DE102013200630A1 - Method for operating engine system with internal combustion engine for motor car, involves introducing compressed air from compressed air source to end of exhaust stroke and prior to beginning of combustion cycle - Google Patents
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Abstract
Description
Technisches GebietTechnical area
Die vorliegende Erfindung betrifft Verbrennungsmotoren, insbesondere Verbrennungsmotoren mit Luftzuführung aus einem Druckbehälter.The present invention relates to internal combustion engines, in particular internal combustion engines with air supply from a pressure vessel.
Stand der TechnikState of the art
Herkömmliche Verbrennungsmotoren werden üblicherweise im Viertaktbetrieb betrieben, wobei zwei der Arbeitstakte das Einsaugen von Frischluft in den Brennraum und das Verdichten der eingesaugten Frischluft betreffen, um die Frischluft im Zylinder unter einem gewünschten Druck und in einer gewünschten Menge bereitzustellen. Conventional internal combustion engines are typically operated in four-stroke operation, with two of the power strokes relating to the intake of fresh air into the combustion chamber and the compression of the intake fresh air to provide the fresh air in the cylinder at a desired pressure and in a desired amount.
Weiterhin sind Zweitakt-Verbrennungsmotoren bekannt, die im Vergleich zu Viertakt-Verbrennungsmotoren einige Vorteile aufweisen. Beispielsweise ist das Hubraum-/Leistungs-Verhältnis bei Zweitakt-Verbrennungsmotoren erheblich höher, wodurch diese sowohl mit geringerem Gewicht als auch geringerem Kostenaufwand hergestellt werden können.Furthermore, two-stroke internal combustion engines are known, which have some advantages compared to four-stroke internal combustion engines. For example, the displacement / power ratio is significantly higher in two-stroke internal combustion engines, which makes them both lighter in weight and lower in cost.
Jedoch weisen Zweitakt-Verbrennungsmotoren auch erhebliche Nachteile auf, da deren Emissionswerte sehr schlecht sind, insbesondere weil die Luftmenge im Zylinder schlecht gesteuert werden kann, Spülverluste auftreten und Öl in der Frischluft vorhanden ist.However, two-stroke internal combustion engines also have significant drawbacks because their emission levels are very poor, especially because the amount of air in the cylinder can be poorly controlled, flushing losses occur and oil is present in the fresh air.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Erfindungsgemäß sind ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors mit einer Luftzuführung aus einem Druckbehälter gemäß Anspruch 1 sowie die Vorrichtung, das Motorsystem und das Computerprogrammprodukt gemäß den nebengeordneten Ansprüchen vorgesehen.According to the invention a method for operating an internal combustion engine with an air supply from a pressure vessel according to claim 1 and the device, the motor system and the computer program product according to the independent claims are provided.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Further advantageous embodiments of the present invention are specified in the dependent claims.
Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Verfahren zum Betreiben eines Motorsystems mit einem Verbrennungsmotor mit einer Druckluftquelle vorgesehen, wobei der Verbrennungsmotor in einem Zweittaktbetrieb mit unmittelbar aufeinander folgenden Verbrennungs- und Ausstoßtakten betrieben wird, indem in dem Verbrennungstakt ein Kraftstoff-/Luftgemisch in einem Brennraum eines Zylinders des Verbrennungsmotors gezündet wird und in dem Ausstoßtakt Verbrennungsabgase durch eine Verdichtungsbewegung eines Kolbens im Zylinder aus dem Brennraum ausgestoßen werden, wobei zum Ende des Ausstoßtakts und vor Beginn des Verbrennungstakts Druckluft aus einer Druckluftquelle eingelassen wird. According to a first aspect, there is provided a method of operating an engine system having an internal combustion engine with a source of pressurized air, wherein the internal combustion engine is operated in a two-stroke mode with immediately consecutive combustion and exhaust strokes, by injecting in the combustion stroke an air / fuel mixture in a combustion chamber of a cylinder the internal combustion engine is ignited and in the exhaust stroke combustion exhaust gases are ejected by a compression movement of a piston in the cylinder from the combustion chamber, wherein at the end of the exhaust stroke and before the beginning of the combustion cycle compressed air from a compressed air source is admitted.
