DE102015202193B4 - Method for operating an internal combustion engine and internal combustion engine - Google Patents

Method for operating an internal combustion engine and internal combustion engine Download PDF

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Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1) mit wenigstens einem Brennraum (3), der in eine Hauptkammer (5) und eine Vorkammer (7) unterteilt ist, wobei eine Hauptmenge an dem Brennraum (3) in einem Arbeitstakt zugeführtem Brennstoff durch die Vorkammer (7) eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (1) mit Brenngas als Brennstoff betrieben wird, wobei das Brenngas in einem Saugtakt und/oder zu Beginn eines Kompressionstakts in den Brennraum (3) eingelassen wird.

Figure DE102015202193B4_0000
Method for operating an internal combustion engine (1) having at least one combustion chamber (3), which is subdivided into a main chamber (5) and an antechamber (7), wherein a major amount of fuel supplied to the combustion chamber (3) through the pre-chamber ( 7) is introduced, characterized in that the internal combustion engine (1) is operated with fuel gas as fuel, wherein the fuel gas in a suction stroke and / or at the beginning of a compression stroke in the combustion chamber (3) is admitted.
Figure DE102015202193B4_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine sowie eine Brennkraftmaschine.The invention relates to a method for operating an internal combustion engine and an internal combustion engine.

Bei Brennkraftmaschinen, welche einen Brennraum aufweisen, der in eine Hauptkammer und eine Vorkammer unterteilt ist, wird typischerweise eine Hauptmenge an Brennstoff direkt - also nicht über die Vorkammer - in die Hauptkammer eingebracht. Beispielsweise kann bei Gasmotoren vorgesehen sein, dass der Brennstoff vor einem Zylinderkopf in die Ladenluft eingeblasen wird, wobei er sich auf dem Weg in den Brennraum mit dieser vermischt. Die Vorkammer dient als Zündverstärker, um eine sichere Entflammung des Brennstoffs in der Hauptkammer zu gewährleisten. Dabei können sogenannte ungespülte Vorkammern verwendet werden, denen ein Brennstoff-Luftgemisch lediglich passiv in einem Kompressionstakt aus der Hauptkammer durch wenigstens einen Schusskanal zugeführt wird, welcher die Vorkammer mit der Hauptkammer verbindet. Es können alternativ auch gespülte Vorkammern verwendet werden, die eine eigene Brennstoffversorgung aufweisen. In diesem Fall wird aber lediglich eine Zündmenge an Brennstoff in die Vorkammer eingebracht, die letztlich dazu dient, die direkt in die Hauptkammer eingebrachte Hauptmenge an Brennstoff sicher zu entflammen. Nachteilig bei Gasmotoren der hier beschriebenen Art ist, dass in einer vergleichsweise langen Zuleitung zu der Hauptkammer ein brennbares Brennstoff/Verbrennungsluft-Gemisch vorhanden ist, was die Betriebssicherheit einer solchen Brennkraftmaschine beeinträchtigt. Dies erhöht insbesondere den Aufwand für marine Anwendungen, da hier eine Doppelwandigkeit für alle gasberührten Bauteile gefordert wird. Weiterhin kann - wenn überhaupt - nur eine vergleichsweise träge Regelung der zugeführten Brennstoffmenge erfolgen, wodurch eine solche Brennkraftmaschine nicht kennfeldtauglich ist. Werden gespülte Vorkammern verwendet, bedarf es zweier Gaszuleitungssysteme einerseits für die Hauptkammer und andererseits für die Vorkammer, was aufwändig und teuer ist.In internal combustion engines, which have a combustion chamber which is subdivided into a main chamber and an antechamber, a major amount of fuel is typically introduced directly into the main chamber, ie not via the prechamber. For example, may be provided in gas engines that the fuel is injected into the shop air in front of a cylinder head, where he mixed on the way into the combustion chamber with this. The pre-chamber serves as a booster to ensure safe ignition of the fuel in the main chamber. In this case, so-called unsprayed pre-chambers can be used, to which a fuel-air mixture is fed passively only in a compression stroke from the main chamber through at least one firing channel, which connects the pre-chamber with the main chamber. Alternatively, flushed pre-chambers may be used, which have their own fuel supply. In this case, however, only a firing amount of fuel is introduced into the pre-chamber, which ultimately serves to safely ignite the introduced directly into the main chamber main amount of fuel. A disadvantage of gas engines of the type described here is that in a comparatively long supply line to the main chamber, a combustible fuel / combustion air mixture is present, which affects the reliability of such an internal combustion engine. This increases in particular the effort for marine applications, since a double-walledness is required for all gas-contacting components. Furthermore, only a comparatively sluggish regulation of the amount of fuel supplied can take place, if at all, so that such an internal combustion engine is not suitable for a technical field. If flushed prechambers are used, two gas supply systems are required on the one hand for the main chamber and on the other hand for the prechamber, which is complicated and expensive.

Aus der DE 764 036 A geht eine als Dieselmaschine ausgebildete Brennkraftmaschine mit einem Brennraum hervor, der in eine Hauptkammer und eine Vorkammer unterteilt ist, wobei dem Brennraum Brennstoff durch die Vorkammer zugeführt wird.From the DE 764 036 A is designed as a diesel engine internal combustion engine with a combustion chamber, which is divided into a main chamber and an antechamber, wherein the combustion chamber fuel is supplied through the prechamber.

Aus der DE 21 18 359 B geht eine luftverdichtende Brennkraftmaschine mit Selbstzündung und im Zylinderkopf angeordneter Vorkammer hervor, wobei in der Vorkammer an der der Vorkammeröffnung gegenüberliegenden Stelle eine Einspritzdüse für Kraftstoff angeordnet ist.From the DE 21 18 359 B is an air-compressing internal combustion engine with auto-ignition and arranged in the cylinder head pre-chamber, wherein in the prechamber at the opposite side of the prechamber opening an injection nozzle for fuel is arranged.

Aus der WO 2014/072040 A1 geht ein gemischaufgeladener Gasmotor mit einem Brennraum hervor, der in einen Hauptbrennraum und eine Vorkammer unterteilt ist, wobei dem Hauptbrennraum ein Luft-/Brenngas-Gemisch über ein Einlassventil zuführbar ist, und wobei eine separate Brenngas-Versorgung für die Vorkammer vorgesehen ist.From the WO 2014/072040 A1 shows a supercharged gas engine with a combustion chamber, which is divided into a main combustion chamber and an antechamber, wherein the main combustion chamber, an air / fuel gas mixture is supplied via an inlet valve, and wherein a separate fuel gas supply is provided for the prechamber.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine sowie eine Brennkraftmaschine zu schaffen, wobei die genannten Nachteile nicht auftreten.The object of the invention is to provide a method for operating an internal combustion engine and an internal combustion engine, wherein said disadvantages do not occur.

Die Aufgabe wird gelöst, indem die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche geschaffen werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.The object is achieved by providing the subject matters of the independent claims. Advantageous embodiments emerge from the subclaims.

Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Brennraum geschaffen wird, wobei der Brennraum in eine Hauptkammer und eine Vorkammer unterteilt ist. Dabei wird eine Hauptmenge an dem Brennraum in einem Arbeitstakt zugeführtem Brennstoff durch die Vorkammer eingebracht. Dies bedeutet insbesondere, dass die dem Brennraum insgesamt - in Form von Brennstoff - zugeführte Energie im Wesentlichen durch die Vorkammer geführt wird. Somit ist es möglich, dass die Vorkammer, die ansonsten nur zur Zündung des in der Hauptkammer vorliegenden Gemischs genutzt wird, zusätzlich die Aufgabe der Mischung von Brennstoff und Verbrennungsluft im Brennraum sicherstellt. Durch das Einbringen der Hauptmenge des Brennstoffs über die Vorkammer wird diese massiv überspült, sodass der Restgasgehalt in der Vorkammer drastisch vermindert und die Bauteiltemperatur der Vorkammer und einer in der Vorkammer angeordneten Zündeinrichtung, beispielsweise einer Zündkerze, gesenkt wird. Dies beeinflusst die Standzeiten dieser Komponenten positiv. Es bedarf keiner Zuführung eines brennbaren Gemischs mehr zu dem Brennraum, da der Brennstoff der Vorkammer und die Verbrennungsluft der Hauptkammer - insbesondere separat voneinander - zugeführt werden können. Somit erhöht sich deutlich die Betriebssicherheit der Brennkraftmaschine, was deren kostengünstigere und vereinfachte Anwendung insbesondere im marinen Bereich ermöglicht. Weiterhin kann die durch die Vorkammer eingebrachte Brennstoffmenge sehr fein, insbesondere auch zylinderindividuell und insbesondere ohne große Totzeit, und bevorzugt in Abhängigkeit von einem Kennfeld eingestellt werden, sodass die Brennkraftmaschine kennfeldtauglich wird. Damit ist eine schnelle und insbesondere Diesel-ähnliche Regelung insbesondere bei Lastaufschaltung möglich, indem die dem Brennraum zugeführte Brennstoffmenge aktiv gesteuert wird. Hierdurch ergibt sich auch ein Wirkungsgradvorteil aufgrund verringerter oder wegfallender Drosselverluste im Vergleich zu einem herkömmlichen, angedrosselten Betrieb insbesondere in Teillast.The object is achieved in particular by providing a method for operating an internal combustion engine having at least one combustion chamber, wherein the combustion chamber is subdivided into a main chamber and an antechamber. In this case, a main amount is introduced to the combustion chamber in a working cycle supplied fuel through the prechamber. This means in particular that the combustion chamber as a whole - in the form of fuel - supplied energy is passed through the antechamber substantially. Thus, it is possible that the pre-chamber, which is otherwise used only for ignition of the present in the main chamber mixture, additionally ensures the task of mixing fuel and combustion air in the combustion chamber. By introducing the majority of the fuel through the prechamber this is massively flushed, so that the residual gas content in the prechamber drastically reduced and the component temperature of the prechamber and an arranged in the prechamber ignition, such as a spark plug is lowered. This positively influences the service lives of these components. It requires no supply of a combustible mixture more to the combustion chamber, since the fuel of the antechamber and the combustion air of the main chamber - in particular separately - can be supplied. Thus, the reliability of the internal combustion engine increases significantly, which allows their cost-effective and simplified application, especially in the marine sector. Furthermore, the amount of fuel introduced through the prechamber can be adjusted very finely, in particular also individually for the cylinder and in particular without a long dead time, and preferably as a function of a characteristic map, so that the internal combustion engine is suitable for the field map. Thus, a fast and in particular diesel-like control is possible, in particular when load is applied, by actively controlling the amount of fuel supplied to the combustion chamber. This also results in an efficiency advantage due to reduced or eliminated throttle losses in comparison to a conventional, throttled operation especially at partial load.

