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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bertreiben einer mit sowohl fremd- als auch selbstzündbarem Kraftstoff, insbesondere Benzin, betriebenen Brennkraftmaschine, wobei dem Motorbetriebsbereich ein Selbstzündungsbereich bei Teillast, in welchem ein im wesentlichen homogenes Kraftstoff-Luftgemisch im Brennraum erzeugt und die Verbrennung durch Selbstzündung des KraftstoffLuftgemisches eingeleitet wird, und ein erster Fremdzündungsbereich bei höherer Motorlast und/oder bei Vollast zugeordnet wird, in welchem die Verbrennung durch Fremdzündung des Kraftstoff-Luftgemisches eingeleitet wird, sowie eine Brennkraftmaschine zur Durchführung des Verfahrens.
Als fremd- als auch selbstzündbare Kraftstoffe sind hier Benzin und benzin- ähnliche Kraftstoffe wie Gase, aus Erdgas hergestellte flüssige Kohlenwasserstoffe, Alkohole und auch andere Gemische von Kohlenwasserstoffen zu verstehen.
Aus der Veröffentlichung ichung"Homogeneous Charge Compression Ignition (HCCI) of Diesel Fuel", Allen W. Gray et al., SAE 971676, ist es bekannt, dass bei der Verbrennung eines durch Selbstzündung entflammten mageren Kraftstoff-Luftgemisches wegen der homogenen Konzentrations- und Temperaturverteilung äusserst niedrige Emissionswerte für NOx und Russ erzielt werden. Weiters ist bekannt, dass Dieselkraftstoff bei diesem Verbrennungsverfahren Schwierigkeiten bereitet, da der Zeitpunkt der Entflammung wegen seiner hohen Zündwilligkeit nur bei niedrigem Verdichtungsverhältnis und niedrigem effektivem Mitteldruck in erwünschter Weise kurz vor dem oberen Todpunkt fixiert werden kann.
Als weitere kraftstoffspezifische Schwierigkeit ist die für die Verdampfung und damit für die Homogenisierung der Zylinderladung hinderliche Lage des Siedebereichs zwischen etwa 1700C bis 360 C anzusehen, die zu hohen Emissionen unverbrannter Kohlenwasserstoffe führt und die Gefahr der Anreicherung von Dieselkraftstoff im Schmieröl mit sich bringt.
Benzin hat für das HCCI-Verfahren wegen seiner sehr niedrigen Selbstzündungswilligkeit und des niedriger liegenden Siedebereiches zwischen etwa 300C und 1900C grosse Vorteile. Allerdings ist auch hier der erreichbare effektive Mitteldruck in nachteiliger Weise auf den Teillastbereich beschränkt, wie aus der Ver- öffentlichung "An Experimental Study on Premixed-Charge Compression Ignition Gasoline Engine", Taro Aoyama et al., SAE 960081, hervorgeht.
Weiters ist aus der DE 36 32 579 C2 eine fremdgezündete, luftverdichtende, mit dieselmotorähnlich hohem Verdichtungsverhältnis arbeitende Brennkraftmaschine bekannt, bei der zur Sicherstellung der Entflammung des Luft-
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Kraftstoffgemisches eine Ladungsschichtung erzeugt wird. Dieses SchichtladeBrennverfahren kann auch als SCSI-Verfahren (Stratified Charge Spark Ignition) bezeichnet werden. Mit dem Schichtladeprinzip wird erreicht, dass die Gemischzusammensetzung im Bereich der Zündquelle während des Funkenüberschlages lange genug innerhalb der Zündgrenzen liegt, um eine für das Weiterbrennen der Zylinderladung ausreichend grosse Flamme zu erzeugen.
Ein derartiges Schicht- lade-Brennverfahren mit Fremdzündung ist allerdings im Teillastbereich nicht so emissionsgünstig wie das HCCI-Verfahren, kann aber mit sehr viel höheren Mitteldrücken betrieben werden und ist bezüglich der Russemission besser als der Dieselmotor.
Die AT 003 135 U1 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben einer mit sowohl fremd- als auch selbstzündbarem Kraftstoff insbesondere Benzin, betriebenen Brennkraftmaschine, bei der Kraftstoff direkt in den Brennraum eingespritzt wird.
