DE102017122759A1 - Method for operating an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors mit folgenden Schritten:- Bereitstellen eines Brennstoffs (2)- Umwandlung eines Teil des Brennstoffs in einen angepassten Brennstoff (7) während des Betriebs des Verbrennungsmotors, wobei der angepasste Brennstoff (7) eine niedrigere Zündwilligkeit hat als der unveränderte Brennstoff (2)- Zufuhr des angepassten Brennstoffs (7) zu einem Zylinder (1) des Verbrennungsmotors- Zufuhr von unverändertem Brennstoff (2) zum Zylinder (1) des Verbrennungsmotors, insbesondere zum Auslösen der Zündung, wobei die Zufuhr von unverändertem Brennstoff (7) zum Zylinder während des Kompressionstrakts des angepassten Brennstoffs im Zylinder erfolgt,- Antreiben eines Kolbens (9) des Verbrennungsmotors durch die Zündung.Die Erfindung betrifft ferner einen entsprechenden Verbrennungsmotor und eine Steuereinheit.The invention relates to a method for operating an internal combustion engine, comprising the steps of: providing a fuel (2) converting a portion of the fuel into a matched fuel (7) during operation of the internal combustion engine, the adjusted fuel (7) having a lower ignitability as the unchanged fuel (2) - supply of the adjusted fuel (7) to a cylinder (1) of the internal combustion engine supply of unchanged fuel (2) to the cylinder (1) of the internal combustion engine, in particular for triggering the ignition, wherein the supply of unchanged Fuel (7) is supplied to the cylinder during the compression stroke of the adjusted fuel in the cylinder, - driving a piston (9) of the internal combustion engine through the ignition. The invention further relates to a corresponding internal combustion engine and a control unit.
Description
Die Anmeldung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors. Dabei handelt es sich um fremd- oder selbstgezündete Verbrennungsmotoren mit mindestens einem Zylinder. Im Zylinder befindet sich ein Kolben, der durch die Zündung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches angetrieben wird.The application relates to a method for operating an internal combustion engine. These are externally or self-ignited internal combustion engines with at least one cylinder. In the cylinder is a piston, which is driven by the ignition of a fuel-air mixture.
Stand der TechnikState of the art
Derartige Verbrennungsmotoren sind weit verbreitet. Soweit thermodynamisch möglich werden insbesondere mit Dieselmotoren hohe Wirkungsgrade erreicht. Allerdings geht dies meist mit erhöhten Emissionen an Rußpartikeln und Stickoxiden einher. Diese müssen mit einer aufwändigen Abgasreinigung aus dem Abgas entfernt werden.Such internal combustion engines are widely used. As far as thermodynamically possible high efficiencies are achieved especially with diesel engines. However, this is usually accompanied by increased emissions of soot particles and nitrogen oxides. These have to be removed from the exhaust gas with a complex exhaust gas purification system.
Vielfach werden hierzu Brennstoffe - im Zusammenhang mit Verbrennungsmotoren oft als Kraftstoffe bezeichnet - verdampft und/oder umgewandelt, um eine effiziente und schadstoffarme Verbrennung zu erreichen.In many cases, fuels - often referred to as fuels in connection with internal combustion engines - are vaporized and / or converted in order to achieve efficient and low-emission combustion.
Aus der
Aus der
Aus der
Aus der
Aus der
Aufgabe der Erfindung und allgemeiner LösungswegObject of the invention and general solution
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ein Verfahren bereit zu stellen, einen Verbrennungsmotor derart zu betreiben, dass einerseits ein hoher Wirkungsgrad erreicht wird und andererseits niedrige Schadstoffemissionen. Die Erfindung betrifft ebenfalls eine zur Durchführung des Verfahrens ausgebildete Steuereinheit sowie einen Verbrennungsmotor mit einer Umwandlungseinheit.Object of the present invention is to provide a method to operate an internal combustion engine such that on the one hand a high efficiency is achieved and on the other hand, low pollutant emissions. The invention also relates to a control unit designed for carrying out the method and to an internal combustion engine with a conversion unit.
