DE102014002520A1 - Kolben-Brennkraftmaschine - Google Patents

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Olaf Schäfer
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Christian Frey
Philippe Gorse
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Abstract

Kolben-Brennkraftmaschine (1), welche zur Zündung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches einer spezifischen Zündtemperatur in einem Brennraum (27) eingerichtet ist, wobei eine Brennraumoberfläche (35) mittels katalytisch aktiven Materials derart wirkend gebildet ist, dass die Zündtemperatur des im Brennraum (27) zu zündenden Kraftstoff-Luft-Gemisches unter die spezifische Zündtemperatur herabgesetzt wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kolben-Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
  • Um Kolben-Brennkraftmaschinen mit zündunwilligen Kraftstoffen zu betreiben, z. B. Erdgas, Benzin, Biogas etc., wird im Allgemeinen auf das Prinzip der Fremdzündung zurückgegriffen. Vorteilhaft niedrige Emissionen (NOx, Ruß) bei hohem Wirkungsgrad ergeben sich daneben mit Dual-Fuel-Brennverfahren (teilhomogene Verbrennung), bei welchen der zündunwillige Kraftstoff durch Kompressionszündung eines zweiten, zündwilligen Kraftstoffs gezündet wird. Ein solches Verfahren ist z. B. das Zündstrahlverfahren (z. B. Gas mit Dieselzündstrahl) oder ein reaktionsgesteuertes teilhomogenes Brennverfahren (u. a. Reactivity Controlled Auto Ignition, Raumzündverfahren).
  • Nachteilig ist jedoch, dass bei derartigen Brennkraftmaschinen ein zweiter Kraftstoffvorrat mitsamt dem zugehörigen Kraftstoff- und Einspritzsystem bereitgestellt werden muss. Insoweit wäre es wünschenswert, die vorteilhaften Wirkungen der Kompressionszündung gerade von zündunwilligem Kraftstoff mit einer Brennkraftmaschine realisieren zu können, welche nur diesen einen Kraftstoff erfordert.
  • Ausgehend hiervon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Kolben-Brennkraftmaschine vorzuschlagen, welche auf einfache Weise eine Kompressionszündung von zündunwilligem Kraftstoff ermöglicht und lediglich dieses Kraftstoffes hierfür bedarf.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Kolben-Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen angegeben.
  • Erfindungsgemäß wird eine Kolben-Brennkraftmaschine (Verbrennungsmotor; insbesondere Hubkolben-Brennkraftmaschine) vorgeschlagen, welche bevorzugt für einen Single-Fuel-Betrieb eingerichtet ist, insbesondere für einen Betrieb mit zündunwilligem Kraftstoff (mit Kraftstoff, wie dieser in fremdgezündeten Motoren Verwendung findet, umfassend z. B. alle Arten von Benzin mit verschiedenen Oktanzahlen und Zumischungen von Ethanol (E5...E100), gasförmige Ottokraftstoffe (z. B. Erdgas, LPG, LNG, CNG, Deponiegas, Biogas, etc.)). Die Brennkraftmaschine, welche im Rahmen der Erfindung insbesondere nach dem Selbstzünderprinzip (mit Kompressionszündung) arbeitet, kann für ein Kraftfahrzeug wie etwa ein Schiff oder ein Nutzfahrzeug, oder zum Beispiel für eine stationäre Einrichtung wie ein Blockheizkraftwerk, insbesondere auch in Bau- oder Industrieumgebungen, zum Beispiel in einem Notstromaggregat verwendet werden.
  • Des Weiteren kann die Kolben-Brennkraftmaschine im Rahmen der Erfindung aber auch für einen Mehrstoff-, z. B. Dual-Fuel-Betrieb, eingerichtet sein, insbesondere mit einem ersten und auch einem zweiten, insbesondere zündunwilligen Kraftstoff (welche bei Betrieb der Brennkraftmaschine in z. B. gleichbleibenden oder variierenden Mengenanteilen an einen Brennraum der Brennkraftmaschine zugeführt werden können) – wiederum einhergehend mit der vorteilhaften Möglichkeit der erfindungsgemäß realisierbaren Selbstzündung.
