DE10124941A1

DE10124941A1 - HCCI-Motor

Info

Publication number: DE10124941A1
Application number: DE10124941A
Authority: DE
Inventors: Jialin Yang
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2000-05-26
Filing date: 2001-05-21
Publication date: 2001-12-06
Also published as: US6345610B1

Abstract

Ein Motor mit Homogener-Ladungs-Kompressionszündung weist eine Lufteinlasspassage (102), eine mit der Lufteinlasspassage verbundene Brennkammer (120) und eine Vorrichtung (100) zur partiellen Verbrennung mit einem Gehäuse mit einem Kraftstoffeinlass (106), einem Lufteinlass (110), einem Auslass (116), einer Mischkammer und einer Brennkammer auf. Der Lufteinlass und der Luftauslass sind mit der Lufteinlasspassage verbunden. In dem Gehäuse ist eine Zündquelle angebracht, um eine Zündung eines Teils eines dem Gehäuse zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemisches zu bewirken. Wenn das verbrennende Kraftstoff-Luft-Gemisch beim Austreten aus dem Auslass des Gehäuses und Eintreten in die Lufteinlasspassage rasch abgekühlt bzw. gequencht wird, wird ein partiell oxidierender Kraftstoff gebildet. Es werden unterschiedliche Anordnungen zur Herbeiführung eines raschen Abkühlens sowie verschiedene Strategien zur Luftzufuhr beschrieben. Ferner werden Maßnahmen zur Erzeugung partiell oxidierten Kraftstoffes unter Einsatz einer sich ausbreitenden Kettenreaktion bei niedrigen Temperaturen beschrieben, umfassend eine in der Lufteinlasspassage angeordnete Glühkerze oder ein Heizrohr zum Erhitzen des Kraftstoffes und zur Herbeiführung einer Reaktion ohne vollständige Verbrennung vor dem Eintritt in die Verbrennungskammer.

Description

Die Erfindung betrifft einen HCCI-Motor (HCCI: homogeneous charge-compression-ignition), nachstehend Motor mit Homoge ner-Ladungs-Kompressionszündung genannt und insbesondere Maßnahmen zur partiellen Verbrennung von Kraftstoff im Ein lasssystem eines HCCI-Motors.

Motoren mit Homogener-Ladungs-Kompressionszündung stellen eine relativ neue Motorbauweise dar. Diese Motoren weisen bestimmte attraktive Vorteile auf, wie extrem geringe NOX-Emissionen aufgrund niedriger Verbrennungstemperaturen eines verdünnten Gemisches und fehlende Rußemissionen auf grund einer vorgemischten mageren Mischung. Ferner ist der thermische Wirkungsgrad von HCCI-Motoren wesentlich größer als derjenige von SI-Motoren und vergleichbar mit demjenigen herkömmlicher Kompressionszündungs(CI)-Motoren (Dieselmoto ren) aufgrund eines hohen Kompressionsverhältnisses (ähnlich zu Dieselmotoren), eines ungedrosselten Betriebs (die Motor- Pumpverluste minimierend), eines hohen Luft-Kraftstoff- Verhältnisses (hohen spezifischen Wärmeverhältnisses), redu zierter Strahlungswärme-Übertragungsverluste (ohne Rußflamme (sooting flame)), und geringer Takt-zu-Takt-Variation der HCCI-Verbrennung (da die frühe Flammenentwicklung und die Verbrennungsrate von HCCI-Motoren von der Gasströmung und der Turbulenz im Zylinder unabhängig sind).