Es wurde erkannt, dass hierzu ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors mit folgenden Schritten sinnvoll ist:It was recognized that for this purpose a method for operating an internal combustion engine with the following steps makes sense:
Zunächst ist ein Brennstoff bereitzustellen. Dabei sind verschiedene Brennstoffe denkbar. So kann der Brennstoff gewählt sein aus der Gruppe Diesel, Benzin, sowie Brennstoffe mit Zusätzen, strombasierte Kraftstoffe (sogenannte Power to Liquid Kraftstoffe, wie zum Beispiel Fischer-Tropsch Kraftstoffe, Oxymethylenether, Methylformiate, Dimethylcarbonate), Alkohol, insbesondere Ethanol, Ether, Ketone, Biokraftstoffe (Oktanol, Biodiesel), Propan, Butan, Methan, usw. sowie Blends und Mischungen. Diese Aufzählung soll deutlich machen, dass eine Vielzahl von Brennstoffen denkbar ist.First, a fuel is to be provided. Different fuels are conceivable. Thus, the fuel can be selected from the group diesel, gasoline, and fuels with additives, power-to-fuel fuels (such as Fischer-Tropsch fuels, oxymethylene ethers, methyl formates, dimethyl carbonates), alcohol, especially ethanol, ethers, ketones , Biofuels (octanol, biodiesel), propane, butane, methane, etc. as well as blends and mixtures. This list should make it clear that a variety of fuels is conceivable.
In der Praxis bedeutet das Bereitstellen von Brennstoff, dass aus einem im Regelfall vorgesehenen Tank der Brennstoff zum Verbrennungsmotor geführt wird. Genauer gesagt ist der umzuwandelnde Teil des Brennstoffs zunächst zu einer Umwandlungseinheit zu führen, in der die Zündeigenschaft angepasst/verändert werden kann. Der veränderte / angepasste Brennstoff hat andere Zündeigenschaften als der Ursprungskraftstoff. Der veränderte Kraftstoff wird mit der Verbrennungsluft vermischt. Die Zündeigenschaft wird dabei so verändert, dass es während der Komprimierung zu keiner vorzeitigen Zündung kommt. Das Kraftstoff-Luftgemisch wird dann über eine Diesel-Direkteinspritzung oder über eine Zündkerze gezündet.In practice, the provision of fuel means that the fuel is routed from a tank provided in the rule to the internal combustion engine. More specifically, the part of the fuel to be converted is first to be led to a conversion unit in which the ignition property can be adjusted / changed. The modified fuel has different ignition characteristics than the original fuel. The changed fuel is mixed with the combustion air. The ignition characteristic is changed so that it comes to no premature ignition during compression. The fuel-air mixture is then ignited via a diesel direct injection or via a spark plug.
Weiter ist eine Umwandlung eines Teils des Brennstoffs in einen angepassten Brennstoff während des Betriebs des Verbrennungsmotors vorgesehen, wobei der angepasste Brennstoff eine niedrigere Zündwilligkeit hat als der unveränderte Brennstoff. Die Aussage, dass dies während des Betriebs des Verbrennungsmotors erfolgt, soll nicht ausschließen, dass etwa vor Beginn des Betriebs des Verbrennungsmotors schon mit der Umwandlung begonnen wird, die Umwandlung auch in kurzen Betriebspausen - etwa bei einem an der Ampel stehenden Kraftfahrzeug - oder eine kurze Zeitspanne nach dem Abstellen des Verbrennungsmotors weiterbetrieben wird. Es soll aber eine Abgrenzung gegenüber der Dual-Fuel Technologie erfolgen, bei der etwa in einer Raffinerie aus einem Brennstoff ein angepasster Brennstoff erzeugt wird und zwei Tanks für den Verbrennungsmotor, also ein Tank für angepassten Brennstoff und ein Tank für unveränderten Brennstoff, vorgesehen sind. Die Dual-Fuel Technologie ist bekannt und zahlreiche Veröffentlichungen bestätigen, dass dadurch Emissionen reduziert werden kann. Dabei werden in der Regel zwei separat mitgeführte Kraftstoffe unterschiedlicher Kraftstoffeigenschaften eingesetzt. Erfindungsgemäß wird zur Lösung der Aufgabe nur ein einzelner Kraftstoff mitgeführt. Neben mehr logistischen Erwägungen, die gerade bei einem Kraftfahrzeug das Tanken und Mitführen zweier Brennstoffe schwierig machen, gibt es noch eine wesentliche technische Erwägung. Bei der Umwandlung wird der Brennstoff in der Regel nicht nur umgewandelt, sondern auch verdampft. Es ist mithin - will man aufwändige und energieverzehrende Kompression vermeiden - aufgrund des hohen Volumens des gasförmigen Brennstoffs - nicht möglich den umgewandelten Brennstoff in einem Kraftfahrzeug in nennenswertem Umfang zu speichern. Daher hat die Umwandlung während des Betriebs des Verbrennungsmotors zu erfolgen.Further, a conversion of a portion of the fuel into a matched fuel during operation of the internal combustion engine is provided, wherein the adjusted fuel has a lower ignitability than the unmodified fuel. The statement that this is done during operation of the internal combustion engine, should not rule out that, for example, before the start of the operation of the internal combustion engine is already started with the conversion, the conversion even in short breaks - such as a standing at