Im Teillastbereich wird die Brennkraftmaschine nach dem HCCI-Verfahren und im Vollastbereich nach dem SCSI-Verfahren betrieben. Dadurch können die Vorteile des HCCI-Verfahrens mit denen des SCSI-Verfahrens vereinigt werden, um die Abgasqualität bei gleichzeitig hohem Wirkungsgrad zu verbessern. Nachteilig ist, dass aufgrund von Partikel-und NOx-Emissionen bei höheren Lasten eine komplexe Abgasnachbehandlung notwendig ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, die genannten Nachteile zu vermeiden und bei einer Brennkraftmaschine für fremd-und sebstzündbarem Kraftstoff mit direkter Kraftstoffeinspritzung die Abgasqualität bei gleichzeitig hohem Wirkungsgrad zu verbessern.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass im ersten Fremdzündungsbereich ein im wesentlichen homogenes Kraftstoff-Luftgemisch im Brennraum erzeugt wird. Somit wird bei höherer Teillast und bei Vollast ein homogenes Kraftstoff-Luftgemisch mit einer Luftzahl 1 fremdgezündet. Diese Betriebsart wird im folgenden als HCSI-Betrieb bezeichnet (. Homogenous Charge Spark Ignition). Dadurch ergibt sich der Vorteil einer hohen Leistungsausbeute, insbesondere bei Volllast. Mittels eines Dreiweg-Katalysator ist eine einfache konventionelle Abgasnachbehandlung möglich.
Der Nachteil eines schlechten effektiven Teillastwirkungsgrades wird dadurch verhindert, dass bei Teillast auf den HCCI-Betrieb im Selbstzündungsbereich umgeschaltet wird, bei welchem die Verbrennung des homogenen Kraftstoff-Luftgemisches durch Selbstzündung eingeleitet wird. Im
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mittels eines einfachen Oxidationskatalysators notwendig ist.
Insbesondere bei Start und Warmiauf kann der HCSI-Betrieb im gesamtem Kennfeld des Motorbetriebs erfolgen.
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Um eine gute Homogenisierung des Kraftstoff-Luftgemisches zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn der Kraftstoff im Selbstzündungsbereich und/oder im ersten Fremdzündungsbereich während der Saugphase, vorzugsweise etwa 3000 Kurbelwinkel vor dem oberen Totpunkt der Zündung, eingespritzt wird. Im HCSIBetrieb erfolgt die Zündung des weitgehend homogenen Gemisches kurz vor oder nach dem oberen Totpunkt der Zündung.
Um im HCCI-Betrieb eine sichere Selbstzündung zu ermöglichen, kann vorgesehen sein, dass ein kleiner Teil der Kraftstoffmenge kurz vor dem oberen Totpunkt der Zündung, vorzugsweise etwa 120 bis 0 , besonders vorzugsweise 90 bis 20 Kurbelwinkel vor dem oberen Totpunkt der Zündung, eingespritzt wird, wodurch eine geringfügige Gemischinhomogenität entsteht.
Insbesondere im Teillastbereich lässt sich im HCSI-Betrieb durch Ladungsverdünnung mit Restgas eine Entdrosselung und Verbrauchsverbesserung erreichen.
Zur Steuerung des HCCI-Betriebes ist ebenfalls vorgesehen, dass im Selbstzündungsbereich eine Ladungsverdünnung, vorzugsweise durch rückgeführtes Abgas, durchgeführt wird.
Beste Verbräuche und Stabilität bei niedrigen Lasten und Leerlauf lässt sich erreichen, wenn dem Motorbetriebsbereich ein zweiter Fremdzündungsbereich beiim Vergleich zum Selbstzündungsbereich - niedrigerer Motorlast und/oder bei Leerlauf zugeordnet wird, in welchem eine Schichtiadung im Brennraum erzeugt und die Verbrennung nach dem SCSI-Verfahren durch Fremdzündung dieses Kraftstoff- Luftgemisches eingeleitet wird. Dabei ist vorgesehen, dass die Einspritzung des Kraftstoffes während der Kompressionsphase, vorzugsweise in einem Bereich zwischen etwa 1200 bis 00, besonders vorzugsweise zwischen etwa 900 bis 20 vor dem oberen Totpunkt der Zündung eingespritzt wird. Die entstehenden geringen Massenemissionen an NOx bei niedrigen Lasten sind nicht weiter relevant für die Gesamtemissionen.