Ein Problem der Verbrennung in HCCI-Motoren liegt in der Steuerung des Zündzeitpunktes und der Verbrennungsrate bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen. Dies liegt daran, dass die Verbrennung durch Selbstzündung dann einsetzt, wenn das Gemisch eine bestimmte Temperatur erreicht hat. Das Kraftstoff-Luft-Gemisch wird vor Erreichen des oberen Tot punktes (TDC) gebildet, und die Zündung kann zu irgendeinem Zeitpunkt während des Kompressionsvorganges erfolgen. Mit zunehmender Motorbelastung tendiert die Zündung zu einer Vorverlegung, und die Verbrennungsrate tendiert bei einem fetteren Gemisch zu einem Anstieg. Der thermische Wirkungs grad kann überdies aufgrund vorzeitiger Wärmefreisetzung vor dem TDC abnehmen, und der Motor zeigt aufgrund schneller und früher Verbrennung rauhe Betriebseigenschaften.

Wenn die Motorbelastung abnimmt, tendiert die Zündung zu ei ner Verzögerung, was möglicherweise Fehlzündungen sowie eine Zunahme von HC und CO-Emissionen zur Folge haben kann. Wenn die Motordrehzahl ansteigt, erfolgt die wesentliche Wärme freisetzung verzögert, da die für eine Vorreaktion des ver dünnten Gemisches bei niedrigeren Temperaturen verfügbare Zeit nicht mehr ausreicht, was Fehlzündungen zur Folge haben kann.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung ei ner Vorrichtung zur Unterstützung der Steuerung des Zünd zeitpunktes und der Verbrennungsrate in einem HCCI-Motor un ter unterschiedlichen Betriebsbedingungen.

Ein weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstel lung einer Vorrichtung im Einlasssystem eines HCCI-Motors, mittels derer Kraftstoff vor dem Eintreten in eine Verbren nungskammer partiell oxidiert werden kann.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereit stellung eines Einlasssystems für einen HCCI-Motor mit einer Vorrichtung, mittels derer eine kontrollierte Verbrennung mit einem langsamen Brennen und einem schnellen Abkühlen (quenching) erfolgen kann.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Erzeugung partiell oxidierten Kraftstoffes durch eine sich ausbreitende Ketten reaktion bei niedriger Temperatur vor dem Eintreten in die Verbrennungskammer eines HCCI-Motors.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Vorrichtung und eines Verfahrens zur partiellen Oxidation von Kraftstoff zur Unterstützung der Selbstzündung bei der HCCI-Verbrennung, derart, dass der Bereich der HCCI-Verbrennung während niedriger Last, hoher Drehzahl und eines Kaltstarts des Motors vergrößert wird.

Erfindungsgemäß ist in einem Motor mit Homogener-Ladungs- Kompressionszündung eine Oxidationsvorrichtung zur partiel len Verbrennung einer Kraftstoffmenge vor einer Brennkammer vorgesehen. Die Vorrichtung weist auf: ein Gehäuse mit einem Kraftstoffeinlass, einem Lufteinlass und einem Auslass; eine Zündungsquelle am Gehäuse zur Auslösung der Zündung eines dem Gehäuse zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemisches sowie Mit tel zu einem schnellen Quenchen, um eine Verbrennungsflamme im Kraftstoff-Luft-Gemisch nach einer Zündung schnell auszu löschen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist ein Motor mit Homogener-Ladungs-Kompressionszündung vorgesehen, mit: einer Lufteinlasspassage; einer mit der Lufteinlasspassage vorge sehenen Brennkammer; einem Kraftstoffeinlass zur Bereitstel lung von vor dem Eintritt in die Verbrennungskammer partiell zu oxidierendem Kraftstoffs, wobei der Kraftstoffeinlass in der genannten Lufteinlasspassage angeordnet ist, und mit ei ner in der Lufteinlasspassage angeordneten Glühkerze zur Er hitzung des Kraftstoffes und zur Herbeiführung einer Reakti on des Kraftstoffes ohne vollständige Verbrennung vor dessen Eintreten in die Brennkammer.

