DE102017201805A1 - Method for injecting an additional medium into the cylinder of a spark-ignited internal combustion engine and internal combustion engine for carrying out such a method - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum direkten Einspritzen eines Zusatzmediums in den mindestens einen Zylinder einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine, wobei sich das Zusatzmedium von einem zum Betrieb der Brennkraftmaschine eingebrachten Kraftstoff unterscheidet und das Zusatzmedium zur Verminderung einer klopfenden Verbrennung eingespritzt wird. Es soll ein Verfahren aufgezeigt werden, das hinsichtlich der Einspritzung des Zusatzmediums verbessert ist. Erreicht wird dies mit einem Verfahren der oben genannten Art, das dadurch gekennzeichnet ist, dass für eine je Arbeitsspiel in einen Zylinder eingespritzte Menge mcoolant an Zusatzmedium und eine je Arbeitsspiel in den Zylinder eingebrachte Kraftstoffmenge mfuel gilt: mwater ≤ 0.2 mfuel.The invention relates to a method for directly injecting an additional medium into the at least one cylinder of a spark-ignited internal combustion engine, wherein the additional medium differs from an introduced for operation of the internal combustion engine fuel and the additional medium is injected to reduce a knocking combustion. It should be shown a method that is improved in terms of the injection of the additional medium. This is achieved with a method of the abovementioned type, which is characterized in that for an operating cycle injected into a cylinder mcoolant amount of additional medium and a per working cycle introduced into the cylinder fuel quantity mfuel applies: mwater ≤ 0.2 mfuel.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum direkten Einspritzen eines Zusatzmediums in den mindestens einen Zylinder einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine, wobei sich das Zusatzmedium von einem zum Betrieb der Brennkraftmaschine eingebrachten Kraftstoff unterscheidet und das Zusatzmedium zur Verminderung einer klopfenden Verbrennung eingespritzt wird.The invention relates to a method for directly injecting an additional medium into the at least one cylinder of a spark-ignited internal combustion engine, wherein the additional medium differs from an introduced for operation of the internal combustion engine fuel and the additional medium is injected to reduce a knocking combustion.
  • Des Weiteren betrifft die Erfindung eine fremdgezündete Brennkraftmaschine zur Durchführung eines derartigen Verfahrens.Furthermore, the invention relates to a spark-ignited internal combustion engine for carrying out such a method.
  • Eine Brennkraftmaschine der genannten Art wird als Kraftfahrzeugantrieb eingesetzt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst der Begriff Brennkraftmaschine Ottomotoren, aber auch Hybrid-Brennkraftmaschinen, d. h. fremdgezündete Brennkraftmaschinen, die mit einem Hybrid-Brennverfahren betrieben werden, sowie Hybrid-Antriebe, die neben der fremdgezündeten Brennkraftmaschine eine mit der Brennkraftmaschine antriebsverbindbare Elektromaschine umfassen, welche Leistung von der Brennkraftmaschine aufnimmt oder als zuschaltbarer Hilfsantrieb zusätzlich Leistung abgibt.An internal combustion engine of the type mentioned is used as a motor vehicle drive. In the context of the present invention, the term internal combustion engine includes gasoline engines, but also hybrid internal combustion engines, d. H. spark-ignition internal combustion engines, which are operated with a hybrid combustion method, and hybrid drives, which include in addition to the spark-ignition internal combustion engine drive-connected with the electric motor, which receives power from the engine or emits additional power as a switchable auxiliary drive.
  • Brennkraftmaschinen verfügen über einen Zylinderblock und mindestens einen Zylinderkopf, die zur Ausbildung der Zylinder, d. h. der Brennräume, miteinander verbunden werden. Der Zylinderblock dient regelmäßig als obere Kurbelgehäusehälfte zur Lagerung der Kurbelwelle und zur Aufnahme des Kolbens bzw. des Zylinderrohres jedes Zylinders. Der Zylinderkopf dient üblicherweise zur Aufnahme der für den Ladungswechsel erforderlichen Ventiltriebe.Internal combustion engines have a cylinder block and at least one cylinder head, which is used to form the cylinder, d. H. the combustion chambers, to be interconnected. The cylinder block is used regularly as an upper crankcase half for supporting the crankshaft and for receiving the piston or the cylinder tube of each cylinder. The cylinder head usually serves to accommodate the valve trains required for the charge cycle.
  • Die im Kurbelgehäuse gelagerte Kurbelwelle nimmt die Pleuelstangenkräfte auf und transformiert die oszillierende Hubbewegung der Kolben in eine rotierende Drehbewegung der Kurbelwelle. Die Wegstrecke, die der Kolben auf seinem Weg zwischen dem oberen Totpunkt und dem unterem Totpunkt im Zylinderrohr zurücklegt, wird als Kolbenhub s bezeichnet.The crankshaft mounted in the crankcase receives the connecting rod forces and transforms the oscillating stroke movement of the pistons into a rotating rotational movement of the crankshaft. The distance which the piston travels on its way between the top dead center and the bottom dead center in the cylinder tube is referred to as piston stroke s.
  • Bei der Weiterentwicklung von Brennkraftmaschinen ist man ständig bemüht, den Kraftstoffverbrauch zu minimieren und die Schadstoffemissionen zu reduzieren, insbesondere die Stickoxidemissionen.In the further development of internal combustion engines, efforts are constantly being made to minimize fuel consumption and to reduce pollutant emissions, in particular nitrogen oxide emissions.
  • Problematisch ist der Kraftstoffverbrauch insbesondere bei Ottomotoren. Der Grund hierfür liegt im prinzipiellen Arbeitsverfahren des traditionellen Ottomotors, der mit einem homogenen Kraftstoff-Luft-Gemisch betrieben wird, wobei die Einstellung der gewünschten Leistung durch Veränderung der Füllung des Brennraumes erfolgt, d. h. mittels einer Quantitätsregelung. Durch Verstellen einer im Ansaugtrakt vorgesehenen Drosselklappe kann der Druck der angesaugten Luft stromabwärts der Drosselklappe mehr oder weniger stark reduziert werden. Infolge der Drosselverluste hat die Quantitätsregelung insbesondere im Teillastbereich thermodynamische Nachteile.The problem is the fuel consumption, especially in gasoline engines. The reason for this lies in the principle of operation of the traditional gasoline engine, which is operated with a homogeneous fuel-air mixture, wherein the adjustment of the desired power by changing the filling of the combustion chamber takes place, d. H. by means of a quantity regulation. By adjusting a throttle valve provided in the intake tract, the pressure of the intake air downstream of the throttle valve can be more or less reduced. As a result of the throttling losses, the quantity control has thermodynamic disadvantages, in particular in the partial load range.
  • Die Einspritzung von Kraftstoff direkt in den Brennraum des mindestens einen Zylinders wird als eine geeignete Maßnahme angesehen, den Kraftstoffverbrauch auch bei Ottomotoren spürbar zu reduzieren. Eine Entdrosselung der Brennkraftmaschine wird dadurch realisiert, dass in gewissen Grenzen eine Qualitätsregelung wie beim Dieselmotor zum Einsatz kommt.The injection of fuel directly into the combustion chamber of the at least one cylinder is regarded as a suitable measure to noticeably reduce fuel consumption even in gasoline engines. A dethrottling of the internal combustion engine is realized in that within certain limits, a quality control as in the diesel engine is used.