Eine NOx-Reduktion lässt sich erreichen, wenn im zweiten Fremdzündungsbereich eine Ladungsverdünnung, vorzugsweise durch rückgeführtes Abgas, durchgeführt wird.
Zur Durchführung des Verfahrens eignet sich eine direkteinspritzende OttoBrennkraftmaschine mit oder ohne Aufladung mit einer zentralen Zündeinrichtung und einer seitlich versetzt in unmittelbarer Nähe der Zündeinrichtung angeordneten Einspritzeinrichtung zur Realisierung einer strahigeführten Ladungsschichtung wie sie etwa aus der österreichischen Gebrauchsmusteranmeldung GM 6 119/2000 der Anmelderin bekannt ist.
Bei einem an sich bekannten strahigeführten Brennverfahren wird der Einspritzstrahl nicht - wie bei wandgeführten Brennverfahren - auf die Brennraumwand oder dem Kolbenboden gerichtet, sondern es wird eine weitgehende Zerstäubung des Einspritzstrahles
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im Bereich der Zündeinrichtung angestrebt. Strahigeführte Brennverfahren haben gegenüber wandgeführten Brennverfahren den Vorteil, dass sich eine extreme Schichtungsfähigkeit realisieren lässt, was sich unmittelbar günstig auf den Kraftstoffverbrauch niederschlägt. Zudem kann eine hohe Schichtungsstabilität erreicht werden.
Zur Durchführung des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Verdichtungsverhältnis zwischen 10 und 14, vorzugsweise zwischen 11 und 13 beträgt, wobei eine Einrichtung zur Veränderung des effektiven Verdichtungsverhältnisses vorgesehen ist, wobei besonders vorzugsweise die Einrichtung zur Veränderung des effektiven Verdichtungsverhältnisses durch eine variable Ventilsteuerungseinrichtung gebildet ist, mit welcher der Schliesszeitpunkt zumindest eines Einlassventiles veränderbar ist. Besonders günstig ist es, wenn mehrere Einlassventile pro Zylinder vorgesehen sind, deren Steuerzeiten sich variabel steuern lassen.
Um Verbrauch und Abgasqualität günstig zu beeinflussen, ist im Rahmen der Erfindung weiters eine Einrichtung zur Ladungsverdünnung vorgesehen, wobei vorzugsweise die Einrichtung zur Ladungsverdünnung durch eine interne-oder externe Abgasrückführung gebildet ist. Die interne Abgasrückführung kann dabei durch variable Auslasssteuerung erfolgen.
Die Erfindung wir im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.
Es zeigen Fig. 1 ein Motorbetriebsdiagramm, in welchem das Motordrehmoment M über der Motordrehzahl n aufgetragen ist, und Fig. 2 eine Brennkraftmaschine zur Durchführung des Verfahrens in einem Schnitt in einer die Zylinderachse beinhaltenden Motorquerebene.
Im in Fig. 1 dargestelltem Kennfeld ist die Motorlast beziehungsweise das Motordrehmoment M über der Motordrehzahl n aufgetragen. Dem Kennfeld sind die Bereiche HCCI, HCSI und SCSI eingezeichnet. Im Selbstzündungsbereich HCCI, welcher der niedrigen bis mittleren Teillast zugeordnet ist, wird ein homogenes Kraftstoff- Luftgemisch im Brennraum erzeugt und die Verbrennung durch Selbstzündung in Folge von Kompression beziehungsweise chemischer Reaktion im Bereich des oberen Totpunktes der Zündung eingeleitet. Die Steuerung des Zündungszeitpunktes erfolgt durch relativ starke Ladungsverdünnung und - Aufheizung durch heisses Restgas. Das transiente Verhalten im HCCI-Betrieb kann durch Doppeleinspritzung verbessert werden.
