DE102014203315A1 - Engine with compression ignition - Google Patents

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DE102014203315A1
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Ian Graham Pegg
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Abstract

Kompressionszündungsmotor, der in einem Niedertemperatur-Verbrennungsmodus betrieben werden kann, wobei der Motor Folgendes umfasst: mehrere Zylinder, die jeweils eine Verbrennungskammer definieren, wobei der Motor zum Zuführen und Mischen von Luft und Kraftstoff in jeder Verbrennungskammer ausgelegt ist, wobei das Gemisch eine stöchiometrische oder nahezu stöchiometrische Mischung ist; ein Steuermittel mit einem Sensor zum Messen der Motorlast; eine Gasquelle, die Sauerstoff umfasst und mit dem Steuermittel gekoppelt ist, wobei, als Reaktion darauf, dass der Sensor einen Übergang zu einer hohen Motorlast misst, das Steuermittel dazu ausgelegt ist, Gas vor oder gleichzeitig mit einer Erhöhung des Kraftstoffes an jede Verbrennungskammer abzugeben.A compression ignition engine that may be operated in a low temperature combustion mode, the engine comprising: a plurality of cylinders each defining a combustion chamber, the engine configured to supply and mix air and fuel in each combustion chamber, the mixture being stoichiometric or combustible is nearly stoichiometric mixture; a control means having a sensor for measuring the engine load; a gas source comprising oxygen and coupled to the control means, wherein responsive to the sensor measuring a transition to a high engine load, the control means is adapted to deliver gas to each combustion chamber prior to or simultaneously with an increase in the fuel.

Description

Die Erfindung betrifft Motoren mit Kompressionszündung. Insbesondere betrifft die Erfindung homogene Kompressionszündungsmotoren (HCCI) für Fahrzeuge, die bei hohen Lasten betrieben werden können.The invention relates to compression ignition engines. In particular, the invention relates to homogeneous compression ignition engines (HCCI) for vehicles that can be operated at high loads.

Es ist bekannt, dass der Diesel- oder Kompressionszündungsmotor aufgrund seines sehr hohen Kompressionsverhältnisses der wärmeeffizienteste Motor zum Umwandeln von Kraftstoffenergie zu nutzbarer Leistung ist. Insbesondere sind Dieselmotoren bei geringer Leistung und Motorleerlauf viel effizienter als Benzinmotoren. Dieselmotoren verwenden die Wärme der Kompression, um die Zündung zum Verbrennen des Kraftstoffes innerhalb der Verbrennungskammer einzuleiten, anders als die Motoren mit Funkenzündung wie Benzinmotoren.It is known that the diesel or compression ignition engine is the most heat efficient engine for converting fuel energy to usable power due to its very high compression ratio. In particular, low power diesel engines and engine idling are much more efficient than gasoline engines. Diesel engines use the heat of compression to initiate ignition to burn fuel within the combustion chamber, unlike spark-ignition engines such as gasoline engines.

Bei HCCI-Motoren wurde der Versuch unternommen, die Effizienz weiter zu verbessern. Die Energiefreisetzung wird über das Volumen der Verbrennungskammer verteilt, statt in einer Flamme ortgebunden zu sein. Vor Ort ist die chemische Reaktion langsam, weil die Temperaturen gering sind, aber die Energiefreisetzung wird über das gesamte Verbrennungskammervolumen verteilt, wodurch die Freisetzungsrate der enthaltenen Wärme, die aus einer flammeninduzierten Energiefreisetzung erhalten werden kann, erreicht oder sogar übertroffen wird. For HCCI engines, an attempt has been made to further improve efficiency. The energy release is distributed throughout the volume of the combustion chamber rather than being localized in a flame. Locally, the chemical reaction is slow because temperatures are low, but the energy release is distributed over the entire combustion chamber volume, thereby achieving or even exceeding the release rate of contained heat that can be obtained from flame-induced energy release.

Es ist bekannt, dass die Niedertemperaturverbrennung (kurz LTC) Emissionen reduzieren und die Effizienz verbessern kann. Im Hinblick auf die Emissionen ist NOx gering und es werden keine Teilchen gebildet, wenn eine stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Mischung verwendet wird. Im Hinblick auf die Effizienz kann eine Zunahme der Leistungsausgabe pro Einheit der Volumenausdehnung durch Aufrechterhalten niedriger Temperaturen in der Verbrennungskammer erreicht werden. It is known that low temperature combustion (LTC for short) can reduce emissions and improve efficiency. In terms of emissions, NOx is low and no particles are formed when a stoichiometric air-fuel mixture is used. In terms of efficiency, an increase in power output per unit volume expansion can be achieved by maintaining low temperatures in the combustion chamber.