the traffic light motor vehicle - or a short Period of time after the shutdown of the engine continues to operate. However, it should be differentiated from the dual-fuel technology in which, for example, in a refinery from a fuel an adapted fuel is produced and two tanks for the internal combustion engine, ie a tank for adjusted fuel and a tank for unchanged fuel, are provided. The dual-fuel technology is well known and numerous publications confirm that this can reduce emissions. As a rule, two separately entrained fuels of different fuel properties are used. According to the invention, only a single fuel is carried along to solve the problem. In addition to more logistical considerations that make refueling and carrying two fuels difficult, especially in a motor vehicle, there is still a significant technical consideration. In the conversion, the fuel is usually not only converted, but also evaporated. It is therefore - if you want to avoid consuming and energy-consuming compression - due to the high volume of the gaseous fuel - not possible to store the converted fuel in a motor vehicle to a significant extent. Therefore, the conversion must be done during operation of the internal combustion engine.
Vorliegend wird auf eine Umwandlung, insbesondere eine katalytische Umwandlung, des Brennstoffs gesetzt. Dies ist ein Unterschied etwa zur eingangs erwähnten
Zu beachten ist auch, dass vorliegend eine Umwandlung in einen Brennstoff mit niedrigerer Zündwilligkeit vorgesehen ist. Der oben geschilderte Ansatz der
Weiterhin hat eine Zufuhr des angepassten Brennstoffs zu einem Zylinder des Verbrennungsmotors zu erfolgen. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wird stets von einem Zylinder gesprochen. Freilich wird das Verfahren im Regelfall in Verbrennungsmotoren mit mehreren Zylindern eingesetzt. Da in allen Zylindern - zumindest im Hinblick auf die vorliegende Erfindung - dasselbe geschieht, wird auf die Darstellung weiterer Zylinder vorliegend verzichtet.Furthermore, a supply of the adjusted fuel to a cylinder of the internal combustion engine has to take place. For the sake of clarity, there is always talk of a cylinder. Of course, the method is usually used in internal combustion engines with multiple cylinders. Since the same thing happens in all cylinders, at least with regard to the present invention, the representation of further cylinders is omitted here.
Ebenso hat eine Zufuhr von unverändertem Brennstoff zum Zylinder des Verbrennungsmotors, insbesondere zum Auslösen der Zündung, zu erfolgen. Es ist also möglich den Verbrennungsmotor so zu betreiben, dass ohne Zufuhr von unverändertem Brennstoff keine oder eine unbefriedigende Zündung erfolgen würde. Eben dies ermöglicht die effiziente und schadstoffarme Zündung. Die Zündung kann aber auch durch eine Zündelektrode (Fremdzündung) erfolgen.Likewise, a supply of unchanged fuel to the cylinder of the internal combustion engine, in particular for triggering the ignition, to take place. It is therefore possible to operate the internal combustion engine so that no or an unsatisfactory ignition would take place without the supply of unchanged fuel. This also enables the efficient and low-emission ignition. The ignition can also be done by an ignition electrode (spark ignition).
Die Zufuhr von unverändertem Brennstoff zum Zylinder erfolgt während der Kompressionsphase im Zylinder. Der Einspritzzeitpunkt des unveränderten Kraftstoffs wird so gewählt, dass ein optimierter Betrieb hinsichtlich Emissionen und Verbrauch erfolgt. Insbesondere wenn keine Zündeinrichtung vorhanden ist und damit allein durch die Zufuhr des unveränderten Brennstoffs die Zündung ausgelöst werden soll, ergibt sich dies aus dem üblichen Betrieb des Verbrennungsmotors, bei dem die Zündung erfolgt, wenn der Kolben sich im „oberen“ Bereich“ befindet. In den gängigen Darstellungen und der üblichen Einbaulage ist dies tatsächlich oben, dies ist zwar vielfach technisch vorteilhaft, jedoch nicht zwingend. Dennoch soll vom oberen Bereich gesprochen werden. Entsprechend wird der Punkt, an dem der Kolben seine Bewegungsrichtung ändert, fachüblich als oberer Totpunkt bezeichnet.The supply of unchanged fuel to the cylinder takes place during the compression phase in the cylinder. The injection time of the unchanged fuel is chosen so that an optimized operation in terms of emissions and consumption takes place. In particular, if no ignition device is present and thus the ignition is to be triggered solely by the supply of the unchanged fuel, this results from the usual operation of the internal combustion engine, in which the ignition takes place when the piston is in the "upper" range. In the common representations and the usual mounting position, this is actually the top, although this is often technically advantageous, but not mandatory. Nevertheless, should be spoken of the upper range. Accordingly, the point at which the piston changes its direction of movement, commonly referred to as top dead center.