  • Angemerkt sei auch, dass als Brennraum vorliegend jener Raum in der Brennkraftmaschine bezeichnet ist, in welchem die Verbrennung beginnt, d. h. der während der Zündung an den Kolben grenzende (gasgefüllte) Raum.
  • Erfindungsgemäß ist die Kolben-Brennkraftmaschine zur Zündung, insbesondere Kompressionszündung, eines Kraftstoff-Luft-Gemisches einer spezifischen (Kraftstoff-Luft-Gemisch-immanenten) Zündtemperatur in einem Brennraum (der Brennkraftmaschine) eingerichtet, wobei in kennzeichnender Weise eine Brennraumoberfläche (i. e. eine Oberfläche im Brennraum) mittels katalytisch aktiven Materials in der Weise wirkend gebildet ist, dass die Zündtemperatur des im Brennraum zu zündenden (und mit der Brennraumoberfläche in Kontakt tretenden) Kraftstoff-Luft-Gemisches unter dessen spezifische Zündtemperatur herabgesetzt wird bzw. ist.
  • Somit wird es mit der Erfindung auf vorteilhaft einfache Weise ermöglicht, auch zündunwillige Kraftstoffe im Rahmen einer Kompressionszündung verwenden bzw. entflammen zu können, insoweit als die notwendige Aktivierungsenergie zur Einleitung der Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches mittels des die Brennraumoberfläche bildenden Katalysatormaterials vorteilhaft verringert ist.
  • Bevorzugte Ausgestaltungen der Kolben-Brennkraftmaschine sehen im Rahmen der Erfindung hierbei vor, dass das die Brennraumoberfläche bildende katalytisch aktive Material – welches insbesondere thermisch resistent gewählt ist – als katalytisch aktive Schicht bereitgestellt ist. Die Schicht kann mit üblichen Beschichtungsverfahren auf ein Substrat aufgetragen werden, z. B. durch Sputtern, Spinning, Dampfabscheidung, Lackieren, als Legierung, galvanische Schicht, keramische oder glasartige Beschichtung, etc. Bevorzugt wird die katalytisch aktive Schicht z. B. durch Pulverbeschichtung aufgebracht, insbesondere mit oxidischer Matrix (z. B. Al2O3, SiO2, TiO2, Zr2O3, Perovskite, Zeolithe).
  • Ein Substrat für das katalytisch aktive Material bzw. die durch das katalytisch aktive Material gebildete Oberfläche kann im Rahmen der Erfindung ein Kolben bzw. eine Kolbenoberfläche (eines den Brennraum mitdefinierenden Kolbens der Brennkraftmaschine) und/oder ein Zylinder bzw. eine Zylinderwandfläche (eines den Brennraum mitdefinierenden Zylinders der Brennkraftmaschine) und/oder ein Zylinderkopf bzw. eine Zylinderkopfoberfläche (eines den Brennraum mitdefinierenden Zylinderkopfes der Brennkraftmaschine) und/oder ein Ventil bzw. eine Ventiloberfläche (eines den Brennraum mitdefinierenden Ventils (Einlass-/Auslassventils) der Brennkraftmaschine sein.
  • Bevorzugt und mit vorteilhaft großer Wirkfläche einhergehend können im Brennraum sowohl der Kolben als auch die Zylinderwand als auch der Zylinderkopf bzw. die Brennraumdecke (ggf. insbesondere auch die Ventilteller) die Brennraumoberfläche aus katalytisch aktivem Material aufweisen bzw. bilden, insbesondere durch Beschichtung aufgetragen. Auch kann die katalytisch aktive Brennraumoberfläche im Rahmen der Erfindung – alternativ oder zusätzlich – z. B. mittels wenigstens eines Katalysatorkörpers gebildet sein, welcher z. B. als Katalysatordom im Zylinderkopf, am Kolben oder anderweit am Brennraum angeordnet, z. B. verschraubt oder verpresst, ist.