Weiterhin ist erfindungsgemäß ein Motor mit Homogener- Ladungs-Kompressionszündung vorgesehen, mit einer Luftein lasspassage, einer mit der Lufteinlasspassage verbundenen Brennkammer und einer Vorrichtung zur partiellen Oxidation. Die Vorrichtung zur partiellen Oxidation umfasst ein Gehäuse mit einem Kraftstoffeinlass, einer Lufteinlasspassage, einem Auslass, einer Mischkammer und einer Brennkammer. Der Lufteinlass ist mit der Lufteinlasspassage verbunden, und auch der Auslass ist mit der Lufteinlasspassage verbunden. Zur Auslösung einer Zündung eines Teils eines Kraftstoff- Luft-Gemisches, das dem Gehäuse zugeführt wird, ist eine Zündungsquelle am Gehäuse angebracht. Ein partiell oxidier ter Kraftstoff wird erzeugt, wenn das entzündete Kraftstoff- Luft-Gemisch bei seinem Austreten durch den Auslass des Ge häuses und Eintreten in die Lufteinlasspassage rasch abge kühlt wird.

Mit den genannten Einrichtungen ist es möglich, die Selbst zündung einer HCCI-Verbrennung zur fördern, wodurch der Be reich der HCCI-Verbrennung bei niedriger Last, hohen Dreh zahlen und während eines Motorkaltstarts ausgedehnt werden kann.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden beispielhaften Beschreibung unter Be zugnahme auf bevorzugte Ausgestaltungen und die beigefügten Zeichnungen, in denen zur Bezeichnung von gleichen oder ähn lichen Teilen oder Elementen korrespondierende Bezugszeichen verwendet werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Querschnittsansicht eines Einlass systems mit einer Vorrichtung zur partiellen Oxidati on gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine detaillierte schematische Ansicht eines Ausfüh rungsbeispiels der Vorrichtung zur partiellen Oxida tion gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 eine detaillierte schematische Ansicht eines weite ren Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur parti ellen Oxidation gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 eine detaillierte schematische Ansicht eines weite ren Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur parti ellen Oxidation gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 eine detaillierte schematische Ansicht eines weite ren Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur parti ellen Oxidation gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 6 eine detaillierte schematische Ansicht einer Vor richtung zur partiellen Oxidation mit einer sich aus breitenden Kettenreaktion bei niedriger Temperatur gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 7 eine detaillierte schematische Ansicht einer Vor richtung zur partiellen Oxidation mit einer modifi zierten Struktur zur Erzielung einer sich ausbreiten den Kettenreaktion bei niedriger Temperatur gemäß der vorliegenden Erfindung.

In Fig. 1 ist schematisch eine Vorrichtung 100 zur partiel len Oxidation in einer Lufteinlasspassage 102 gezeigt. Der Vorrichtung 100 kann über entsprechende Einlässe 104 und 106 ein Luft- und Kraftstoffgemisch zugeführt werden. Die Vor richtung 100 kann ferner Anschlüsse für verschiedene Senso ren aufweisen, die mit einer Regeleinheit (nicht darge stellt) über ein Kontrollsignal 108 kommunizieren können. Über einen mit 110 bezeichneten weiteren Einlass kann ferner der Vorrichtung 100 zusätzliche Luft zugeleitet werden. Weiterhin ist an der Vorrichtung 100 ein Anschluss 112 für elektrische Energie angebracht, um elektrische Energie zum Betreiben einer Zündungsquelle für die Verbrennung eines der Vorrichtung zur partiellen Oxidation zugeführten Luft- Kraftstoff-Gemisches zuzuführen. Die Zündungsquelle kann als Zündkerze, als Glühkerze od. dgl. ausgebildet sein. Das Bau teil zur Kraftstoffversorgung kann als Kraftstoffinjektor, als Vergaser od. dgl. ausgebildet sein.

