DE102016123743A1 - Method for operating a diesel engine - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Dieselmotors und einen Dieselmotor. Erfindungsgemäß wird ein Kraftstoff mit einer Cetanzahl CZ von CZ ≤ 60 verwendet, und ein Kraftstoff-Luftgemisch in einem Zylinder des Dieselmotors mittels eines Plasmas gezündet.The invention relates to a method for operating a diesel engine and a diesel engine. According to the invention, a fuel having a cetane number CZ of CZ ≦ 60 is used, and a fuel-air mixture in a cylinder of the diesel engine is ignited by means of a plasma.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Dieselmotors und einen Dieselmotor. The invention relates to a method for operating a diesel engine and a diesel engine.

Die DE102008035241B4 offenbart einen Ottomotor. Der Ottomotor weist eine Mikrowellenzündkerze auf, mittels der ein sich in einem Zylinder des Ottomotors befindendes Luft-Kraftstoffgemisch gezündet werden kann. The DE102008035241B4 discloses a gasoline engine. The gasoline engine has a microwave spark plug, by means of which an air-fuel mixture located in a cylinder of the gasoline engine can be ignited.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Dieselmotors sieht vor, dass ein Kraftstoff mit einer Cetanzahl CZ von CZ kleiner gleich 60 verwendet wird, und ein Kraftstoff-Luftgemisch in einem Zylinder des Dieselmotors mittels eines Plasmas gezündet wird. The method according to the invention for operating a diesel engine provides that a fuel with a cetane number CZ of CZ less than or equal to 60 is used, and a fuel-air mixture in a cylinder of the diesel engine is ignited by means of a plasma.

Vorteil der Erfindung ist, dass der gegenüber einem Ottomotor vorteilhafte Wirkungsgrad eines Dieselmotors für einen Betrieb mit Kraftstoffen ausgenutzt werden kann, die eine niedrige Cetanzahl haben, also schwer selbstentzündlich sind und damit üblicherweise für den Ottomotor verwendet werden. Die für eine Zündung des Kraftstoff-Luftgemischs notwendigen hohen Temperaturen werden durch ein Plasma erzeugt. Das Plasma wird bevorzugt mittels Mikrowellen, beispielsweise mittels einer Mikrowellenzünd-/-glühkerze, erzeugt. Vorzugsweise wird ein Kraftstoff mit einer Cetanzahl von CZ ≤ 40, besonders bevorzugt von CZ ≤ 30 verwendet. Advantage of the invention is that over a gasoline engine advantageous efficiency of a diesel engine can be exploited for operation with fuels that have a low cetane number, so are difficult selbstentzündlich and thus usually used for the gasoline engine. The necessary for an ignition of the fuel-air mixture high temperatures are generated by a plasma. The plasma is preferably generated by means of microwaves, for example by means of a microwave ignition / glow plug. Preferably, a fuel having a cetane number of CZ ≦ 40, more preferably CZ ≦ 30, is used.

Ein erfindungsgemäßer Dieselmotor umfasst eine Mikrowellenvorrichtung und ein Steuergerät zum Steuern der Mikrowellenvorrichtung, wobei das Steuergerät eingerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. A diesel engine according to the invention comprises a microwave device and a control device for controlling the microwave device, wherein the control device is set up to carry out the method according to the invention.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Dabei zeigt Preferred embodiments will be explained in more detail with reference to the following figures. It shows

1 schematisch einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Dieselmotors, und 1 schematically a section of a diesel engine according to the invention, and

2 ein Diagramm, das den zeitlichen Verlauf eines Drucks im Zylinder des Motors, eines Plasmastroms und einer Kraftstoffeinspritzung zeigt. 2 a diagram showing the time course of a pressure in the cylinder of the engine, a plasma stream and a fuel injection.

Die 1 zeigt einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Dieselmotors 1. Der Dieselmotor umfasst einen Zylinder 4, einen Kolben 5, einen Injektor 10, ein Einlassventil 6 und ein Auslassventil 8. Des Weiteren umfasst der Dieselmotor 1 eine Mikrowellenvorrichtung 2. Die Mikrowellenvorrichtung 2 wird mittels eines Steuergerätes 3 des Dieselmotors 1 gesteuert. The 1 shows a section of a diesel engine according to the invention 1 , The diesel engine includes a cylinder 4 , a piston 5 , an injector 10 , an inlet valve 6 and an exhaust valve 8th , Furthermore, the diesel engine includes 1 a microwave device 2 , The microwave device 2 is by means of a control unit 3 of the diesel engine 1 controlled.