  • Der erfindungsgemäß beabsichtigten Absenkung der Zündtemperatur weiter vorteilhaft zuträglich ist darüber hinaus bevorzugt auch vorgesehen, die mittels des katalytisch aktiven Materials bzw. der katalytisch aktiven Schicht – welche z. B. eine Schichtstärke im Bereich von 10 nm bis 100 μm aufweist – gebildete Oberfläche mit einer Struktur zu versehen bzw. strukturiert aufzubringen, wobei die Struktur die jeweilige Oberfläche gegenüber einer planen Oberfläche vorteilhaft vergrößert. Eine solche – regelmäßige oder unregelmäßige – Struktur ist bevorzugt eine zerklüftete Struktur, z. B. gebildet mittels eines Schaumes, z. B. offenporig oder geschlossenporig (Metallschaum, Keramikschaum o. ä.), z. B. eine Röhrenstruktur, Noppenstruktur, Gitter- oder Maschenstruktur, oder eine weitere derartige, oberflächenvergrößernde Struktur.
  • Eine derartige Strukturierung kann im Rahmen der Erfindung a) z. B. durch entsprechende Oberflächengestaltung des Substrats erfolgen, z. B. durch Fräsen, Bohren, Sintern, Erodieren, Schaumauftrag, etc., auf welche derart bearbeitete Oberfläche die katalytisch aktive Schicht aufbringbar bzw. aufgebracht ist, als auch b) z. B. durch eine katalytisch aktive Schicht, welche per se eine oberflächenvergrößernde Struktur aufweist als auch c) durch Aufbringen einer strukturierten Schicht gemäß b) auf ein Substrat, welches gemäß a) oberflächenstrukturiert ist.
  • Weiterhin bevorzugt weist das katalytisch aktive Material der Brennraumoberfläche wenigstens einen Oxidationskatalysator auf. Z. B. kann das katalytisch aktive Material ein oder mehrere Edelmetalle aufweisen, bevorzugt Palladium (Pd), weiterhin z. B. Platin (Pt), Rhodium (Rh), insbesondere in je elementarer Form. Daneben kann das katalytisch aktive Material Oxide aufweisen, z. B. umfassend ein oder mehrere Übergangsmetalle wie z. B. Titan (Ti), Vanadium (V), Mangan (Mn), Eisen (Fe), Kobalt (Co), Nickel (Ni), Kupfer (Cu), Molybdän (Mo), Zirconium (Zr), Yttrium (Y), Hafnium (Hf) und/oder ein oder mehrere Halbmetalle wie z. B. Indium (In), Zinn (Sn), Aluminium (Al) und/oder ein oder mehrere Metalloide, z. B. Silizium (Si), Bor (B), Germanium (Ge) und/oder ein oder mehrere Lanthanoide wie z. B. Lanthan (La), Cer (Ce), Samarium (Sm), Europium (Eu), Dysprosium (Dy), Holmium (Ho). Weitere Bestandteile sind daneben selbstverständlich denkbar.
  • Die Kolben-Brennkraftmaschine kann bei bevorzugten Ausgestaltungen weiterhin für eine Saugrohr-Einspritzung und/oder z. B. für eine Direkteinspritzung von Kraftstoff eingerichtet sein. Beispielsweise kann insbesondere vorgesehen sein, Saugrohr und Direkteinspritzung zu kombinieren, z. B. wenn die Einspritzung über lediglich eine Einspritzvorrichtung zur zuverlässigen Erzielung der beabsichtigten Kompressions-Zündfähigkeit des Gemisches noch nicht ausreicht.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch ein Verfahren zum Betrieb einer wie vorstehend erläuterten Kolben-Brennkraftmaschine vorgeschlagen, wobei in einem ersten Schritt ein Kraftstoff-Luft-Gemisch in dem Brennraum der Kolben-Brennkraftmaschine erzeut wird. In einem zweiten Schritt wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch nachfolgend an der (mit dem Kraftstoff-Luft-Gemisch in Kontakt tretenden) Oberfläche im Brennraum gezündet, welche mittels des katalytisch aktiven Materials gebildet ist, insbesondere durch Kompressionszündung. Bevorzugt ist der mit dem Verfahren verwendete Kraftstoff hierbei ein zündunwilliger Kraftstoff wie vorstehend beschrieben.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnungen, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 exemplarisch und schematisch, insbesondere abgebrochen und im Schnitt eine auf den Brennraum fokussierte Ansicht eines Verbrennungstraktes einer Brennkraftmaschine gemäß einer möglichen Ausführungsform der Erfindung.