Die Vorrichtung zur partiellen Oxidation dient zur Erzeugung eines teilweise oxidierten Kraftstoffes mit Komponenten wie C₂H₄, C₃H₆, CH₃CHO, C₄H₈, HCHO, CH₃OH sowie mit Zwischenproduk ten/Radikalen wie H₂O₂, HO₂ und CHO. Wenn sich diese teilweise oxidierten Radikalen mit der Einlassluft mischen und in den Zylinder eintreten (einige der Radikalen können bis zu die sem Zeitpunkt überleben), wird dadurch die Selbstzündung während des Kompressionstaktes gefördert.

Um eine Verbrennung in der Verbrennungskammer 120 zu bewir ken, wird, wie durch einen Pfeil 114 angedeutet, Luft über die Lufteinlasspassage 102 zugeführt. Auch die von der Vor richtung 100 zur partiellen Oxidation erzeugten gasförmigen Produkte können diese Luft - wie durch einen Pfeil 116 ge zeigt - ergänzen. Diese Mischung passiert dann ein Einlass ventil 122 und gelangt in die Brennkammer 120. Der Brennkam mer 120 kann auch Kraftstoff durch ein bekanntes Verfahren, wie etwa durch einen Kraftstoffinjektor (nicht dargestellt), zugeführt werden. Die Brennkammer 120 ist oberhalb eines Kolbens 124 angeordnet und ist von einer Zylinderwand 126 begrenzt. Nach dem Öffnen eines Auslassventils 128, treten die Verbrennungsgase über einen Auslasskanal 130 aus.

Die Erzeugung von partiell oxidiertem Kraftstoff erfolgt im wesentlichen auf zwei Wegen. Der erste Weg wird anhand der Fig. 2-5 erläutert. Bei dieser Technik wird ein kon trollierbarer Verbrennungsprozess mit einer langsamen Ver brennung des Gemisches und einem schnellen Abkühlen einge setzt. Die Verbrennungsrate kann reduziert werden, indem das Äquivalenzverhältnis des Gemisches entweder sehr viel mage rer oder sehr viel fetter als stöchiometrisch gemacht wird (zum Beispiel entweder Φ < 0.8 oder Φ < 1.35 für Benzin- Luft-Gemische).

Ein rasches Quenchen des Verbrennungsprozesses kann entweder durch eine schnelle Verdünnung oder durch ein Wandquenchen (wall quenching) realisiert werden. Fig. 2 zeigt eine Vor richtung 200 zur partiellen Oxidation, wobei Kraftstoff - wie durch einen Pfeil 202 gezeigt - und Luft - wie durch einen Pfeil 204 gezeigt - einer Mischkammer 206 zugeführt wird. Die Luft-Kraftstoff-Mischung durchströmt ein metalli sches Gitter 208. Das metallische Gitter 208 kann auch als Platte mit kleinen Löchern oder als poröses Material ausge bildet sein. Nach Passieren des metallischen Gitters 208 tritt das Gemisch in eine Brenn- oder Verbrennungskammer 210 ein und wird durch eine Zündquelle - wie etwa eine Zündker ze 212 - gezündet.

Die Länge L der Brennkammer 210 bestimmt die Bewegungszeit der Gase, die sie zum Durchströmen der Brennkammer 210 benö tigen, Um einen partiell oxidierten Kraftstoff zu erhalten, sollte die Länge L kürzer als die freie Flammenlänge (free flame length) sein; andernfalls würde kein Quenchen erfol gen. In Abhängigkeit von den speziellen Gasflussgeschwindig keiten und Luft-Kraftstoff-Verhältnissen führen unterschied liche Längen L zu unterschiedlichen Graden der Oxidation des Gemisches und zu unterschiedlichen Reaktionsprodukten. Fer ner sollte die Breite des Brennkammerdurchmessers D für die zu zündende Mischung ausreichend groß sein. Vorzugsweise sollte das Maß D mindestens etwa 8 mm betragen. Es kann je doch auch in Betracht gezogen werden, die Größe der Verbren nungskammer so einzustellen, dass sie kleiner als die ge nannte Größe ist, um ein rasches Quenchen durch schnelles Auslöschen der Flamme vor einer vollständigen Verbrennung zu kontrollieren. Die Länge L und die Breite D können dazu ent sprechend dimensioniert werden.