Dennoch bestehen bis heute mehrere technische Probleme. Die Steuerung von zylinderinternen Bedingungen stellte eine Herausforderung dar, aber dieses Problem wurde mehr oder weniger gelöst. Ein weiteres Problem war der Übergang zu höheren Lasten und das Erreichen der Leistung bei hoher Last. Das Ziel der LTC ist das Erreichen einer volumetrischen Energiefreisetzung über Selbstentzündung. Zum Abschwächen der Druckanstiegsgeschwindigkeit ist das verwendete Luft-Kraftstoff-Verhältnis nahezu stöchiometrisch. Um eine höhere Last zu erreichen, muss mehr Kraftstoff in den Zylinder eingeleitet werden. Durch das Verwenden einer stöchiometrischen Mischung erhöhen sich die Emissionen durch Zugabe von Kraftstoff deutlich, während die Erhöhung selbst kaum Auswirkungen zeigt. Und bei Kraftfahrzeuganwendungen muss die Erhöhung der Motorausgabe schnell erfolgen, zum Beispiel innerhalb von wenigen hunderttausend Millisekunden.Nevertheless, there are still several technical problems. Controlling in-cylinder conditions was a challenge, but this problem was more or less solved. Another problem was the transition to higher loads and the achievement of high load performance. The goal of the LTC is to achieve volumetric energy release via auto-ignition. To attenuate the rate of pressure rise, the air-fuel ratio used is nearly stoichiometric. To achieve a higher load, more fuel must be introduced into the cylinder. By using a stoichiometric mixture, the emissions increase significantly by adding fuel, while the increase itself hardly has any effect. And in automotive applications, the increase in engine output must be fast, for example within a few hundred thousand milliseconds.

Des Weiteren führt die Abnahme des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (durch Zugeben von Kraftstoff) zu noch höheren Spitzendrücken und Wärmefreisetzungsraten. Außerdem erfordern viele der für HCCI-Motoren verwendeten Steuerungsstrategien eine Vorwärmung der Ladung. Dies reduziert die Dichte und somit die Masse der Luft-Kraftstoff-Ladung in der Verbrennungskammer, was die Leistung reduziert. Furthermore, the decrease in air-fuel ratio (by adding fuel) results in even higher peak pressures and heat release rates. In addition, many of the control strategies used for HCCI engines require pre-heating of the charge. This reduces the density and thus the mass of the air-fuel charge in the combustion chamber, which reduces the power.

Zwei bekannte Wege zum Erhöhen der Leistung sind die Verwendung von Kraftstoffen mit unterschiedlichen Selbstzündungseigenschaften, und die Wärmeschichtung der Ladung, sodass unterschiedliche Stellen der zusammengepressten Ladung unterschiedliche Temperaturen aufweisen und zu unterschiedlichen Zeitpunkten brennen, wodurch die Wärmefreisetzungsrate verringert wird. Diese Strategien sind jedoch nicht flexibel oder schwer zu steuern oder mindern die Vorteile, die durch das Verwenden einer homogenen Ladung erreicht werden.Two known ways to increase the power are the use of fuels with different auto-ignition properties, and the heat stratification of the charge so that different locations of the compressed charge have different temperatures and burn at different times, thereby reducing the heat release rate. However, these strategies are not flexible or difficult to control or mitigate the benefits achieved by using a homogeneous charge.

Es wird daher gewünscht, einen Kompressionszündungsmotor bereitzustellen, der bei hoher Last betrieben werden kann. Es ist wünschenswert, einen Kompressionszündungsmotor bereitzustellen, der schnell und effizient von geringer zu hoher Last übergehen kann. It is therefore desired to provide a compression ignition engine which can be operated at high load. It is desirable to provide a compression ignition engine that can transition quickly and efficiently from low to high load.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Kompressionszündungsmotor bereitgestellt, der in einem Niedertemperatur-Verbrennungsmodus betrieben werden kann, wobei der Motor Folgendes umfasst:
mehrere Zylinder, die jeweils eine Verbrennungskammer definieren, wobei der Motor zum Zuführen und Mischen von Luft und Kraftstoff in jeder Verbrennungskammer ausgelegt ist, wobei das Gemisch eine stöchiometrische Mischung oder nahezu stöchiometrische Mischung ist;
ein Steuermittel mit einem Sensor zum Messen der Motorlast;
eine Gasquelle, die Sauerstoff umfasst, und mit dem Steuermittel gekoppelt ist,
wobei, als Reaktion darauf, dass der Sensor einen Übergang zu einer hohen Motorlast misst, das Steuermittel dazu ausgelegt ist, Gas vor oder gleichzeitig mit einer Erhöhung des Kraftstoffes an jede Verbrennungskammer abzugeben.According to a first aspect of the present invention, there is provided a compression ignition engine that can be operated in a low temperature combustion mode, the engine comprising:
a plurality of cylinders each defining a combustion chamber, the engine configured to supply and mix air and fuel in each combustion chamber, the mixture being a stoichiometric mixture or near stoichiometric mixture;
a control means having a sensor for measuring the engine load;
a gas source comprising oxygen and coupled to the control means,
wherein, in response to the sensor measuring a transition to a high engine load, the control means is adapted to deliver gas to each combustion chamber prior to or simultaneously with an increase in the fuel.