  • Mit der direkten Einspritzung des Kraftstoffes in den Brennraum lässt sich insbesondere eine geschichtete Brennraumladung realisieren, die wesentlich zur Entdrosselung des ottomotorischen Arbeitsverfahrens beitragen kann, da die Brennkraftmaschine mit Hilfe des Schichtladebetriebs sehr weit abgemagert werden kann, was insbesondere im Teillastbetrieb, d. h. im unteren und mittleren Lastbereich, wenn nur geringe Kraftstoffmengen einzuspritzen sind, thermodynamische Vorteile bietet.With the direct injection of the fuel into the combustion chamber can be realized in particular a stratified combustion chamber charge, which can significantly contribute to the dethrottling of the ottomotor work process, since the internal combustion engine with the help of the stratified operation can be emaciated very far, which is particularly in part-load operation, d. H. In the lower and middle load range, when only small amounts of fuel are to be injected, it offers thermodynamic benefits.
  • Die Schichtladung ist durch eine sehr inhomogene Brennraumladung gekennzeichnet, welche nicht durch ein einheitliches Luftverhältnis charakterisierbar ist, sondern sowohl magere (λ > 1) Gemischteile als auch fette (λ < 1) Gemischteile aufweist, wobei im Bereich der Zündeinrichtung ein zündfähiges Kraftstoff-Luft-Gemisch mit vergleichsweise hoher Kraftstoffkonzentration vorliegt.The layer charge is characterized by a very inhomogeneous combustion chamber charge which can not be characterized by a uniform air ratio, but has both lean (λ> 1) mixture parts and rich (λ <1) mixture parts, wherein in the region of the ignition device an ignitable fuel air Mixture with comparatively high fuel concentration is present.
  • Für die Einspritzung des Kraftstoffes, die Gemischaufbereitung im Brennraum, nämlich die Durchmischung von Luft und Kraftstoff und die Aufbereitung einschließlich der Verdampfung, sowie die Zündung des aufbereiteten Gemisches steht vergleichsweise wenig Zeit zur Verfügung.For the injection of the fuel, the mixture preparation in the combustion chamber, namely the mixing of air and fuel and the treatment including the evaporation, and the ignition of the treated mixture is comparatively little time available.
  • Da bei der Direkteinspritzung des Kraftstoffes in den Brennraum nur wenig Zeit zur Aufbereitung eines zünd- und brennfähigen Kraftstoff-Luft-Gemisches zur Verfügung steht, sind direkteinspritzende Verfahren wesentlich empfindlicher gegenüber Änderungen und Abweichungen bei der Gemischbildung, insbesondere bei der Einspritzung, als Verfahren mit Saugrohreinspritzung.Since in the direct injection of fuel into the combustion chamber little time for the preparation of an ignitable and combustible fuel-air mixture is available, direct injection methods are much more sensitive to changes and deviations in the mixture formation, especially in the injection, as a method with intake manifold injection ,
  • Die Inhomogenität des Kraftstoff-Luft-Gemisches ist auch ein Grund dafür, dass die vom dieselmotorischen Verfahren her bekannten Partikelemissionen beim direkteinspritzenden Ottomotor ebenfalls von Relevanz sind, wohingegen diese Emissionen beim traditionellen Ottomotor nahezu keine Bedeutung haben.The inhomogeneity of the fuel-air mixture is also a reason that the known from the diesel engine process particle emissions in direct-injection gasoline engine are also relevant, whereas these emissions have almost no significance in traditional gasoline engine.
  • Aus den vorstehend genannten Gründen wird daher grundsätzlich eine weitestgehende Homogenisierung des Kraftstoff-Luft-Gemisches angestrebt, bevor die Zündung initiiert wird, d. h. bevor die Fremdzündung eingeleitet wird. Dabei wird regelmäßig ein stöchiometrischer Betrieb mit einem Luftverhältnis λ ≈ 1 angestrebt. Aufgrund der Homogenisierung und der stöchiometrischen Verbrennung, d. h. dem Fehlen des für die Stickoxidbildung erforderlichen Luftüberschusses, weist die Brennkraftmaschine vergleichsweise geringe Stickoxidemissionen auf und ebenfalls niedrige bzw. nahezu keine Rußemissionen. For the reasons mentioned above, a thorough homogenization of the fuel-air mixture is therefore fundamentally sought before the ignition is initiated, ie, before the spark ignition is initiated. Here, a stoichiometric operation with an air ratio λ ≈ 1 is regularly sought. Due to the homogenization and the stoichiometric combustion, ie the absence of the excess air required for the formation of nitrogen oxides, the internal combustion engine has comparatively low nitrogen oxide emissions and likewise low or almost no soot emissions.
  • Der Kraftstoff kann alternativ auch in das Ansaugsystem eingebracht werden, stromaufwärts des Einlasses zum Brennraum bzw. des Zylinders, d. h. mittels Saugrohreinspritzung.Alternatively, the fuel may also be introduced into the intake system, upstream of the inlet to the combustion chamber or the cylinder, d. H. by means of intake manifold injection.
  • Bei der fremdgezündeten Brennkraftmaschine, die Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, wird der Kraftstoff entweder direkt in den Zylinder oder aber in das Ansaugsystem stromauf des Zylinders eingebracht.In the spark-ignited internal combustion engine, which is the subject of the present invention, the fuel is introduced either directly into the cylinder or into the intake system upstream of the cylinder.
  • Nachteilig an Ottomotoren im Hinblick auf den Kraftstoffverbrauch, d. h. den Wirkungsgrad η, sind des Weiteren die kleinen Verdichtungsverhältnisse ε. Während Dieselmotoren prinzipbedingt mit sehr hohen Verdichtungsverhältnissen betrieben werden, um eine Selbstzündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches zu gewährleisten, ist bei Ottomotoren das maximal zulässige Verdichtungsverhältnis εmax wegen der Klopfneigung im Volllastbetrieb, d. h. der Neigung zu Selbstzündungen im noch unverbrannten Gemisch, auf vergleichsweise niedrige Verdichtungsverhältnisse von beispielsweise ε ≈ 10 bei Saugmotoren zu begrenzen.A disadvantage of gasoline engines in terms of fuel consumption, ie the efficiency η, are further the small compression ratios ε. While diesel engines are operated by principle with very high compression ratios to ensure auto-ignition of the fuel-air mixture, in gasoline engines, the maximum allowable compression ratio ε max because of the tendency to knock in full load operation, ie the tendency to auto-ignition in unburned mixture, to relatively low To limit compression ratios of, for example ε ≈ 10 in naturally aspirated engines.
  • Bei aufgeladenen Motoren, die zunehmend an Bedeutung gewinnen, muss das geometrische Verdichtungsverhältnis für eine klopffreie Verbrennung weiter abgesenkt werden, beispielsweise auf ε ≈ 8...9 begrenzt werden.In turbocharged engines, which are becoming increasingly important, the geometric compression ratio for a knock-free combustion must be further reduced, for example limited to ε ≈ 8 ... 9.