Bevorzugt werden mehr als 50 % der dem Brennraum insgesamt zugeführten Energie durch die Vorkammer eingebracht, insbesondere mehr als 60 %, vorzugsweise mehr als 70 %.Preferably, more than 50% of the total energy supplied to the combustion chamber is introduced through the pre-chamber, in particular more than 60%, preferably more than 70%.

NEUE BESCHREIBUNGSSEITENNEW DESCRIPTION PAGES

Es wird besonders eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, bei welcher mehr als 80 % der dem Brennraum insgesamt zugeführten Energie durch die Vorkammer eingebracht wird. Somit wird gegebenenfalls nur noch eine sehr kleine Menge an Brennstoff direkt - das heißt ohne Umweg über die Vorkammer, beispielsweise durch Direkteinspritzung, mittels Mehrpunkteinspritzung oder Saugrohreindüsung, oder auch durch Gemischbildung mit der Verbrennungsluft insbesondere vor Verdichter - in die Hauptkammer eingebracht. Insbesondere ist es möglich, dass die dem Brennraum zugeführte Energie - bis auf gegebenenfalls eine Vor- und/oder eine Nacheinspritzung - durch die Vorkammer in den Brennraum eingebracht wird, wobei es möglich ist, dass eine Vor- und/oder eine Nacheinspritzung direkt in die Hauptkammer erfolgt/erfolgen. Der Begriff „direkt“ bedeutet hier und im Folgenden insbesondere, dass einer Kammer - der Vorkammer oder der Hauptkammer - eines Brennraums Brennstoff unmittelbar, nämlich ohne Umweg über die andere Kammer zugeführt wird; der Begriff ist also nicht einschränkend als Direkteinspritzung zu verstehen, schließt diese Option aber ein. Eine direkte Zufuhr von Brennstoff in die Hauptkammer ist beispielsweise auch über eine Mehrpunkteinspritzung oder Saugrohreindüsung, oder auch durch Gemischbildung mit der Verbrennungsluft insbesondere vor Verdichter möglich.In particular, an embodiment of the method is preferred in which more than 80% of the total energy supplied to the combustion chamber is introduced through the pre-chamber. Thus, if necessary, only a very small amount of fuel directly - that is introduced without detour via the antechamber, for example by direct injection, by multipoint injection or Saugrohreindüsung, or by mixture formation with the combustion air in particular before compressors - in the main chamber. In particular, it is possible that the energy supplied to the combustion chamber - is introduced through the antechamber into the combustion chamber - except for possibly a pre-injection and / or a post-injection, it is possible that a pre-injection and / or a post-injection directly into the Main chamber is done / done. The term "direct" here and hereinafter means, in particular, that a chamber - the pre-chamber or the main chamber - a combustion chamber fuel is fed directly, namely without detour via the other chamber; the term is not restrictive to understand as direct injection, but includes this option. A direct supply of fuel into the main chamber is also possible, for example, via multipoint injection or intake manifold injection, or else through mixture formation with the combustion air, in particular upstream of the compressor.

Es wird aber ganz besonders auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass eine vollständige, dem Brennraum insgesamt zugeführte Brennstoffmenge durch die Vorkammer eingebracht wird. In diesem Fall wird die komplette Brennstoffmenge durch die Vorkammer geführt, wobei der Hauptkammer direkt ausschließlich Verbrennungsluft zugeführt wird. Dabei verwirklichen sich in ganz besonderer Weise die bereits zuvor angedeuteten Vorteile des Verfahrens. Insbesondere bedarf es lediglich noch eines einzigen Gassystems zur Zuführung von Brenngas, falls die Brennkraftmaschine als Gasmotor ausgebildet ist. Weiterhin bedarf es nur noch eines Eindüsorgans pro Brennraum, welches dann der Vorkammer zugeordnet ist. Es müssen keinerlei Maßnahmen mehr für die Zuführung von Brennstoff direkt in die Hauptkammer getroffen werden. Dies erhöht - wie bereits beschrieben - insbesondere auch die Betriebssicherheit der Brennkraftmaschine und macht diese geeignet zur Anwendung im marinen Bereich. Insbesondere wird bevorzugt eine dem Brennraum insgesamt zugeführte Energiemenge vollständig durch die Vorkammer zugeführt.However, an embodiment of the method is particularly preferred, which is characterized in that a complete, the combustion chamber total supplied amount of fuel is introduced through the prechamber. In this case, the entire amount of fuel is passed through the pre-chamber, the main chamber is fed directly only combustion air. This realizes in a very special way, the previously indicated advantages of the method. In particular, it only requires a single gas system for supplying fuel gas, if the internal combustion engine is designed as a gas engine. Furthermore, it only requires one injection element per combustion chamber, which is then assigned to the prechamber. There is no need to take any measures to supply fuel directly into the main chamber. This increases - as already described - in particular, the reliability of the internal combustion engine and makes it suitable for use in the marine sector. In particular, a total amount of energy supplied to the combustion chamber is preferably supplied completely through the prechamber.

Dabei wird besonders eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, bei welcher in die Vorkammer mittels eines Brennstoffzufuhrsystems reiner Brennstoff eingebracht wird. Der Vorkammer wird also kein brennbares Brennstoff/Verbrennungsluft-Gemisch zugeführt, sondern vielmehr reiner Brennstoff, insbesondere reines Brenngas, was für sich genommen nicht entflammbar ist. Dies erhöht weiter die Betriebssicherheit der Brennkraftmaschine. Eine Durchmischung von Brennstoff und Verbrennungsluft in der Vorkammer findet dann erst insbesondere in einem Kompressionstakt statt, wenn Verbrennungsluft aus der Hauptkammer in die Vorkammer gedrängt wird.In this case, an embodiment of the method is particularly preferred in which pure fuel is introduced into the pre-chamber by means of a fuel supply system. The prechamber is therefore supplied with no combustible fuel / combustion air mixture, but rather pure fuel, in particular pure fuel gas, which in itself is not flammable. This further increases the reliability of the internal combustion engine. A mixing of fuel and combustion air in the pre-chamber then takes place only in a particular compression stroke, when combustion air is forced from the main chamber into the prechamber.

Insbesondere wird eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, bei welcher die Vorkammer mit reinem Brennstoff gefüllt wird. Dabei wird also die Vorkammer zunächst derart mit Brennstoff, insbesondere mit Brenngas, geflutet, dass dort kein brennbares Gemisch entsteht, wobei insbesondere keine Verbrennungsluft mehr in der Vorkammer vorhanden ist. Dies führt auch zu einer besonders effizienten Spülung der Vorkammer, wobei der Restgasgehalt in derselben massiv gemindert wird. Im Kompressionstakt wird dann Verbrennungsluft durch wenigstens einen Schusskanal, welcher die Hauptkammer mit der Vorkammer verbindet, in die Vorkammer gedrängt, wobei schließlich in dieser ein zündfähiges Brennstoff/Verbrennungsluft-Gemisch gebildet wird. Dieses wird anschließend vorzugsweise mit einer Zündeinrichtung, beispielsweise einer Zündkerze, gezündet.In particular, an embodiment of the method is preferred in which the pre-chamber is filled with pure fuel. In this case, therefore, the prechamber is first so flooded with fuel, in particular with fuel gas, that there is no combustible mixture, in particular, no combustion air is present in the prechamber. This also leads to a particularly efficient flushing of the prechamber, whereby the residual gas content in the same massively reduced. In the compression stroke combustion air is then forced through at least one firing channel, which connects the main chamber with the antechamber in the antechamber, which is finally formed in this an ignitable fuel / combustion air mixture. This is then preferably ignited with an ignition device, such as a spark plug.