Der Motor kann ausgelegt sein, um unter Verwendung eines stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses betrieben zu werden. Das Steuermittel kann vor oder gleichzeitig mit einer Erhöhung von Kraftstoff zum Abgeben von Gas an jede Verbrennungskammer ausgelegt sein, sodass das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Wesentlichen beibehalten wird.The engine may be configured to operate using a stoichiometric air-fuel ratio. The control means may be adapted before or simultaneously with an increase in fuel for delivering gas to each combustion chamber, so that the stoichiometric air-fuel ratio is substantially maintained.

Das Gas kann Sauerstoff sein. Alternativ kann das Gas Luft sein.The gas can be oxygen. Alternatively, the gas may be air.

Die Gasquelle kann eine Reformervorrichtung umfassen, die zum Erzeugen von Sauerstoff ausgelegt ist.The gas source may include a reformer device configured to generate oxygen.

Der Motor kann einen Einlasskrümmer aufweisen, der fluidisch mit jedem Zylinder zum Abgeben von Luft in jede Verbrennungskammer verbunden ist. Das Steuermittel kann ausgelegt sein, um Gas an den Einlasskrümmer abzugeben. The engine may include an intake manifold fluidly connected to each cylinder for discharging air into each combustion chamber. The control means may be configured to deliver gas to the intake manifold.

Der Motor kann einen Gaseinspritzer zum Abgeben von Gas an den Einlasskrümmer aufweisen. Der Gaseinspritzer kann ein Niederdruck-Gaseinspritzer sein.The engine may include a gas injector for delivering gas to the intake manifold. The gas injector may be a low pressure gas injector.

Das Steuermittel kann eine Motorsteuerungseinheit umfassen. Das Steuermittel kann ausgelegt sein, um die Menge von Kraftstoff, die an jede Verbrennungskammer abgegeben wird, zu steuern.The control means may comprise an engine control unit. The control means may be configured to control the amount of fuel delivered to each combustion chamber.

Der Motor kann ein Kraftstoffzufuhrsystem aufweisen, das fluidisch mit jedem Zylinder zum Zuführen von Kraftstoff in jede Verbrennungskammer verbunden ist.The engine may include a fuel delivery system fluidly connected to each cylinder for supplying fuel to each combustion chamber.

Der Motor kann ein Abgasrückleitungssystem (EGR-System) aufweisen, das zum Rückleiten eines Teils des Motorabgases zu jeder Verbrennungskammer ausgelegt ist.The engine may include an exhaust gas recirculation (EGR) system configured to recirculate a portion of the engine exhaust gas to each combustion chamber.

Das Steuermittel kann nach der Zufuhr von Gas in jede Verbrennungskammer zum Rückleiten von Abgas zu jeder Verbrennungskammer ausgelegt sein, bis ein vorbestimmtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis erreicht wird. Das Steuermittel kann ausgelegt sein, um danach die Abgabe von Gas an jede Verbrennungskammer zu reduzieren oder zu beenden.The control means may be arranged after the supply of gas into each combustion chamber for returning exhaust gas to each combustion chamber until a predetermined air-fuel ratio is achieved. The control means may be arranged to thereafter reduce or stop the delivery of gas to each combustion chamber.

Ein Fahrzeug weist einen Motor gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung auf.A vehicle includes an engine according to the first aspect of the present invention.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben eines Kompressionszündungsmotors bereitgestellt, der in einem Niedertemperatur-Verbrennungsmodus betrieben wird, wobei das Verfahren Folgendes umfasst:
Zuführen von Luft und Kraftstoff an die Zylinder des Motors, wobei jeder Zylinder eine Verbrennungskammer definiert;
Mischen von Luft und Kraftstoff innerhalb jeder Verbrennungskammer, wobei die abgegebene Luft- und Kraftstoffmenge ein Gemisch erzeugt, das eine stöchiometrische oder nahezu stöchiometrische Mischung ist;
Messen einer Motorlast;
als Reaktion auf das Messen eines Übergangs zu einer hohen Motorlast, Abgeben eines Gases an jede Verbrennungskammer, das Sauerstoff umfasst; und
Erhöhen der Kraftstoffabgabe an jede Verbrennungskammer.According to a second aspect of the present invention, there is provided a method of operating a compression ignition engine operated in a low temperature combustion mode, the method comprising:
Supplying air and fuel to the cylinders of the engine, each cylinder defining a combustion chamber;
Mixing air and fuel within each combustion chamber, the amount of air and fuel delivered producing a mixture that is a stoichiometric or near-stoichiometric mixture;
Measuring an engine load;
in response to measuring a transition to a high engine load, delivering a gas to each combustion chamber comprising oxygen; and
Increase the fuel delivery to each combustion chamber.