Mittels der Mikrowellenvorrichtung 2 kann ein Plasma im Zylinder, hier im Bereich des Zylinderdachs, erzeugt werden, um ein Kraftstoff-Luftgemisch im Zylinder 4 zu zünden. Die Mikrowellenvorrichtung 2 kann beispielsweise, was bevorzugt ist, eine Mikrowellenzündkerze sein. By means of the microwave device 2 A plasma in the cylinder, here in the area of the cylinder roof, can be generated to produce a fuel-air mixture in the cylinder 4 to ignite. The microwave device 2 For example, what is preferred may be a microwave spark plug.

Erfindungsgemäß wird der Dieselmotor 1 mit einem Kraftstoff-Luftgemisch betrieben, wobei der Kraftstoff eine Cetanzahl von höchstens CZ = 60, vorzugsweise von höchstens CZ = 40, besonders bevorzugt von höchstens CZ = 30 hat. Als Kraftstoff eignet sich beispielsweise Ethanol. Das Kraftstoff-Luftgemisch wird gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens mittels eines durch die Mikrowellenvorrichtung 2 erzeugten Plasmas gezündet. Zwecks Zündung erzeugt die Mikrowellenvorrichtung 2 ein Plasma mit einer Temperatur von mindestens 1500°C. Um eine Zündung des Kraftstoff-Luftgemisches auch bei niedrigen Lasten sicher zu stellen, ist bevorzugt, dass ein Plasma mit einer Temperatur von mindestens 1800°C erzeugt wird. Hierzu eignet sich beispielsweise eine Mikrowellenzündkerze aus Keramik. According to the invention, the diesel engine 1 operated with a fuel-air mixture, wherein the fuel has a cetane number of at most CZ = 60, preferably of at most CZ = 40, more preferably of at most CZ = 30. As a fuel, for example, ethanol is suitable. The fuel-air mixture is in accordance with the inventive method by means of a microwave device 2 ignited plasma ignited. For the purpose of ignition generates the microwave device 2 a plasma with a temperature of at least 1500 ° C. In order to ensure ignition of the fuel-air mixture even at low loads, it is preferred that a plasma with a temperature of at least 1800 ° C is generated. For this purpose, for example, a microwave spark plug made of ceramic is suitable.

Es ist bevorzugt, dass der Zylinder 4 mit dem Kraftstoff-Luftgemisch inhomogen beladen wird das heißt, dass der Kraftstoff nicht während oder kurz nach dem Ansaugtakt, sondern vorzugsweise relativ kurz vor dem oberen Totpunkt des Arbeitstaktes in den Brennraum direkt eingespritzt wird. Die hohen Temperaturen, die mittels der Mikrowellenvorrichtung 2 erzeugt werden können, stellen auch im Fall sehr zündunwilliger Kraftstoffe sicher, dass das Kraftstoff-Luftgemisch gezündet wird. It is preferred that the cylinder 4 This means that the fuel is not injected directly into the combustion chamber during or shortly after the intake stroke, but preferably relatively shortly before the top dead center of the power stroke with the fuel-air mixture is loaded inhomogeneously. The high temperatures caused by the microwave device 2 can be generated, even in the case of highly ignitable fuels ensure that the fuel-air mixture is ignited.

2 zeigt ein Diagramm, das den zeitlichen Verlauf eines Drucks im Zylinder 4 des Motors (= Zylinderdruck), eines Plasmastroms und einer Kraftstoffeinspritzung darstellt. Aufgetragen ist der Zylinderdruck (y-Achse) gegen den Kurbelwinkel KW. UT bezeichnet den unteren Totpunkt, d.h., der Kolben 5 befindet sich in seiner untersten Position im Zylinder 4, OT ist der obere Totpunkt, d.h., der Kolben 5 befindet sich in seiner obersten Position im Zylinder 4. Über den Kurbelwinkel KW ebenfalls aufgetragen ist der Plasmastrom I eines durch die Mikrowellenvorrichtung 2 erzeugten Plasmas. Der Dieselmotor 1 ist hier ein Viertakt-Hubkolbenmotor, könnte aber ebenso als Zwei-Taktmotor ausgeführt sein, das Diagramm zeigt den Verdichtungstakt mit Zündung und den sich anschließenden Arbeitstakt. 2 shows a diagram showing the time course of a pressure in the cylinder 4 of the engine (= cylinder pressure), a plasma flow and a fuel injection represents. Plotted is the cylinder pressure (y-axis) against the crank angle KW. UT indicates the bottom dead center, ie, the piston 5 is in its lowest position in the cylinder 4 , OT is top dead center, ie, the piston 5 is in its uppermost position in the cylinder 4 , Also plotted against the crank angle KW is the plasma current I a through the microwave device 2 generated plasma. The diesel engine 1 Here is a four-stroke piston engine, but could also be designed as a two-stroke engine, the diagram shows the compression stroke with ignition and the subsequent power stroke.

