DE102020007477B4

DE102020007477B4 - Method for operating an internal combustion engine for a motor vehicle, in particular for a motor vehicle

Info

Publication number: DE102020007477B4
Application number: DE102020007477.4A
Authority: DE
Inventors: Dietmar Bertsch; Werner Holly
Original assignee: Mercedes Benz Group AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2020-12-08
Filing date: 2020-12-08
Publication date: 2023-12-14
Anticipated expiration: 2040-12-09
Also published as: DE102020007477A1

Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine (10) für ein Kraftfahrzeug, bei welchem:- die Verbrennungskraftmaschine (10) wenigstens einen Zylinder (12), einen zwischen einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt translatorisch bewegbar in dem Zylinder (12) aufgenommenen Kolben (16), und eine einem zumindest durch den Zylinder (12) und den Kolben (16) begrenzten Brennraum (18) zugeordnete Vorkammerzündkerze (24) aufweist, welche eine über mehrere Öffnungen (30) fluidisch mit dem Brennraum (18) verbundene Vorkammer (26) aufweist, in die ein Kraftstoff-Luft-Gemisch aus dem Brennraum (18) über die Öffnungen (30) einleitbar ist, und- mittels der Vorkammerzündkerze (24) innerhalb eines jeweiligen Arbeitsspiels der Verbrennungskraftmaschine (10) zu einem Zündzeitpunkt zumindest ein Zündfunke in der Vorkammer (26) erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass:- die Öffnungen (30) eine tumbleförmige Strömung (38) des über die Öffnungen (30) in die Vorkammer (26) einströmenden Kraftstoff-Luft-Gemisches bewirken,- der Zündzeitpunkt innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels höchstens 45 Grad Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt des Kolbens (16) liegt;- in einem ersten Betriebsbereich bei geringen Lasten der Verbrennungskraftmaschine (10) der Zündzeitpunkt innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels spätestens 0 Grad Kurbelwinkel nach dem oberen Zündtotpunkt bis 10 Grad Kurbelwinkel nach dem oberen Zündtotpunkt,- in einem zweiten Betriebsbereich mit gegenüber dem ersten Betriebsbereich höheren Lasten der Zündzeitpunkt innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels 20 Grad Kurbelwinkel nach dem oberen Zündtotpunkt bis 60 Grad Kurbelwinkel nach dem oberen Zündtotpunkt, und- in einem dritten Betriebsbereich mit gegenüber dem ersten und zweiten Betriebsbereich höheren Lasten der Zündzeitpunkt innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels spätestens bis 80 Grad Kurbelwinkel nach dem oberen Zündtotpunkt liegt.Method for operating an internal combustion engine (10) for a motor vehicle, in which: - the internal combustion engine (10) has at least one cylinder (12), a piston (16) accommodated in the cylinder (12) in a translationally movable manner between a top dead center and a bottom dead center. , and has a prechamber spark plug (24) assigned to a combustion chamber (18) limited at least by the cylinder (12) and the piston (16), which has a prechamber (26) fluidly connected to the combustion chamber (18) via a plurality of openings (30). , into which a fuel-air mixture from the combustion chamber (18) can be introduced via the openings (30), and - by means of the prechamber spark plug (24) within a respective working cycle of the internal combustion engine (10) at an ignition point at least one ignition spark in the prechamber (26) is generated, characterized in that: - the openings (30) cause a tumble-shaped flow (38) of the fuel-air mixture flowing into the antechamber (26) via the openings (30), - the ignition point within the respective Working cycle is a maximum of 45 degrees crank angle before the upper ignition dead center of the piston (16); - in a first operating range with low loads of the internal combustion engine (10) the ignition point within the respective working cycle is at the latest 0 degrees crank angle after the upper ignition dead center to 10 degrees crank angle after the upper one Ignition dead center, - in a second operating range with higher loads than the first operating range, the ignition timing within the respective working cycle is 20 degrees crank angle after the top ignition dead center to 60 degrees crank angle after the top ignition dead center, and - in a third operating range with higher loads than the first and second operating ranges Loads, the ignition point within the respective working cycle is no later than 80 degrees crank angle after the top ignition dead center.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.The invention relates to a method for operating an internal combustion engine for a motor vehicle, in particular for a motor vehicle, according to the preamble of patent claim 1.