Das Verfahren kann das Betreiben des Motors bei im Wesentlichen stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis beinhalten. Das Verfahren kann das Abgeben von Gas an jede Verbrennungskammer beinhalten, sodass das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Wesentlichen beibehalten wird.The method may include operating the engine at substantially stoichiometric air-fuel ratio. The method may include dispensing gas to each combustion chamber such that the stoichiometric air-fuel ratio is substantially maintained.

Das Verfahren kann das Abgeben von Luft an jede Verbrennungskammer über einen Einlasskrümmer beinhalten, der fluidisch mit jedem Zylinder verbunden ist. Das Verfahren kann das Zuführen von Gas in den Einlasskrümmer beinhalten.The method may include dispensing air to each combustion chamber via an intake manifold fluidly connected to each cylinder. The method may include supplying gas into the intake manifold.

Das Verfahren kann das Einspritzen von Gas bei Niederdruck in den Einlasskrümmer beinhalten. The method may include injecting gas at low pressure into the intake manifold.

Das Verfahren kann das Rückleiten von Abgas zu jeder Verbrennungskammer beinhalten. Das Verfahren kann nach der Abgabe von Gas an jede Verbrennungskammer das Rückleiten von Abgas zu jeder Verbrennungskammer beinhalten, bis ein vorbestimmtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis erreicht wird. Das vorbestimmte Luft-Kraftstoff-Verhältnis kann ein im Wesentlichen stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis sein. Das Verfahren kann danach das Reduzieren oder Beenden der Abgabe von Gas an jede Verbrennungskammer beinhalten.The method may include returning exhaust gas to each combustion chamber. The method, after delivery of gas to each combustion chamber, may include returning exhaust gas to each combustion chamber until a predetermined air-fuel ratio is achieved. The predetermined air-fuel ratio may be a substantially stoichiometric air-fuel ratio. The method may then include reducing or stopping the delivery of gas to each combustion chamber.

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun rein beispielhaft in Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:Embodiments of the present invention will now be described, by way of example only, with reference to the accompanying drawings. Show it:

1 ein bekanntes Schaubild, das das Luft-Kraftstoff-Verhältnis und die Temperatur für einen Niedertemperatur- und herkömmlichen Verbrennungsmodus zeigt und Bereiche hoher Emissionen hervorhebt. 1 a known graph showing the air-fuel ratio and the temperature for a low-temperature and conventional combustion mode and highlighting high-emission areas.

2 ein schematisches Diagramm eines Motorsystems gemäß der vorliegenden Erfindung; 2 a schematic diagram of an engine system according to the present invention;

1 ist ein Schaubild von Luft-Kraftstoff-Verhältnissen zu Flammentemperaturen für Kompressionszündungsmotoren. Das Schaubild zeigt einen Bereich 100, in dem ein Motor in einem Niedertemperatur-Modus und bei typischerweise geringen und mittleren Lasten betrieben wird, und einen Bereich 102, in dem typischerweise ein herkömmlicher Dieselmotor bei hoher Last betrieben wird. In dem Schaubild sind auch zwei separate Bereiche hoher Emissionen dargestellt: ein Bereich 110, der ein hohes Luft-Kraftstoff-Verhältnis und Temperatur aufweist, in dem hohe NOx-Pegel erzeugt werden; und einen Bereich 112, der ein niedriges Luft-Kraftstoff-Verhältnis und eine mittlere Temperatur aufweist, die hohe Teilchenpegel erzeugen. 1 FIG. 10 is a graph of air-fuel ratios to flame temperatures for compression ignition engines. FIG. The diagram shows an area 100 in which an engine is operated in a low temperature mode and at typically low and medium loads, and an area 102 , in which typically a conventional diesel engine is operated at high load. The graph also shows two separate high-emission areas: one area 110 who ein high air-fuel ratio and temperature, are generated in the high NOx levels; and an area 112 which has a low air-fuel ratio and an average temperature which produce high particle levels.