Verfahrensgemäß wird im Verdichtungstakt nach dem Durchlaufen des unteren Totpunktes UT und vor dem oberen Totpunkt OT ein Kraftstoff in den Zylinder 4 mittels einer nicht näher gezeigten Einspritzdüse eingebracht. In diesem Ausführungsbeispiel gibt es zwei Kraftstoffvoreinspritzungen 7a und 7b und eine nachfolgende Kraftstoffhaupteinspritzung 7c. Vor Überschreiten eines unteren Zylinderdruckgrenzwertes, hier 10 bar, wird die Mikrowellenvorrichtung 2 und damit das Plasma eingeschaltet. Damit wird vermieden, dass ein zu hoher Zylinderdruck eine Zündung des Plasmas erschwert oder verhindert. According to the method is in the compression stroke after passing through the bottom dead center UT and before the top dead center TDC, a fuel in the cylinder 4 introduced by means of an injection nozzle, not shown. In this embodiment, there are two pilot fuel injections 7a and 7b and a subsequent main fuel injection 7c , Before exceeding a lower cylinder pressure limit, here 10 bar, the microwave device 2 and with it the plasma switched on. This avoids that too high a cylinder pressure makes it difficult to ignite the plasma.

Nach dem Einschalten des Plasmas und nach einer damit beginnenden Einschaltphase wird der Plasmastrom reduziert und der Plasmastrom in einer Haltephase auf einem gegenüber der Einschaltphase niedrigerem Niveau gehalten. Dies hat den Vorteil, dass der Energieverbrauch gesenkt und die Mikrowellenvorrichtung geschont wird. After the plasma has been switched on and after a switch-on phase commencing therewith, the plasma current is reduced and the plasma current in a holding phase is kept at a lower level than the switch-on phase. This has the advantage that the energy consumption is reduced and the microwave device is spared.

In einer sich an die Haltephase anschließenden Zündphase wird der Plasmastrom gegenüber der Haltephase erhöht, so dass das Kraftstoff-Luftgemisch gezündet wird. Bei Überschreiten eines oberen Zylinderdruckgrenzwertes wird die Mikrowellenvorrichtung 2 und damit das Plasma abgeschaltet. Damit kann sichergestellt werden, dass die Mikrowellenvorrichtung nicht durch zu hohe Temperaturen beschädigt wird. Vorzugsweise ist der obere Zylinderdruckgrenzwert höchstens 80 bar, besonders bevorzugt höchstens 40 bar. In a subsequent to the holding phase ignition phase of the plasma stream is increased compared to the holding phase, so that the fuel-air mixture is ignited. When an upper cylinder pressure limit is exceeded, the microwave device 2 and shut off the plasma. This can ensure that the microwave device is not damaged by excessive temperatures. Preferably, the upper cylinder pressure limit is at most 80 bar, more preferably at most 40 bar.

In diesem Ausführungsbeispiel wir zusätzlich anhand einer Messung des Zylinderdruckes geprüft, ob eine Verbrennung des Kraftstoff-Luftgemisches stattfindet. Falls dies der Fall sein sollte, wird die Mikrowellenvorrichtung 2 und das Plasma ausgeschaltet. Eine Verbrennung kann durch die Messung eines für die Verbrennung charakteristischen Druckanstiegs erkannt werden. In this embodiment, we additionally checked by means of a measurement of the cylinder pressure, whether combustion of the fuel-air mixture takes place. If so, the microwave device becomes 2 and the plasma turned off. Combustion can be detected by measuring a pressure rise characteristic of combustion.

Der Zylinderdruck lässt sich beispielsweise über einen Drucksensor 9, der den Druck im Zylinder 4 misst, bestimmen. Derartige Sensoren sind hinlänglich bekannt. Der Drucksensor 9 ist hier zum Verarbeiten der Messwerte mit dem Steuergerät 3 verbunden. The cylinder pressure can be, for example, via a pressure sensor 9 that the pressure in the cylinder 4 measures, determine. Such sensors are well known. The pressure sensor 9 is here to process the readings with the controller 3 connected.

Die Zündung des Kraftstoff-Luftgemisches mittels des Plasmas erfolgt bis zu einem Lastschwellenwert, ab dem die Zündung durch Selbstzündung gewährleistet ist. Entsprechend bleiben oberhalb des Lastschwellenwertes die Mikrowellenvorrichtung und damit das Plasma ausgeschaltet. The ignition of the fuel-air mixture by means of the plasma takes place up to a load threshold, from which the ignition is ensured by auto-ignition. Accordingly, the microwave device and thus the plasma remain switched off above the load threshold value.