  • Der Wirkungsgrad η nimmt aber mit abnehmendem Verdichtungsverhältnis ε ebenfalls ab. D. h. im Hinblick auf einen möglichst hohen Wirkungsgrad des Verbrennungsprozesses sollte die Zylinderfrischladung möglichst hoch verdichtet werden, was auch aus den oben genannten Gründen, insbesondere der Klopfneigung des Ottomotors nahe der Volllast, nicht uneingeschränkt durchführbar ist.However, the efficiency η also decreases with decreasing compression ratio ε. Ie. in view of the highest possible efficiency of the combustion process, the cylinder fresh charge should be compressed as high as possible, which is not fully feasible for the reasons mentioned above, in particular the tendency to knock the gasoline engine near the full load.
  • Ein konstruktiver Ansatz zur Auflösung dieses Konfliktes besteht darin, die Brennkraftmaschine mit einem variablen Verdichtungsverhältnis ε auszustatten und zwar in der Art, dass das Verdichtungsverhältnis ε mit abnehmender Last, d. h. ausgehend von der Volllast in Richtung Teillast, erhöht wird. Auf diese Weise könnte ein grundlegender, teillastspezifischer Nachteil von Ottomotoren gegenüber Dieselmotoren zumindest teilweise kompensiert werden. Diese Vorgehensweise ist aber sehr kostenintensiv und daher für den Serieneinsatz regelmäßig ungeeignet.A constructive approach to the resolution of this conflict is to equip the internal combustion engine with a variable compression ratio ε in such a way that the compression ratio ε with decreasing load, d. H. starting from the full load in the direction of partial load, is increased. In this way, a basic, partial load-specific disadvantage of gasoline engines compared to diesel engines could be at least partially compensated. However, this procedure is very cost-intensive and therefore regularly unsuitable for series production.
  • Aus dem Stand der Technik sind auch Konzepte bekannt, bei denen neben dem Kraftstoff ein Zusatzmedium, insbesondere Wasser, in die Zylinder oder das Ansaugsystem der Brennkraftmaschine eingespritzt wird, um der Klopfneigung entgegen zu wirken und/oder die Brennkraftmaschine mit einem höheren Verdichtungsverhältnis ausstatten bzw. betreiben zu können.From the prior art concepts are also known in which in addition to the fuel an additional medium, in particular water, is injected into the cylinder or the intake of the engine to counteract the tendency to knock and / or equip the engine with a higher compression ratio or to be able to operate.
  • Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2013 013 755 A1 offenbart ein derartiges Verfahren, bei dem wenigstens zwei definierte Einspritzungen eines Zusatzmediums vorgenommen werden, vorzugsweise in einem Kurbelwinkelbereich zwischen 380°KW vor dem oberen Totpunkt der Zündung (ZOT) und 80°KW nach dem oberen Totpunkt der Zündung (ZOT).The German patent application DE 10 2013 013 755 A1 discloses such a method in which at least two defined injections of an additional medium are made, preferably in a crank angle range between 380 ° CA before the top dead center of the ignition (ZOT) and 80 ° CA after the top dead center of the ignition (ZOT).
  • Das in der DE 10 2013 013 755 A1 offenbarte Verfahren basiert auf dem Effekt, dass das zusätzlich eingebrachte Zusatzmedium erwärmt und verdampft wird und auf diese Weise dem Zylinder bzw. der Zylinderfrischladung vor und während der Verbrennung Wärme entzieht, wodurch die Prozesstemperaturen abgesenkt werden. Mit dem Absenken der Temperaturen wird einer klopfenden Verbrennung entgegen gewirkt. Selbstzündungen im noch unverbrannten Kraftstoff-Luft-Gemisch können vermieden werden. Folgerichtig sollte das Zusatzmedium gemäß der DE 10 2013 013 755 A1 vorzugsweise eine hohe Verdampfungsenthalpie und/oder eine hohe Wärmekapazität aufweisen, weshalb auch Wasser als Zusatzmedium besonders geeignet ist, zumindest als Bestandteil des Zusatzmediums.That in the DE 10 2013 013 755 A1 The disclosed method is based on the effect that the additionally introduced additional medium is heated and evaporated and in this way the heat to the cylinder or the cylinder fresh charge before and during combustion, whereby the process temperatures are lowered. Lowering the temperatures counteracts knocking combustion. Autoignition in the still unburned fuel-air mixture can be avoided. Consequently, the additional medium according to the DE 10 2013 013 755 A1 preferably have a high enthalpy of vaporization and / or a high heat capacity, which is why water is particularly suitable as an additional medium, at least as part of the additional medium.
  • Da die Bildung von Stickoxiden nicht nur einen Luftüberschuss, sondern auch hohe Temperaturen erfordert, sind Verbrennungsprozesse mit niedrigen Verbrennungstemperaturen, sogenannte Niedertemperaturverbrennverfahren, grundsätzlich auch bei der Verringerung der Stickoxidemissionen zielführend.Since the formation of nitrogen oxides requires not only an excess of air but also high temperatures, combustion processes with low combustion temperatures, so-called low-temperature combustion processes, are basically also effective in reducing nitrogen oxide emissions.
  • Nach dem Stand der Technik dient die Wassereinspritzung, bei der neben dem Kraftstoff zusätzlich Wasser in den Zylinder eingebracht wird, daher häufig auch der Reduzierung der Stickoxidemissionen.In the prior art, the water injection, in addition to the fuel in addition water is introduced into the cylinder, therefore often serves to reduce the nitrogen oxide emissions.
  • Das in den Zylinder eingebrachte Wasser wird – wie der Kraftstoff – erwärmt und verdampft, so dass die Temperatur der Gasmischung im Zylinder sinkt, insbesondere aufgrund der Verdampfungsenthalpie. Zudem vergrößert sich durch die Verdampfung das Volumen des Wassers erheblich, wodurch der Druck im Zylinder ansteigt. Letzteres vergrößert die vom Zylinder an die Kurbelwelle abgegebene Arbeit bzw. erhöht die Leistung.The introduced into the cylinder water is - like the fuel - heated and evaporated, so that the temperature of the gas mixture in the cylinder decreases, in particular due to the enthalpy of vaporization. In addition, increased by the Evaporation significantly increases the volume of water, increasing the pressure in the cylinder. The latter increases the output from the cylinder to the crankshaft work or increases the power.
  • Bei dem Verfahren der DE 10 2013 013 755 A1 wird das Zusatzmedium mit derselben Einspritzeinrichtung eingebracht, mit der auch Kraftstoff eingebracht wird.In the process of DE 10 2013 013 755 A1 the additional medium is introduced with the same injection device, with the fuel is introduced.