Die gasgespülte und insbesondere massiv überspülte Vorkammer gewährleistet eine hohe Zündenergie durch die gebildeten Fackelstrahlen und somit ein schnelles und effizientes Durchbrennen einer Hauptladung in der Hauptkammer.The gas-flushed and in particular massively flushed pre-chamber ensures a high ignition energy by the torch jets formed and thus a fast and efficient burning of a main charge in the main chamber.

Die Hauptladung wird gebildet, wenn die Vorkammer beim Einlassen des Brennstoffs massiv überspült wird. Dabei wird die Vorkammer mit reinem Brennstoff gefüllt, der dann durch den wenigstens einen Schusskanal in die Hauptkammer eindringt und sich dort mit der Verbrennungsluft zu einem entflammbaren Gemisch vermischt. Dabei ist sowohl eine Ladungsschichtung - insbesondere in radialer Richtung des vorzugsweise zylindrischen Brennraums - als auch eine homogene Mischung möglich. Wie bereits angedeutet, bildet sich in der Vorkammer ein brennbares Gemisch, wenn im Kompressionstakt Verbrennungsluft durch den wenigstens einen Schusskanal in die Vorkammer eingebracht wird.The main charge is formed when the prechamber is massively overflowed when the fuel is admitted. In this case, the pre-chamber is filled with pure fuel, which then penetrates through the at least one shot channel into the main chamber and there mixed with the combustion air to form a flammable mixture. In this case, both a charge stratification - in particular in the radial direction of the preferably cylindrical combustion chamber - as well as a homogeneous mixture is possible. As already indicated, a combustible mixture is formed in the prechamber when combustion air is introduced into the prechamber through the at least one shot channel in the compression stroke.

Die gute und insbesondere vollständige Restgasausspülung aus der Vorkammer gewährleistet, dass auch in verschiedenen Lastbereichen keine Aussetzer der Brennkraftmaschine zu befürchten sind.Ensures the good and especially complete Restgasausspülung from the antechamber, that even in different load ranges no misfires of the internal combustion engine are to be feared.

In der Vorkammer selbst erfolgt eine vergleichsweise heiße Verbrennung, wobei die dabei entstehenden Schadstoffe für mobile Anwendungen weniger kritisch sind als für stationäre Anwendungen. Daher ist das hier vorgeschlagene Verfahren besonders geeignet für mobile Anwendungen, insbesondere für marine Anwendungen.In the antechamber itself, a comparatively hot combustion, whereby the resulting pollutants for mobile applications are less critical than for stationary applications. Therefore, the method proposed here is particularly suitable for mobile applications, especially for marine applications.

Erfindungsgemäß wird die Brennkraftmaschine mit Brenngas als Brennstoff betrieben. Insbesondere wird im Rahmen des Verfahrens bevorzugt ein Gasmotor, vorzugsweise ein Magergasmotor, betrieben. Dabei verwirklichen sich in besonderer Weise die Vorteile des Verfahrens. Gemäß einer ersten erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass das Brenngas in einem Saugtakt in den Brennraum eingelassen wird. Dies hat den Vorteil, dass es zur Einbringung des Brenngases in die Vorkammer keiner Hochdruckgasversorgung bedarf. Die Brennkraftmaschine ist dabei bevorzugt als Hubkolbenmotor ausgebildet. Insbesondere kann das Brennstoffzufuhrsystem so eingerichtet sein, dass es einen Brenngasdruck von weniger als 10 bar bereitstellt. Gemäß einer zweiten erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist es alternativ oder zusätzlich vorgesehen, dass das Brenngas zu Beginn eines Kompressionstaktes in den Brennraum eingelassen wird. Auch hierbei bedarf es noch keiner Hochdruckgasversorgung, weil der Druck in dem Brennraum zu Beginn des Kompressionstakts noch weniger als 10 bar beträgt. Es ist aber auch möglich, dass eine Hochdruckgasversorgung verwendet wird.According to the invention, the internal combustion engine is operated with fuel gas as fuel. In particular, a gas engine, preferably a lean-burn gas engine, is preferably operated within the scope of the process. The benefits of the process are realized in a special way. According to a first embodiment of the invention, it is provided that the fuel gas is admitted in a suction stroke in the combustion chamber. This has the advantage that it does not require high-pressure gas supply for introducing the fuel gas into the prechamber. The internal combustion engine is preferably designed as a reciprocating engine. In particular, the fuel supply system may be configured to provide a fuel gas pressure of less than 10 bar. According to a second embodiment of the invention, it is alternatively or additionally provided that the fuel gas is admitted into the combustion chamber at the beginning of a compression stroke. Again, there is no need for high pressure gas supply, because the pressure in the combustion chamber at the beginning of the compression stroke is still less than 10 bar. But it is also possible that a high-pressure gas supply is used.

Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass das Brenngas in einem Saugtakt und noch zu Beginn eines Kompressionstakts in den Brennraum eingelassen wird. Dabei endet vorzugsweise ein Einbringen des Brenngases in den Brennraum spätestens dann, wenn ein Druck in demselben durch die Kompression einen durch das Brennstoffzufuhrsystem bereitgestellten Brenngasdruck, beispielsweise 10 bar, erreicht oder überschreitet.Particularly preferably, it is provided that the fuel gas is admitted into the combustion chamber in a suction stroke and at the beginning of a compression stroke. Preferably, an introduction of the fuel gas into the combustion chamber ends at the latest when a pressure in the same by the compression provided by the fuel supply system fuel gas pressure, for example, 10 bar, achieved or exceeded.

Es ist allerdings bei einer anderen Ausführungsform des Verfahrens auch möglich, dass eine Hochdruckgasversorgung verwendet wird. In diesem Fall kann der Brennstoff auch noch zu einem späteren Zeitpunkt während des Kompressionstakts eingebracht werden.However, it is also possible in another embodiment of the method that a high-pressure gas supply is used. In this case, the fuel can also be introduced at a later time during the compression stroke.

Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Brennkraftmaschine geschaffen wird, die wenigstens einen Brennraum aufweist, der in eine Hauptkammer und eine Vorkammer unterteilt ist. The object is also achieved by providing an internal combustion engine having at least one combustion chamber which is subdivided into a main chamber and an antechamber.

Weiterhin weist die Brennkraftmaschine ein Brennstoffzufuhrsystem auf, welches eingerichtet ist zur Zufuhr von Brennstoff in den wenigstens einen Brennraum. Dabei ist vorgesehen, dass das Brennstoffzufuhrsystem ausschließlich mit der Vorkammer in direkter Fluidverbindung ist. Furthermore, the internal combustion engine to a fuel supply system, which is adapted for supplying fuel into the at least one combustion chamber. It is provided that the fuel supply system is in direct fluid communication with the antechamber only.

Die Brennkraftmaschine ist insbesondere eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele. Dabei verwirklichen sich insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert wurden. Dass das Brennstoffzufuhrsystem ausschließlich mit der Vorkammer in direkter Fluidverbindung ist, bedeutet insbesondere, dass keine direkte Fluidverbindung des Brennstoffzufuhrsystems zu der Hauptkammer besteht, das heißt keine Fluidverbindung, die nicht über die Vorkammer verläuft. Vielmehr besteht eine solche Fluidverbindung nur mittelbar über die Vorkammer. Die Brennkraftmaschine weist dabei insbesondere nur ein Brennstoffzufuhrsystem, insbesondere nur ein Gassystem, und bevorzugt nur ein Eindüsorgan pro Brennraum auf. Dadurch kann sie kostengünstiger ausgestaltet sein, als wenn zusätzlich auch Brennstoff direkt in die Hauptkammer eingebracht werden würde.The internal combustion engine is in particular configured to carry out a method according to one of the embodiments described above. In particular, the advantages that have already been explained in connection with the method are realized. Specifically, the fact that the fuel delivery system is in direct fluid communication with only the prechamber means that there is no direct fluid connection of the fuel delivery system to the main chamber, that is, no fluid communication that does not pass through the prechamber. Rather, such a fluid connection is only indirectly via the antechamber. The internal combustion engine has in particular only one fuel supply system, in particular only one gas system, and preferably only one injection member per combustion chamber. As a result, it can be configured more cost-effectively than if, in addition, fuel were introduced directly into the main chamber.