Fig. 2 zeigt, dass das brennende Gemisch - wie durch einen Pfeil 214 gezeigt - durch frische Luft gequericht wird. Bei dieser frischen Luft kann es sich um die Luft im Luftein lass 102 handeln, wenn das brennende Gemisch zum Haupt lufteinlass zurückgeführt wird, oder es kann sich um Luft handeln, welche einem zusätzlichen Kanal (nicht dargestellt) zugeleitet wird, bevor die partiell verbrannten Produkte in den Hauptlufteinlass zurückgeführt werden.

Fig. 3 zeigt eine Vorrichtung 300 zur partiellen Oxidation ähnlich der Vorrichtung 200 gemäß Fig. 2, wobei korrespon dierende Bezugszeichen verwendet wurden, welche für diese Vorrichtung zur partiellen Oxidation auf einer 300er-Serie basieren. Der wesentliche Unterschied der Vorrichtung gemäß Fig. 3 besteht darin, dass das brennende Gemisch durch Pas sieren eines metallischen Gitters 320 gequencht wird. Das metallische Gitter 320 kann z. B. auch durch Löcher in einer Platte oder durch ein poröses Material - wie beispielsweise ein keramisches Material - gebildet sein.

Die Fig. 4 und 5 veranschaulichen zwei verschiedene Ver sorgungsstrategien für die Bereitstellung von Luft an die Vorrichtungen zur partiellen Oxidation. Diese Vorrichtungen zur partiellen Oxidation sind mit ähnlichen Bezugszeichen versehen, welche auf 400er und 500er-Serien beruhen.

Fig. 4 zeigt eine Vorrichtung 400 zur partiellen Oxidation, wobei Kraftstoff über einen Einlass 402 und Luft über einen Einlass 404 an einen Brenner 440 bereit gestellt wird. Die über den Einlass 404 zugeführte Luft kann extern komprimier te Luft sein, die auf im Stand der Technik bekannte Art und Weise bereit gestellt wird. Die Luft und der Kraftstoff wer den in dem Brenner gemischt und in der Brennkammer 410 durch die Zündkerze 412 gezündet.

Aus Fig. 5 ist die zweite Strategie zur Luftversorgung er sichtlich, bei der von einer Lufteinlasspassage 550 bereit gestellte Luft durch einen Einlass 502 zugeführt wird. Dabei ist es auch möglich, eine Zumess-Verengung 570 (metering re striction) in der Passage vorzusehen, bevor die Luft in eine Hauptmischkammer 506 eintritt. In der Hauptmischkammer 506 wird die Luft mit z. B. über einen Kraftstoffinjektor 504 bereitgestelltem Kraftstoff gemischt. Die Mischung passiert ein Gitter 508 und wird in einer Brennkammer 510 durch einen Zünder 512 gezündet. Bei ihrem erneuten Eintritt in einen Haupteinlasskanal 550 wird die Verbrennung dann vor dem Pas sieren eines Einlassventils 522 rasch abgeschreckt bzw. ge quericht. Es ist auch möglich, die dem Einlass 502 zugeführte Luftmenge, basierend auf unterschiedlichen Motorzuständen unter Einsatz einer Drosselklappe 560, zu variieren.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 6 und 7 wird ein weiterer Weg zur Erzeugung partiell oxidierten Kraftstoffs durch eine sich bei niedriger Temperatur ausbreitende Kettenreaktion erläutert. Wie aus Fig. 6 ersichtlich, trifft von einer Kraftstoff-Versorgungsvorrichtung 660 - wie etwa einem Kraftstoffinjektor - bereit gestelltes Treibstoffspray auf eine Glühkerze 662. Die Glühkerze wird durch eine Tempera turregelungseinheit 664 bei einer Temperatur gerade unter halb der thermischen Zersetzungstemperatur (thermal decompo sition temperature) des Kraftstoffes (näherungsweise 1000 K für Benzin) betrieben. In einem mit Benzin betriebenen HCCI- Motor wird die Temperatur der Glühkerze auf einer Temperatur von näherungsweise 850-950 K gehalten. Das Kraftstoff- Luft-Gemisch nahe der Oberfläche der Glühkerze wird durch das Auftreffen von Kraftstoff auf die und den Wärmetransfer von der Glühkerze 662 erhitzt. Die Kraftstoff-Versorgungs vorrichtung 660 und die Glühkerze 662 sind bei dieser Ausge staltung im Hauptlufteinlass 668 angeordnet. Sowohl der par tiell oxidierte Kraftstoff als auch die Radikalen und die Hauptluftzufuhr passieren das Einlassventil 672, bevor sie in die Verbrennungskammer (nicht dargestellt) eintreten.