Um eine sichere Selbstzündung zu ermöglichen, kann bewusst eine geringfügige Gemischinhomogenität durch zusätzliche Einspritzung eines kleinen Teiles der Kraftstoffmenge kurz vor dem oberen Totpunkt der Zündung, beispielsweise 1200 bis 00, vorzugsweise 900 bis 200 vor dem oberen Totpunkt der Zündung, eingespritzt werden.
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Im ersten Fremdzündungsbereich HCSI wird im Brennraum ein homogenes Kraftstoff-Luftgemisch erzeugt und die Verbrennung des stöchiometrischen oder unterstöchiometrischen Kraftstoff-Luftgemisches durch einen Zündfunken kurz vor oder nach dem oberen Totpunkt der Zündung eingeleitet. Der HCSI-Betrieb eignet sich im warmen Zustand für hohe Teillast und für Vollast. Während des Startbetriebes und des Warmlaufbetriebes kann das HCSI-Verfahren im gesamten Kennfeld durchgeführt werden.
Im durch die strichlierte Linie a in Fig. 1 angedeuteten Grenzbereich AGR zum Selbstzündungsbereich HCCI kann im ersten Fremdzündungsbereich HCSI im Bereich der Teillast eine Ladungsverdünnung durch Restgas mittels Abgasrückführung durchgeführt werden, wodurch eine Entdrosselung und weitere Verbrauchsverbesserung möglich ist.
Um eine gute Homogenisierung im ersten Fremdzündungsbereich HCSI und im Selbstzündungsbereich HCCI zu erreichen erfolgt die Einspritzung in den Zylinder während der Saugphase, beispielsweise etwa 3000 Kurbelwinkel vor dem oberen Totpunkt der Zündung.
Besonders niedrige Verbräuche und eine hohe Verbrennungsqualität lässt sich erreichen, indem die Brennkraftmaschine bei niedrigen Lasten und bei Leerlauf nach dem SCSI-Verfahren betrieben wird. In dem Fig. 1 eingetragenen zweiten Selbstzündungsbereich SCSI wird mittels strahigeführtem Schichtverfahren eine geschichtete Ladung im Brennraum mit buzz erzeugt, wobei die Einspritzung in den Zylinder während der Kompressionsphase erfolgt. Alternativ kann im SCSIBetrieb eine Ladungsverdünnung mit Restgas durchgeführt werden, wodurch sich die Emissionen an NOx verringern lassen.
Das Verfahren lässt sich mit der schematisch in Fig. 2 dargestellten Brennkraftmaschine durchführen. Die Brennkraftmaschine weist ein Zylindergehäuse 1 mit zumindest einem in einem Zylinder 2 hin-und hergehenden Kolben 3 auf. Die Zylinderachse ist mit la bezeichnet. In einem am Zylindergehäuse 1 befestigten Zylinderkopf 4 ist eine Zündeinrichtung 5 und eine Einspritzeinrichtung 6 angeordnet. Zwischen der Achse 5a der Zündeinrichtung 5 und der Strahlachse 6a der Einspritzeinrichtung 6 wird ein Winkel a von etwa 10 bis 650 aufgespannt. Die Strahlachse 6a der Einspritzeinrichtung 6 schliesst mit der Zylinderkopfdichtebene 7 einen Winkel y von etwa 350 bis 80 ein.
Die Einspritzeinrichtung 6 ist auf der Einlassseite E im Zylinderkopf 4 angeordnet. Die Auslassseite ist mit A bezeichnet. Der Abstand Z zwischen der Mündung 6b der Einspritzeinrichtung 6 und dem Zündort Sb beträgt vorteilhafterweise etwa 0, 1 bis 0, 24 mal dem Kolbendurchmesser D. Diese Anordnung ermöglicht ein strahigeführtes Brennverfahren mit einer besonders hohen Schich-
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tungsfähigkeit und einer besonders hohen Standzeit der Einspritzeinrichtung 6.