Bei einem Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine ist es möglich, dass die Vorkammer in einen Motorblock der Brennkraftmaschine integriert, insbesondere in einem Zylinderkopf derselben vorgesehen ist. Alternativ ist es möglich, dass die Vorkammer in eine Zündeinrichtung, insbesondere eine Zündkerze der Brennkraftmaschine integriert ist. Dabei kommt besonders eine Vormontage der Vorkammer an der Zündeinrichtung infrage, wobei dann die Vorkammer gemeinsam mit der Zündeinrichtung als ein integrales Bauteil an dem Motorblock, insbesondere dem Zylinderkopf, angeordnet werden kann.In one embodiment of the internal combustion engine, it is possible that the antechamber is integrated in an engine block of the internal combustion engine, in particular in a cylinder head thereof is provided. Alternatively, it is possible that the antechamber is integrated in an ignition device, in particular a spark plug of the internal combustion engine. In this case, especially a pre-assembly of the pre-chamber at the ignition device in question, in which case the prechamber can be arranged together with the ignition device as an integral component on the engine block, in particular the cylinder head.

Die Hauptkammer des wenigstens einen Brennraums ist bevorzugt mit einer Ladeluftleitung verbunden, über die der Hauptkammer reine Verbrennungsluft zuführbar ist. Vorzugsweise ist ein Verdichter in der Ladeluftleitung angeordnet, sodass der Hauptkammer verdichtete Ladeluft zuführbar ist.The main chamber of the at least one combustion chamber is preferably connected to a charge air line, via which the main chamber pure combustion air can be supplied. Preferably, a compressor is arranged in the charge air line, so that the main chamber compressed charge air can be supplied.

Es wird ein Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die Brennkraftmaschine als Gasmotor ausgebildet ist. Dabei verwirklichen sich - wie bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert - in besonderer Weise die beschriebenen Vorteile.An embodiment of the internal combustion engine is preferred, which is characterized in that the internal combustion engine is designed as a gas engine. Here, as already explained in connection with the method, the advantages described are realized in a special way.

Bevorzugt weist dabei das Brennstoffzufuhrsystem eine Gasregelstrecke auf. Somit ist es möglich, die dem Brennraum über die Vorkammer zuführbare Brenngasmenge insbesondere über einen Brenngasdruck in einer Gasleitung zu regeln.In this case, the fuel supply system preferably has a gas control path. Thus, it is possible to regulate the fuel gas to be supplied to the combustion chamber via the antechamber, in particular via a fuel gas pressure in a gas line.

Es wird auch ein Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass das Brennstoffzufuhrsystem eine Gasleitung aufweist, welche in die wenigstens eine Vorkammer mündet. Dabei ist in der Leitung ein ansteuerbares Ventil angeordnet. Mithilfe des ansteuerbaren Ventils ist insbesondere die der Vorkammer, und letztlich auch die der Hauptkammer vermittelt über die Vorkammer, zugeführte Brenngasmenge steuer- oder regelbar. Daraus ergibt sich insbesondere eine Kennfeldtauglichkeit und ganz besonders eine Diesel-ähnliche Regelbarkeit der Brennkraftmaschine, insbesondere eine Diesel-ähnliche Lastaufschaltung, für die Brennkraftmaschine. Dabei stellt eine Leitung mit einem ansteuerbaren Ventil eine besonders einfache und zugleich effektive Ausgestaltung einer solchen Regelung. Das ansteuerbare Ventil ist bevorzugt als 2/2-Wegeventil ausgebildet. Es ist möglich, dass das Ventil elektrisch, pneumatisch, hydraulisch, oder in anderer geeigneter Weise betätigbar ist. It is also preferred an embodiment of the internal combustion engine, which is characterized in that the fuel supply system comprises a gas line, which opens into the at least one prechamber. In this case, a controllable valve is arranged in the line. By means of the controllable valve, in particular that of the prechamber, and ultimately also that of the main chamber, mediated via the prechamber, can be controlled or regulated by the amount of fuel gas supplied. This results in particular a map fitness and especially a diesel-like controllability of the internal combustion engine, in particular a diesel-like load connection, for the internal combustion engine. In this case, a line with a controllable valve is a particularly simple and at the same time effective embodiment of such a control. The controllable valve is preferably designed as a 2/2-way valve. It is possible that the valve is electrically, pneumatically, hydraulically or otherwise operable.

Es wird ein Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass zusätzlich zu dem ansteuerbaren Ventil ein Rückschlagventil in der Gasleitung angeordnet ist. Dies ermöglicht es in besonders effektiver Weise, einen dauerhaft in Fluidverbindung mit der Vorkammer stehenden Leitungsabschnitt und damit ein dauerhaft in Fluidverbindung mit der Vorkammer stehendes Gasvolumen zu minimieren. Dies erhöht die Betriebssicherheit der Brennkraftmaschine. Das Rückschlagventil ist bevorzugt unmittelbar vor dem Brennraum vorgesehen, insbesondere stromabwärts des ansteuerbaren Ventils und stromaufwärts einer Einmündung der Gasleitung in die Vorkammer, insbesondere unmittelbar stromaufwärts der Einmündung. Dabei ist es möglich, das kleiner bauende Rückschlagventil sehr viel näher an die Einmündung heran zu verlagern als das aktiv ansteuerbare Ventil. Das Rückschlagventil schließt die Gasleitung während der Verbrennung gegenüber dem Brennraum ab, sodass das in der Gasleitung angeordnete Gas nicht ungewollt entzündet werden kann.An embodiment of the internal combustion engine is preferred, which is characterized in that a check valve in addition to the controllable valve is arranged in the gas line. This makes it possible in a particularly effective manner to minimize a permanently in fluid communication with the pre-chamber line section and thus a permanently in fluid communication with the prechamber gas volume. This increases the operational safety of the internal combustion engine. The check valve is preferably provided immediately in front of the combustion chamber, in particular downstream of the controllable valve and upstream of a junction of the gas line in the pre-chamber, in particular immediately upstream of the junction. It is possible to move the smaller check valve much closer to the confluence approach than the actively controllable valve. The check valve closes the gas line during combustion with respect to the combustion chamber, so that the gas arranged in the gas line can not be ignited unintentionally.

Die Brennkraftmaschine weist vorzugsweise eine Mehrzahl von Brennräumen auf, wobei bevorzugt jedem Brennraum separat eine Gasleitung mit einem ansteuerbaren Ventil und vorzugsweise einem Rückschlagventil zugeordnet ist. Auf diese Weise ist die den verschiedenen Brennräumen zuführbare Brennstoffmenge brennraumindividuell, insbesondere zylinderindividuell, steuer- oder regelbar. Schwankungen im Verhalten der einzelnen Brennräume können so ausgeglichen werden.The internal combustion engine preferably has a plurality of combustion chambers, wherein preferably each combustion chamber is separately assigned a gas line with a controllable valve and preferably a check valve. In this way, the fuel quantity which can be supplied to the various combustion chambers is individually adjustable for the combustion chamber, in particular for the cylinder, controllable or controllable. Fluctuations in the behavior of the individual combustion chambers can thus be compensated.

Schließlich wird ein Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass der Brennraum wenigstens eine geometrische Durchmischungsstruktur aufweist, die eingerichtet ist zur Erzeugung eines homogenen Gemischs aus Ladeluft und Brennstoff. Die geometrische Durchmischungsstruktur kann vorzugsweise in Form entsprechend angeordneter und/oder ausgebildeter Schusskanäle, Wandungen der Vorkammer und/oder des Brennraums, und/oder einer entsprechend ausgebildeten Kolbenmulde eines in dem Brennraum verlagerbaren Kolbens ausgebildet sein. Durch die geometrische Durchmischungsstruktur wird die Verbrennungsluftströmung und/oder die Brennstoffströmung in dem Brennraum so beeinflusst, dass letztlich im Zündzeitpunkt ein möglichst homogenes, vorzugsweise ein homogenes Gemisch in dem Brennraum, insbesondere in der Hauptkammer, vorliegt.Finally, an embodiment of the internal combustion engine is preferred, which is characterized in that the combustion chamber has at least one geometric mixing structure which is adapted to produce a homogeneous mixture of charge air and fuel. The geometric mixing structure may preferably be in the form of suitably arranged and / or trained weft channels, walls of the pre-chamber and / or the combustion chamber, and / or a correspondingly formed piston recess of a displaceable piston in the combustion chamber. By the geometric mixing structure, the combustion air flow and / or the fuel flow in the combustion chamber is influenced so that ultimately in the ignition as homogeneous as possible, preferably a homogeneous mixture in the combustion chamber, in particular in the main chamber exists.