Ein solches Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen, ist beispielsweise bereits der DE 10 2017 009 235 A1 als bekannt zu entnehmen. Bei dem Verfahren weist die Verbrennungskraftmaschine wenigstens einen Zylinder und einen Kolben auf, welcher translatorisch bewegbar in dem Zylinder aufgenommen und dabei zwischen einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt translatorisch bewegbar ist. Die Verbrennungskraftmaschine weist auch wenigstens einen Brennraum auf, welcher zumindest durch den Zylinder und den Kolben begrenzt ist. Dem Brennraum ist eine Vorkammerzündkerze zugeordnet, welche eine über mehrere Öffnungen fluidisch mit dem Brennraum verbundene Vorkammer aufweist. In die Vorkammer ist ein Kraftstoff-Luft-Gemisch aus dem Brennraum über die Öffnungen einleitbar. Mittels der Vorkammerzündkerze wird innerhalb eines jeweiligen Arbeitsspiels der Verbrennungskraftmaschine zu einem jeweiligen, innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels auftretenden beziehungsweise liegenden Zündzeitpunkt zumindest ein Zündfunke in der Vorkammer erzeugt, wodurch das in die Vorkammer eingeleitete Kraftstoff-Luft-Gemisch in der Vorkammer gezündet und in der Folge verbrannt wird.Such a method for operating an internal combustion engine for a motor vehicle, in particular for a motor vehicle, is already the case, for example DE 10 2017 009 235 A1 as known. In the method, the internal combustion engine has at least one cylinder and a piston, which is accommodated in the cylinder in a translationally movable manner and is thereby translationally movable between a top dead center and a bottom dead center. The internal combustion engine also has at least one combustion chamber, which is delimited at least by the cylinder and the piston. A prechamber spark plug is assigned to the combustion chamber, which has a prechamber fluidly connected to the combustion chamber via several openings. A fuel-air mixture from the combustion chamber can be introduced into the antechamber via the openings. By means of the prechamber spark plug, at least one ignition spark is generated in the antechamber within a respective working cycle of the internal combustion engine at a respective ignition point that occurs or lies within the respective working cycle, as a result of which the fuel-air mixture introduced into the antechamber is ignited in the antechamber and subsequently burned becomes.

Des Weiteren offenbart die JP 2009 - 270 540 A eine Vorkammerzündkerze. Auch der US 2019 / 0 203 651 A1 ist eine Vorkammerzündkerze als bekannt zu entnehmen. Die DE 10 2018 007 093 A1 offenbart eine Vorkammerzündkerze für einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine.Furthermore, the reveals JP 2009 - 270 540 A a prechamber spark plug. Also the US 2019 / 0 203 651 A1 A prechamber spark plug can be seen as known. The DE 10 2018 007 093 A1 discloses a prechamber spark plug for a combustion chamber of an internal combustion engine.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders vorteilhafter Betrieb der Verbrennungskraftmaschine realisiert werden kann.The object of the present invention is to further develop a method of the type mentioned in such a way that a particularly advantageous operation of the internal combustion engine can be realized.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.This task is solved by a method with the features of patent claim 1. Advantageous embodiments with useful developments of the invention are specified in the remaining claims.