  • Die DE 199 55 344 B4 beschreibt eine Baugruppe zur Einspritzung von Kraftstoff in den Zylinder einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine, bei der zusätzlich Wasser unter Verwendung eines funktional unabhängigen ringförmigen Moduls in den Zylinder eingebracht werden kann. Eine Membran bildet ein Rückschlagventil, welches ein Überströmen von Wasser in den Zylinder via Spritzlöchern bei Überschreiten eines bestimmten Systemdrucks zulässt, jedoch kein Rückströmen. Die vorgespannte Membran lässt aber einen reproduzierbaren Einspritzvorgang von Wasser mit einer definierten Öffnungsdauer, die von einer Öffnungszeit und einer Schließzeit determiniert wird, nicht zu. Zudem stellt die Dauerhaltbarkeit der Membran ein Problem dar.The DE 199 55 344 B4 describes an assembly for injecting fuel into the cylinder of a direct injection internal combustion engine in which additional water can be introduced into the cylinder using a functionally independent annular module. A membrane forms a check valve, which allows an overflow of water into the cylinder via spray holes at a certain system pressure is exceeded, but no backflow. However, the prestressed membrane does not allow a reproducible injection process of water with a defined opening duration, which is determined by an opening time and a closing time. In addition, the durability of the membrane is a problem.
  • Nachteilig an dem in der DE 10 2013 013 755 A1 beschriebenen Verfahren ist, dass vergleichsweise große Mengen des Zusatzmediums eingebracht werden, wobei das Zusatzmedium – wie der Kraftstoff – weiträumig im Brennraum verteilt wird. Bei dieser Vorgehensweise wird als Zylinderfrischladung ein weitgehend homogenisiertes Kraftstoff-Luft-Zusatzmedium-Gemisch bereitgestellt. Auch Brennraumbereiche, in denen keine klopfende Verbrennung zu befürchten ist, werden mit dem Zusatzmedium angereichert und das trotz fehlendem Bedarfs.A disadvantage of the in the DE 10 2013 013 755 A1 described method is that comparatively large amounts of the additional medium are introduced, the additional medium - as the fuel - is widely distributed in the combustion chamber. In this procedure, a largely homogenized fuel-air-additional medium mixture is provided as fresh cylinder charge. Even combustion chamber areas in which no knocking combustion is to be feared are enriched with the additional medium, despite the lack of demand.
  • Nach dem Stand der Technik werden bei derartigen Verfahren teils Wassermengen eingebracht, die 50% oder mehr der eingespritzten Kraftstoffmenge betragen können. Diese Vorgehensweise beeinträchtigt das Kraftstoff-Luft-Verhältnis nachteilig.According to the state of the art, in such processes, amounts of water are partly introduced which may amount to 50% or more of the injected fuel quantity. This procedure adversely affects the air-fuel ratio.
  • Vor dem Hintergrund des vorstehend Gesagten ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufzuzeigen, das hinsichtlich der Einspritzung des Zusatzmediums verbessert ist.In light of the above, it is an object of the present invention to provide a method according to the preamble of claim 1, which is improved in terms of the injection of the additional medium.
  • Eine weitere Teilaufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine fremdgezündete Brennkraftmaschine zur Durchführung eines derartigen Verfahrens bereitzustellen.A further object of the present invention is to provide a spark-ignition internal combustion engine for carrying out such a method.
  • Gelöst wird die erste Aufgabe durch ein Verfahren zum direkten Einspritzen eines Zusatzmediums in den mindestens einen Zylinder einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine, wobei sich das Zusatzmedium von einem zum Betrieb der Brennkraftmaschine eingebrachten Kraftstoff unterscheidet und das Zusatzmedium zur Verminderung einer klopfenden Verbrennung eingespritzt wird, das dadurch gekennzeichnet ist, dass für eine je Arbeitsspiel in einen Zylinder eingespritzte Menge mwater an Zusatzmedium und eine je Arbeitsspiel in den Zylinder eingebrachte Kraftstoffmenge mfuel gilt: mwater ≤ 0.2 mfuel.The first object is achieved by a method for directly injecting an additional medium into the at least one cylinder of a spark-ignition internal combustion engine, wherein the additional medium differs from an introduced for operation of the internal combustion engine fuel and the additional medium is injected to reduce a knocking combustion, which is characterized in that a quantity of fuel m water injected into a cylinder per working cycle and an amount of fuel m fuel introduced into the cylinder per working cycle are: m water ≤ 0.2 m fuel .
  • Das erfindungsgemäße Konzept zur Einspritzung eines Zusatzmediums zwecks Verminderung des Klopfens zeichnet sich dadurch aus, dass nur kleine Mengen des Zusatzmediums eingespritzt werden, insbesondere wesentlich weniger Zusatzmedium eingespritzt wird als nach dem Stand der Technik, nämlich höchstens zwanzig Prozent der eingebrachten Kraftstoffmenge, die benötigt wird, um die Brennkraftmaschine zu befeuern, d. h. zu betreiben.The inventive concept for injecting an additional medium for the purpose of reducing knocking is characterized in that only small amounts of the additional medium are injected, in particular substantially less additional medium is injected than in the prior art, namely at most twenty percent of the introduced fuel quantity that is required to fire the engine, d. H. to operate.
  • Die kleinen Mengen an Zusatzmedium werden bedarfsgerecht eingesetzt, indem die Einspritzung zielgerichtet erfolgt, d. h. das eingespritzte Zusatzmedium wird nicht – wie im Stand der Technik – weiträumig im Brennraum verteilt, sondern vorzugsweise in die Brennraumbereiche eingespritzt, die eine erhöhte Klopfneigung aufweisen. Die für die Einspritzung des Zusatzmediums verwendete Einspritzeinrichtung bzw. Einspritzdüse ist entsprechend auszubilden und anzuordnen.The small amounts of additional medium are used as needed by the injection targeted, d. H. the injected additional medium is not - as in the prior art - widely distributed in the combustion chamber, but preferably injected into the combustion chamber areas, which have an increased tendency to knock. The injection device or injection nozzle used for the injection of the additional medium is to be designed and arranged accordingly.
  • Bei dieser Vorgehensweise werden keine Brennraumbereiche mit dem Zusatzmedium angereichert, in denen keine klopfende Verbrennung zu befürchten ist. Eine vergleichsweise späte Einspritzung des Zusatzmediums, d. h. eine Einspritzung kurz vor Einleitung der Fremdzündung sorgt dafür, dass keine weiträumige Homogenisierung des Kraftstoff-Luft-Gemisches als Zylinderfrischladung mit dem Zusatzmedium vor Einleitung der Fremdzündung erfolgt.In this procedure, no combustion chamber areas are enriched with the additional medium in which no knocking combustion is to be feared. A comparatively late injection of the additional medium, d. H. an injection shortly before the initiation of the spark ignition ensures that no extensive homogenization of the fuel-air mixture takes place as fresh cylinder charge with the additional medium before initiating the spark ignition.
  • Da nur kleine Mengen an Zusatzmedium eingespritzt werden, wird erfindungsgemäß auch nur ein kleines bzw. kleineres Vorratsbehältnis benötigt. Alternativ muss ein größeres Vorratsbehältnis – wie aus Stand der Technik bekannt – weniger häufig gefüllt bzw. gewartet werden.Since only small amounts of additional medium are injected, only a small or smaller storage container is required according to the invention. Alternatively, a larger storage container - as known in the art - less frequently filled or maintained.