Alternativ ist es möglich, dass der Brennraum eingerichtet ist zur Entflammung eines geschichteten, also inhomogenen Gemischs, wobei aufgrund der Zuführung des Brennstoffs ausschließlich durch die Vorkammer insbesondere eine radiale Ladungsschichtung verwirklicht werden kann. Dabei wird ein radial außen magereres und radial innen fetteres Gemisch in dem Brennraum und insbesondere in der Hauptkammer erzeugt. Der Brennstoff kann so besonders emissionsarm, insbesondere mit Blick auf Kohlenwasserstoff-Emissionen, und besonders effektiv umgesetzt werden. Es ergibt sich bei einer Verwendung eines methanhaltigen Brenngases der Vorteil eines verringerten Methanschlupfs, da wandnahe, kühlere Brennraumbereiche höchstens ein sehr mageres Gemisch, vorzugsweise nur Verbrennungsluft aufweisen. Weiterhin ergibt sich generell eine Wirkungsgradsteigerung im Teillastbereich, weil die Brennkraftmaschine nicht oder nur in geringem Umfang angedrosselt werden muss. Vielmehr kann sie global mager gefahren werden.Alternatively, it is possible that the combustion chamber is adapted to ignite a stratified, ie inhomogeneous mixture, wherein due to the supply of the fuel exclusively through the antechamber, in particular a radial charge stratification can be realized. In this case, a radially outwardly leaner and radially inside fatter mixture in the combustion chamber and in particular in the main chamber is generated. The fuel can thus be particularly low emissions, especially with regard to hydrocarbon emissions, and implemented particularly effective. When using a methane-containing fuel gas, there is the advantage of reduced methane slip since near-wall, cooler combustion chamber regions have at most a very lean mixture, preferably only combustion air. Furthermore, there is generally an increase in efficiency in the partial load range, because the internal combustion engine does not have to be throttled or only to a limited extent. Rather, it can be driven globally lean.

Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise als Hubkolbenmotor ausgebildet. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel dient die Brennkraftmaschine dem Antrieb insbesondere schwerer Land- oder Wasserfahrzeuge, beispielsweise von Minenfahrzeugen, Zügen, wobei die Brennkraftmaschine in einer Lokomotive oder einem Triebwagen eingesetzt wird, oder von Schiffen. Auch ein Einsatz der Brennkraftmaschine zum Antrieb eines der Verteidigung dienenden Fahrzeugs, beispielsweise eines Panzers, ist möglich. Ein Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine wird vorzugsweise auch stationär, beispielsweise zur stationären Energieversorgung im Notstrombetrieb, Dauerlastbetrieb oder Spitzenlastbetrieb eingesetzt, wobei die Brennkraftmaschine in diesem Fall vorzugsweise einen Generator antreibt. Auch eine stationäre Anwendung der Brennkraftmaschine zum Antrieb von Hilfsaggregaten, beispielsweise von Feuerlöschpumpen auf Bohrinseln, ist möglich. Weiterhin ist eine Anwendung der Brennkraftmaschine im Bereich der Förderung fossiler Roh- und insbesondere Brennstoffe, beispielswiese Öl und/oder Gas, möglich. Auch eine Verwendung der Brennkraftmaschine im industriellen Bereich oder im Konstruktionsbereich, beispielsweise in einer Konstruktions- oder Baumaschine, zum Beispiel in einem Kran oder einem Bagger, ist möglich. Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise als Dieselmotor, als Benzinmotor, als Gasmotor zum Betrieb mit Erdgas, Biogas, Sondergas oder einem anderen geeigneten Gas, ausgebildet. Insbesondere wenn die Brennkraftmaschine als Gasmotor ausgebildet ist, ist sie auch für den Einsatz in einem Blockheizkraftwerk zur stationären Energieerzeugung geeignet.The internal combustion engine is preferably designed as a reciprocating engine. In a preferred embodiment, the internal combustion engine is used to drive in particular heavy land or water vehicles, such as mine vehicles, trains, the internal combustion engine is used in a locomotive or a railcar, or ships. It is also possible to use the internal combustion engine to drive a defense vehicle, for example a tank. An exemplary embodiment of the internal combustion engine is preferably also stationary, for example, used for stationary power supply in emergency operation, continuous load operation or peak load operation, the internal combustion engine in this case preferably drives a generator. A stationary application of the internal combustion engine for driving auxiliary equipment, such as fire pumps on oil rigs, is possible. Furthermore, an application of the internal combustion engine in the field of promoting fossil raw materials and in particular fuels, for example oil and / or gas, possible. It is also possible to use the internal combustion engine in the industrial sector or in the field of construction, for example in a construction or construction machine, for example in a crane or an excavator. The internal combustion engine is preferably designed as a diesel engine, as a gasoline engine, as a gas engine for operation with natural gas, biogas, special gas or another suitable gas. In particular, when the internal combustion engine is designed as a gas engine, it is also suitable for use in a cogeneration plant for stationary power generation.

Zur Erfindung gehört auch ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine gemäß einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele. Dabei eignet sich die Brennkraftmaschine wegen ihrer verbesserten Transientfähigkeit und der Kennfeldtauglichkeit besonders für mobile Anwendungen.The invention also includes a motor vehicle with an internal combustion engine according to one of the previously described embodiments. In this case, the internal combustion engine is particularly suitable for mobile applications because of its improved transient capability and the performance of the map.

Das Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Nutzfahrzeug, insbesondere Land-, Wasser- oder Luftfahrzeug ausgebildet. Bevorzugt wird eine Ausgestaltung des Kraftfahrzeugs als Schienenfahrzeug, insbesondere als Lokomotive, als Rangierlokomotive, als Triebkopf, als Triebwagen oder als Zug. Ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftfahrzeugs ist als Wasserfahrzeug, insbesondere als Schiff oder Unterseeboot, weiter besonders bevorzugt als Yacht, insbesondere als sogenannte Mega-Yacht, ausgebildet. Dabei ist die Brennkraftmaschine aufgrund ihrer inhärenten Gassicherheit besonders für marine Anwendungen geeignet.The motor vehicle is preferably designed as a passenger car, truck, commercial vehicle, in particular land, water or aircraft. An embodiment of the motor vehicle is preferred as a rail vehicle, in particular as a locomotive, as a shunting locomotive, as a power car, as a railcar or train. A particularly preferred embodiment of the motor vehicle is designed as a watercraft, in particular as a ship or submarine, further particularly preferably as a yacht, in particular as a so-called mega-yacht. The internal combustion engine is particularly suitable for marine applications due to its inherent gas safety.

Die Beschreibung des Verfahrens einerseits und der Brennkraftmaschine sowie des Kraftfahrzeugs andererseits sind komplementär zueinander zu verstehen. Merkmale der Brennkraftmaschine oder des Kraftfahrzeugs, die explizit oder implizit in Zusammenhang mit dem Verfahren offenbart wurden, sind bevorzugt einzeln oder miteinander kombiniert Merkmale eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Brennkraftmaschine oder des Kraftfahrzeugs. Verfahrensschritte, die explizit oder implizit in Zusammenhang mit der Brennkraftmaschine oder dem Kraftfahrzeug beschrieben wurden, sind bevorzugt einzeln oder miteinander kombiniert Verfahrensschritte einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens. Dieses zeichnet sich bevorzugt durch wenigstens einen Verfahrensschritt aus, der durch wenigstens ein Merkmal der Brennkraftmaschine oder des Kraftfahrzeugs bedingt ist. Die Brennkraftmaschine und/oder das Kraftfahrzeug zeichnet/zeichnen sich bevorzugt durch wenigstens ein Merkmal aus, welches durch wenigstens einen Schritt einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens bedingt ist.The description of the method on the one hand and the internal combustion engine and the motor vehicle on the other hand are to be understood as complementary to one another. Characteristics of the internal combustion engine or of the motor vehicle, which have been explicitly or implicitly disclosed in connection with the method, are preferably individually or combined with one another Features of a preferred embodiment of the internal combustion engine or of the motor vehicle. Method steps which have been described explicitly or implicitly in connection with the internal combustion engine or the motor vehicle are preferably individually or combined with one another method steps of a preferred embodiment of the method. This is preferably characterized by at least one method step, which is due to at least one feature of the internal combustion engine or the motor vehicle. The internal combustion engine and / or the motor vehicle preferably draws / distinguishes itself by at least one feature, which is due to at least one step of a preferred embodiment of the method.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben. Dabei zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Brennkraftmaschine, und
  • 2 eine schematische Detaildarstellung des Ausführungsbeispiels gemäß 1.
The invention will be described in more detail below with reference to the drawing. Showing:
  • 1 a schematic representation of an embodiment of an internal combustion engine, and
  • 2 a schematic detail of the embodiment according to 1 ,

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Brennkraftmaschine 1. Diese weist wenigstens einen Brennraum 3 auf, der - wie in 2 dargestellt - in eine Hauptkammer 5 und eine Vorkammer 7 unterteilt ist. Die Brennkraftmaschine 1 weist hier eine Mehrzahl von Brennräumen 3 auf, von denen der besseren Übersichtlichkeit wegen nur einer mit dem Bezugszeichen 3 gekennzeichnet ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Brennkraftmaschine 1 insbesondere als Zwölfzylinder-V-Motor ausgebildet, wobei sie zwölf - identische - Brennräume 3 aufweist. 1 shows a schematic representation of an embodiment of an internal combustion engine 1 , This has at least one combustion chamber 3 on, the - as in 2 shown - in a main chamber 5 and an atrium 7 is divided. The internal combustion engine 1 here has a plurality of combustion chambers 3 on, of which the sake of clarity, only one with the reference numeral 3 is marked. In the illustrated embodiment, the internal combustion engine 1 designed in particular as a twelve-cylinder V-engine, with twelve - identical - combustion chambers 3 having.