Wie üblich erfolgt das Antreiben eines Kolbens des Verbrennungsmotors durch die Zündung.As usual, the driving of a piston of the internal combustion engine is effected by the ignition.
In einer weiteren Ausführungsform erfolgt die Umwandlung des unveränderten Brennstoffs in mindesten zwei Chargen des angepassten Brennstoffs, die sich in Ihrer Zündwilligkeit unterscheiden, wobei die Zündwilligkeit der zwei Chargen aber immer niedriger ist als die Zündwilligkeit des unveränderten Brennstoffs. Es wird also ein erster angepasster Brennstoff mit niedriger Zündwilligkeit und ein zweiter angepasster Brennstoff mit höherer Zündwilligkeit bereitgestellt.In another embodiment, the conversion of the unmodified fuel into at least two batches of the adjusted fuel that differ in their ignitability occurs, but the ignitability of the two batches is always lower than the ignitability of the unmodified fuel. Thus, a first matched fuel with low ignitability and a second matched fuel with higher ignitability are provided.
Weiterhin hat eine Zufuhr des ersten angepassten Brennstoffs zu einem Zylinder des Verbrennungsmotors zu erfolgen. Ebenso hat eine Zufuhr des zweiten angepassten Brennstoffs zum Zylinder des Verbrennungsmotors, insbesondere zum Auslösen der Zündung, zu erfolgen.Furthermore, a supply of the first adjusted fuel to a cylinder of the internal combustion engine has to take place. Likewise, a supply of the second adapted fuel to the cylinder of the internal combustion engine, in particular for triggering the ignition, to take place.
Es ist also möglich den Verbrennungsmotor so zu betreiben, dass ohne Zufuhr des zweiten angepassten Brennstoffs mir höherer Zündwilligkeit keine oder eine unbefriedigende Zündung erfolgen würde. Eben dies ermöglicht die effiziente und schadstoffarme Zündung. Die Zündung kann aber auch durch eine Zündelektrode (Fremdzündung) erfolgen. It is therefore possible to operate the internal combustion engine so that no or an unsatisfactory ignition would take place without supply of the second adapted fuel with higher ignition capability. This also enables the efficient and low-emission ignition. The ignition can also be done by an ignition electrode (spark ignition).
Die Zufuhr des zweiten angepassten Brennstoffs zum Zylinder erfolgt während der Kompressionsphase im Zylinder. Der Einspritzzeitpunkt des zweiten angepassten Brennstoffs wird so gewählt, dass ein optimierter Betrieb hinsichtlich Emissionen und Verbrauch erfolgt. Insbesondere wenn keine Zündeinrichtung vorhanden ist und damit allein durch die Zufuhr des zweiten angepassten Brennstoffs die Zündung ausgelöst werden soll, ergibt sich dies aus dem üblichen Betrieb des Verbrennungsmotors, bei dem die Zündung erfolgt, wenn der Kolben sich im „oberen“ Bereich“ befindet.The supply of the second adjusted fuel to the cylinder takes place during the compression phase in the cylinder. The injection timing of the second adjusted fuel is chosen to provide optimized operation in terms of emissions and consumption. In particular, if no ignition device is present and thus the ignition should be triggered solely by the supply of the second adjusted fuel, this results from the usual operation of the internal combustion engine, in which the ignition takes place when the piston is in the "upper" range.
Wie üblich erfolgt das Antreiben eines Kolbens des Verbrennungsmotors durch die Zündung.As usual, the driving of a piston of the internal combustion engine is effected by the ignition.