  • Die Kraftstoffmenge mfuel, die je Arbeitsspiel in den Zylinder eingebracht wird und auf die das Mengenverhältnis des Anspruchs 1 Bezug nimmt, umfasst lediglich den Kraftstoff, der zur Verbrennung eingebracht wird und zum Befeuern der Brennkraftmaschine dient, und nicht den Kraftstoff, der gegebenenfalls im Rahmen einer Nacheinspritzung in den Zylinder eingebracht wird, um das Abgas mit unverbrannten Kohlenwasserstoffen anzureichern; beispielweise im Hinblick auf die Abgasnachbehandlung.The fuel quantity m fuel , which is introduced into the cylinder per working cycle and to which the quantitative ratio of claim 1 refers, comprises only the fuel which is introduced for combustion and serves for firing the internal combustion engine, and not the fuel which may be present in the frame a post-injection is introduced into the cylinder to enrich the exhaust gas with unburned hydrocarbons; For example, with regard to the exhaust aftertreatment.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren löst die erste der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, nämlich ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufzuzeigen, das hinsichtlich der Einspritzung des Zusatzmediums verbessert ist. The inventive method solves the first object underlying the invention, namely to show a method according to the preamble of claim 1, which is improved in terms of the injection of the additional medium.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bedeutet Menge an Zusatzmedium bzw. Kraftstoff Masse an Zusatzmedium bzw. Kraftstoff.In the context of the present invention, the amount of additional medium or fuel means mass of additional medium or fuel.
  • Aufgrund der Tatsache, dass bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine ein Zusatzmedium zur Verminderung der Klopfneigung eingesetzt wird, kann die Brennkraftmaschine mit einem höheren, wirkungsgradoptimierten Verdichtungsverhältnis ε ausgestattet werden. Wird weiter berücksichtigt, dass eine Brennkraftmaschine überwiegend im Teillastbereich betrieben wird, bietet dies im Hinblick auf die erzielbare Kraftstoffersparnis ein hohes Potential.Due to the fact that in the internal combustion engine according to the invention, an additional medium is used to reduce the tendency to knock, the internal combustion engine can be equipped with a higher, efficiency-optimized compression ratio ε. If further consideration is given to the fact that an internal combustion engine is operated predominantly in the partial load range, this offers a high potential in terms of the achievable fuel economy.
  • Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen das Zusatzmedium eine möglichst hohe Verdampfungsenthalpie und/oder eine möglichst hohe Wärmekapazität aufweist.Embodiments of the method in which the additional medium has the highest possible enthalpy of vaporization and / or the highest possible heat capacity are advantageous.
  • Vorteilhaft sind daher auch Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen Wasser als Zusatzmedium verwendet wird.Therefore, embodiments of the method in which water is used as an additional medium are also advantageous.
  • Weitere vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden im Folgenden gemäß den Unteransprüchen erläutert.Further advantageous embodiments of the method according to the invention are explained below in accordance with the subclaims.
  • Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen gilt: mwater ≤ 0.15 mfuel.Embodiments of the method are advantageous in which: m water ≤ 0.15 m fuel .
  • Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen gilt: mwater ≤ 0.1 mfuel.Embodiments of the method are advantageous in which: m water ≤ 0.1 m fuel .
  • Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen gilt: mwater ≤ 0.075 mfuel.Embodiments of the method are advantageous in which: m water ≤ 0.075 m fuel .
  • Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen gilt: mwater ≤ 0.05 mfuel.Embodiments of the method are advantageous in which: m water ≤ 0.05 m fuel .
  • Die vorstehenden Ausführungsformen tragen dem Umstand Rechnung, dass das Mengenverhältnis mwater/mfuel zwar grundsätzlich kleiner als im Stand der Technik zu wählen ist bzw. gewählt wird, um die Menge an Zusatzmedium weitestgehend zu begrenzen, aber auch dem jeweiligen Einzelfall bzw. Anwendungsfall anzupassen ist. Die Menge an benötigtem Zusatzmedium wird maßgeblich bestimmt von der Klopfneigung einer spezifischen Brennkraftmaschine, insbesondere vom Verdichtungsverhältnis der Brennkraftmaschine. Je kleiner die Menge an Zusatzmedium ist, desto vorteilhafter ist die Verfahrensvariante.The above embodiments take into account the fact that the quantity ratio m water / m fuel is in principle to select smaller than in the prior art or is chosen to limit the amount of additional medium as much as possible, but also adapt to the particular case or application is. The amount of required additional medium is significantly determined by the tendency to knock a specific internal combustion engine, in particular the compression ratio of the internal combustion engine. The smaller the amount of additional medium, the more advantageous the process variant.
  • Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen als Zusatzmedium ein Wasser umfassendes Zusatzmedium verwendet wird. Ein wasserhaltiges Zusatzmedium weist eine hohe Verdampfungsenthalpie und eine hohe Wärmekapazität auf und entzieht dem Zylinder bzw. der Zylinderfrischladung vor bzw. während der Verbrennung eine vergleichsweise große Menge an Wärme, wodurch die Prozesstemperaturen deutlich abgesenkt werden bzw. einer klopfenden Verbrennung sicher entgegen gewirkt wird. Der Einsatz eines derartigen Zusatzmediums reduziert zudem die erforderliche Menge an Zusatzmedium, um Selbstzündungen im noch unverbrannten Kraftstoff-Luft-Gemisch zu vermeiden bzw. bereits selbstentzündetes Gemisch wieder zu löschen.Embodiments of the method in which a supplementary medium comprising water is used as the additional medium are advantageous. A water-containing additional medium has a high enthalpy of enthalpy of vaporization and a high heat capacity and removes a relatively large amount of heat from the cylinder or the fresh cylinder charge before or during combustion, as a result of which the process temperatures are markedly reduced or a knocking combustion is reliably counteracted. The use of such an additional medium also reduces the required amount of additional medium to avoid auto-ignition in the still unburned fuel-air mixture or already extinguish self-ignited mixture again.
  • Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen das Zusatzmedium in mindestens einen vorherbestimmten Brennraumbereich des Zylinders eingespritzt wird.Embodiments of the method in which the additional medium is injected into at least one predetermined combustion chamber area of the cylinder are advantageous.
  • Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen sich ein vorherbestimmter Brennraumbereich durch eine erhöhte Klopfneigung auszeichnet.In this context, embodiments of the method in which a predetermined combustion chamber area is characterized by an increased tendency to knock are advantageous.
  • Das Zusatzmedium wird vorliegend zielgerichtet eingespritzt, nämlich in die gefährdeten Brennraumbereiche, die eine erhöhte Klopfneigung aufweisen. Eine weiträumige Verteilung des eingespritzten Zusatzmediums im Brennraum ist nicht beabsichtigt, vielmehr eine bedarfsgerechte Einspritzung des verwendeten Zusatzmediums. Die für die Einspritzung des Zusatzmediums verwendete Einspritzeinrichtung bzw. Einspritzdüse ist entsprechend auszubilden und anzuordnen.In the present case, the additional medium is purposefully injected, namely into the endangered combustion chamber regions, which have an increased tendency to knock. A long-range distribution of the injected additional medium in the combustion chamber is not intended, but rather a demand-based injection of the additional medium used. The injection device or injection nozzle used for the injection of the additional medium is to be designed and arranged accordingly.
  • Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen die je Arbeitsspiel in einen Zylinder eingespritzte Menge mwater an Zusatzmedium im Rahmen einer einzigen Einspritzung eingespritzt wird.Embodiments of the method are advantageous in which the amount of water injected per working cycle into a cylinder is injected in additional fluid as part of a single injection.
  • Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen die einzige Einspritzung des Zusatzmediums 50°KW bis 0°KW vor Einleitung der Fremdzündung begonnen wird.In this context, embodiments of the method are advantageous in which the single injection of the additional medium 50 ° CA to 0 ° CA is started before initiating the spark ignition.
  • Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang auch Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen die einzige Einspritzung des Zusatzmediums 30°KW bis 0°KW vor Einleitung der Fremdzündung begonnen wird.Also advantageous in this context are embodiments of the method in which the single injection of the additional medium 30 ° CA to 0 ° CA is started before initiating the spark ignition.
  • Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang ebenfalls Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen die einzige Einspritzung des Zusatzmediums 30°KW bis 10°KW vor Einleitung der Fremdzündung begonnen wird.Also advantageous in this context are embodiments of the method in which the single injection of the additional medium 30 ° CA to 10 ° CA before initiating the spark ignition is started.
  • Die vorstehenden Varianten zielen allesamt auf eine vergleichsweise späte Einspritzung des Zusatzmediums kurz vor Einleitung der Fremdzündung ab und zwar vorzugsweise zur Vermeidung einer klopfenden Verbrennung, d. h. die Einspritzung des Zusatzmediums erfolgt präventiv. Mit der späten Einspritzung des Zusatzmediums kurz vor Einleitung der Fremdzündung wird eine weiträumige Verteilung des eingespritzten Zusatzmediums im Brennraum vor Einleitung der Fremdzündung verhindert. Eine Homogenisierung, d. h. eine möglichst gute Durchmischung des Zusatzmediums mit dem Kraftstoff-Luft-Gemisch vor Einleitung der Fremdzündung ist auch nicht beabsichtigt, vielmehr die bedarfsgerechte Verwendung und Dosierung des Zusatzmediums.The above variants are all aimed at a comparatively late injection of the additional medium shortly before the initiation of the spark ignition and preferably to avoid a knocking combustion, d. H. the injection of the additional medium takes place preventively. With the late injection of the additional medium shortly before the initiation of the spark ignition, a widespread distribution of the injected additional medium in the combustion chamber is prevented from initiating the spark ignition. Homogenization, d. H. the best possible mixing of the additional medium with the fuel-air mixture before the initiation of the spark ignition is not intended, but rather the needs-based use and dosage of the additional medium.
  • Vorteilhaft können aber auch Ausführungsformen des Verfahrens sein, bei denen die einzige Einspritzung des Zusatzmediums 0°KW bis 20°KW nach Einleitung der Fremdzündung begonnen wird.However, embodiments of the method may also be advantageous in which the single injection of the additional medium 0 ° CA to 20 ° CA after initiation of the spark ignition is started.
  • Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen die einzige Einspritzung des Zusatzmediums 5°KW bis 15°KW nach Einleitung der Fremdzündung begonnen wird.In this context, embodiments of the method in which the single injection of the additional medium 5 ° CA to 15 ° CA after initiation of the spark ignition is started are advantageous.
  • Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang ebenfalls Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen die einzige Einspritzung des Zusatzmediums 0°KW bis 10°KW nach Einleitung der Fremdzündung begonnen wird.Also advantageous in this context are embodiments of the method in which the single injection of the additional medium 0 ° CA to 10 ° CA after initiation of the spark ignition is started.
  • Gemäß den drei vorstehenden Verfahrensvarianten wird das Zusatzmedium zeitgleich mit bzw. unmittelbar nach der Einleitung der Fremdzündung eingespritzt. Dabei erfolgt die Einspritzung des Zusatzmediums präventiv, falls das eingespritzte Zusatzmedium den klopfgefährdeten Brennraumbereich erreicht, bevor sich das unverbrannte Kraftstoff-Luft-Gemisch selbstentzündet und bevor die durch den Brennraum fortschreitende und mittels Fremdzündung initiierte Flamme den klopfgefährdeten Brennraumbereich erreicht.According to the three preceding process variants, the additional medium is injected simultaneously with or immediately after the initiation of the spark ignition. In this case, the injection of the additional medium takes place preventively, if the injected additional medium reaches the knock-end combustion chamber area before the unburned fuel-air mixture ignites spontaneously and before the flame propagating through the combustion chamber and initiated by means of spark ignition reaches the knock-endangeable combustion chamber region.
  • Die Einspritzung des Zusatzmediums erfolgt intervenierend, falls sich das Kraftstoff-Luft-Gemisch bereits selbstentzündet hat und das eingespritzte Zusatzmedium den klopfgefährdeten Brennraumbereich erreicht, bevor die durch den Brennraum fortschreitende und mittels Fremdzündung initiierte Flamme den klopfgefährdeten Brennraumbereich erreicht. Bereits selbstentzündetes Gemisch wird dabei unter Verwendung des Zusatzmediums wieder gelöscht, wodurch eine klopfende Verbrennung vermindert bzw. eingedämmt wird.The injection of the additional medium takes place intervening if the fuel-air mixture has already ignited spontaneously and the injected additional medium reaches the knock-liable combustion chamber area before the flame propagating through the combustion chamber and initiated by means of external ignition reaches the knock-endable combustion chamber region. Already ignited mixture is thereby extinguished using the additional medium again, whereby a knocking combustion is reduced or contained.
  • Die Einspritzung des Zusatzmediums erfolgt regelmäßig vergeblich, falls die durch den Brennraum fortschreitende und mittels Fremdzündung initiierte Flamme den klopfgefährdeten Brennraumbereich erreicht, bevor das eingespritzte Zusatzmedium den klopfgefährdeten Brennraumbereich erreicht.The injection of the additional medium is usually vain, if the advancing through the combustion chamber and initiated by means of external ignition flame reaches the knock-end combustion chamber area before the injected additional medium reaches the knock-end combustion chamber area.
  • Mit einer sehr späten Einspritzung des Zusatzmediums zeitgleich mit bzw. unmittelbar nach der Einleitung der Fremdzündung wird einer Durchmischung des Zusatzmediums mit dem Kraftstoff-Luft-Gemisch noch stringenter entgegen gewirkt.With a very late injection of the additional medium at the same time or immediately after the initiation of the spark ignition, a thorough mixing of the additional medium with the fuel-air mixture is counteracted even more stringently.
  • Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen für die einzige Einspritzung des Zusatzmediums eine Einspritzdauer von 10°KW bis 80°KW festgesetzt wird.Embodiments of the method are advantageous in which an injection duration of 10 ° CA to 80 ° CA is set for the single injection of the additional medium.
  • Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen für die einzige Einspritzung des Zusatzmediums eine Einspritzdauer von 10°KW bis 50°KW festgesetzt wird.In this context, embodiments of the method are advantageous in which an injection duration of 10 ° CA to 50 ° CA is set for the single injection of the additional medium.
  • Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang auch Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen für die einzige Einspritzung des Zusatzmediums eine Einspritzdauer von 10°KW bis 35°KW festgesetzt wird.Also advantageous in this context are embodiments of the method in which an injection period of 10 ° CA to 35 ° CA is set for the single injection of the additional medium.
  • Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang ebenfalls Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen für die einzige Einspritzung des Zusatzmediums eine Einspritzdauer von 15°KW bis 25°KW festgesetzt wird.Also advantageous in this context are embodiments of the method in which an injection period of 15 ° CA to 25 ° CA is set for the single injection of the additional medium.
  • Die vorstehenden Ausführungsformen betreffen die Einspritzdauer der einzigen Einspritzung des Zusatzmediums und tragen dem Umstand Rechnung, dass die kleinen Mengen an Zusatzmedium, die erfindungsgemäß eingespritzt werden bzw. benötigt werden, nur eine entsprechend kurze Einspritzung bzw. Einspritzdauer erfordern, wohingegen die aus dem Stand der Technik bekannten Konzepte Einspritzungen von 120°KW und mehr benötigen.The above embodiments relate to the injection duration of the single injection of the additional medium and take into account the fact that the small amounts of additional medium which are injected or required according to the invention require only a correspondingly short injection or injection duration, whereas those of the prior art known concepts require injections of 120 ° KW and more.
  • Die Einspritzdauer ist nicht nur von der Menge an Zusatzmedium abhängig, sondern auch vom Systemdruck und der verwendeten Einspritzvorrichtung. Insofern kann die Einspritzdauer abhängig vom Einzelfall stärker variieren. Die Menge an benötigtem Zusatzmedium und damit die Einspritzdauer werden auch maßgeblich von der Klopfneigung der jeweiligen Brennkraftmaschine mitbestimmt, insbesondere vom Verdichtungsverhältnis der Brennkraftmaschine.The injection duration is not only dependent on the amount of additional medium, but also on the system pressure and the injection device used. In this respect, the injection duration can vary more depending on the individual case. The amount of additional medium required and thus the duration of injection are also largely determined by the tendency to knock of the respective internal combustion engine, in particular the compression ratio of the internal combustion engine.
  • Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen der zum Betrieb der Brennkraftmaschine eingebrachte Kraftstoff direkt in den mindestens einen Zylinder eingespritzt wird.Embodiments of the method in which the fuel introduced for operating the internal combustion engine is injected directly into the at least one cylinder are advantageous.
  • Die Einspritzung von Kraftstoff direkt in den Brennraum des mindestens einen Zylinders wird als eine geeignete Maßnahme angesehen, den Kraftstoffverbrauch bei einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine spürbar zu reduzieren. Eine Entdrosselung der Brennkraftmaschine wird dadurch realisiert, dass in gewissen Grenzen eine Qualitätsregelung wie beim Dieselmotor zum Einsatz kommt. The injection of fuel directly into the combustion chamber of the at least one cylinder is regarded as a suitable measure to noticeably reduce fuel consumption in a spark-ignited internal combustion engine. A dethrottling of the internal combustion engine is realized in that within certain limits, a quality control as in the diesel engine is used.
  • Die zweite der Erfindung zugrunde liegende Teilaufgabe, nämlich eine fremdgezündete Brennkraftmaschine zur Durchführung eines Verfahrens einer vorstehend beschriebenen Art bereitzustellen, wird gelöst durch eine Brennkraftmaschine, die dadurch gekennzeichnet ist, dass jeder Zylinder zwecks Einspritzen eines wasserhaltigen Zusatzmediums mit einer Einspritzdüse ausgestattet ist, die drei oder weniger Düsenlöcher zum Einbringen des Zusatzmediums aufweist.The second sub-task on which the invention is based, namely to provide a spark-ignited internal combustion engine for carrying out a method of the type described above, is achieved by an internal combustion engine, which is characterized in that each cylinder is equipped with an injection nozzle for injecting a hydrous additional medium, the three or three has fewer nozzle holes for introducing the additional medium.
  • Das bereits für das erfindungsgemäße Verfahren Gesagte gilt auch für die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine, weshalb an dieser Stelle im Allgemeinen Bezug genommen wird auf die vorstehend hinsichtlich des Verfahrens gemachten Ausführungen.What has already been said for the method according to the invention also applies to the internal combustion engine according to the invention, which is why reference is generally made at this point to the statements made above with regard to the method.
  • Da erfindungsgemäß nur kleine Mengen des Zusatzmediums benötigt und eingespritzt werden, muss die zur Einspritzung des Zusatzmediums verwendete Einspritzdüse auch nur wenige Düsenlöcher aufweisen, nämlich nur drei oder weniger.Since according to the invention only small amounts of the additional medium are needed and injected, the injection nozzle used for injection of the additional medium must also have only a few nozzle holes, namely only three or less.
  • Vorteilhaft sind daher auch Ausführungsformen der fremdgezündeten Brennkraftmaschine, bei denen die Einspritzdüse zwei oder weniger Düsenlöcher zum Einbringen des Zusatzmediums aufweist.Therefore, embodiments of the spark ignition internal combustion engine in which the injection nozzle has two or fewer nozzle holes for introducing the additional medium are also advantageous.
  • Vorteilhaft können auch Ausführungsformen der fremdgezündeten Brennkraftmaschine sein, bei denen die Einspritzdüse nur ein einzelnes Düsenloch zum Einbringen des Zusatzmediums aufweist.Embodiments of the spark-ignited internal combustion engine may also be advantageous in which the injection nozzle has only a single nozzle hole for introducing the additional medium.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Ausführungsform einer Einspritzeinrichtung zum Einspritzen des Zusatzmediums und gemäß 1 näher beschrieben. Hierbei zeigt:In the following, the invention is based on an embodiment of an injection device for injecting the additional medium and according to 1 described in more detail. Hereby shows:
  • 1 schematisch im Querschnitt eine als Einspritzeinrichtung dienende Einspritzdüse einer ersten Ausführungsform der Brennkraftmaschine. 1 schematically in cross section serving as an injection injector of a first embodiment of the internal combustion engine.
  • 1 zeigt schematisch im Querschnitt eine als Einspritzeinrichtung 1 dienende Einspritzdüse 1a einer ersten Ausführungsform der Brennkraftmaschine. 1 shows schematically in cross section as an injection device 1 serving injector 1a a first embodiment of the internal combustion engine.
  • Bei der in 1 dargestellten Einspritzdüse 1a handelt es sich um eine Mehrlochdüse, bei der sich die Versorgungsleitung 2 am freien Ende 1b der Düse 1a in mehrere Kanäle 2 gabelt, die unter Ausbildung von Düsenöffnungen bzw. Düsenlöchern 2a aus der Düsenspitze 1b austreten.At the in 1 illustrated injection nozzle 1a it is a multi-hole nozzle, in which the supply line 2 at the free end 1b the nozzle 1a into several channels 2 forks, with the formation of nozzle openings or nozzle holes 2a from the nozzle tip 1b escape.
  • Da nur kleine Mengen des Zusatzmediums eingespritzt werden, ist die zur Einspritzung des Zusatzmediums verwendete Einspritzdüse 1a nur mit drei Düsenlöchern 2a ausgestattet.Since only small amounts of the additional medium are injected, the injection nozzle used for injection of the additional medium is 1a only with three nozzle holes 2a fitted.
  • BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
  • 11
    Einspritzeinrichtung Injector
    1a1a
    Einspritzdüse injection
    1b1b
    Düsenspitze, freies Ende Nozzle tip, free end
    22
    Versorgungsleitung, Kanal für das Zusatzmedium Supply line, channel for the additional medium
    2a2a
    Düsenloch nozzle hole
    mwater m water
    je Arbeitsspiel in einen Zylinder eingespritzte Menge an Zusatzmedium per working cycle in a cylinder injected amount of additional medium
    mfuel m fuel
    je Arbeitsspiel in einen Zylinder eingebrachte Kraftstoffmenge per working cycle introduced into a cylinder amount of fuel
    λλ
    Luftverhältnis air ratio
    °KW° CA
    Grad Kurbelwinkel Degree crank angle
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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  • Zitierte PatentliteraturCited patent literature
    • DE 102013013755 A1 [0022, 0023, 0023, 0027, 0029] DE 102013013755 A1 [0022, 0023, 0023, 0027, 0029]
    • DE 19955344 B4 [0028] DE 19955344 B4 [0028]

Claims (20)

  1. Verfahren zum direkten Einspritzen eines Zusatzmediums in den mindestens einen Zylinder einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine, wobei sich das Zusatzmedium von einem zum Betrieb der Brennkraftmaschine eingebrachten Kraftstoff unterscheidet und das Zusatzmedium zur Verminderung einer klopfenden Verbrennung eingespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass für eine je Arbeitsspiel in einen Zylinder eingespritzte Menge mwater an Zusatzmedium und eine je Arbeitsspiel in den Zylinder eingebrachte Kraftstoffmenge mfuel gilt: mwater ≤ 0.2 mfuel.A method for directly injecting an additional medium into the at least one cylinder of a spark-ignition internal combustion engine, wherein the additional medium differs from a fuel introduced for operation of the internal combustion engine and the additional medium is injected to reduce a knocking combustion, characterized in that for a per cycle in a cylinder injected amount of additive m water medium, and a per cycle introduced into the cylinder fuel amount m fuel applies: m water ≤ 0.2 m fuel.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass gilt: mwater ≤ 0.15 mfuel.A method according to claim 1, characterized in that: m water ≤ 0.15 m fuel .
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass gilt: mwater ≤ 0.1 mfuel.A method according to claim 1 or 2, characterized in that: m water ≤ 0.1 m fuel .
  4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass gilt: mwater ≤ 0.075 mfuel.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the following applies: m water ≤ 0.075 m fuel .
  5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Zusatzmedium ein Wasser umfassendes Zusatzmedium verwendet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that an additional medium comprising water is used as additional medium.
  6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzmedium in mindestens einen vorherbestimmten Brennraumbereich des Zylinders eingespritzt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the additional medium is injected into at least one predetermined combustion chamber region of the cylinder.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein vorherbestimmter Brennraumbereich durch eine erhöhte Klopfneigung auszeichnet. A method according to claim 6, characterized in that a predetermined combustion chamber area is characterized by an increased tendency to knock.
  8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die je Arbeitsspiel in einen Zylinder eingespritzte Menge mwater an Zusatzmedium im Rahmen einer einzigen Einspritzung eingespritzt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the per working cycle injected into a cylinder amount m water is injected to additional medium in the context of a single injection.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die einzige Einspritzung des Zusatzmediums 50°KW bis 0°KW vor Einleitung der Fremdzündung begonnen wird.A method according to claim 8, characterized in that the single injection of the additional medium 50 ° CA to 0 ° CA before the initiation of the spark ignition is started.
  10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die einzige Einspritzung des Zusatzmediums 30°KW bis 0°KW vor Einleitung der Fremdzündung begonnen wird.A method according to claim 8 or 9, characterized in that the single injection of the additional medium 30 ° CA to 0 ° CA before the initiation of the spark ignition is started.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die einzige Einspritzung des Zusatzmediums 30°KW bis 10°KW vor Einleitung der Fremdzündung begonnen wird.Method according to one of claims 8 to 10, characterized in that the single injection of the additional medium is started 30 ° CA to 10 ° CA before the initiation of the spark ignition.
  12. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die einzige Einspritzung des Zusatzmediums 0°KW bis 20°KW nach Einleitung der Fremdzündung begonnen wird.A method according to claim 8, characterized in that the single injection of the additional medium 0 ° CA to 20 ° CA after initiation of the spark ignition is started.
  13. Verfahren nach Anspruch 8 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die einzige Einspritzung des Zusatzmediums 5°KW bis 15°KW nach Einleitung der Fremdzündung begonnen wird.A method according to claim 8 or 12, characterized in that the single injection of the additional medium is started 5 ° CA to 15 ° CA after initiation of the spark ignition.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass für die einzige Einspritzung des Zusatzmediums eine Einspritzdauer von 10°KW bis 80°KW festgesetzt wird. Method according to one of claims 8 to 13, characterized in that for the single injection of the additional medium, an injection duration of 10 ° KW to 80 ° KW is set.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass für die einzige Einspritzung des Zusatzmediums eine Einspritzdauer von 10°KW bis 50°KW festgesetzt wird.A method according to claim 14, characterized in that for the single injection of the additional medium, an injection duration of 10 ° KW to 50 ° KW is set.
  16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass für die einzige Einspritzung des Zusatzmediums eine Einspritzdauer von 10°KW bis 35°KW festgesetzt wird.A method according to claim 14 or 15, characterized in that for the single injection of the additional medium, an injection duration of 10 ° CA to 35 ° CA is set.
  17. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zum Betrieb der Brennkraftmaschine eingebrachte Kraftstoff direkt in den mindestens einen Zylinder eingespritzt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the fuel introduced for operation of the internal combustion engine is injected directly into the at least one cylinder.
  18. Fremdgezündete Brennkraftmaschine zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Zylinder zwecks Einspritzen eines wasserhaltigen Zusatzmediums mit einer Einspritzdüse (1a) ausgestattet ist, die drei oder weniger Düsenlöcher (2a) zum Einbringen des Zusatzmediums aufweist.Third-ignition internal combustion engine for carrying out a method according to one of the preceding claims, characterized in that each cylinder for injection of a water-containing additional medium with an injection nozzle ( 1a ), the three or fewer nozzle holes ( 2a ) for introducing the additional medium.
  19. Fremdgezündete Brennkraftmaschine nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzdüse (1a) zwei oder weniger Düsenlöcher (2a) zum Einbringen des Zusatzmediums aufweist.A spark-ignition internal combustion engine according to claim 18, characterized in that the injection nozzle ( 1a ) two or fewer nozzle holes ( 2a ) for introducing the additional medium.
  20. Fremdgezündete Brennkraftmaschine nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzdüse (1a) ein Düsenloch (2a) zum Einbringen des Zusatzmediums aufweist.A spark-ignition internal combustion engine according to claim 19, characterized in that the injection nozzle ( 1a ) a nozzle hole ( 2a ) for introducing the additional medium.
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