Fig. 7 zeigt eine ähnliche Anordnung mit ähnlichen Bezugs zeichen basierend auf der 700er-Serie. Der hauptsächliche Unterschied besteht darin, dass in Fig. 7 ein Rück sprung 790 um eine Glühkerze 762 herum vorgesehen ist, um die erhitzte Mischung dahingehend zu unterstützen, für eine längere Zeit in der Nähe der Kerze zu verbleiben, so dass der Reaktion bei niedriger Temperatur zusätzliche Zeit ver bleibt.

Ferner ist es möglich, die Glühkerze durch das Ende eines Heizrohres mit variabler Leitfähigkeit zu ersetzen, wie mit den Bezugszeichen 662 und 762 in den Fig. 6 und 7 gekenn zeichnet. Das heiße Ende des Heizrohres kann dann den Kraft stoff erhitzen. Weiterhin ist es möglich, dem Heizrohr Wärme durch Einsatz von vom Motor erzeugter Abgase zuzuführen.

Die sich ausbreitende Kettenreaktion bei niedriger Tempera tur des Gemisches setzt bereits unterhalb 750 K ein. Diese Niedrigtemperaturreaktion erzeugt partiell oxidierten Kraft stoff und Zwischenstoffe/Radikale. Wie ersichtlich, ist kei ne Kammer für den partiellen Oxidationsprozess erforderlich. Der Injektor und die Glühkerze können direkt an den Wänden des Einlasskanals angebracht sein. Falls gewünscht, können der Kraftstoffeinlass und die Glühkerze oder das Ende des Heizrohres jedoch auch - wie beispielsweise in Fig. 5 dar gestellt - in einer gesonderten Vorrichtung zur partiellen Oxidation angeordnet sein.

Zur Förderung der Selbstzündung einer HCCI-Verbrennung durch teilweise oxidierten Kraftstoff sind einige spezielle Motor zustände besonders geeignet. Zu diesen Zuständen gehören ei ne geringe Motorbelastung, eine hohe Motordrehzahl und ein Motorkaltstart. Es ist daher vorstellbar, dass ein mit einer Vorrichtung zur partiellen Oxidation ausgerüsteter HCCI- Motor unterschiedliche Kraftstoffinjektionsstrategien für die HCCI-Verbrennung aufweisen kann. Diese umfassen:

1. Dass bei mittleren oder hohen Lasten und bei geringer Motordrehzahl kein Kraftstoff in die Vorrichtung zur partiellen Oxidation injiziert wird. Der gesamte Kraft stoff wird durch einen Injektor im Zylinder oder einen Schlitzinjektor injiziert oder durch einen Vergaser be reitgestellt.
2. Dass bei niedrigen Motorlasten, hohen Motordrehzahlen oder während eines Motorkaltstarts ein Teil des Kraft stoffes in die Vorrichtung zur partiellen Oxidation in jiziert wird, während der restliche Kraftstoff in den Zylinder oder in den Einlassschlitz injiziert wird.
3. Dass bei hohen Lasten oder während eines Motorkaltstarts der gesamte Kraftstoff in die Vorrichtung zur partiellen Oxidation injiziert wird.