Um ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders vorteilhafter Betrieb, insbesondere ein besonders stabiler befeuerter Betrieb, der Verbrennungskraftmaschine realisiert werden kann, wobei während des befeuerten Betriebs in dem Brennraum Verbrennungsvorgänge ablaufen, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Öffnungen eine tumbleförmige Strömung des über die Öffnungen in die Vorkammer einströmenden Kraftstoff-Luft-Gemisches bewirken. Mit anderen Worten sind die Öffnungen dazu ausgebildet, eine tumbleförmige Strömung des über die Öffnung in die Vorkammer einströmenden und einfach auch als Gemisch bezeichneten Kraftstoff-Luft-Gemisches zu bewirken. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt, bei dem befeuerten Betrieb der Verbrennungskraftmaschine bewirken die Öffnungen beispielsweise durch ihre Anordnung und/oder ihre Anzahl und/oder ihre Geometrie eine tumbleförmige Strömung des die Öffnungen durchströmenden und dadurch aus dem Brennraum in die Vorkammer einströmenden Gemisches. Dies bedeutet insbesondere, dass die beispielsweise als Durchgangsöffnungen ausgebildeten und einen Ends in die Vorkammer und anderen Ends in den Brennraum mündenden Öffnungen den die Öffnungen durchströmenden und dadurch aus dem Brennraum in die Vorkammer strömenden Gemisch eine auch als Tumbleströmung bezeichnete, zumindest im Wesentlichen tumbleförmige und somit walzenförmige Strömung auf, sodass sich ein besonders vorteilhafter Betrieb der Vorkammerzündkerze und somit der Verbrennungskraftmaschine insgesamt realisieren lässt. Im Gegensatz zu einer drallförmigen Strömung, die sich beispielsweise schraubenartig um eine Hauptachse beziehungsweise um eine Längsachse der Vorkammer erstreckt, ist die tumbleförmige Strömung eine auch als Walzenströmung bezeichnete, walzenförmige Strömung, die sich beispielsweise zumindest teilweise in einer Ebene erstreckt beziehungsweise in einer Ebene verläuft, in der die Hauptachse liegt. Mit anderen Worten verläuft beispielsweise die tumbleförmige Strömung um eine senkrecht zur Hauptachse verlaufende Strömungsachse. In der genannten Ebene verläuft beispielsweise auch die Zylinderachse des Zylinders, oder die Ebene verläuft parallel zu einer weiteren Ebene, in welcher die Zylinderachse verläuft, wobei der Zylinder vorzugsweise bezogen auf die Zylinderachse zumindest im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet ist.In order to further develop a method of the type specified in the preamble of patent claim 1 in such a way that a particularly advantageous operation, in particular a particularly stable fired operation, of the internal combustion engine can be realized, with combustion processes taking place in the combustion chamber during the fired operation, it is provided according to the invention that the openings cause a tumble-shaped flow of the fuel-air mixture flowing into the antechamber via the openings. In other words, the openings are designed to cause a tumble-shaped flow of the fuel-air mixture flowing into the antechamber via the opening and also simply referred to as a mixture. Expressed again in other words, during the fired operation of the internal combustion engine, the openings, for example due to their arrangement and/or their number and/or their geometry, cause a tumble-shaped flow of the mixture flowing through the openings and thereby flowing from the combustion chamber into the antechamber. This means in particular that the openings, which are designed, for example, as through openings and open at one end into the antechamber and at the other end into the combustion chamber, give the mixture flowing through the openings and thereby flowing out of the combustion chamber into the antechamber a tumble flow, also known as a tumble flow, at least essentially tumble-shaped and thus roller-shaped flow, so that a particularly advantageous operation of the prechamber spark plug and thus the internal combustion engine as a whole can be achieved. In contrast to a swirl-shaped flow, which extends, for example, helically around a main axis or around a longitudinal axis of the antechamber, the tumble-shaped flow is a roller-shaped flow, also known as a roller flow, which, for example, extends at least partially in a plane or runs in a plane, in which the main axis lies. In other words, for example, the tumble-shaped flow runs around a flow axis that runs perpendicular to the main axis. For example, the cylinder axis of the cylinder also runs in the plane mentioned, or the plane runs parallel to a further plane in which the cylinder axis runs, the cylinder preferably being designed to be at least essentially rotationally symmetrical with respect to the cylinder axis.