  • 2 exemplarisch und schematisch, insbesondere abgebrochen und im Schnitt eine auf den Brennraum fokussierte Ansicht eines Verbrennungstraktes einer Brennkraftmaschine gemäß einer weiteren möglichen Ausführungsform der Erfindung.
  • 3 exemplarisch und schematisch, insbesondere abgebrochen und im Schnitt eine auf den Brennraum fokussierte Ansicht eines Verbrennungstraktes einer Brennkraftmaschine gemäß noch einer möglichen Ausführungsform der Erfindung.
  • In der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen entsprechen gleichen Bezugszeichen Elemente gleicher oder vergleichbarer Funktion.
  • 1 zeigt exemplarisch und schematisch eine abgebrochene Ansicht gemäß einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen (Hub)Kolben-Brennkraftmaschine 1.
  • Die Kolben-Brennkraftmaschine 1 weist einen Zylinder 3 auf, in welchem ein Kolben 5 hubbeweglich geführt ist. Der Kolben 5 ist – auf übliche Weise – über ein Pleuel 7 mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 1 wirkverbunden (nicht dargestellt).
  • Am Zylinder 3 endseitig angeordnet ist weiterhin ein Zylinderkopf 9 (an der OT(oberer Totpunkt)-Seite mit Bezug auf den Kolben 5), an welchem Zylinderkopf (Zylinderdeckel) 9 wenigstens ein Einlassventil 11 (mit Ventilschaft 13 und Ventilteller 15) und wenigstens ein Auslassventil 17 (mit Ventilschaft 19 und Ventilteller 21) angeordnet sind.
  • Ein jeweiliges Einlassventil 11 ist bereitgestellt, einen an den Zylinder 3 via den Zylinderkopf 9 geführten Einlasskanal 23 (der Luftseite der Brennkraftmaschine) selektiv offen steuern zu können (via Nockenwelle, nicht dargestellt), ein jeweiliges Auslassventil 17 ist bereitgestellt, einen vom Zylinderkopf 9 ausgehenden Auslasskanal 25 (der Abgasseite der Brennkraftmaschine) selektiv offen zu steuern (via Nockenwelle, nicht dargestellt).
  • Mit dem Zylinderkopf 9, dem Zylinder (Zylindergehäuse) 3, dem Kolben 5 (sowie den Ventiltellern 15, 21) ist an der Brennkraftmaschine 1 – in einer Kolbenstellung am bzw. nahe des oberen Totpunkts gemäß 1 – weiterhin ein Brennraum 27 definiert, d. h. ein Raum, innerhalb dessen die Zündung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches – welches im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere mit zündunwilligem Kraftstoff (der eingangs genannten Art) gebildet ist – für den Betrieb der Brennkraftmaschine 1 erfolgt. An der in den Figuren dargestellten Form des Brennraums 27 ist im Rahmen der Erfindung hierbei nicht zu haften, da die Erfindung auf Brennkraftmaschinen 1 mit unterschiedlichsten Brennraumgeometrien anwendbar ist, z. B. gebildet mittels brennraumseitig ebenen oder geneigten Zylinderköpfen 9, mit oder ohne Kolbenmulde 29, etc.
  • Bei einer Ausgestaltung der Brennkraftmaschine gemäß 1 kann für eine Kraftstoff-Luft-Gemischbildung eine erste Kraftstoffeinspritzvorrichtung bereitgestellt sein, mittels welcher eine externe Gemischbildung (mit Bezug auf den Brennraum 27) erzielbar ist, insbesondere eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit einem Saugrohr-Einspritzventil 31. Über das Saugrohr-Einspritzventil 31 kann der für die Zündung vorgesehene Kraftstoff in einen im Einlasskanal 23 geführten Luftstrom und das hierbei erzeugte Kraftstoff-Luft-Gemisch über das geöffnete Einlassventil 11 in den Brennraum 27 eingebracht werden.