Die Brennkraftmaschine 1 weist weiterhin ein Brennstoffzufuhrsystem 9 auf, das eingerichtet ist zur Zuführung von Brennstoff - hier insbesondere einem Brenngas - in den Brennraum 3, wobei das Brennstoffzufuhrsystem 9 ausschließlich mit der Vorkammer 7 beziehungsweise den einzelnen Vorkammern 7 der verschiedenen Brennräume 3 in direkter Fluidverbindung steht.The internal combustion engine 1 also has a fuel supply system 9 on, which is adapted to supply fuel - in particular a fuel gas - in the combustion chamber 3 , wherein the fuel supply system 9 exclusively with the antechamber 7 or the individual atria 7 the different combustion chambers 3 is in direct fluid communication.

Dabei weist das Brennstoffzufuhrsystem 9 eine Gasregelstrecke 11 auf, die insbesondere einer Durchfluss- und/oder Druckregelung in den Fluidverbindungen zu den einzelnen Brennräumen 3 dient.In this case, the fuel supply system 9 a gas control line 11 in particular, a flow and / or pressure control in the fluid connections to the individual combustion chambers 3 serves.

Das Brennstoffzufuhrsystem 9 weist außerdem für jeden Brennraum 3 einzeln eine Gasleitung 13 auf, wobei hier der besseren Übersichtlichkeit wegen nur eine Gasleitung mit dem Bezugszeichen 13 gekennzeichnet ist und im Folgenden näher erläutert wird. Die übrigen Gasleitungen, insbesondere Zuleitungen zu den Brennräumen 3 sind bevorzugt identisch ausgebildet. Die Gasleitung 13 mündet in die Vorkammer 7.The fuel supply system 9 also indicates for each combustion chamber 3 individually a gas line 13 on, here for the sake of clarity, only a gas line with the reference numeral 13 is characterized and explained in more detail below. The remaining gas lines, in particular supply lines to the combustion chambers 3 are preferably identical. The gas line 13 flows into the antechamber 7 ,

In der Gasleitung 13 ist ein ansteuerbares Ventil 15 angeordnet, welches vorzugsweise von einem nicht dargestellten Steuergerät der Brennkraftmaschine 1 ansteuerbar ist, wobei das ansteuerbare Ventil 15 eingerichtet ist, um eine dem Brennraum 3 zugeführte Brennstoffmenge zu bestimmen. Das ansteuerbare Ventil 15 ist bevorzugt als 2/2-Wegeventil ausgebildet. Es ist möglich, dass es elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch, oder in anderer geeigneter Weise betätigbar ist.In the gas line 13 is a controllable valve 15 arranged, which preferably by a control unit, not shown, of the internal combustion engine 1 is controllable, wherein the controllable valve 15 is set up to a the combustion chamber 3 to determine supplied fuel quantity. The controllable valve 15 is preferably designed as a 2/2-way valve. It is possible that it may be actuated electrically, pneumatically or hydraulically, or in another suitable manner.

In der Gasleitung 13 ist - stromabwärts des ansteuerbaren Ventils 15 und stromaufwärts der Vorkammer 7 - ein Rückschlagventil 17 angeordnet, das insbesondere möglichst nah an die Einmündung der Gasleitung 13 in die Vorkammer 7 heran verlagert ist. Dies ist aufgrund des kleineren Bauraumbedarfs des Rückschlagventils 17 bei diesem mit sehr viel kürzerer Distanz möglich als bei dem ansteuerbaren Ventil 15. Durch das Rückschlagventil 17 kann daher die Gasleitung 13 möglichst nah an der Einmündung in die Vorkammer 7 abgesperrt werden, sodass nur ein vergleichsweise kleines Brenngasvolumen in der Gasleitung 13 auch während der Verbrennung des Brenngases in dem Brennraum 3 mit diesem in Fluidverbindung ist. Dies erhöht die Gassicherheit der Brennkraftmaschine 1 deutlich. Darüber hinaus wird eine Rußbildung durch Reaktion des Brenngases in Abwesenheit von Sauerstoff verringert oder sogar verhindert.In the gas line 13 is - downstream of the controllable valve 15 and upstream of the prechamber 7 - a check valve 17 arranged, in particular as close as possible to the junction of the gas line 13 in the antechamber 7 moved closer. This is due to the smaller space requirement the check valve 17 this is possible with a much shorter distance than with the controllable valve 15 , Through the check valve 17 can therefore the gas line 13 as close to the confluence with the antechamber 7 be shut off, so that only a comparatively small fuel gas volume in the gas line 13 also during combustion of the fuel gas in the combustion chamber 3 is in fluid communication with this. This increases the gas safety of the internal combustion engine 1 clear. In addition, soot formation is reduced or even prevented by reaction of the fuel gas in the absence of oxygen.

Die Brennkraftmaschine 1 weist auch ein Verbrennungsluftzufuhrsystem 19 auf, welches nur mit den Hauptkammern 5 der Brennräume 3 in direkter Fluidverbindung ist. In dem Verbrennungsluftzufuhrsystem 19 sind ein Luftfilter 21, ein Ladeluftverdichter 23 und ein Ladeluftkühler 25 vorgesehen.The internal combustion engine 1 also has a combustion air supply system 19 on which only with the main chambers 5 the combustion chambers 3 in direct fluid communication. In the combustion air supply system 19 are an air filter 21 , a charge air compressor 23 and a charge air cooler 25 intended.

Wichtig ist, dass bei der Brennkraftmaschine 1 das Brenngas über das Brennstoffzufuhrsystem 9 und insbesondere die Gasleitungen 13 ausschließlich den Vorkammern 7 der Brennräume 3 direkt zugeführt wird, wobei das Brennstoffzufuhrsystem 9 nicht direkt mit den Hauptkammern 5 in Fluidverbindung ist - sondern nur vermittelt über die Vorkammern 7.It is important that in the internal combustion engine 1 the fuel gas through the fuel supply system 9 and in particular the gas lines 13 excluding the atria 7 the combustion chambers 3 is fed directly, the fuel supply system 9 not directly with the main chambers 5 is in fluid communication - but only mediated via the antechambers 7 ,

Lediglich das Verbrennungsluftzufuhrsystem 19 ist unmittelbar in Fluidverbindung mit den Hauptkammern 5 der Brennräume 3, sodass diesen direkt insbesondere verdichtete Verbrennungsluft zuführbar ist.Only the combustion air supply system 19 is directly in fluid communication with the main chambers 5 the combustion chambers 3 , so that this directly compressed combustion air in particular can be fed.

2 zeigt eine schematische Detaildarstellung des Ausführungsbeispiels der Brennkraftmaschine 1 gemäß 1. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Dabei ist hier insbesondere einer der Brennräume 3 detailliert dargestellt. In der Hauptkammer 5 ist ein Kolben 27 verlagerbar aufgenommen. Die Brennkraftmaschine 1 ist demnach als Hubkolbenmaschine ausgebildet. 2 shows a schematic detail of the embodiment of the internal combustion engine 1 according to 1 , Identical and functionally identical elements are provided with the same reference numerals, so that reference is made to the preceding description. Here is in particular one of the combustion chambers 3 shown in detail. In the main chamber 5 is a piston 27 relocatable added. The internal combustion engine 1 is therefore designed as a reciprocating engine.

Dargestellt ist auch das Verbrennungsluftzufuhrsystem 19, welches einen Einlasskanal 29 mit einem Einlassventil 31 in die Hauptkammer 5 aufweist. Ebenfalls dargestellt ist ein Abgaskanal 33, in dem ein Auslassventil 35 angeordnet ist.Shown is also the combustion air supply system 19 , which has an inlet channel 29 with an inlet valve 31 in the main chamber 5 having. Also shown is an exhaust passage 33 in which an exhaust valve 35 is arranged.

Die Vorkammer 7 ist hier Teil eines Zylinderkopfs 37 der Brennkraftmaschine 1, wobei sie über Schusskanäle 39 mit der Hauptkammer 5 verbunden ist. In dem Zylinderkopf 37 ist eine Wasserhülse 41 vorgesehen, in welche eine Zündkerze 43 eingeschraubt ist, welche in die Vorkammer 7 hineinragt.The antechamber 7 Here is part of a cylinder head 37 the internal combustion engine 1 , where they have shot channels 39 with the main chamber 5 connected is. In the cylinder head 37 is a water pod 41 provided, in which a spark plug 43 is screwed, which in the antechamber 7 protrudes.