Dieses Konzept kann sowohl bei mit Benzin betriebenen als auch mit Diesel betriebenen HCCI-Motoren eingesetzt werden. Eine Vorrichtung zur partiellen Oxidation kann für jeden Mo tor Anwendung finden. Alternativ kann eine Vorrichtung für jeden Zylinder eingesetzt werden. Obgleich der Injektor in der Vorrichtung zur partiellen Oxidation einen zusätzlichen Injektor darstellt, kann er auch dazu verwendet werden, den gesamten Kraftstoff für einen Zylinder oder für den gesamten Motor zu injizieren und kann so als PFI-Injektor (Port-Fuel- Injection = Einlasskanaleinspritzung) bzw. als Drosselklap peninjektor wirken.

Mit dieser Ausgestaltung und Anordnung ist es möglich, die Selbstzündung einer HCCI-Verbrennung zu fördern. Dies ermög licht es, den Bereich der HCCI-Verbrennung bei geringen La sten, hohen Drehzahlen und während eines Motorkaltstarts auszudehnen.

Es sei darauf hingewiesen, dass die Vorrichtungen zur parti ellen Oxidation und Anordnungen zur Bereitstellung von par tiell oxidiertem Kraftstoff auch in Hybridmotoren mit HCCI- Strategien und anderen Verbrennungsstrategien wie etwa Fun kenzündung Verwendung finden können. Der in der Beschreibung und in den Patentansprüchen verwendete Ausdruck "Motor mit Homogener-Ladungs-Kompressionszündung" ist daher dahingehend zu verstehen, dass er sowohl Motoren mit HCCI-Strategien um fasst als auch solche, bei denen HCCI-Strategien in Kombina tion mit anderen Verbrennungsstrategien Verwendung finden (Hybridmotoren).

Claims

1. Vorrichtung (100, 200, 300, 400, 500) zur partiellen Verbrennung einer Menge von Kraftstoff in einem Motor mit Homogener-Ladungs-Kompressionszündung vor einer Brennkammer (120), mit:
einem Gehäuse mit einem Kraftstoffeinlass (106, 202, 302, 402, 504), einem Lufteinlass (104, 204, 304, 404, 502) und einem Auslass (116);
einer Zündquelle (112, 212, 312, 412, 512), die an dem Gehäuse angebracht ist, um eine Zündung in einem Teil einer dem Gehäuse zugeführten Kraftstoff-Luft-Mischung zu bewirken, und mit
Mitteln (320) zu einem raschen Quenchen, um im Kraft stoff-Luft-Gemisch nach einer Zündung eine Verbren nungsflamme rasch auszulöschen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse eine Mischkammer (206, 306, 506) und eine Brennkammer (210, 310, 510) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, dass die Mittel zu einem raschen Quenchen eine Verbindung enthalten, um ein partiell verbranntes Gemisch nach der Zündung einer zusätzlichen Luftquel le (214) zuzuleiten.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, das die Mittel zu einem raschen Quen chen eine Platte (320) mit darin vorgesehenen, den Verbrennungsprozess an einer Vervollständigung hin dernden Öffnungen enthalten.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte als in der Nähe des Auslasses des Ge häuses angeordnetes metallisches Gitter (320) ausge bildet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte ein poröses Material aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse einen Brenner (440) mit einem Kraftstoffeinlass (402) und einem Luftein lass (404) aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Lufteinlass (110, 502) in dem Gehäuse dazu eingerichtet ist, mit einer Lufteinlas spassage (102, 550) eines Motors mit Homogener-La dungs-Kompressionszündung verbunden zu werden.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündquelle als Zündker ze (212, 312, 412, 512) ausgebildet ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse eine erste Einrich tung zur Verbindung des Lufteinlasses (502) mit einer Lufteinlasspassage (550) eines Motors mit Homogener- Ladungs-Kompressionszündung und eine zweite Einrich tung zur Verbindung des Auslasses mit der Lufteinlass passage (550) des Motors stromabwärts des Lufteinlas ses aufweist.