Eine Idee des obigen Betriebsverfahrens besteht darin, eine Druckluftquelle zur Bereitstellung von Druckluft, wie z. B. einen Druckbehälter, zu verwenden, um die für den Verbrennungsvorgang von Kraftstoff in den Zylindern des Verbrennungsmotors benötigte Frischluft unter einem Druck bereitzustellen. Es ist ein Betriebsverfahren vorgesehen, bei dem, sofern durch die Druckluftquelle ein ausreichender Luftdruck bereitgestellt wird, auf die Ansaug- und Verdichtungstakte des Viertaktbetriebs verzichtet wird und die Zylinder stattdessen in einem Zweitaktbetrieb betrieben werden. Anstelle des herkömmlichen Ansaugtakts wird unmittelbar nach dem Ausstoßtakt von Verbrennungsabgas unter Druck stehende Frischluft in den Zylinder eingeleitet und anschließend Kraftstoff eingespritzt, so dass unmittelbar nach dem Ausstoßtakt ein Verbrennungstakt folgen kann. Auf diese Weise kann der Verbrennungsmotor in einem Zweitaktbetrieb betrieben werden. One idea of the above method of operation is to provide a compressed air source for providing compressed air, such. As a pressure vessel to use to provide the required for the combustion process of fuel in the cylinders of the engine fresh air under pressure. There is provided an operating method in which, if provided by the compressed air source, a sufficient air pressure, the intake and compression strokes of the four-stroke operation is dispensed with and the cylinders are instead operated in a two-stroke operation. Instead of the conventional intake stroke, immediately after the exhaust stroke of combustion exhaust gas, pressurized fresh air is introduced into the cylinder, and then fuel is injected, so that immediately after the exhaust stroke, a combustion stroke may follow. In this way, the internal combustion engine can be operated in a two-stroke operation.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der Verbrennungsmotor nur dann im Zweitaktbetrieb betrieben wird, wenn die Druckluftquelle Druckluft unter einem Druck bereitstellt, der höher ist als ein vorgegebener Druckschwellenwert. Furthermore, it can be provided that the internal combustion engine is only operated in two-stroke operation when the compressed air source provides compressed air at a pressure which is higher than a predefined pressure threshold value.
Insbesondere kann der Verbrennungsmotor in einem Viertaktbetrieb mit einem Ansaugtakt zum Ansaugen von Frischluft und einem Kompressionstakt zum Verdichten der angesaugten Frischluft betrieben werden, wenn die Druckluftquelle Druckluft unter einem Druck bereitstellt, der geringer ist als der vorgegebene Druckschwellenwert. Sinkt mit anderen Worten der durch die Druckluftquelle bereitgestellte Luftdruck unter den vorgegebenen Druckschwellenwert, so kann der Betrieb des Verbrennungsmotors wieder auf einen Viertaktbetrieb umgestellt werden, so dass das Einströmen der Luft in die Zylinder durch einen Ansaugtakt unterstützt und der notwendige Druck durch den Kompressionstakt bereitgestellt wird.In particular, the internal combustion engine may be operated in a four-stroke operation with an intake stroke for drawing in fresh air and a compression stroke for compressing the intake fresh air when the compressed air source provides compressed air at a pressure less than the predetermined pressure threshold. If, in other words, the air pressure provided by the compressed air source drops below the predetermined pressure threshold value, the operation of the internal combustion engine can be switched back to a four-stroke operation so that the inflow of air into the cylinders is assisted by an intake stroke and the necessary pressure is provided by the compression stroke ,
Gemäß einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der Wechsel zwischen dem Zweitaktbetreib und dem Viertaktbetrieb nur nach dem Ausstoßtakt durchgeführt wird. According to one embodiment, it can be provided that the changeover between the two-stroke operation and the four-stroke operation is performed only after the exhaust stroke.