Alternativ ist es möglich, dass die Vorkammer 7 Teil einer Vorkammerzündkerze ist. Die Zündung eines brennbaren Gemischs in der Vorkammer 7 ist mittels verschiedener Zündeinrichtungen möglich. Beispielsweise kann eine elektrische Funkenzündkerze, eine Laserzündkerze, eine Koronazündkerze oder eine andere geeignete Zündeinrichtung verwendet werden. Auch die Verwendung eines Glühstifts ist prinzipiell denkbar.Alternatively, it is possible that the antechamber 7 Part of a Vorkammerzündkerze is. The ignition of a combustible mixture in the antechamber 7 is possible by means of different ignition devices. For example, an electric spark plug, a laser spark plug, a corona spark plug, or other suitable ignition device may be used. The use of a glow plug is conceivable in principle.

Die Gasleitung 13 mündet in die Vorkammer 7. Möglichst dicht stromaufwärts der Vorkammer 7 ist das Rückschlagventil 17 angeordnet. Stromaufwärts des Rückschlagventils 17 ist das ansteuerbare Ventil 15 angeordnet.The gas line 13 flows into the antechamber 7 , As close as possible upstream of the prechamber 7 is the check valve 17 arranged. Upstream of the check valve 17 is the controllable valve 15 arranged.

Es zeigt sich Folgendes: Im Rahmen des Verfahrens wird bevorzugt in einem Saugtakt während einer Abwärtsbewegung des Kolbens 27 mittels des ansteuerbaren Ventils 15 Brenngas über die Gasleitung 13 in die Vorkammer 7 eingebracht. Dort verdrängt das frische Brenngas Restgas aus dem letzten Verbrennungsvorgang. Zugleich wird die Vorkammer 7 überspült, wobei frisches Brenngas durch die Vorkammer 7 und die Schusskanäle 39 in die Hauptkammer 5 einströmt. Dabei wird bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel die gesamte Brenngasmasse durch die Vorkammer 7 in die Hauptkammer 5 eingebracht. Die Vorkammer 7 wird dabei bevorzugt vollständig mit Brenngas geflutet, mithin mit reinem Brenngas gefüllt. Das ansteuerbare Ventil 15 bleibt vorzugsweise auch noch zu Beginn eines Kompressionstakts geöffnet, wobei der Kolben 27 ausgehend von einem unteren Totpunkt wieder nach oben verlagert wird. Während des Kompressionstakts, und insbesondere bevor ein Druck in dem Brennraum 3 einen Wert von 10 bar erreicht oder übersteigt, wird das ansteuerbare Ventil 15 geschlossen. Durch die Kompression in dem Brennraum 3 wird auch das Rückschlagventil 17 geschlossen.It can be seen as follows: In the context of the method, preference is given to a suction stroke during a downward movement of the piston 27 by means of the controllable valve 15 Fuel gas via the gas line 13 in the antechamber 7 brought in. There, the fresh fuel gas displaces residual gas from the last combustion process. At the same time, the antechamber 7 over-flushed, with fresh fuel gas passing through the prechamber 7 and the shot channels 39 in the main chamber 5 flows. In this case, in the embodiment shown here, the entire fuel gas mass through the prechamber 7 in the main chamber 5 brought in. The antechamber 7 is preferably completely flooded with fuel gas, thus filled with pure fuel gas. The controllable valve 15 preferably remains open even at the beginning of a compression stroke, wherein the piston 27 is moved back up from a bottom dead center. During the compression stroke, and especially before a pressure in the combustion chamber 3 reaches or exceeds a value of 10 bar, becomes the controllable valve 15 closed. By the compression in the combustion chamber 3 will also be the check valve 17 closed.

In dem Saugtakt wird auch das Einlassventil 31 geöffnet, und der Hauptkammer 5 wird Verbrennungsluft, insbesondere verdichtete Ladeluft, durch den Einlasskanal 29 und das Verbrennungsluftzufuhrsystem 19 zugeführt. Das Einlassventil 31 wird entweder vor Beginn des Kompressionstaktes, zu Beginn des Kompressionstaktes oder während des Kompressionstaktes geschlossen. Während der Verlagerung des Kolbens 27 in Richtung seines oberen Totpunkts wird Verbrennungsluft aus der Hauptkammer 5 über die Schusskanäle 39 in die Vorkammer 7 gedrängt, sodass hier ein vergleichsweise fettes, brennbares Gemisch gebildet wird. Dieses wird anschließend zu einem vorbestimmten Zündzeitpunkt mittels der Zündeinrichtung, hier der Zündkerze 43, gezündet, was eine Drucküberhöhung durch Zündung des Vorkammergasgemischs in der Vorkammer 7 zur Folge hat. Daraufhin schießen heiße Fackelstrahlen durch die Schusskanäle 39 in die Hauptkammer 5 und entzünden das dort angeordnete, magerere Gemisch. Dabei wird der Kolben 27 in seinem Arbeitstakt wieder nach unten verlagert. Anschließend wird das Abgas bei einer erneuten Aufwärtsbewegung des Kolbens 27 in für sich genommen bekannter Weise durch das Auslassventil 35 und den Abgaskanal 33 ausgeschoben.In the suction cycle also the inlet valve 31 opened, and the main chamber 5 combustion air, in particular compressed charge air, through the inlet channel 29 and the combustion air supply system 19 fed. The inlet valve 31 is closed either before the start of the compression stroke, at the beginning of the compression stroke or during the compression stroke. During the displacement of the piston 27 towards its top dead center, combustion air from the main chamber 5 over the shot channels 39 in the antechamber 7 crowded, so that here a comparatively rich, combustible mixture is formed. This is then at a predetermined ignition by means of the ignition device, here the spark plug 43 , ignited, causing a pressure increase by ignition of the pre-chamber gas mixture in the antechamber 7 entails. Hot torch blasts then shoot through the shot channels 39 in the main chamber 5 and ignite the leaner mixture arranged there. This is the piston 27 shifted back down in his work cycle. Subsequently, the exhaust gas in a renewed upward movement of the piston 27 in per se known way through the exhaust valve 35 and the exhaust duct 33 ejected.

Die Vorkammer 7 wird also zunächst vollständig mit Brenngas gefüllt, wobei sich dieses erst in der Hauptkammer 5 mit der Verbrennungsluft vermischt. Erst wenn der Kolben wieder in Richtung seines oberen Totpunkts fährt, wird das brennbare Gemisch und insbesondere die Verbrennungsluft aus der Hauptkammer 5 auch in die Vorkammer 7 gedrückt, wo dann ein fetteres Gemisch gebildet wird.The antechamber 7 is therefore first completely filled with fuel gas, which is only in the main chamber 5 mixed with the combustion air. Only when the piston moves back towards its top dead center, the combustible mixture and in particular the combustion air from the main chamber 5 also in the antechamber 7 pressed, where then a richer mixture is formed.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass in der Hauptkammer 5 eine geschichtete Ladung gebildet wird, insbesondere eine in radialer Richtung geschichtete Ladung, wobei die radiale Richtung senkrecht auf einer Symmetrieachse des vorzugsweise zylinderförmigen Brennraums 3 steht. Dabei wird durch die zentrale Einbringung des Brenngases über die Vorkammer 7 und die Schusskanäle 39 radial innen ein fetteres Gemisch und radial außen ein magereres Gemisch gebildet. Durch die Ladungsschichtung kann die Brennkraftmaschine 1 besonders emissionsarm, insbesondere mit Bezug auf Kohlenwasserstoff-Emissionen und ganz besonders in Hinblick auf einen Methanschlupf, betrieben werden, wobei sie das Brenngas besonders effektiv umsetzt.In a preferred embodiment of the method it is provided that in the main chamber 5 a layered charge is formed, in particular a charge layered in the radial direction, wherein the radial direction is perpendicular to an axis of symmetry of the preferably cylindrical combustion chamber 3 stands. This is due to the central introduction of the fuel gas through the antechamber 7 and the shot channels 39 radially inside a richer mixture and radially outwardly formed a leaner mixture. By the charge stratification, the internal combustion engine 1 particularly low emissions, especially with regard to hydrocarbon emissions and especially with regard to methane slippage, whereby it converts the fuel gas particularly effectively.