11. Motor mit Homogener-Ladungs-Kompressionszündung, mit:
einer Lufteinlasspassage (668, 768);
einer mit der Lufteinlasspassage verbundenen Brennkam mer;
einem Kraftstoffeinlass (660, 760) zur Bereitstellung von Kraftstoff, der vor Eintritt in die Verbrennungs kammer partiell oxidiert werden soll, wobei der Kraft stoffeinlass in der Lufteinlasspassage angeordnet ist, und mit
einer in der Lufteinlasspassage angeordneten Wärme quelle (662, 762) zur Erhitzung des Kraftstoffes und zur Verursachung einer Reaktion ohne vollständige Ver brennung des Kraftstoffes vor Eintritt in die Verbren nungskammer.

12. Motor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmequelle eine Glühkerze (662, 762) und der Mo tor weiterhin eine Temperaturregelungseinheit (664, 764) zum Halten der Glühkerze auf einer vorgegebenen Temperatur aufweist.

13. Motor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Lufteinlasspassage (768) einen in der Nähe der Wärmequelle angeordneten Rücksprung (790) aufweist.

14. Motor nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch ge kennzeichnet, dass der Kraftstoffeinlass in einem Kraftstoffinjektor (660, 760) angeordnet ist, welcher Kraftstoff auf die Wärmequelle (662, 762) lenkt.

15. Motor nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch ge kennzeichnet, dass die Wärmequelle eine Glühker ze (662, 762) aufweist, und dass der Kraftstoffein lass (660, 760) in der Lufteinlasspassage (668, 768) gegenüber der Glühkerze angeordnet ist, so dass der Kraftstoff auf die Glühkerze gerichtet wird.

16. Motor mit Homogener-Ladungs-Kompressionszündung, mit:
einer Lufteinlasspassage (102, 450, 550);
einer mit der Lufteinlasspassage verbundenen Brennkam mer (120);
einer Vorrichtung (100, 200, 300, 400, 500) zur parti ellen Verbrennung umfassend ein Gehäuse mit einem Kraftstoffeinlass (106, 202, 302, 402, 504), einem Lufteinlass (104, 204, 304, 502), einem Auslass (116),
einer Mischkammer (206, 306, 410, 506) und einer Brennkammer (210, 310, 410, 510), wobei der Luftein lass und der Auslass mit der Lufteinlasspassage ver bunden sind, und mit
einer Zündquelle (112, 212, 312, 412, 512), die am Ge häuse angebracht ist, um eine Zündung in einem Teil eines Kraftstoff-Luft-Gemisches zu bewirken, welches dem Gehäuse in der Mischkammer durch den Kraftstoff einlass und den Lufteinlass zugeführt wird, wobei die Zündquelle in der Brennkammer angeordnet ist, wodurch ein partiell oxidierter Kraftstoff erzeugt wird, wenn das verbrennende Kraftstoff-Luft-Gemisch beim Austre ten aus dem Auslass des Gehäuses und Eintreten in die Lufteinlasspassage rasch abgekühlt wird.

17. Motor nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass in der Lufteinlasspassage (550) eine Drossel (560) zur Regulierung des Luftflusses zum Lufteinlass des Gehäu ses angeordnet ist.

18. Motor nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeich net, dass in dem Gehäuse eine Platte (208, 308, 320, 508) mit Öffnungen angeordnet ist.

19. Motor nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (320) in dem Gehäuse benachbart zum Auslass angeordnet ist.

20. Motor nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (208, 308, 508) in dem Gehäuse zwischen der Mischkammer (206, 306, 506) und der Brennkammer (210, 310, 510) angeordnet ist.