Des Weiteren ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Zündzeitpunkt innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels höchstens 45 Grad Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt des Kolbens liegt. Mit anderen Worten, da zu dem Zündzeitpunkt der Zündfunke in der Vorkammer erzeugt wird, erfolgt zu dem Zündzeitpunkt eine Zündung des Gemisches in der Vorkammer. Diesbezüglich ist es somit erfindungsgemäße vorgesehen, dass die Zündung frühestens 45 Grad Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt, das heißt nicht früher als 45 Grad Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt erfolgt. Somit liegt eine so genannte Frühzündgrenze höchstens 45 Grad Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels. Unter der Frühzündgrenze ist zu verstehen, dass innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels die Zündung nicht früher als die Frühzündgrenze erfolgt.Furthermore, it is provided according to the invention that the ignition point within the respective working cycle is at most 45 degrees crank angle before the top ignition dead center of the piston. In other words, since the ignition spark is generated in the prechamber at the ignition time, the mixture in the prechamber is ignited at the ignition time. In this regard, it is therefore provided according to the invention that the ignition takes place at the earliest 45 degrees crank angle before the top ignition dead center, that is to say not earlier than 45 degrees crank angle before the top ignition dead center. This means that a so-called pre-ignition limit is a maximum of 45 degrees crank angle before the top ignition dead center of the respective work cycle. The pre-ignition limit means that ignition does not occur earlier than the pre-ignition limit within the respective working cycle.

Außerdem ist es vorgesehen, dass in einem ersten Betriebsbereich bei geringen Lasten der Verbrennungskraftmaschine der Zündzeitpunkt innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels spätestens 0 Grad Kurbelwinkel nach dem oberen Zündtotpunkt bis 10 Grad Kurbelwinkel nach dem oberen Zündtotpunkt liegt. In einem zweiten Betriebsbereich mit gegenüber dem ersten Betriebsbereich höheren Lasten liegt der Zündzeitpunkt innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels 20 Grad Kurbelwinkel nach dem oberen Zündtotpunkt bis 60 Grad Kurbelwinkel nach dem oberen Zündtotpunkt. In einem dritten Betriebsbereich mit gegenüber dem ersten und zweiten Betriebsbereich höheren Lasten liegt der Zündzeitpunkt innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels spätestens bis 80 Grad Kurbelwinkel nach dem oberen Zündtotpunkt liegt.In addition, it is provided that in a first operating range with low loads of the internal combustion engine, the ignition point within the respective working cycle is at the latest 0 degrees crank angle after the top ignition dead center to 10 degrees crank angle after the top ignition dead center. In a second operating range with higher loads than the first operating range, the ignition point within the respective working cycle is 20 degrees crank angle after the top ignition dead center to 60 degrees crank angle after the top ignition dead center. In a third operating range with higher loads than the first and second operating ranges, the ignition point within the respective working cycle is at the latest up to 80 degrees crank angle after the top ignition dead center.

Die Frühzündgrenze liegt vorzugsweise höchstens 45 Grad Kurbelwinkel, 40 Grad Kurbelwinkel, 35 Grad Kurbelwinkel, 30 Grad Kurbelwinkel, 25 Grad Kurbelwinkel, 20 Grad Kurbelwinkel oder 15 Grad Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels.The pre-ignition limit is preferably at most 45 degrees crank angle, 40 degrees crank angle, 35 degrees crank angle, 30 degrees crank angle, 25 degrees crank angle, 20 degrees crank angle or 15 degrees crank angle before the top ignition dead center within the respective working cycle.

Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn in einem ersten Betriebsbereich der Verbrennungskraftmaschine der Zündzeitpunkt innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels höchstens 45 Grad Kurbelwinkel, 40 Grad Kurbelwinkel, 35 Grad Kurbelwinkel, 30 Grad Kurbelwinkel oder 25 Grad Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt des Kolbens liegt. In einem zweiten Betriebsbereich mit gegenüber dem ersten Betriebsbereich geringeren Lasten und/oder Drehzahlen der Verbrennungskraftmaschine liegt vorzugsweise der Zündzeitpunkt innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels höchstens 35 Grad Kurbelwinkel, 30 Grad Kurbelwinkel, 25 Grad Kurbelwinkel, 20 Grad Kurbelwinkel oder 15 Grad Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt des Kolbens. Somit ist es beispielsweise vorgesehen, dass in dem ersten Betriebsbereich, in welchem die Verbrennungskraftmaschine gegenüber dem zweiten Betriebsbereich mit höheren Lasten und/oder höheren Drehzahlen betrieben wird, die Zündung innerhalb jeweiliger, in dem ersten Betriebsbereich stattfindender Arbeitsspiele der Verbrennungskraftmaschine frühestens 45 Grad Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt erfolgt, wobei innerhalb jeweiliger Arbeitsspiele des zweiten Betriebsbereichs, in beziehungsweise bei welchem die Verbrennungskraftmaschine im Vergleich zum ersten Betriebsbereich mit geringeren Lasten und/oder geringeren Drehzahlen betrieben wird, frühestens 35 Grad Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt erfolgt. Somit unterbleibt in dem zweiten Betriebsbereich eine gegenüber 35 Grad Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt frühere Zündung.It has proven to be particularly advantageous if, in a first operating range of the internal combustion engine, the ignition point within the respective working cycle is at most 45 degrees crank angle, 40 degrees crank angle, 35 degrees crank angle, 30 degrees crank angle or 25 degrees crank angle before the top ignition dead center of the piston. In a second operating range with lower loads and/or speeds of the internal combustion engine than the first operating range, the ignition point within the respective working cycle is preferably at most 35 degrees crank angle, 30 degrees crank angle, 25 degrees crank angle, 20 degrees crank angle or 15 degrees crank angle before the top ignition dead center of the piston. Thus, for example, it is provided that in the first operating range in which the internal combustion engine is operated with higher loads and / or higher speeds compared to the second operating range, the ignition within respective work cycles of the internal combustion engine taking place in the first operating range is at the earliest 45 degrees crank angle before upper ignition dead center takes place, wherein within respective working cycles of the second operating range, in or in which the internal combustion engine is operated with lower loads and / or lower speeds compared to the first operating range, the crank angle occurs at the earliest 35 degrees before the upper ignition dead center. This means that in the second operating range there is no earlier ignition compared to 35 degrees of crank angle before the top ignition dead center.

Der Erfindung liegen insbesondere die folgenden Erkenntnisse zugrunde: da die Öffnungen dazu ausgebildet sind, eine tumbleförmige Strömung des die Öffnungen durchströmenden Gemisches in der Vorkammer zu bewirken, wird die Vorkammerzündkerze auch als Tumble-Vorkammerzündkerze (Tu-VKZ) bezeichnet. Ferner ist es denkbar, dass die Verbrennungskraftmaschine als ein Ottomotor, insbesondere als ein direkteinspritzender Ottomotor, ausgebildet ist, sodass innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels ein insbesondere flüssiger Kraftstoff direkt in den Brennraum eingespritzt wird. Dabei umfasst das Gemisch den in den Brennraum eingespritzten Kraftstoff und Luft. Somit wird beispielsweise die Verbrennungskraftmaschine in ihrem befeuerten Betrieb mittels eines Brennverfahrens, insbesondere mittels eines Otto-DE-Brennverfahrens betrieben. Mit der Verwendung einer Tumble-Vorkammerzündkerze in einem insbesondere als Otto-DE-Brennverfahrens ausgebildeten Brennverfahren sollte gewährleistet werden, dass auch bei Verwendung dieser Zündungstechnologie die Funktion der Entflammung des Gemisches im gesamten Kennfeldbereich und bei allen Betriebsarten beziehungsweise in allen Betriebsbereichen der Verbrennungskraftmaschine gewährleistet ist. Im Gegensatz zu Standard-Zündkerzen, welche keine Hohlkammer aufweisen und bei denen sich zum Zündzeitpunkt (ZZP) nur ein entflammbares Gemisch zwischen Elektroden der Standard-Zündkerze befinden muss, ist es bei der Verwendung einer Tumble-Vorkammerzündkerze vorteilhaft, eine definierte Strömung in der Vorkammer vor dem Zündzeitpunkt für eine sichere Entflammung des Gemisches in der Vorkammer zu erzeugen. Solche Zündgrenzen müssen daher appliziert werden, was durch die Erfindung realisiert werden kann. The invention is based in particular on the following findings: since the openings are designed to cause a tumble-shaped flow of the mixture flowing through the openings in the antechamber, the prechamber spark plug is also referred to as a tumble prechamber spark plug (Tu-VKZ). Furthermore, it is conceivable that the internal combustion engine is designed as a gasoline engine, in particular as a direct-injection gasoline engine, so that a particularly liquid fuel is injected directly into the combustion chamber within the respective working cycle. The mixture includes the fuel and air injected into the combustion chamber. Thus, for example, the internal combustion engine is operated in its fired operation by means of a combustion process, in particular by means of an Otto-DE combustion process. The use of a tumble prechamber spark plug in a combustion process designed in particular as an Otto-DE combustion process should ensure that even when using this ignition technology, the function of igniting the mixture is guaranteed in the entire map area and in all operating modes or in all operating ranges of the internal combustion engine. In contrast to standard spark plugs, which do not have a hollow chamber and in which there only has to be a flammable mixture between electrodes of the standard spark plug at the ignition point (ZZP), it is advantageous when using a tumble prechamber spark plug to have a defined flow in the prechamber before the ignition point to ensure safe ignition of the mixture in the antechamber. Such ignition limits must therefore be applied, which can be achieved by the invention.