  • Weiterhin kann die Brennkraftmaschine 1 daneben eine zweite Kraftstoffeinspritzvorrichtung aufweisen, mittels welcher eine interne Gemischbildung (mit Bezug auf den Brennraum 27) erzielbar ist, insbesondere eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit einem Direkt-Einspritzventil 33. Über das Direkt-Einspritzventil 33 kann Kraftstoff unmittelbar in den Brennraum 27 eingebracht (eingespritzt) werden, mithin kann direkt im Brennraum 27 mit der über das Einlassventil 11 zugeführten Luft das zur Zündung vorgesehene Kraftstoff-Luft-Gemisch gebildet werden.
  • Ein derartiges jeweiliges Kraftstoff-Luft-Gemisch weist eine spezifische bzw. gemisch-immanente Zündtemperatur auf, welche bei zündunwilligen Kraftstoffen eine Kompressionszündung nicht zulässt. Um dennoch eine im Hinblick auf Wirkungsgrad und Emissionsverhalten vorteilhafte Kompressionszündung auf einfache Weise mit insbesondere zündunwilligen Kraftstoffen erzielen zu können, ist eine Brennraumoberfläche 35 erfindungsgemäß mittels katalytisch aktiven Materials derart wirkend gebildet, dass die Zündtemperatur des im Brennraum 27 zu zündenden Kraftstoff-Luft-Gemisches unter die spezifische Zündtemperatur herabgesetzt wird. Eine Herabsetzung unter die spezifische Zündtemperatur erfolgt insoweit an Kontaktbereichen der katalytisch aktiven Brennraumoberfläche 35 mit dem zu zündenden Kraftstoff-Luft-Gemisch im Brennraum 27.
  • Bei der in 1 gezeigten Ausgestaltung der Brennkraftmaschine 1 ist die mittels des katalytisch aktiven Materials gebildete Brennraumoberfläche 35 sowohl an dem Kolben 5, der Zylinderwand 3 als auch dem Zylinderkopf 9 (sowie den Ventiltellern 15, 21) bereitgestellt. Als katalytisch aktives Material ist hierbei bevorzugt ein Oxidationskatalysator in Form von Palladium, ggf. unter Zusatz von Platin vorgesehen, insbesondere je in einer Aluminiumoxidmatrix eingelagert.
  • Das katalytisch aktive Material ist bei der in 1 veranschaulichten Ausführungsform auf den Kolben 5, den Zylinder 3, den Zylinderkopf 9 sowie die Ventilteller 25, 21, (welche Komponenten 5, 3, 9, 15, 21 hierbei je ein Substrat bilden) als Schichtauftrag aufgebracht, i. e. als Beschichtung. Die Schichtstärke beträgt bei der bevorzugten Ausgestaltung mittels Pulverbeschichtung zum Beispiel 50–100 μm.
  • Bei dieser Ausgestaltung, bei welcher der Brennraum 27 nahezu vollständig mittels katalytisch aktiven Materials ausgekleidet ist, ist eine hohe bzw. optimierte Flächenbedeckung durch das katalytisch aktive Katalysatormaterial im Brennraum 27 erzielbar, mithin eine beabsichtigt große Brennraumoberfläche 35, welche die beabsichtigte Wirkung der Absenkung der für die Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches notwendigen Aktivierungsenergie zu maximieren hilft.
  • 2 veranschaulicht eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kolben-Brennkraftmaschine 1.
  • Im Unterschied zur Ausgestaltung gemäß 1 weist die (Hub)Kolben-Brennkraftmaschine 1 gemäß 2 lediglich ein Direkt-Einspritzventil 33 auf, nicht jedoch ein Saugrohr-Einspritzventil 31. Das Direkt-Einspritzventil 33 spritzt den Kraftstoff im Rahmen einer Gemischbildung hierbei in Richtung des Kolbens 5 und der Zylinderwand 3, das heißt die zum Einspritzventil 33 (radial) benachbarten Brennraumbereiche am Zylinderkopf 9 sind hierbei abgeschattet.
