the burning 10 at this crank angle already under the exhaust valve 7 , where continue to fuel 9 in the combustion chamber 2 is injected until a termination criterion (exhaust gas temperature, power, etc.) is met.

Um die Hubkolben-Brennkraftmaschine 1 noch schadstoffärmer zu gestalten, kann auch eine Abgasrückführung vorgesehen sein. Die Abgasrückführung kann sowohl als interne als auch als externe Abgasrückführung ausgebildet sein, d. h. die Abgasrückführung erfolgt im. Falle der externen Abgasrückführung über den Saugtrakt bzw. im Falle der inneren Abgasrückführung durch gezielte Ventilüberschneidung von Einlass- und Auslassgaswechselventil. Auch eine Kombination beider Abgasrückführungen ist möglich.To the reciprocating internal combustion engine 1 To make even pollutant, an exhaust gas recirculation can be provided. The exhaust gas recirculation can be designed both as internal and external exhaust gas recirculation, ie the exhaust gas recirculation takes place in. Case of external exhaust gas recirculation via the intake tract or, in the case of internal exhaust gas recirculation, through targeted valve overlap of inlet and outlet gas exchange valve. A combination of both exhaust gas recirculations is possible.

Um die Stickoxidemissionen so gering wie möglich zu halten, wird die Einspritzung von Brennstoff 9 in den Brennraum 2 gestoppt, sobald eine definierte Abgastemperatur überschritten wird (Die NOx Bildung findet bei Tem peraturen > 2200°K statt). Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich vor allem dadurch aus, dass eine bereits entstandene Verbrennung 10 (Verbrennungsvolumen) aufgrund der Ladungsbewegung 11 im Brennraum 2 von dem Injektor 8 wegbewegt wird, während gleichzeitig Frischgas zum Injektor 8 hinbewegt wird, um die Verbrennung 10 aufrecht zu erhalten.To the nitrogen oxide emissions as low as It is possible to keep fuel from injecting 9 in the combustion chamber 2 stopped as soon as a defined exhaust gas temperature is exceeded (NOx formation takes place at temperatures> 2200 ° K). The method according to the invention is characterized above all by the fact that an already formed combustion 10 (Combustion volume) due to the charge movement 11 in the combustion chamber 2 from the injector 8th is moved away while simultaneously fresh gas to the injector 8th is moved to the combustion 10 to maintain.

Die Hubkolben-Brennkraftmaschine 1 kann als Saugbrennkraftmaschine ausgelegt sein, d. h. die Verbrennungsluft wird von dem sich im Zylinder 4 absenkenden Kolben 3 in den Brennraum 2 eingesaugt. In anderen Ausführungsbeispielen kann auch eine Aufladung mit frischer Verbrennungsluft vorgesehen werden. Dies kann beispielsweise mit einem Abgasturbolader oder einer mechanischen Pumpe, wie einem Kompressor oder einem Roots-Gebläse, erfolgen.The reciprocating internal combustion engine 1 can be designed as a suction internal combustion engine, ie the combustion air is of which in the cylinder 4 lowering piston 3 in the combustion chamber 2 sucked. In other embodiments, charging with fresh combustion air may also be provided. This can be done for example with an exhaust gas turbocharger or a mechanical pump, such as a compressor or a Roots blower.

Da es sich um seine selbstzündende Hubkolben-Brennkraftmaschine 1 handelt, können beispielsweise Kohlenwasserstoffe als Brennstoff 9 eingesetzt werden. Hierbei kann es sich um Diesel-Kraftstoff, Otto-Kraftstoff oder auch alternative Kraftstoffe, wie Wasserstoff und Bio-Öle handeln.Because it is his auto-ignition reciprocating internal combustion engine 1 For example, hydrocarbons can be used as fuel 9 be used. This may be diesel fuel, gasoline or alternative fuels such as hydrogen and bio-oils.

Es sei noch angemerkt, dass die in den 1 bis 4 dargestellten Einspritz- und Zündzeitpunkte bezüglich der Kolbenstellung nur exemplarisch sind. Insbesondere kann der Einspritzzeitpunkt, bzw. die Einspritzdauer über weite Bereiche variieren.It should be noted that in the 1 to 4 shown injection and ignition timing with respect to the piston position are exemplary only. In particular, the injection time, or the injection duration can vary over wide ranges.

Im Unterschied zum HCCI-Brennverfahren (Homogenes Charge Combustion Ignition) handelt es sich beim erfindungsgemäßen Brennverfahren nicht um ein homogenes Brennverfahren, sondern um ein mageres, geschichtetes Brennverfahren. Dies bedeutet dass im Brennraum 2 eine Ungleichverteilung von Brennstoff 9 vorliegt. Durch die kontinuierliche Einspritzung von Brennstoff 9 in den Brennraum 2 wird eine langsame Verbrennung erzielt, bei der keine hohen Temperaturen entstehen. Somit sind die Stickoxidemissionen nahezu Null. Durch die kontrollierte Zugabe von Brennstoff 9 wird sichergestellt, dass die NOx-Bildungstemperaturen (>2200 K) auch bei höheren Lasten der Brennkraftmaschine nicht überschritten werden und der Druckanstieg im Brennraum 2 kontrollierbar bleibt. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ergeben sich folgende Vorteile:

  • – Auflösung des Zielkonfliktes Verbrauch vs. NOx und damit Erfüllung zukünftiger Emissionsvorschriften ohne Verbrauchseinbußen;
  • – Weltweit einsetzbares Mager-Brennverfahren;
  • – Reduzierter Aufwand und Kosten für die Abgasnachbehandlung.
In contrast to the HCCI combustion process (homogeneous charge combustion ignition), the combustion process according to the invention is not a homogeneous combustion process but a lean, stratified combustion process. This means that in the combustion chamber 2 an unequal distribution of fuel 9 is present. Through the continuous injection of fuel 9 in the combustion chamber 2 Slow combustion is achieved without high temperatures. Thus, the nitrogen oxide emissions are almost zero. Through the controlled addition of fuel 9 ensures that the NOx formation temperatures (> 2200 K) are not exceeded even at higher loads of the internal combustion engine and the pressure increase in the combustion chamber 2 remains controllable. The method according to the invention affords the following advantages:
  • - Resolution of the conflict of objectives consumption vs. NO x and thus fulfillment of future emission regulations without loss of consumption;
  • - Worldwide usable lean combustion process;
  • - Reduced effort and costs for the exhaust aftertreatment.

11
Hubkolben-BrennkraftmaschineReciprocating internal combustion engine
22
Brennraumcombustion chamber
33
Kolbenpiston
44
Zylindercylinder
55
Zylinderkopfcylinder head
66
GaswechseleinlassventilGas exchange inlet valve
77
GaswechselauslassventilGaswechselauslassventil
88th
Injektorinjector
99
Brennstofffuel
1010
Verbrennungcombustion
1111
Ladungsbewegungcharge movement

Claims (7)

Verfahren zum Betreiben einer Hubkolben-Brennkraftmaschine (1) mit einer Brennstoffeinspritzung mittels eines Injektors (8) direkt in einen Brennraum (2) der Hubkolben-Brennkraftmaschine (1 ), in dem ein Kolben (3) periodisch eine, durch einen Verbrennungslufteinlasstrakt in den Brennraum (2) eingebrachte, im Brennraum (2) mit Brennstoff (9) vermischte Verbrennungsluft durch Kompression zündet und anschließend Abgase in einen Abgasauslasstrakt ausschiebt, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: – Einbringen von Verbrennungsluft in den Brennraum (2); – Komprimieren der in den Brennraum (2) eingebrachten Verbrennungsluft mit dem Kolben (3); – Einspritzen von Brennstoff (9) in den Brennraum (2) während der Kompression bis ein zündfähiges Brennstoff-/Verbrennungsluftgemisch vorliegt; – Starten einer Verbrennung durch Selbstzündung des Brennstoff-/Verbrennungsluftgemisches; – Weiteres Einspritzen von Brennstoff (9) in den Brennraum (2) zur Aufrechterhaltung der Verbrennung; – Stoppen der Einspritzung von Brennstoff (9) in den Brennraum (2), wenn die Hubkolben-Brennkraftmaschine (1) eine angeforderte Leistung erbringt; – Ausschieben von Abgas in den Abgasauslasstrakt.Method for operating a reciprocating internal combustion engine ( 1 ) with a fuel injection by means of an injector ( 8th ) directly into a combustion chamber ( 2 ) of the reciprocating internal combustion engine ( 1 ), in which a piston ( 3 ) periodically, through a combustion air intake tract into the combustion chamber ( 2 ), in the combustion chamber ( 2 ) with fuel ( 9 ) mixed combustion air ignites by compression and then expels exhaust gases in a Abgasauslasstrakt, characterized by the following process steps: - introducing combustion air into the combustion chamber ( 2 ); - Compressing into the combustion chamber ( 2 ) introduced combustion air with the piston ( 3 ); - injection of fuel ( 9 ) in the combustion chamber ( 2 ) during compression until an ignitable fuel / combustion air mixture is present; - Starting combustion by auto-ignition of the fuel / combustion air mixture; - further injection of fuel ( 9 ) in the combustion chamber ( 2 ) to maintain combustion; - stopping the injection of fuel ( 9 ) in the combustion chamber ( 2 ), when the reciprocating internal combustion engine ( 1 ) performs a requested service; - pushing exhaust gas into the exhaust gas outlet tract. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsluft Abgas zugemischt wird.Method according to claim 1, characterized that the combustion air is mixed with exhaust gas. Verfahren nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zumischung von Abgas im Verbrennungslufteinlasstrakt und/oder im Brennraum (2) erfolgt.Method according to claim 2, characterized in that the admixture of exhaust gas in the combustion air inlet tract and / or in the combustion chamber ( 2 ) he follows. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass während der Kompression verbranntes Brennstoff-/Verbrennungsluftgemisch durch eine Ladungsbewegung im Brennraum (2) vom Injektor (8) weg und frische Verbrennungsluft zum Injektor (8) hin bewegt.Method according to one of the claims 1 to 3, characterized in that burnt fuel / combustion air mixture during the compression by a charge movement in the combustion chamber ( 2 ) from the injector ( 8th ) away and fresh burns air to the injector ( 8th ) moves. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungsluft vom Kolben (3) in den Brennraum (2) eingesaugt wird.Method according to one of the claims 1 to 4, characterized in that the combustion air from the piston ( 3 ) in the combustion chamber ( 2 ) is sucked. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungsluft in den Brennraum (2) gepumpt wird.Method according to one of the claims 1 to 4, characterized in that the combustion air into the combustion chamber ( 2 ) is pumped. Verfahren nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet dass Verbrennungsluft von einem Abgasturbolader oder einer mechanischen Pumpe in den Brennraum (2) gepumpt wird.Method according to claim 6, characterized in that combustion air from an exhaust gas turbocharger or a mechanical pump into the combustion chamber ( 2 ) is pumped.
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