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Mittels der Einspritzeinrichtung 6 wird der Kraftstoff in den Brennraum 12 eingespritzt. Während des HCSI-Betriebes und des HCCI-Betriebes erfolgt die Einspritzung während der Saugphase, so dass sich im Brennraum 12 ein homogenes Kraftstoff-Luftgemisch ausbilden kann. Im SCSI-Betrieb wird der Kraftstoff während der Kompressionsphase eingespritzt.
Durch die unmittelbare Nähe der Mündung 6b der Einspritzeinrichtung 6 zum Zündort 5b der Zündeinrichtung 5 erreicht die Gemischwolke in kürzester Zeit den Zündort 5b.
Im hochdynamischen Betrieb können Betriebspunkte des Bereiches HCCI im Kennfeld vereinzelt auch im HCSI-Betrieb beziehungsweise im SCSI-Betrieb angefahren beziehungsweise durchfahren werden, wie in Fig. 1 durch die strichpunktierte Linie b angedeutet ist. Durch das Durchführen des Bereiches HCCI ohne Umschalten auf den HCCI-Betrieb wird ein Umschaltvorgang eingespart.
Das Gesamtsystem garantiert besten Kraftstoffverbrauch, speziell im Bereich der Teillast bei niedrigsten Emissionen ohne komplexe Abgasnachbehandlung, sowie nur geringe Emissionsverschlechterung über die Fahrzeuglebensdauer aufgrund niedrigster Rohemissionen.
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The invention relates to a method for operating an internal combustion engine operated with both externally and auto-ignitable fuel, in particular gasoline, the engine operating area being a auto-ignition area at partial load, in which an essentially homogeneous fuel-air mixture is generated in the combustion chamber, and the combustion by auto-ignition of the fuel-air mixture is initiated, and a first spark ignition range is assigned at higher engine load and / or at full load, in which the combustion is initiated by spark ignition of the fuel-air mixture, and an internal combustion engine for carrying out the method.
Gasoline and gasoline-like fuels such as gases, liquid hydrocarbons made from natural gas, alcohols and also other mixtures of hydrocarbons are to be understood as foreign and self-igniting fuels.
From the publication "Homogeneous Charge Compression Ignition (HCCI) of Diesel Fuel", Allen W. Gray et al., SAE 971676, it is known that during the combustion of a lean fuel / air mixture ignited by auto-ignition because of the homogeneous concentration and Temperature distribution extremely low emission values for NOx and soot can be achieved. Furthermore, it is known that diesel fuel causes difficulties in this combustion process, since the point in time of the ignition, because of its high ignitability, can only be fixed in a desired manner shortly before the top dead center if the compression ratio and the effective mean pressure are low.
A further fuel-specific difficulty is the position of the boiling range between approx. 1700C and 360C, which hinders the evaporation and thus the homogenization of the cylinder charge, which leads to high emissions of unburned hydrocarbons and the risk of diesel fuel accumulating in the lubricating oil.
Gasoline has great advantages for the HCCI process because of its very low auto-ignition and the lower boiling range between about 300C and 1900C. However, here too the effective mean pressure that can be achieved is disadvantageously limited to the partial load range, as can be seen from the publication "An Experimental Study on Premixed-Charge Compression Ignition Gasoline Engine", Taro Aoyama et al., SAE 960081.
Furthermore, from DE 36 32 579 C2 an externally ignited, air-compressing internal combustion engine operating with a compression ratio similar to that of a diesel engine is known, in which to ensure the ignition of the air
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Fuel mixture a charge stratification is generated. This stratified charge combustion process can also be referred to as the SCSI process (Stratified Charge Spark Ignition). The stratified charging principle ensures that the mixture composition in the area of the ignition source remains within the ignition limits long enough during the sparkover to generate a flame which is sufficiently large for the cylinder charge to continue burning.
However, such a stratified charge combustion process with spark ignition is not as low-emission as the HCCI process in the partial-load range, but can be operated at much higher medium pressures and is better than the diesel engine in terms of soot emissions.
AT 003 135 U1 describes a method for operating an internal combustion engine operated with both non-ignitable and auto-ignitable fuel, in particular gasoline, in which fuel is injected directly into the combustion chamber.