Typischerweise beträgt eine niedrige Last bis zu 3 bar BMEP und eine hohe Last könnte eine Last größer als dieser Betrag für leicht kommerzielle Motoren sein. Die Werte hängen jedoch von dem Motor und den Bedingungen ab. Es kann wünschenswert sein, das beschriebene Verfahren zu verwenden, um von 1 bar bis 3 bar BMEP oder sagen wir von 4 bar bis zu einer höheren Last zu gehen.Typically, a low load is up to 3 bar BMEP and a high load might be a load greater than this amount for light commercial engines. The values, however, depend on the engine and the conditions. It may be desirable to use the method described to go from 1 bar to 3 bar BMEP or say from 4 bar to a higher load.

Bei einem Motor, der in einem Niedertemperaturmodus bei geringen oder mittleren Lasten betrieben wird, beträgt die Temperatur typischerweise weniger als 2000 ºK, sodass beide Bereiche hoher Emissionen im Allgemeinen vermieden werden. Außer der Leistung ist dieser eine Hauptgrund dafür, warum die Niedertemperaturverbrennung attraktiv ist.For an engine operating in a low temperature mode at low or medium loads, the temperature is typically less than 2000 ° K, so both high emission areas are generally avoided. Besides performance, this is a major reason why low temperature combustion is attractive.

Ein herkömmlicher Kompressionszündungsmotor tendiert andererseits aufgrund der höheren Temperatur dazu, höhere NOx- und/oder Teilchenpegel bei geringen bis mittleren Lasten zu erzeugen. Nur bei höheren Lasten (einschließlich höherer Temperaturen und einer höheren Kraftstoffabgabe, die das Luft-Kraftstoffverhältnis reduziert) können die Bereiche hoher Emissionen vermieden werden. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass ein herkömmlicher Kompressionszündungsmotor, der bei hoher Last betrieben wird, annehmbar niedrige Emissionspegel erzeugen kann (durch Betreiben in dem Bereich in der Ecke rechts unten aus 1).On the other hand, a conventional compression ignition engine tends to produce higher NOx and / or particulate levels at low to medium loads due to the higher temperature. Only at higher loads (including higher temperatures and higher fuel output, which reduces the air-fuel ratio) can the high-emission areas be avoided. It should be noted, however, that a conventional compression ignition engine operating at high load can produce acceptably low emission levels (by operating in the area in the lower right corner 1 ).

2 zeigt einen Motor 10 gemäß der Erfindung. Der Motor 10 ist ein Kompressionszündungsmotor, der in einem Niedertemperatur-Verbrennungsmodus betrieben werden kann. 2 shows a motor 10 according to the invention. The motor 10 is a compression ignition engine that can be operated in a low temperature combustion mode.

Der Motor 10 umfasst eine Anzahl von Zylindern 12 (nur zwei in 2 dargestellt), die jeweils eine Verbrennungskammer 14 definieren. Ein Kraftstoffzufuhrsystem, das einen Kraftstofftank 20 und eine Kraftstoffpumpe 22 umfasst, ist mit jedem Zylinder 12 zum Abgeben von Kraftstoff an jede Verbrennungskammer 14 fluidisch verbunden. Auch ist ein Lufteinlasskrümmer 30 mit jedem Zylinder zum Abgeben von Luft an jede Verbrennungskammer 14 fluidisch verbunden. Der Motor 10 ist zum Abgeben und Mischen von Luft und Kraftstoff in jeder Verbrennungskammer 14 ausgelegt, um ein Gemisch zu erreichen, das nahezu eine stöchiometrische Mischung ist.The motor 10 includes a number of cylinders 12 (only two in 2 shown), each a combustion chamber 14 define. A fuel delivery system that has a fuel tank 20 and a fuel pump 22 includes, is with each cylinder 12 for delivering fuel to each combustion chamber 14 fluidly connected. Also is an air intake manifold 30 with each cylinder for delivering air to each combustion chamber 14 fluidly connected. The motor 10 is for dispensing and mixing air and fuel in each combustion chamber 14 designed to achieve a mixture that is almost a stoichiometric mixture.

Der Motor 10 weist auch ein Steuermittel auf, das eine Motorsteuereinheit 40 umfasst. Die Motorsteuereinheit 40 ist mit dem Kraftstoffabgabesystem verbunden und steuert selektiv die Kraftstoffpumpe 22, um die Menge von Kraftstoff zu steuern, die an jede Verbrennungskammer abgegeben wird. Das Steuermittel weist auch einen Sensor 42 zum Messen der Motorlast auf. Wenn eine höhere Motorlast gemessen wird, kann die Motorsteuereinheit 40 die Kraftstoffpumpe 22 steuern, um den an jede Verbrennungskammer abgegebenen Kraftstoff zu erhöhen.The motor 10 also comprises a control means comprising a motor control unit 40 includes. The engine control unit 40 is connected to the fuel delivery system and selectively controls the fuel pump 22 to control the amount of fuel delivered to each combustion chamber. The control means also has a sensor 42 for measuring the engine load. If a higher engine load is measured, the engine control unit may 40 the fuel pump 22 control to increase the fuel delivered to each combustion chamber.