Um in der Vorkammer zum Beispiel im Niedriglastbereich eine stabile Tumbleströmung zu erzeugen, in welcher ein brennbares Gemisch derart in Rotation gebracht wird, dass durch eine Zündung mittels eines Funkens in der Vorkammer eine Entflammung stattfindet und eine daraus resultierende Flamme sich in Richtung der auch als Überströmbohrungen bezeichneten oder als Überströmbohrungen ausgebildeten Öffnungen ausbreitet, ist es vorteilhaft, einen Zündzeitpunkt abzuwarten, ab dem diese Rotation hinreichend stabil ist. Erfindungsgemäß ist es nun vorgesehen, im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen, das heißt im Vergleich zu Standard-Zündkerzen spätere Zündzeitpunkte, das heißt spätere Frühzündgrenzen zu wählen. Dadurch kann das Risiko von verschleppten Verbrennungen bis hin zu Verbrennungsaussetzern zumindest besonders gering gehalten werden. Mit anderen Worten können durch die Erfindung die folgenden Vorteile realisiert werden:

- keine Verbrennungsaussetzer im Niedriglastbereich, die zur Schädigung eines Katalysators führen könnten
- Ausweitung des Niedriglastbereiches bis hin zu niedrigeren fahrbaren Lasten
- Ausweitung eines Katalysatorheizbetriebes bis hin zu späteren, möglichen Zündzeitpunkten
- allgemein Ausweitung des mit einer Vorkammerzündkerze betreibbaren Kennfeldbereiches

In order to create a stable tumble flow in the antechamber, for example in the low-load range, in which a combustible mixture is brought into rotation in such a way that ignition occurs by means of a spark in the antechamber and a resulting flame spreads in the direction of the overflow holes designated or designed as overflow holes, it is advantageous to wait for an ignition point from which this rotation is sufficiently stable. According to the invention, it is now provided to select later ignition times, i.e. later pre-ignition limits, in comparison to conventional solutions, that is to say compared to standard spark plugs. This means that the risk of delayed burns and even misfires can be kept particularly low. With others In other words, the following advantages can be realized by the invention:

- no combustion misfires in the low-load range, which could damage a catalytic converter
- Expansion of the low-load range to lower mobile loads
- Expansion of a catalytic converter heating operation to later, possible ignition times
- General expansion of the map range that can be operated with a prechamber spark plug