  • Auch mit einer derartigen Anordnung kann im Rahmen der Erfindung eine zuverlässige Kompressionszündung von insbesondere zündunwilligem Kraftstoff an der mit dem katalytisch aktiven Material versehenen Brennraumoberfläche 35 erzielt werden, wozu die das katalytisch aktive Material aufweisende Brennraumoberfläche 35 eine die Oberfläche gegenüber einer planen Oberfläche – insbesondere deutlich – vergrößernde Struktur aufweist. Bei der in 2 gezeigten Ausgestaltung ist beispielsweise eine Kolbenoberfläche mit einer Rillierung 37 versehen (überdimensioniert dargestellt), wie auch die Zylinderwand 3. Die Rillierung 37, auf welche das katalytisch aktive Material wiederum im Schichtauftrag aufgebracht ist kann z. B. mittels Fräsen hergestellt sein.
  • Bei einer Ausgestaltung gemäß 2, bei welchen die katalytisch aktiven Oberflächenbereiche 35 insbesondere vom Einspritzkegel erfasste Bereiche sind, kann somit ggf. davon abgesehen werden, an den abgeschatteten Bereichen, d. h. an Ventilteller 15, 21 und Zylinderkopf 9, katalytisch aktives Material anzuordnen.
  • 3 veranschaulicht noch eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine 1.
  • Bei der Brennkraftmaschine 1 gemäß 2 ist lediglich ein Saugrohr-Einspritzventil 31 zur Kraftstoff-Luft-Gemischbildung bereitgestellt, nicht jedoch ein Direkt-Einspritzventil 33.
  • Zur Gewährleistung einer zuverlässigen Gemischzündung im Brennraum 27 ist bei dieser Ausführungsform z. B. ein Katalysatorkörper 39 an dem Brennraum 27 angeordnet (bildet eine Brennraumoberfläche 35), vorliegend als Katalysatordom. Der Katalysatorkörper 39 ist mittels eines Metallschaums, alternativ zum Beispiel mittels eines Keramikschaums gebildet, bevorzugt offenporig, alternativ zum Beispiel geschlossenporig, und mit einer katalytisch aktiven Schicht versehen. Mittels eines Schraubstifts ist der Katalysatorkörper 39 am Zylinderkopf 9 verschraubt, alternativ oder zusätzlich z. B. verschweißt.
  • Der derart gebildete Katalysatorkörper 39 kann vorteilhaft vom Kraftstoff-Luft-Gemisch durchdrungen werden und eine sichere (Kompressions-)Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches aufgrund der hierbei abgesenkten Reaktions- bzw. Zündtemperatur unterstützen oder gar per se sicherstellen. Zusätzlich kann hierbei wie bei Ausgestaltungen nach 1 und 2 ein katalytisch aktiver Materialauftrag 35 an der Kolbenoberfläche 5 und/oder Zylinderwandfläche 3 und/oder dem Zylinderkopf 9 und/oder einem Ventilteller 15, 21 vorgesehen sein. Um den Fertigungsaufwand gering zu halten, kann zum Beispiel von einem Auftrag katalytisch aktiven Materials an den Ventiltellern 15, 21 auch abgesehen werden.
  • Mit der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine 1 ist vorteilhaft unaufwändig ein Verfahren darstellbar, bei welchem in einem ersten Schritt ein Kraftstoff-Luft-Gemisch mit insbesondere zündunwilligem Kraftstoff im Brennraum 27 bereitgestellt wird, und wobei das Kraftstoff-Luft-Gemisch nachfolgend in einem zweiten Schritt durch Kompressionszündung an der katalytisch aktiven Brennraumoberfläche 35 – nach daran erfolgter Absenkung der Zündtemperatur unter die spezifische Zündtemperatur – gezündet wird.