Eine Reformervorrichtung 50 wird bereitgestellt und erzeugt Sauerstoff. Der Sauerstoff wird in ein Speichergefäß 52 gegeben, wo er bei Niederdruck gespeichert wird. Das Speichergefäß 52 ist mit einem Lufteinlasskrümmer 30 über ein Ventil 54 verbunden. Die Motorsteuereinheit 40 steuert das Ventil 54 zum selektiven Durchströmen von Sauerstoff zu dem Lufteinlasskrümmer 30 und damit zu der Verbrennungskammer 14 der Zylinder 12.A reformer device 50 is provided and generates oxygen. The oxygen gets into a storage vessel 52 given where it is stored at low pressure. The storage vessel 52 is with an air intake manifold 30 via a valve 54 connected. The engine control unit 40 controls the valve 54 for selectively flowing oxygen to the air intake manifold 30 and thus to the combustion chamber 14 the cylinder 12 ,

Wenn der Sensor 42 einen Übergang von einer geringen zu hohen Motorlast misst, erhöht die Motorsteuereinheit 40 die Abgabe von Kraftstoff an den Zylinder 12. Zur etwa gleichen Zeit (etwa unmittelbar davor oder danach) öffnet die Motorsteuereinheit 40 auch das Ventil 54, damit Sauerstoff zu den Zylindern 12 über den Lufteinlasskrümmer 30 strömen kann.If the sensor 42 Transition from a low to high engine load increases the engine control unit 40 the delivery of fuel to the cylinder 12 , At about the same time (about immediately before or after) opens the engine control unit 40 also the valve 54 to allow oxygen to the cylinders 12 over the air intake manifold 30 can flow.

Die Sauerstoffmenge, die an die Zylinder 12 abgegeben wird, ist proportional zu der Erhöhung des Kraftstoffes, der an die Zylinder 12 abgegeben wird. Auf diese Weise wird das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Wesentlichen beibehalten. Dies verhindert eine hohe Erzeugung von Emissionen und verbessert die Motoreffizienz. Es kann auch wünschenswert sein, einen „herkömmlichen“ Verbrennungsmodus auszuführen, weil die Last zu hoch ist, um eine Niedertemperaturverbrennung zu erreichen.The amount of oxygen flowing to the cylinders 12 is delivered, is proportional to the increase in the fuel, which is to the cylinder 12 is delivered. In this way, the stoichiometric air-fuel ratio is substantially maintained. This prevents high generation of emissions and improves engine efficiency. It may also be desirable to perform a "conventional" combustion mode because the load is too high to achieve low temperature combustion.

Der Motor 10 weist ein Abgasrückleitungssystem (EGR-System) 60 auf, das zum Rückleiten eines Teils des Motorabgases zurück in jede Verbrennungskammer 14 ausgelegt ist. Das EGR-System 60 wird ebenfalls von der Motorsteuereinheit 40 gesteuert.The motor 10 has an exhaust gas recirculation system (EGR system) 60 this is for returning a portion of the engine exhaust back into each combustion chamber 14 is designed. The EGR system 60 is also from the engine control unit 40 controlled.

Wenn der Motor 10 bei hoher Last gehalten werden muss, kann die Motorsteuereinheit 40 die Abgabe von Sauerstoff durch schrittweise Schließen des Ventils 54 und Erhöhen der Abgabe von zurückgeleitetem Abgas an die Zylinder 12 reduzieren, bis ein vorbestimmtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis erreicht wird. Wenn der Motor turbogeladen ist, ist möglicherweise die Verstärkung anzupassen, um den gewünschten Einlassladungsdruck bereitzustellen.If the engine 10 must be kept at high load, the engine control unit 40 the release of oxygen by gradually closing the valve 54 and increasing the output of recirculated exhaust gas to the cylinders 12 reduce until a predetermined air-fuel ratio is achieved. When the engine is turbocharged, the gain may need to be adjusted to provide the desired intake charge pressure.

Wenngleich vorstehend spezifische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, wird man zu schätzen wissen, dass Abweichungen von den beschriebenen Ausführungsformen dennoch in den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung fallen können.While specific embodiments of the present invention have been described above, it will be appreciated that departures from the described embodiments may still fall within the scope of the present invention.