Die Durchführung des beschriebenen Verfahrens, insbesondere die Steuerung der Mikrowellenvorrichtung, wird durch das Steuergerät 3 gewährleistet. Das Steuergerät 3 ist mit einem entsprechenden Programm ausgestattet. The implementation of the described method, in particular the control of the microwave device, by the control unit 3 guaranteed. The control unit 3 is equipped with an appropriate program.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102008035241 B4 [0002] DE 102008035241 B4 [0002]

Claims (12)

Verfahren zum Betreiben eines Dieselmotors 1, wobei ein Kraftstoff mit einer Cetanzahl CZ von CZ ≤ 60 verwendet wird, und ein Kraftstoff-Luftgemisch in einem Zylinder 4 des Dieselmotors mittels eines Plasmas gezündet wird. Method for operating a diesel engine 1 in which a fuel having a cetane number CZ of CZ ≦ 60 is used, and a fuel-air mixture in a cylinder 4 of the diesel engine is ignited by means of a plasma. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Zylinder 4 mit dem Kraftstoff-Luftgemisch inhomogen beladen wird. Method according to one of the preceding claims, wherein the cylinder 4 is loaded inhomogeneously with the fuel-air mixture. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Plasma zwecks Zündung des Kraftstoff-Luftgemischs eine Temperatur von mindestens 1500 °C hat.  Method according to one of the preceding claims, wherein the plasma for the purpose of ignition of the air-fuel mixture has a temperature of at least 1500 ° C. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Plasma in einem Verdichtungstakt des Dieselmotors eingeschaltet wird und bei Überschreiten eines oberen Zylinderdruckgrenzwertes abgeschaltet wird.  Method according to one of the preceding claims, wherein the plasma is switched on in a compression stroke of the diesel engine and is switched off when an upper cylinder pressure limit is exceeded. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der obere Zylinderdruckgrenzwert höchstens 80 bar, vorzugsweise höchstens 40 bar ist.  The method of claim 4, wherein the upper cylinder pressure limit is at most 80 bar, preferably at most 40 bar. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das das Plasma in einem Verdichtungstakt des Dieselmotors vor Überschreiten eines unteren Zylinderdruckgrenzwertes eingeschaltet wird.  Method according to one of the preceding claims, wherein the plasma is turned on in a compression stroke of the diesel engine before exceeding a lower cylinder pressure limit. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der untere Zylinderdruckgrenzwert 10 bar, vorzugsweise 15 bar ist.  The method of claim 6, wherein the lower cylinder pressure limit is 10 bar, preferably 15 bar. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei anhand einer Messung des Zylinderdrucks geprüft wird, ob eine Verbrennung des Kraftstoff-Luftgemisches stattfindet, und, falls dies der Fall sein sollte, das Plasma ausgeschaltet wird.  Method according to one of the preceding claims, wherein it is checked by means of a measurement of the cylinder pressure, whether combustion of the fuel-air mixture takes place, and, if this should be the case, the plasma is switched off. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei nach dem Einschalten des Plasmas und nach einer damit beginnenden Einschaltphase der Plasmastrom reduziert wird, der Plasmastrom in einer Haltephase auf einem gegenüber der Einschaltphase niedrigerem Niveau gehalten wird, und in einer sich an die Haltephase anschließenden Zündphase der Plasmastrom gegenüber der Haltephase erhöht wird.  Method according to one of the preceding claims, wherein after switching on the plasma and after a start-up phase, the plasma stream is reduced, the plasma stream is held in a holding phase at a lower level compared to the switch-on, and in a subsequent to the holding phase ignition phase of the plasma stream is increased compared to the holding phase. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bis zu einem Lastschwellenwert das Kraftstoff-Luftgemisch mittels Plasma gezündet wird und oberhalb des Lastschwellenwertes mittels Selbstzündung zündet.  Method according to one of the preceding claims, wherein up to a threshold load the fuel-air mixture is ignited by means of plasma and ignites above the load threshold value by means of autoignition. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Plasma mittels Mikrowellen erzeugt wird, beispielsweise mittels einer Mikrowellenzündkerze.  Method according to one of the preceding claims, wherein the plasma is generated by means of microwaves, for example by means of a microwave spark plug. Dieselmotor mit einer Mikrowellenvorrichtung 2 und einem Steuergerät 3 zum Steuern der Mikrowellenvorrichtung 2, wobei das Steuergerät eingerichtet ist, das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 auszuführen. Diesel engine with a microwave device 2 and a controller 3 for controlling the microwave device 2 wherein the controller is arranged to carry out the method according to one of claims 1 to 11.
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