Alternativ ist es aber auch möglich, dass die Brennkraftmaschine 1 mit einem homogenen Gemisch in der Hauptkammer 5 betrieben wird. Hierzu ist dann bevorzugt wenigstens eine geometrische Durchmischungsstruktur, beispielsweise in Form einer speziellen Anordnung der Schusskanäle 39 oder einer Struktur der Wandung insbesondere der Hauptkammer 5 und/oder der Vorkammer 7, vorgesehen, wobei die geometrische Durchmischungsstruktur alternativ oder zusätzlich eine entsprechend ausgebildete Kolbenmulde in dem Kolben 27 aufweisen kann. Dabei kann insbesondere die Strömung der in die Hauptkammer 5 strömenden Verbrennungsluft so beeinflusst werden, dass sich letztlich ein homogenes Gemisch in der Hauptkammer 5 ausbildet.Alternatively, it is also possible that the internal combustion engine 1 with a homogeneous mixture in the main chamber 5 is operated. For this purpose, at least one geometric mixing structure is preferred, for example in the form of a special arrangement of the weft channels 39 or a structure of the wall, in particular the main chamber 5 and / or the antechamber 7 , provided, wherein the geometric mixing structure alternatively or additionally a correspondingly formed piston recess in the piston 27 can have. In particular, the flow of the into the main chamber 5 flowing combustion air to be influenced so that ultimately a homogeneous mixture in the main chamber 5 formed.

Mittels der nicht nur gespülten, sondern massiv überspülten Vorkammer 7 ist eine sehr große Zündenergie darstellbar. Probleme mit Restgas in der Vorkammer 7 und Zündaussetzern, treten hier aufgrund der sehr effizienten Ausblasung von Restgasen aus der Vorkammer 7 nicht auf.By means of the not only flushed, but massively over-flushed antechamber 7 is a very large ignition energy displayed. Problems with residual gas in the antechamber 7 and misfiring, occur here due to the very efficient blowout of residual gases from the antechamber 7 not up.

Dadurch, dass der Brennstoff ausschließlich in die Vorkammer 7 eingeführt wird, kann ein Gassystem und ein Eindüsorgan pro Zylinder im Vergleich zu einer geteilten Einbringung des Brennstoffs in die Hauptkammer 5 und in die Vorkammer 7 eingespart werden.By having the fuel exclusively in the prechamber 7 can introduce a gas system and an injection member per cylinder compared to a split introduction of the fuel into the main chamber 5 and in the antechamber 7 be saved.

Durch die Überspülung wird die Vorkammer 7 außerdem gekühlt, sodass sich eine erhöhte Standzeit für die dort angeordneten Komponenten ergibt.The overflow will cause the antechamber 7 also cooled, resulting in an increased life for the components arranged there.

Weiterhin zeigt sich, dass die Brennkraftmaschine 1 insbesondere aufgrund des Verfahrens kennfeldtauglich ist und insbesondere über die Zumessung der Brennstoffmenge zu den Brennräumen 3 geregelt werden kann. Hierzu kann das ansteuerbare Ventil 15 geeignet angesteuert werden. Da das Brenngas vorzugsweise nur während eines Saugtakts und/oder zu Beginn des Kompressionstakts eingeblasen wird, bedarf es keiner Hochdruckgasversorgung.Furthermore, it turns out that the internal combustion engine 1 in particular due to the method is suitable for the map and in particular on the metering of the amount of fuel to the combustion chambers 3 can be regulated. For this purpose, the controllable valve 15 be suitably controlled. Since the fuel gas is preferably injected only during a suction stroke and / or at the beginning of the compression stroke, there is no need for high-pressure gas supply.

Insgesamt zeigt sich, dass durch das Verfahren und die Brennkraftmaschine 1 eine sichere Zündung eines Gemischs in allen Kennfeldbereichen sowie ein schnelles Durchbrennen der Ladung in dem Brennraum 5 unter Einhalten von Emissionsgrenzwerten erzielt werden kann. Es kann somit ein effektives Zündungsprinzip direkt mit einer Gaseinblasung gekoppelt werden. Das Lastannahmeverhalten der Brennkraftmaschine 1 ist positiv, sodass diese kennfeldtauglich ist. Da der Brennstoff erst unmittelbar vor der Verbrennung mit Luft vermischt wird, ergibt sich eine erhöhte Sicherheit, da kein explosionsfähiges Gemisch am Motor vorhanden ist, außer in dem Brennraum 3. Somit eignet sich die Brennkraftmaschine 1 auch für sicherheitsrelevante Anwendungen, insbesondere für marine Anwendungen.Overall, it turns out that through the process and the internal combustion engine 1 a reliable ignition of a mixture in all map areas and a fast burning of the charge in the combustion chamber 5 can be achieved under emission limit values. Thus, an effective ignition principle can be coupled directly with a gas injection. The load acceptance behavior of the internal combustion engine 1 is positive, so that it is suitable for the map. Since the fuel is mixed with air only immediately before combustion, there is an increased safety, since no explosive mixture on the engine is present, except in the combustion chamber 3 , Thus, the internal combustion engine is suitable 1 also for safety-related applications, especially for marine applications.

Claims (9)

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1) mit wenigstens einem Brennraum (3), der in eine Hauptkammer (5) und eine Vorkammer (7) unterteilt ist, wobei eine Hauptmenge an dem Brennraum (3) in einem Arbeitstakt zugeführtem Brennstoff durch die Vorkammer (7) eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (1) mit Brenngas als Brennstoff betrieben wird, wobei das Brenngas in einem Saugtakt und/oder zu Beginn eines Kompressionstakts in den Brennraum (3) eingelassen wird.Method for operating an internal combustion engine (1) having at least one combustion chamber (3), which is subdivided into a main chamber (5) and an antechamber (7), wherein a major amount of fuel supplied to the combustion chamber (3) through the pre-chamber ( 7) is introduced, characterized in that the internal combustion engine (1) is operated with fuel gas as fuel, wherein the fuel gas in a suction stroke and / or at the beginning of a compression stroke in the combustion chamber (3) is admitted. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als 80 % der dem Brennraum (3) insgesamt zugeführten Energie durch die Vorkammer (7) in den Brennraum (3) eingebracht wird.Method according to Claim 1 , characterized in that more than 80% of the total combustion chamber (3) supplied energy through the antechamber (7) is introduced into the combustion chamber (3). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine dem Brennraum (3) insgesamt zugeführte Brennstoffmenge vollständig über die Vorkammer (7) eingebracht wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that a total amount of fuel supplied to the combustion chamber (3) is introduced via the prechamber (7). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorkammer (7) mit reinem Brennstoff gefüllt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the pre-chamber (7) is filled with pure fuel. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine geschichtete Ladung oder ein homogenes Gemisch in der Hauptkammer (5) erzeugt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a stratified charge or a homogeneous mixture is produced in the main chamber (5). Brennkraftmaschine (1), insbesondere eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit wenigstens einem Brennraum (3), der eine Hauptkammer (5) und eine Vorkammer (7) aufweist, und mit einem Brennstoffzufuhrsystem (9), eingerichtet zur Zuführung von Brennstoff in den wenigstens einen Brennraum (3), wobei das Brennstoffzufuhrsystem (9) ausschließlich mit der Vorkammer (7) in direkter Fluidverbindung ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (1) eingerichtet ist, um mit Brenngas als Brennstoff betrieben zu werden, wobei das Brenngas in einem Saugtakt und/oder zu Beginn eines Kompressionstakts in den Brennraum (3) eingelassen wird.Internal combustion engine (1), in particular designed for carrying out a method according to one of Claims 1 to 5 , comprising at least one combustion chamber (3) having a main chamber (5) and an antechamber (7), and a fuel supply system (9) arranged to supply fuel to the at least one combustion chamber (3), the fuel supply system (9 ) is exclusively in direct fluid communication with the pre-chamber (7), characterized in that the internal combustion engine (1) is arranged to be operated with fuel gas as fuel, wherein the fuel gas in a suction stroke and / or at the beginning of a compression stroke in the combustion chamber (3) is admitted. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (1) als Gasmotor ausgebildet ist, wobei das Brennstoffzufuhrsystem (9) bevorzugt eine Gasregelstrecke (11) aufweist.Internal combustion engine (1) after Claim 6 , characterized in that the internal combustion engine (1) is designed as a gas engine, wherein the fuel supply system (9) preferably has a gas control path (11). Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennstoffzufuhrsystem (9) eine Gasleitung (13) aufweist, welche in die wenigstens eine Vorkammer (7) mündet, wobei in der Gasleitung (13) ein ansteuerbares Ventil (15) und vorzugsweise ein Rückschlagventil (17) angeordnet ist/sind.Internal combustion engine (1) according to one of Claims 6 and 7 , characterized in that the fuel supply system (9) has a gas line (13) which opens into the at least one antechamber (7), wherein in the gas line (13) a controllable valve (15) and preferably a check valve (17) is arranged /are. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennraum (3) wenigstens eine geometrische Durchmischungsstruktur aufweist, die eingerichtet ist zur Erzeugung eines homogenen Gemischs aus Verbrennungsluft und Brennstoff.Internal combustion engine (1) according to one of Claims 6 to 8th , characterized in that the combustion chamber (3) has at least one geometric mixing structure which is adapted to produce a homogeneous mixture of combustion air and fuel.
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