In den meisten Ausführungsformen ist zur Durchführung des Verfahrens abgesehen von der Einheit zur Umwandlung des Brennstoffs keine Änderung am Verbrennungsmotor erforderlich. So wird in einem klassisch betriebenen Dieselmotor die Verbrennungsluft komprimiert und am Ende der Kompression Diesel eingespritzt. Wird nun vorliegend angepasster Brennstoff, der normalerweise gasförmig vorliegt, mit der Verbrennungsluft gemischt und dem Zylinder zugeführt, und ebenfalls am Ende der Kompression Diesel eingespritzt - freilich in geringerer Menge, da ja bereits angepasster Brennstoff in den Zylinder eingeführt worden ist- so kann derselbe Verbrennungsmotor eingesetzt werden. Lediglich die Steuerung ist anzupassen, dies kann aber etwa durch ein Update der Motorsteuerungssoftware erfolgen. Dies bringt mit sich, dass durch eine überschaubare Nachrüstung, nämlich den Einbau einer Einheit zur Umwandlung des Brennstoffs in einen angepassten Brennstoff und ein Update der Motorsteuerungssoftware das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann.In most embodiments, no change to the internal combustion engine is required to perform the method except for the unit for converting the fuel. In a classically operated diesel engine, the combustion air is compressed and diesel injected at the end of the compression. If in the present case adapted fuel, which is normally in gaseous form, is mixed with the combustion air and supplied to the cylinder, and likewise injected diesel at the end of the compression - admittedly in a smaller amount, since already adapted fuel has been introduced into the cylinder - then the same internal combustion engine can be used be used. Only the control has to be adjusted, but this can be done by an update of the engine control software. This implies that by a manageable retrofitting, namely the installation of a unit for converting the fuel into a matched fuel and an update of the engine control software, the inventive method can be performed.
Dies ist ein entscheidender Aspekt, da viele mit Dieselmotoren betriebene Fahrzeuge im Bestand unzulässige, jedenfalls unerwünschte Schadstoffemissionen hervorbringen. Die vorliegende Erfindung erlaubt eine Lösung des Problems mit vertretbarem Aufwand.This is a crucial aspect, as many vehicles powered by diesel engines produce inadmissible and undesirable pollutant emissions. The present invention allows a solution of the problem with reasonable effort.
In einer Ausführungsform erfolgt die Wahl des Verhältnisses zwischen unverändertem Brennstoff und angepasstem Brennstoff abhängig vom Betriebszustand des Verbrennungsmotors. Damit kann die Verbrennung optimiert werden. So kann es etwa bei niedriger Leistung sinnvoll sein, relativ gesehen weniger Brennstoff umzuwandeln, um noch genügend unveränderten Brennstoff zum Auslösen der Zündung einspritzen zu können.In one embodiment, the choice of the ratio between the unchanged fuel and the adjusted fuel depends on the operating state of the internal combustion engine. Thus, the combustion can be optimized. For example, it may make sense at low power to convert relatively less fuel in order to inject enough unchanged fuel to trigger the ignition.
Aus der eingangs erwähnten
In einer wichtigen Ausführungsform wird das Verfahren derart betrieben, dass eine Minimierung des Schadstoffausstoßes, insbesondere des Ausstoßes von Feinstaub und/oder Stickoxiden, und/oder des Brennstoffverbrauchs erreicht wird. Dabei gibt es häufig Zielkonflikte zwischen den Zielen Reduktion des Brennstoffverbrauchs und Reduktion von Schadstoffemissionen.In an important embodiment, the method is operated in such a way that a minimization of pollutant emissions, in particular the emission of fine dust and / or nitrogen oxides, and / or fuel consumption is achieved. There are often conflicting goals between the goals of reducing fuel consumption and reducing pollutant emissions.
So sind für einen hohen Wirkungsgrad hohe Verbrennungstemperaturen vorteilhaft. Hohe Verbrennungstemperaturen sind auch günstig um die Entstehung von Rußpartikeln zu reduzieren. Allerdings begünstigen hohe Verbrennungstemperaturen auch die Entstehung von Stickoxiden. Dieses Beispiel soll aufzeigen, dass eine Minimierung von Schadstoffausstoß und Brennstoffverbrauch zumeist nicht sinnvoll dadurch erfolgen kann, dass etwa die Minimierung eines Schadstoffs ohne Berücksichtigung anderer Schadstoffe und des Brennstoffverbrauchs angestrebt wird. Es ist vielmehr eine Optimierung unter Berücksichtigung aller relevanten Parameter vorzunehmen. Die Senkung von Kohlendioxidemissionen ist vorliegend als Ziel nicht weiter erwähnt, da dies durch Senkung des Brennstoffverbrauchs ohnehin erreicht wird. Es ist zu bemerken, dass die Reduktion des Brennstoffverbrauchs vorliegend nicht im Mittelpunkt steht, da der Wirkungsgrad oft weitgehend optimiert ist. Ein derzeit drängendes Problem sind Schadstoffemissionen, die nach heutigen Erkenntnissen zu nicht vernachlässigbaren gesundheitlichen Problemen führen.Thus, high combustion temperatures are advantageous for high efficiency. High combustion temperatures are also favorable to reduce the formation of soot particles. However, high combustion temperatures also favor the formation of nitrogen oxides. This example is intended to show that it is usually not possible to minimize pollutant emissions and fuel consumption by, for example, aiming for the minimization of a pollutant without taking into account other pollutants and fuel consumption. It is rather an optimization taking into account all relevant parameters. The reduction of carbon dioxide emissions is presently not mentioned as a goal, since this is achieved anyway by reducing fuel consumption. It should be noted that the reduction of fuel consumption in the present case is not the focus, since the efficiency is often largely optimized. A currently pressing problem is pollutant emissions, which according to current findings lead to non-negligible health problems.