In the part-load range, the internal combustion engine is operated using the HCCI method and in the full-load range using the SCSI method. This enables the advantages of the HCCI process to be combined with those of the SCSI process in order to improve the exhaust gas quality while at the same time being highly efficient. It is disadvantageous that complex exhaust gas aftertreatment is necessary due to particle and NOx emissions at higher loads.
The object of the invention is to avoid the disadvantages mentioned and to improve the exhaust gas quality with a simultaneously high efficiency in an internal combustion engine for externally and self-ignitable fuel with direct fuel injection.
According to the invention, this is achieved in that an essentially homogeneous fuel-air mixture is generated in the combustion chamber in the first spark ignition region. Thus, a homogeneous fuel-air mixture with an air ratio of 1 is spark-ignited at higher partial load and full load. This operating mode is referred to below as HCSI operation (. Homogeneous Charge Spark Ignition). This has the advantage of a high power yield, especially at full load. A simple conventional exhaust gas aftertreatment is possible using a three-way catalytic converter.
The disadvantage of a poor effective part-load efficiency is prevented by switching to HCCI operation in the auto-ignition range at part-load, in which the combustion of the homogeneous fuel-air mixture is initiated by auto-ignition. in the
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by means of a simple oxidation catalyst.
In particular at start-up and warm-up, HCSI operation can take place in the entire map of engine operation.
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In order to achieve a good homogenization of the fuel-air mixture, it is advantageous if the fuel is injected in the auto-ignition area and / or in the first spark-ignition area during the suction phase, preferably approximately 3000 crank angles before the top dead center of the ignition. In HCSI operation, the largely homogeneous mixture is ignited shortly before or after the top dead center of the ignition.
In order to enable reliable auto-ignition in HCCI operation, it can be provided that a small part of the fuel quantity is injected shortly before top dead center of the ignition, preferably about 120 to 0, particularly preferably 90 to 20 crank angles before top dead center of the ignition , which creates a slight mixture inhomogeneity.
In HCSI operation, in particular in the part-load range, thinning of the charge with residual gas enables dethrottling and improved consumption.
To control HCCI operation, it is also provided that charge dilution is carried out in the auto-ignition area, preferably by means of recirculated exhaust gas.
Best consumption and stability at low loads and idling can be achieved if the engine operating area is assigned a second spark ignition area compared to the auto-ignition area - lower engine load and / or idling, in which a stratified charge is generated in the combustion chamber and the combustion is carried out using the SCSI method Spark ignition of this fuel-air mixture is initiated. It is provided that the fuel is injected during the compression phase, preferably in a range between approximately 1200 to 00, particularly preferably between approximately 900 to 20, before top dead center of the ignition. The resulting low mass emissions of NOx at low loads are no longer relevant for the total emissions.
A NOx reduction can be achieved if a charge dilution, preferably by means of recirculated exhaust gas, is carried out in the second spark ignition region.
A direct-injection gasoline internal combustion engine with or without supercharging with a central ignition device and an injection device arranged laterally offset in the immediate vicinity of the ignition device is suitable for carrying out the process in order to implement a stratified charge stratification, such as is known from the applicant's Austrian utility model application GM 6 119/2000.
In a known jet-guided combustion process, the injection jet is not directed toward the combustion chamber wall or the piston crown, as in the case of a wall-guided combustion process, but rather an extensive atomization of the injection jet
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sought in the area of the ignition device. Beam-guided combustion processes have the advantage over wall-guided combustion processes that extreme stratification capability can be achieved, which has a direct, favorable effect on fuel consumption. In addition, high stratification stability can be achieved.
To carry out the method, it is provided that the compression ratio is between 10 and 14, preferably between 11 and 13, a device for changing the effective compression ratio being provided, with the device for changing the effective compression ratio being particularly preferably formed by a variable valve control device, with which the closing time of at least one inlet valve can be changed. It is particularly advantageous if several intake valves are provided per cylinder, the timing of which can be variably controlled.
In order to favorably influence consumption and exhaust gas quality, a device for charge dilution is further provided within the scope of the invention, the device for charge dilution preferably being formed by an internal or external exhaust gas recirculation. The internal exhaust gas recirculation can take place through variable exhaust control.
The invention is explained in more detail below with reference to the figures.