Claims (22)

Kompressionszündungsmotor, der in einem Niedertemperatur-Verbrennungsmodus betrieben werden kann, wobei der Motor Folgendes umfasst: mehrere Zylinder, die jeweils eine Verbrennungskammer definieren, wobei der Motor zum Abgeben und Mischen von Luft und Kraftstoff in jeder Verbrennungskammer ausgelegt ist, wobei das Gemisch eine stöchiometrische oder nahezu stöchiometrische Mischung ist; ein Steuermittel mit einem Sensor zum Messen einer Motorlast; eine Gasquelle, die Sauerstoff umfasst, und mit dem Steuermittel gekoppelt ist, wobei, als Reaktion darauf, dass der Sensor einen Übergang zu einer hohen Motorlast misst, das Steuermittel dazu ausgelegt ist, Gas vor oder gleichzeitig mit einer Erhöhung des Kraftstoffes an jede Verbrennungskammer abzugeben.A compression ignition engine operable in a low temperature combustion mode, the engine comprising: a plurality of cylinders each defining a combustion chamber, the engine adapted to exhaust and mix air and fuel in each combustion chamber, the mixture being a stoichiometric or near stoichiometric mixture; a control means including a sensor for measuring an engine load; a gas source comprising oxygen and coupled to the control means, wherein, in response to the sensor measuring a transition to a high engine load, the control means is adapted to deliver gas to each combustion chamber prior to or simultaneously with an increase in the fuel. Motor nach Anspruch 1, wobei der Motor zum Betreiben unter Verwendung eines stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ausgelegt ist. The engine of claim 1, wherein the engine is configured to operate using a stoichiometric air-fuel ratio. Motor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Steuermittel vor oder gleichzeitig mit einer Erhöhung von Kraftstoff zum Abgeben von Gas an jede Verbrennungskammer ausgelegt ist, sodass das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Wesentlichen beibehalten wird.An engine according to any one of claims 1 or 2, wherein the control means is adapted prior to or simultaneously with an increase in fuel for delivering gas to each combustion chamber such that the stoichiometric air-fuel ratio is substantially maintained. Motor nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Gas Sauerstoff ist. An engine according to any one of the preceding claims, wherein the gas is oxygen. Motor nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Gasquelle eine Reformervorrichtung umfasst, die zum Erzeugen von Sauerstoff ausgelegt ist.An engine as claimed in any one of the preceding claims, wherein the gas source comprises a reformer device adapted to generate oxygen. Motor nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Motor einen Einlasskrümmer aufweist, der zum Abgeben von Luft an jede Verbrennungskammer mit jedem Zylinder fluidisch verbunden ist, und wobei das Steuermittel ausgelegt ist, um Gas an den Einlasskrümmer abzugeben. An engine according to any one of the preceding claims, wherein the engine has an intake manifold fluidly connected to each combustion chamber for delivering air to each combustion chamber, and wherein the control means is adapted to deliver gas to the intake manifold. Motor nach Anspruch 6, wobei der Motor einen Gaseinspritzer zum Abgeben von Gas an den Einlasskrümmer aufweist. The engine of claim 6, wherein the engine includes a gas injector for delivering gas to the intake manifold. Motor nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Steuermittel eine Motorsteuerungseinheit umfasst. An engine as claimed in any one of the preceding claims, wherein the control means comprises an engine control unit. Motor nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Steuermittel zum Steuern der Kraftstoffmenge, die an jede Verbrennungskammer abgegeben wird, ausgelegt ist.An engine as claimed in any preceding claim, wherein the control means is arranged to control the amount of fuel delivered to each combustion chamber. Motor nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Motor ein Kraftstoffabgabesystem aufweist, das mit jedem Zylinder zum Abgeben von Kraftstoff an jede Verbrennungskammer fluidisch verbunden ist.An engine according to any one of the preceding claims, wherein the engine has a fuel delivery system fluidly connected to each cylinder for delivering fuel to each combustion chamber. Motor nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Motor ein Abgas-Rückleitungssystem aufweist, das zum Zurückleiten eines Teils des Motorabgases zu jeder Verbrennungskammer ausgelegt ist.An engine according to any one of the preceding claims, wherein the engine includes an exhaust gas recirculation system configured to recirculate a portion of the engine exhaust gas to each combustion chamber. Motor nach Anspruch 11, wobei das Steuermittel nach der Abgabe von Gas an jede Verbrennungskammer zum Zurückleiten von Abgas zu jeder Verbrennungskammer ausgelegt ist, bis ein vorbestimmtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis erreicht wird. An engine according to claim 11, wherein said control means is arranged to exhaust exhaust gas to each combustion chamber after delivery of gas to each combustion chamber