Weiterhin kann während des Ausstoßtakts ein Luftventil des Zylinders geöffnet werden, wobei das Einlassen von Druckluft in den Zylinder beginnt, bevor das Auslassventil geschlossen wird.Further, during the exhaust stroke, an air valve of the cylinder may be opened, with the introduction of pressurized air into the cylinder beginning before the exhaust valve is closed.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Vorrichtung zum Betreiben eines Motorsystems mit einem Verbrennungsmotor mit einer Druckluftquelle vorgesehen. Die Vorrichtung ist ausgebildet, um den Verbrennungsmotor in einem Zweittaktbetrieb mit unmittelbar aufeinander folgenden Verbrennungs- und Ausstoßtakten zu betreiben, indem in dem Verbrennungstakt ein Kraftstoff-/Luftgemisch in einem Brennraum eines Zylinders des Verbrennungsmotors gezündet wird und in dem Ausstoßtakt Verbrennungsabgase durch eine Verdichtungsbewegung eines Kolbens im Zylinder aus dem Brennraum ausgestoßen werden, und um zum Ende des Ausstoßtakts und vor Beginn des Verbrennungstakts Druckluft aus einer Druckluftquelle einzulassen. According to a further aspect, an apparatus for operating an engine system with an internal combustion engine with a compressed air source is provided. The apparatus is adapted to operate the internal combustion engine in a two-stroke operation To operate immediately successive combustion and exhaust cycles by in the combustion stroke, a fuel / air mixture is ignited in a combustion chamber of a cylinder of the internal combustion engine and in the exhaust stroke combustion exhaust gases are ejected by a compression movement of a piston in the cylinder from the combustion chamber, and to the end of the exhaust stroke and before commencing the combustion stroke, to introduce compressed air from a compressed air source.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Motorsystem mit einem Verbrennungsmotor vorgesehen, umfassend:
- – mindestens einen Zylinder mit einem Brennraum zum Durchführen einer Verbrennung eines Kraftstoff-/Luftgemischs;
- – eine Druckluftquelle zum Bereitstellen von komprimierter Frischluft;
- – jeweils mindestens ein Luftventil pro Zylinder zum Einlassen von komprimierter Frischluft aus dem Druckbehälter in den Brennraum des Zylinders; und
- – die obige Vorrichtung.
- - At least one cylinder with a combustion chamber for carrying out combustion of a fuel / air mixture;
- - A compressed air source for providing compressed fresh air;
- - Each at least one air valve per cylinder for admitting compressed fresh air from the pressure vessel into the combustion chamber of the cylinder; and
- - The above device.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Computerprogramm vorgesehen, welches dazu eingerichtet ist, alle Schritte des obigen Verfahrens auszuführen.According to a further aspect, a computer program is provided which is adapted to carry out all the steps of the above method.
Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Preferred embodiments of the present invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. Show it:
Beschreibung von AusführungsformenDescription of embodiments
An einem dem Kolben
Weiterhin ist ein Kraftstoffeinspritzventil
Über ein Luftventil
Aufgrund des Druckunterschieds zwischen dem Druckbehälter
Die Ansteuerung des Luftventils
Die Abmessung der Menge an in den Brennraum zu injizierender Frischluft kann durch Vorgeben von Öffnungszeiten für die Luftventile
Die Beladung des Druckbehälters
Um die durch die Kompression der Frischluft in dem Druckbehälter
Je nach Größe des Druckbehälters
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Kompressor
Der Stirlingmotor
Durch die dem Verbrennungsabgas entnommene Wärme dehnt sich das in dem ersten Luftzylinder
Da die Betriebsdrehzahlen eines Stirlingmotors
Die von dem ersten Luftzylinder
Bezüglich des Betriebs des Stirlingmotors
Die Nutzung der Temperatur des Verbrennungsabgases führt zu keinem erhöhten Abgasgegendruck und bewirkt somit keinen Wirkungsgradverlust beim Betrieb des Verbrennungsmotors
Sollte die Kompressionsleistung, die von dem Stirlingmotor
Der Druckbehälter
Alternativ oder zusätzlich zu dem Stirlingmotor
Der erste Luftzylinder
Zwischen dem Druckbehälter
Der Kompressor
Die so verdichtete Luft wird höher verdichtet, als es für den Zieldruck des Druckbehälters
Der Betrieb des vorstehend beschriebenen Motorsystems
In Schritt S1 wird zunächst abgefragt, welcher Druck in dem Druckbehälter
In Schritt S2 wird der Verbrennungsmotor
Das Einsetzen des Zweitaktbetriebs erfolgt vorzugsweise nach einem Ausstoßtakt in einem vorangehenden Viertaktbetrieb, in dem bei geöffnetem Auslassventil
Der Einströmzeitpunkt für die Druckluft kann variieren und es kann ein Scavenging-Effekt genutzt werden, wenn das Einströmen der Druckluft erfolgt, noch während das betreffende Auslassventil
Nach dem Umschalten in den Zweitaktbetrieb kann in Schritt S3 der Druck in dem Druckbehälter
Wird festgestellt, dass der Druck in dem Druckbehälter
Nach dem Ansaugtakt wird das entsprechende Luftventil
Nach dem Umschalten in den Viertaktbetrieb kann in Schritt S5 der Druck in dem Druckbehälter
In einer weiteren Ausführungsform können anstelle eines Luftventils
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