DE102018106281A1 - Diesel engine and method of operating a diesel engine - Google Patents
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Abstract
Dieselmotor,
- mit einem oder mehreren Zylindern,
- wobei wenigstens ein Zylinder eine Zündvorrichtung hat, die dazu eingerichtet ist, zur Unterstützung einer Zündung während eines einzelnen Motorzyklus eingeschaltet und wieder ausgeschaltet zu werden.
Diesel engine,
- with one or more cylinders,
wherein at least one cylinder has an ignition device configured to be turned on and off again to assist ignition during a single engine cycle.
Description
Die Erfindung betrifft einen Dieselmotor und ein Verfahren zum Betreiben eines Dieselmotors.The invention relates to a diesel engine and a method for operating a diesel engine.
Schlecht zündende Kraftstoffe, wie zum Beispiel EN228 oder Ethanol, können in einem Dieselmotor bei hoher Last verwendet werden und verbrennen bei hoher Last ähnlich wie Dieselkraftstoff selbstzündend. Bei geringeren Lasten oder auch unter kalten Bedingungen ergibt sich ein Betriebsbereich, in dem die Selbstzündung nicht stattfinden kann. Derartige Betriebsbereiche ergeben sich beispielsweise bei kaltem Motor oder kalter Umgebungsluft, bei geringem Ladedruck, geringen Brennraumtemperaturen oder hohen Abgasrückführungsraten, die zur Stickoxidreduktion dem Brennraum zugeführt werden.Poorly igniting fuels, such as EN228 or ethanol, can be used in a diesel engine at high load and burn at high load, similar to diesel fuel, auto-igniting. At lower loads or even under cold conditions results in an operating range in which the self-ignition can not take place. Such operating ranges result, for example, in a cold engine or cold ambient air, at low charge pressure, low combustion chamber temperatures or high exhaust gas recirculation rates, which are fed to the combustion chamber for nitrogen oxide reduction.
Es ist bekannt, Glühkerzen einzusetzen, um den Kaltstart eines Dieselmotors zu unterstützen. Derartige Glückkerzen sind jedoch träge in ihrem Ansprechverhalten und nicht dazu geeignet, einen Dauerbetrieb schlechtzündender Kraftstoffe in einem Dieselmotor zu gewährleisten.It is known to use glow plugs to assist the cold start of a diesel engine. However, such lucky candles are sluggish in their response and not suitable to ensure a continuous operation of bad-ignition fuels in a diesel engine.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die technische Problemstellung zugrunde, einen verbesserten Dieselmotor und ein verbessertes Verfahren zum Betreiben eines Dieselmotors anzugeben, welche die voranstehend beschriebenen Nachteile nicht oder zumindest in geringerem Maße aufweisen, und insbesondere eine Verwendung schlecht zündender Kraftstoffe in einem Dieselmotor ermöglichen und/oder den Betriebsbereich eines Dieselmotors, insbesondere hin zu niedrigeren Temperaturen, zu erweitern.Against this background, the invention is based on the technical problem of providing an improved diesel engine and an improved method for operating a diesel engine, which do not have the disadvantages described above, or at least to a lesser extent, and in particular allow use of poor-ignition fuels in a diesel engine and / / or to expand the operating range of a diesel engine, especially towards lower temperatures.
Die voranstehend beschriebene, technische Problemstellung wird gelöst durch einen Dieselmotor nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 6. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der nachstehenden Beschreibung.The technical problem described above is achieved by a diesel engine according to claim 1 and a method according to
Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung einen Dieselmotor, mit einem oder mehreren Zylindern, wobei wenigstens ein Zylinder eine Zündvorrichtung hat, die dazu eingerichtet ist, zur Unterstützung einer Zündung während eines einzelnen Motorzyklus eingeschaltet und wieder ausgeschaltet zu werden.In a first aspect, the invention relates to a diesel engine having one or more cylinders, wherein at least one cylinder has an ignition device configured to be turned on and off to assist ignition during a single engine cycle.
Die Zündvorrichtung ermöglicht daher, ein innerhalb des Brennraums gebildetes Gemisch punktuell während eines Motorzyklus zu zünden. Auf diese Weise können auch schlecht zündende Gemische in einem Dieselmotor zuverlässig verwendet werden.The ignition device therefore makes it possible to selectively ignite a mixture formed within the combustion chamber during an engine cycle. In this way, poorly igniting mixtures can be reliably used in a diesel engine.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Zündvorrichtung eine Plasmazündvorrichtung, die insbesondere zur Erzeugung eines Mikrowellenplasmas eingerichtet ist. Derartige Plasmazündvorrichtung in sind beispielsweise aus den Dokumenten
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist eine Einspritzvorrichtung mit einer Hochdruckpumpe zum Einspritzen von Kraftstoff in den Zylinder vorgesehen, wobei die Einspritzvorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in Richtung der Zündvorrichtung eingerichtet ist und insbesondere eine der Zündvorrichtung zugewandte Einspritzöffnung aufweist. Auf diese Weise kann der in einen Brennraum des Zylinders eingespritzte Kraftstoff gezielt in den Bereich der Zündvorrichtung eingebracht werden, um ein Zünden des Kraftstoffs durch die Zündvorrichtung zu ermöglichen.According to a further embodiment, an injection device is provided with a high-pressure pump for injecting fuel into the cylinder, wherein the injection device is arranged for injecting fuel in the direction of the ignition device and in particular has an injection opening facing the ignition device. In this way, the fuel injected into a combustion chamber of the cylinder can be deliberately introduced into the region of the ignition device in order to enable ignition of the fuel by the ignition device.