1 shows an engine operating diagram, in which the engine torque M is plotted against the engine speed n, and FIG. 2 shows an internal combustion engine for carrying out the method in a section in an engine transverse plane containing the cylinder axis.
The engine load or the engine torque M is plotted against the engine speed n in the map shown in FIG. 1. The areas HCCI, HCSI and SCSI are shown on the map. In the auto-ignition area HCCI, which is assigned to the low to medium partial load, a homogeneous fuel-air mixture is generated in the combustion chamber and the combustion is initiated by auto-ignition as a result of compression or chemical reaction in the area of the top dead center of the ignition. The ignition timing is controlled by relatively strong charge dilution and heating by hot residual gas. The transient behavior in HCCI operation can be improved by double injection.
In order to enable reliable auto-ignition, a slight mixture inhomogeneity can deliberately be injected by additionally injecting a small part of the fuel quantity shortly before the top dead center of the ignition, for example 1200 to 00, preferably 900 to 200 before the top dead center of the ignition.
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In the first spark ignition area HCSI, a homogeneous fuel-air mixture is generated in the combustion chamber and the combustion of the stoichiometric or substoichiometric fuel-air mixture is initiated by an ignition spark shortly before or after the top dead center of the ignition. When warm, HCSI operation is suitable for high partial loads and full loads. During start-up and warm-up operation, the HCSI procedure can be carried out in the entire map.
In the border area AGR to the auto-ignition area HCCI indicated by the dashed line a in FIG. 1, a charge dilution by residual gas by means of exhaust gas recirculation can be carried out in the first spark ignition area HCSI in the area of the partial load, whereby dethrottling and further improvement in consumption are possible.
In order to achieve good homogenization in the first spark ignition area HCSI and in the autoignition area HCCI, the injection into the cylinder takes place during the suction phase, for example about 3000 crank angles before the top dead center of the ignition.
Particularly low consumption and high combustion quality can be achieved by operating the internal combustion engine at low loads and at idle using the SCSI process. In the second auto-ignition area SCSI entered in FIG. 1, a stratified charge is generated in the combustion chamber with buzz by means of a stratified layer method, the injection into the cylinder taking place during the compression phase. Alternatively, a charge dilution with residual gas can be carried out in SCSI operation, which can reduce emissions of NOx.
The method can be carried out with the internal combustion engine shown schematically in FIG. 2. The internal combustion engine has a cylinder housing 1 with at least one piston 3 reciprocating in a cylinder 2. The cylinder axis is labeled la. An ignition device 5 and an injection device 6 are arranged in a cylinder head 4 fastened to the cylinder housing 1. An angle α of approximately 10 to 650 is spanned between the axis 5a of the ignition device 5 and the jet axis 6a of the injection device 6. The jet axis 6a of the injection device 6 forms an angle y of approximately 350 to 80 with the cylinder head sealing plane 7.
The injection device 6 is arranged on the intake side E in the cylinder head 4. The outlet side is labeled A. The distance Z between the mouth 6b of the injection device 6 and the ignition location Sb is advantageously approximately 0.1 to 0.24 times the piston diameter D. This arrangement enables a combustion process with a particularly high layer structure.
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ability and a particularly long service life of the injection device 6.
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The fuel is injected into the combustion chamber 12 by means of the injection device 6. During the HCSI operation and the HCCI operation, the injection takes place during the suction phase, so that a homogeneous fuel / air mixture can form in the combustion chamber 12. In SCSI operation, the fuel is injected during the compression phase.
Due to the immediate proximity of the mouth 6b of the injection device 6 to the ignition location 5b of the ignition device 5, the mixture cloud reaches the ignition location 5b in the shortest possible time.
In highly dynamic operation, operating points of the HCCI area in the characteristic map can also be approached or passed through individually in HCSI operation or in SCSI operation, as is indicated in FIG. 1 by the dash-dotted line b. By performing the HCCI area without switching to HCCI operation, a switching process is saved.
The overall system guarantees the best fuel consumption, especially in the area of partial load with the lowest emissions without complex exhaust gas aftertreatment, and only minimal emissions deterioration over the life of the vehicle due to the lowest raw emissions.