In einer Ausführungsform wird der angepasste Brennstoff mit der zur Verbrennung vorgesehenen Luft zu einem Ladegas vermischt. Durch Zufuhr des Ladegases in den Zylinder des Verbrennungsmotors erfolgt die Zufuhr des angepassten Brennstoffs. Nach der Umwandlung liegt der Brennstoff im Regelfall gasförmig vor. Daher ist es möglich den angepassten Brennstoff zusammen mit der Verbrennungsluft einzubringen. Dies führt vielfach zu einer verbesserten Vermischung von angepasstem Brennstoff und Verbrennungsluft. Durch diese verbesserte Gemischbildung können innermotorisch die schädlichen Ruß- und NOx-Emissionen verringert werden. Dies gestattet auch einen unveränderten Aufbau des Zylinders. Die Verbrennungsluft muss in jedem Fall zugeführt werden. Insofern ist keine Änderung des Aufbaus des Zylinders erforderlich.In one embodiment, the adjusted fuel is mixed with the combustion air to a charge gas. By supplying the charging gas into the cylinder of the internal combustion engine, the supply of the adjusted fuel takes place. After conversion, the fuel is usually present in gaseous form. Therefore, it is possible to introduce the adjusted fuel together with the combustion air. This often leads to improved mixing of adapted fuel and combustion air. Improved by this Mixture formation can be reduced within the engine, the harmful soot and NOx emissions. This also allows an unchanged structure of the cylinder. The combustion air must be supplied in any case. In this respect, no change in the structure of the cylinder is required.
In einer Ausführungsform wird der Zeitpunkt der Zufuhr des unveränderten Brennstoffs relativ zur Lage des Kolbens im Zylinder abhängig vom Betriebszustand des Verbrennungsmotors gewählt. Wie bereits erwähnt ist klar, dass die Zündung dann zu erfolgen hat, wenn der Kolben im „oberen“ Bereich ist, also das zu zündende Gemischworum auch immer es sich handelt - komprimiert ist.In one embodiment, the timing of the supply of the unchanged fuel relative to the position of the piston in the cylinder is selected depending on the operating state of the internal combustion engine. As already mentioned, it is clear that the ignition must take place when the piston is in the "upper" range, that is, the mixture to be ignited, whatever it is, is compressed.
Der optimale genaue Zündzeitpunkt ist auch abhängig vom Betriebszustand des Verbrennungsmotors. Daher ist es sinnvoll neben der Lage des Kolbens im Zylinder auch den Betriebszustand des Verbrennungsmotors zu berücksichtigen.The optimum exact ignition timing is also dependent on the operating state of the internal combustion engine. Therefore, it makes sense to take into account not only the position of the piston in the cylinder but also the operating state of the internal combustion engine.
In einer Ausführungsform ist zur Zündung eine Zündvorrichtung, insbesondere eine Zündkerze, vorhanden. Wenngleich durch die Einspritzung von unverändertem Kraftstoff im Regelfall in befriedigender Weise die Zündung ausgelöst werden kann, kann es mitunter hilfreich sein, eine Zündvorrichtung vorzusehen. Wenngleich vielerlei Arten von Zündvorrichtungen, wie etwa Zündlaser und dergleichen denkbar sind, so ist im Regelfall eine Zündkerze geeignet.In one embodiment, an ignition device, in particular a spark plug, is provided for ignition. Although the ignition can be satisfactorily triggered by the injection of unchanged fuel, it may sometimes be helpful to provide an ignition device. Although many types of ignition devices, such as ignition lasers and the like are conceivable, as a rule, a spark plug is suitable.