until a predetermined air-fuel ratio is achieved. Motor nach Anspruch 12, wobei das Steuermittel danach zum Reduzieren oder Beenden der Gasabgabe an jede Verbrennungskammer ausgelegt ist.An engine according to claim 12, wherein said control means is thereafter designed to reduce or stop the delivery of gas to each combustion chamber. Fahrzeug mit einem Motor nach einem der vorherigen Ansprüche.Vehicle with an engine according to one of the preceding claims. Verfahren zum Betreiben eines Kompressionszündungsmotors in einem Niedertemperatur-Verbrennungsmodus, wobei das Verfahren Folgendes beinhaltet: Zuführen von Luft und Kraftstoff an die Zylinder des Motors, wobei jeder Zylinder eine Verbrennungskammer definiert; Mischen von Luft und Kraftstoff innerhalb jeder Verbrennungskammer, wobei die abgegebene Luft- und Kraftstoffmenge ein Gemisch erzeugt, das eine stöchiometrische oder nahezu stöchiometrische Mischung ist; Messen einer Motorlast; als Reaktion auf das Messen eines Übergangs zu einer hohen Motorlast, Abgeben eines Gases an jede Verbrennungskammer, das Sauerstoff umfasst; und Erhöhen der Kraftstoffabgabe an jede Verbrennungskammer.A method of operating a compression ignition engine in a low temperature combustion mode, the method comprising: Supplying air and fuel to the cylinders of the engine, each cylinder defining a combustion chamber; Mixing air and fuel within each combustion chamber, the amount of air and fuel delivered producing a mixture that is a stoichiometric or near-stoichiometric mixture; Measuring an engine load; in response to measuring a transition to a high engine load, delivering a gas to each combustion chamber comprising oxygen; and Increase the fuel delivery to each combustion chamber. Verfahren nach Anspruch 15, das den Motorbetrieb bei im Wesentlichen stöchiometrischem Luft-Kraftstoff-Verhältnis beinhaltet. The method of claim 15, including engine operation at substantially stoichiometric air-fuel ratio. Verfahren nach Anspruch 16, das die Abgabe von Gas an jede Verbrennungskammer beinhaltet, sodass das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Wesentlichen beibehalten wird.The method of claim 16 including delivering gas to each combustion chamber such that the stoichiometric air-fuel ratio is substantially maintained. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, das die Abgabe von Luft an jede Verbrennungskammer über einen Einlasskrümmer, der fluidisch mit jedem Zylinder verbunden ist, und das Abgeben des Gases an den Einlasskrümmer beinhaltet.The method of any one of claims 15 to 17, including delivering air to each combustion chamber via an intake manifold fluidly connected to each cylinder and delivering the gas to the intake manifold. Verfahren nach Anspruch 18, das das Einspritzen des Gases bei Niederdruck in den Einlasskrümmer beinhaltet. The method of claim 18, including injecting the gas at low pressure into the intake manifold. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, das die Rückleitung von Abgas zu jeder Verbrennungskammer und, nach Abgabe von Gas an jede Verbrennungskammer, das Rückleiten von Abgas an jede Verbrennungskammer beinhaltet, bis ein vorbestimmtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis erreicht wird. A method according to any one of claims 15 to 19, including returning exhaust gas to each combustion chamber and, after delivering gas to each combustion chamber, returning exhaust gas to each combustion chamber until a predetermined air-fuel ratio is achieved. Verfahren nach Anspruch 20, wobei das vorbestimmte Luft-Kraftstoff-Verhältnis ein im Wesentlichen stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist. The method of claim 20, wherein the predetermined air-fuel ratio is a substantially stoichiometric air-fuel ratio. Verfahren nach Anspruch 21, das danach das Reduzieren oder Beenden der Gasabgabe an jede Verbrennungskammer beinhaltet.The method of claim 21, further comprising reducing or stopping the gas delivery to each combustion chamber.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6161519A (en) * 1998-03-03 2000-12-19 Nissan Motor Co., Ltd. Combustion control device for diesel engine
DE19848418A1 (en) * 1998-10-21 2000-04-27 Asea Brown Boveri Diesel internal combustion engine operating method involves feeding additional gas contg. oxygen into combustion chamber via separate additional gas inlet(s) and additional gas valve(s)
US7290522B2 (en) * 2003-06-12 2007-11-06 Masschusetts Institute Of Technology High compression ratio, high power density homogeneous charge compression ignition engines using hydrogen and carbon monoxide to enhance auto-ignition resistance
JP4218465B2 (en) * 2003-08-22 2009-02-04 トヨタ自動車株式会社 Fuel injection amount control device for internal combustion engine
WO2006023079A2 (en) * 2004-08-20 2006-03-02 Southwest Research Institute Method for rich pulse control of diesel engines
US8463529B2 (en) * 2004-09-17 2013-06-11 Eaton Corporation System and method of operating internal combustion engines at fuel rich low-temperature- combustion mode as an on-board reformer for solid oxide fuel cell-powered vehicles

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