  • Mithin können die angestrebten Verbesserungen im Hinblick auf Wirkungsgrad und Emissionsverhalten mit vorteilhaft geringem Aufwand erzielt werden.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    (Hub-)Kolben-Brennkraftmaschine
    3
    Zylinder(gehäuse)
    5
    Kolben
    7
    Pleuel(stange)
    9
    Zylinderkopf
    11
    Einlassventil
    13
    Ventilschaft
    15
    Ventilteller
    17
    Auslassventil
    19
    Ventilschaft
    21
    Ventilteller
    23
    Einlasskanal
    25
    Auslasskanal
    27
    Brennraum
    29
    Kolbenmulde
    31
    Saugrohr-Einspritzventil
    33
    Direkt-Einspritzventil
    35
    katalysatorisch aktive Brennraumoberfläche
    37
    Rillierung (Struktur)
    39
    Katalysatorkörper

Claims (12)

  1. Kolben-Brennkraftmaschine (1), welche zur Zündung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches einer spezifischen Zündtemperatur in einem Brennraum (27) eingerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass – eine Brennraumoberfläche (35) mittels katalytisch aktiven Materials derart wirkend gebildet ist, dass die Zündtemperatur des im Brennraum (27) zu zündenden Kraftstoff-Luft-Gemisches unter die spezifische Zündtemperatur herabgesetzt wird.
  2. Kolben-Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – das katalytisch aktive Material als katalytisch aktive Schicht bereitgestellt ist, welche die Brennraumoberfläche (35) bildet.
  3. Kolben-Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – das katalytisch aktive Material eine Kolbenoberfläche (35); und/oder – eine Zylinderwandfläche (35); und/oder – eine Zylinderkopfoberfläche (35); und/oder – eine Ventiloberfläche (35) eines Einlass- (11) und/oder eines Auslassventils (17) bildet.
  4. Kolben-Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – das katalytisch aktive Material und/oder die katalytisch aktive Schicht eine Struktur aufweist, welche die Material-Oberfläche bzw. die Schicht-Oberfläche gegenüber einer planen Oberfläche vergrößert.
  5. Kolben-Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – das katalytisch aktive Material wenigstens einen Oxidationskatalysator aufweist.
  6. Kolben-Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – das katalytisch aktive Material ein oder mehrere Edelmetalle; und/oder – ein oder mehrere Übergangsmetalle; und/oder – ein oder mehrere Halbmetalle; und/oder – ein oder mehrere Metalloide; und/oder – ein oder mehrere Lanthanoide enthält.
  7. Kolben-Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – die mittels des katalytisch aktiven Materials gebildete Brennraumoberfläche (35) mittels eines Katalysatorkörpers (39) gebildet ist.
  8. Kolben-Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – die Kolben-Brennkraftmaschine (1) zur Kompressionszündung von Kraftstoff-Luft-Gemischen je spezifischer Zündtemperatur eingerichtet ist, wobei – die Kompressionszündung aufgrund der mittels des katalytisch aktiven Materials herabgesetzten Zündtemperatur ermöglicht ist.
  9. Kolben-Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – die Kolben-Brennkraftmaschine (1) zur Kompressionszündung von Kraftstoff-Luft-Gemischen je spezifischer Zündtemperatur mit zündunwilligem Kraftstoff eingerichtet ist, wobei – die Kompressionszündung aufgrund der mittels des katalytisch aktiven Materials herabgesetzten Zündtemperatur ermöglicht ist.
  10. Kolben-Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – die Kolben-Brennkraftmaschine (1) für eine Saugrohr-Einspritzung und/oder – für eine Direkteinspritzung von Kraftstoff eingerichtet ist.
  11. Verfahren zum Betrieb einer Kolben-Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in einem ersten Schritt ein Kraftstoff-Luft-Gemisch in dem Brennraum (27) der Kolben-Brennkraftmaschine (1) erzeugt wird; dadurch gekennzeichnet, dass – das Kraftstoff-Luft-Gemisch in einem zweiten Schritt an der Oberfläche (35) im Brennraum (27) gezündet wird, welche mittels des katalytisch aktiven Materials gebildet ist.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass – die Zündung im zweiten Schritt als Kompressionszündung erfolgt.
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