In einer Ausführungsform erfolgt die Umwandlung von Brennstoff in den angepassten Brennstoff so, dass der angepasste Brennstoff abhängig vom Betriebszustand des Verbrennungsmotors gewünschte Eigenschaften aufweist. So kann etwa bei hoher Leistung des Verbrennungsmotors, bei der bei einer einzelnen Zündung mehr Brennstoff verbrannt werden soll, um eine entsprechende Energie bereitzustellen, der Brennstoff entsprechend umgewandelt werden, dass auch bei einem brennstoffreichen Ladegas durch die Kompression keine Selbstzündung erfolgt.In one embodiment, the conversion of fuel into the adjusted fuel is such that the adjusted fuel has desired properties depending on the operating condition of the internal combustion engine. For example, at high power of the internal combustion engine in which more fuel is to be burned in a single ignition to provide a corresponding energy, the fuel can be converted accordingly, that even with a fuel-rich charge gas by the compression no auto-ignition.
An dieser Stelle soll aber erwähnt werden, dass der umgewandelte Brennstoff auch in allen Betriebszuständen dieselben Eigenschaften aufweisen kann. So ist es in jedem Fall sinnvoll, den Verbrennungsmotor so zu betreiben, dass das Gemisch aus angepasstem Brennstoff und Verbrennungsluft durch die Kompression nicht selbst zündet. Es genügt aber auch diese Bedingung zu erfüllen, so dass es häufig nicht genau darauf ankommt, wie die Zündwilligkeit des Brennstoffs im Einzelnen aussieht. Damit soll aber nicht ausgesagt sein, dass eine vom Betriebszustand des Verbrennungsmotors abhängige Umwandlung des Brennstoffs in angepassten Brennstoff völlig überflüssig wäre.It should be mentioned at this point, however, that the converted fuel can also have the same properties in all operating states. So it makes sense in any case, the internal combustion engine to operate so that the mixture of adapted fuel and combustion air by the compression does not ignite itself. But it is also sufficient to fulfill this condition, so that it often does not depend exactly on how the ignitability of the fuel looks in detail. However, this should not be said that a conversion of the fuel into matched fuel that is dependent on the operating state of the internal combustion engine would be completely superfluous.
Die Erfindung betrifft auch eine Steuereinheit ausgebildet zur Steuerung eines Verbrennungsmotors mit dem oben geschilderten Verfahren. Wie bereits weiter oben dargelegt, kann vielfach der unveränderte Verbrennungsmotor eingesetzt werden. Dementsprechend sind zumeist nur geringfügige Modifikationen an der Steuereinheit erforderlich. Im Regelfall genügt eine Neuprogrammierung. Freilich ist auch eine Vorrichtung zur Ansteuerung der Einheit zum Umwandeln des Brennstoffs in angepassten Brennstoff erforderlich.The invention also relates to a control unit designed to control an internal combustion engine with the above-described method. As already explained above, in many cases the unchanged internal combustion engine can be used. Accordingly, only minor modifications to the control unit are usually required. As a rule, a reprogramming is sufficient. Of course, a device for controlling the unit for converting the fuel into adapted fuel is also required.
In einer Ausführungsform weist die Steuereinheit ein erstes Modul und ein zweites Modul auf, wobei das erste Modul eine bekannte Steuereinheit für einen bekannten Verbrennungsmotor ist und das zweite Modul dazu dient, die Steuereinheit zur Durchführung des oben geschilderten Verfahrens auszubilden. Dieser modulare Aufbau ist insbesondere sinnvoll bei der Nachrüstung, etwa bei der oben geschilderten Nachrüstung eines Kraftfahrzeugs mit Dieselmotor. Als erstes Modul kann die bereits vorhandene Steuereinheit für den Dieselmotor dienen, die lediglich neu zu programmieren ist. Das zweite Modul hat die Aufgabe die Einheit zur Umwandlung eines Teils des Brennstoffs in angepassten Brennstoff anzusteuern. Sinnvollerweise sind dafür gewisse Parameter, etwa Leistung und Drehzahl des Verbrennungsmotors vom ersten Modul an das zweite Modul zu übergeben. Da diese Daten im ersten Modul ohnehin vorliegen, stellt dieses kein Problem dar.In one embodiment, the control unit comprises a first module and a second module, wherein the first module is a known control unit for a known internal combustion engine and the second module is used to form the control unit for carrying out the above-described method. This modular design is particularly useful in retrofitting, such as in the above-described retrofitting of a motor vehicle with diesel engine. The first module can be the already existing control unit for the diesel engine, which merely has to be reprogrammed. The second module has the task to control the unit to convert a part of the fuel into adapted fuel. It makes sense to pass certain parameters such as power and speed of the internal combustion engine from the first module to the second module. Since these data are present anyway in the first module, this poses no problem.