Die Einspritzvorrichtung kann zur Erzeugung eines im Wesentlichen stöchiometrischen Gemisches im Bereich der Zündvorrichtung eingerichtet sein. So können im Bereich der Zündvorrichtung lokal optimale Bedingungen für den Kraftstoffumsatz und die Zündung geschaffen werden.The injection device may be designed to generate a substantially stoichiometric mixture in the region of the ignition device. Thus, in the area of the ignition device locally optimal conditions for the fuel flow and the ignition can be created.
Nach einer weiteren Ausgestaltung des Dieselmotors ist vorgesehen, dass der Dieselmotor zum Betrieb mit einem Dieselkraftstoff und einem weiteren Kraftstoff, wie Benzin, Ethanol, EN228 oder dergleichen eingerichtet ist. Der Dieselmotor ist daher dazu geeignet, nicht nur mit Dieselkraftstoff betrieben zu werden. Alternativ kann dem Dieselmotor Benzin, Ethanol oder EN228 zugeführt werden. Insbesondere in Verbindung mit einer Plasmazündvorrichtung kann dabei gewährleistet werden, dass der Dieselmotor zum Betrieb mit verschiedenen Kraftstoffen geeignet ist.According to a further embodiment of the diesel engine is provided that the diesel engine for operation with a diesel fuel and another fuel, such as gasoline, ethanol, EN228 or the like is set up. The diesel engine is therefore suitable not only to be operated with diesel fuel. Alternatively, the diesel engine can be supplied with gasoline, ethanol or EN228. In particular, in conjunction with a plasma ignition device can be ensured that the diesel engine is suitable for operation with different fuels.
Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Dieselmotors, wobei der Dieselmotor nach einem der voranstehenden Ansprüche ausgebildet ist, mit den Verfahrensschritten:
- - Ansaugen und Verdichten von Luft;
- - Gemischbildung durch Einspritzen von Kraftstoff;
- - Zünden des Gemisches mittels der Zündvorrichtung,
- - wobei das Einschalten und wieder Ausschalten der Zündvorrichtung während eines einzelnen Motorzyklus erfolgt.
- - suction and compression of air;
- - Mixture formation by injection of fuel;
- - Igniting the mixture by means of the ignition device,
- - Wherein the turning on and off again the igniter takes place during a single engine cycle.
Beispielsweise kann eine Plasmazündvorrichtung vorgesehen sein, die ein Mikrowellenplasma zur Unterstützung der Zündung erzeugt, wobei das Mikrowellenplasma eingeschaltet wird, während sich der Kolben des Zylinders von einem unteren Totpunkt zu einem Oberen Totpunkt bewegt.For example, a plasma ignition device may be provided which generates a microwave plasma to assist ignition, with the microwave plasma being turned on while the piston of the cylinder is moving from a bottom dead center to a top dead center.
Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Einspritzen von Kraftstoff in Richtung der Zündvorrichtung derart erfolgt, dass im Bereich der Zündvorrichtung ein im Wesentlichen stöchiometrisches Gemisch gebildet wird. So können im Bereich der Zündvorrichtung lokal optimale Bedingungen für den Kraftstoffumsatz und die Zündung geschaffen werden.According to a further embodiment of the method, it is provided that the injection of fuel in the direction of the ignition device takes place in such a way that a substantially stoichiometric mixture is formed in the region of the ignition device. Thus, in the area of the ignition device locally optimal conditions for the fuel flow and the ignition can be created.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Einspritzen in Richtung der Zündvorrichtung derart erfolgt, dass die Strömungsgeschwindigkeit in einem an die Zündvorrichtung angrenzenden Volumenbereich des Brennraums von etwa 1 Kubikzentimeter weniger als 10 Meter pro Sekunde beträgt.According to a further embodiment of the method, it is provided that the injection in the direction of the ignition device takes place in such a way that the flow velocity in a volume region of the combustion chamber of approximately 1 cubic centimeter adjacent to the ignition device is less than 10 meters per second.
Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass der eingespritzte Kraftstoff Benzin, Ethanol oder EN 228 ist.According to a further embodiment of the method it is provided that the injected fuel is gasoline, ethanol or EN 228.
Es kann vorgesehen sein, dass die Zündvorrichtung vor einem ersten Einspritzzeitpunkt des Motorzyklus eingeschaltet wird und nach zwei oder mehr weiteren Einspritzzeitpunkten ausgeschaltet wird. Demnach bleibt beispielsweise ein vor einem ersten Einspritzzeitpunkt erzeugtes Mikrowellenplasma über den Zeitraum von drei aufeinanderfolgenden, separaten Einspritzzeitpunkten hinweg eingeschaltet und wird nach dem dritten Einspritzzeitpunkt des Motorzyklus ausgeschaltet.It can be provided that the ignition device is switched on before a first injection time of the engine cycle and is switched off after two or more further injection times. Thus, for example, a microwave plasma generated before a first injection timing remains on for the period of three consecutive separate injection timings and is turned off after the third injection timing of the engine cycle.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Zündvorrichtung nach einem Einspritzzeitpunkt eingeschaltet wird und vor einem weiteren Einspritzzeitpunkt des Motorzyklus ausgeschaltet wird. Demnach kann beispielsweise ein Mikrowellenplasma zur Unterstützung des Zündvorgangs punktuell nach jedem von beispielsweise drei Einspritzzeitpunkten eines Motorzyklus eingeschaltet und wieder ausgeschaltet werden. So kann ein punktueller, hoher Energieeintrag erfolgen, um die Zündung von schlecht zündendem Kraftstoff oder eine Zündung unter widrigen Umgebungsbedingungen zu unterstützen.Alternatively, it can be provided that the ignition device is switched on after an injection time and is switched off before a further injection time of the engine cycle. Thus, for example, a microwave plasma may be selectively turned on and off again after each of, for example, three injection timings of an engine cycle to assist ignition. Thus, a selective, high energy input can be made to assist the ignition of poorly igniting fuel or ignition under adverse environmental conditions.
Der Einsatz der Zündvorrichtung kann kennfeldbasiert gesteuert werden. Soweit sich der Dieselmotor in einem Betriebsbereich befindet, in dem eine zuverlässige Selbstzündung stattfindet, erfolgt keine Unterstützung durch die Zündvorrichtung, insbesondere Plasmazündvorrichtung. Befindet sich der Motor in einem Betriebsbereich, in dem die Selbstzündung nicht zuverlässig gewährleistet werden kann, wird die Zündvorrichtung innerhalb eines Motorzyklus zur Unterstützung der Zündung eingeschaltet und wieder ausgeschaltet.The use of the ignition device can be controlled map-based. As far as the diesel engine is in an operating range in which a reliable auto-ignition takes place, there is no support by the ignition device, in particular plasma ignition device. If the engine is in an operating range in which the auto-ignition can not be reliably ensured, the ignition device is turned on and off within an engine cycle to assist the ignition.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher beschrieben: es zeigen jeweils schematisch:
-
1 einen erfindungsgemäßen Dieselmotor; -
2 die zeitliche Abfolge eines Zündvorgangs entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren; -
3 eine weitere zeitliche Abfolge eines zum Vorgangs entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren.
-
1 a diesel engine according to the invention; -
2 the time sequence of an ignition process according to the inventive method; -
3 a further time sequence of a process according to the inventive method.
Bei der Zündvorrichtung
Eine Einspritzvorrichtung
Der Dieselmotor
Wenn vorliegend von EN228 gesprochen wird, so handelt es sich dabei um Kraftstoff entsprechend der Norm DIN EN 228.In the present case, EN228 refers to fuel according to the standard DIN EN 228.
In der hier dargestellten Variante erfolgt die Zündung punktuell jeweils nach dem Einspritzen von Kraftstoff. Nach einem ersten Einspritzen von Kraftstoff zum Zeitpunkt E1 wird demnach das Mikrowellenplasma zu Zeitpunkt T1 punktuell eingeschaltet und vor dem nächsten Einspritzzeitpunkt E2 wieder ausgeschaltet. Dieser Vorgang wird analog zwischen den Zeitpunkten E2 und E3 wiederholt, mit punktueller Zündung zu T2 und T3. Auf diese Weise kann durch einen punktuellen Energieeintrag eine Zündung von schlecht zündenden Kraftstoffgemischen erreicht werden.In the variant shown here, the ignition takes place selectively after the injection of fuel. After a first injection of fuel at time E1, therefore, the microwave plasma is selectively switched on at time T1 and switched off again before the next injection time E2. This process is repeated analogously between the times E2 and E3, with selective ignition to T2 and T3. In this way, ignition of badly igniting fuel mixtures can be achieved by a selective introduction of energy.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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