Die Erfindung betrifft auch einen Verbrennungsmotor, insbesondere Dieselmotor, mit einer Einrichtung zur Zufuhr von Brennstoff zu einem Zylinder,
- - einer Umwandlungseinheit um einen Teil des Brennstoffs in Brennstoff mit niedrigerer Zündwilligkeit umzuwandeln,
- - einer Einrichtung zur Zufuhr von angepasstem Brennstoff,
- - einer Einrichtung zur Zufuhr von Verbrennungsluft zum Zylinder, wobei die Einrichtung zur Zufuhr von angepasstem Brennstoff und zur Zufuhr von Verbrennungsluft zusammengefasst sein können;
- a conversion unit to convert part of the fuel into fuel with a lower level of ignition,
- a device for the supply of adjusted fuel,
- a means for supplying combustion air to the cylinder, wherein the means for supplying adapted fuel and for supplying combustion air may be combined;
Der Verbrennungsmotor soll hier nicht näher beschrieben werden, da dies bereits durch die Schilderung des Verfahrens und der Steuereinheit erfolgt ist.The internal combustion engine will not be described in more detail here, since this has already been done by the description of the method and the control unit.
In einer besonderen Ausführungsform wird der umgewandelte Brennstoff nach der Umwandlung einer Rückverflüssigung unterzogen, d.h. die gasförmigen Bestandteile werden, wie oben beschrieben mit der Verbrennungsluft vermischt. Der rückverflüssigte Kraftstoff-Rest kann entweder mit dem unveränderten Brennstoff vermischt oder separat gesammelt werden. In beiden Fällen wird der rückverflüssigte Kraftstoffrest in den Zylinder eingespritzt. In beiden Fällen haben sowohl der gasförmige Teil des veränderten Brennstoffs als auch der rückverflüssigte Kraftstoff-Rest eine niedrigere Zündwilligkeit als der unveränderte Brennstoff. Die Rückverflüssigung erfolgt über eine angepasste Kühleinheit.In a particular embodiment, after the conversion, the converted fuel undergoes re-liquefaction, ie, the gaseous constituents, as described above mixed with the combustion air. The reliquefied fuel residue can either be mixed with the unchanged fuel or collected separately. In both cases, the reliquefied fuel residue is injected into the cylinder. In both cases, both the gaseous portion of the altered fuel and the reliquefied fuel residue have a lower ignitability than the unaltered fuel. The reliquefaction takes place via an adapted cooling unit.
Figurenlistelist of figures
Anhand von Figuren sollen weitere Einzelheiten erläutert werden. Dabei zeigen
-
1 eine Darstellung eines Zylinders beim Ansaugen von Ladeluft mit einer Zufuhr von unverändertem und angepassten Brennstoff, Verbrennungsluft und einer Umwandlungseinheit für Brennstoff -
2 den Zylinder bei der Kompression des Ladegases im Zylinder -
3 den Zylinder nach der Zündung -
4 den Zylinder bei der Abfuhr von Abgas
-
1 a representation of a cylinder during the intake of charge air with a supply of unaltered and adjusted fuel, combustion air and a conversion unit for fuel -
2 the cylinder during the compression of the charging gas in the cylinder -
3 the cylinder after ignition -
4 the cylinder in the removal of exhaust gas
In der in
Bei der in
Die nachfolgend beschriebenen
Wenn der Kolben
Wie in
Der in den
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Zylindercylinder
- 22
- Brennstoffzufuhrfuel supply
- 33
- Brennstoffzufuhr zur UmwandlungseinheitFuel supply to the conversion unit
- 44
- Umwandlungseinheitconversion unit
- 55
- Luftzufuhrair supply
- 66
- Luftzufuhr zur UmwandlungseinheitAir supply to the conversion unit
- 77
- angepasster Brennstoffadapted fuel
- 88th
- Ladegascharged gas
- 99
- Kolbenpiston
- 1010
- Auslassventiloutlet valve
- 1111
- Einlassventilintake valve
- 1212
- Einspritzdüseinjection
- 1313
- Abgasleitungexhaust pipe
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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