Zündfenster für Standardzündkerzen sind, insbesondere steuergeräteseitig, auf 50 Grad Kurbelwinkel bis 60 Grad Kurbelwinkel vor und nach dem oberen Zündtotpunkt begrenzt, insbesondere um Fehlbedatungen zu vermeiden. Für die Tumble-Vorkammerzündkerze hängt der Zündbereich beziehungsweise die Frühzündgrenze von der Rotationsstärke der Tumbleströmung ab, wobei die Rotationsstärke wiederum mit dem Betriebsbereich beziehungsweise Kennfeldbereich, in welchem die Verbrennungskraftmaschine betrieben wird, zusammenhängt. Es wurde gefunden, dass je höher die Last der Verbrennungskraftmaschine ist, desto höher und stärker ist die Einströmung des Gemisches durch die beispielsweise als Bohrungen ausgebildeten Öffnungen in der Vorkammer und desto früher erfolgt ein vorteilhafter Aufbau der Tumblestruktur, mithin der Tumbleströmung. Je höher die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine ist, desto höher ist die Durchtrittsgeschwindigkeit und desto früher erfolgt der Aufbau der Tumbleströmung. Versuche haben gezeigt, dass, insbesondere im Leerlaufbereich, die Frühzündgrenze bei 25 Grad Kurbelwinkel +/- 10 Grad Kurbelwinkel, insbesondere +/- 5 Grad Kurbelwinkel, vor dem oberen Zündtotpunkt vorteilhaft ist. Bei demgegenüber höheren Lasten und/oder Drehzahlen ist eine Frühzündgrenze von 35 Grad Kurbelwinkel +/- 10 Grad Kurbelwinkel, insbesondere +/- 5 Grad Kurbelwinkel, vor dem oberen Zündtotpunkt besonders vorteilhaft. Durch diese Frühzündgrenzen ist es möglich, dass der einfach auch als Funke bezeichnete Zündfunke von Elektroden der Vorkammerzündkerze nach unten und/oder zu den Öffnungen konvektiert, um den Start der Entflammung in die Nähe der Öffnungen zu bringen. Bei kleineren Lasten und/oder Drehzahlen wird dies umso kritischer, weshalb hier die Frühzündgrenze enger gefasst beziehungsweise später ist, das heißt höchstens weniger weit von dem oberen Zündtotpunkt entfernt ist als bei demgegenüber höheren Lasten und/oder Drehzahlen.Ignition windows for standard spark plugs are limited, especially on the control unit side, to 50 degrees crank angle to 60 degrees crank angle before and after the top ignition dead center, in particular to avoid incorrect data. For the tumble prechamber spark plug, the ignition range or the early ignition limit depends on the rotation strength of the tumble flow, the rotation strength in turn being related to the operating range or map area in which the internal combustion engine is operated. It was found that the higher the load on the internal combustion engine, the higher and stronger the inflow of the mixture through the openings in the antechamber, which are designed, for example, as bores, and the earlier an advantageous build-up of the tumble structure, and therefore the tumble flow, takes place. The higher the speed of the internal combustion engine, the higher the passage speed and the earlier the tumble flow builds up. Tests have shown that, particularly in the idling range, the pre-ignition limit at 25 degrees crank angle +/- 10 degrees crank angle, in particular +/- 5 degrees crank angle, before the top ignition dead center is advantageous. At relatively higher loads and/or speeds, an early ignition limit of 35 degrees crank angle +/- 10 degrees crank angle, in particular +/- 5 degrees crank angle, before the top ignition dead center is particularly advantageous. Due to these early ignition limits, it is possible for the ignition spark, also known simply as a spark, to convect from electrodes of the prechamber spark plug downwards and/or to the openings in order to bring the start of the ignition close to the openings. At lower loads and/or speeds this becomes even more critical, which is why the early ignition limit is narrower or later, i.e. at most less far from the top ignition dead center than at higher loads and/or speeds.

Die Betriebsbereiche sind vorzugsweise Teilbereiche eines Gesamtbetriebsbereiches oder eines Kennfelds der Verbrennungskraftmaschine, wobei der Gesamtbetriebsbereich beziehungsweise das Kennfeld alle möglichen Betriebspunkte der Verbrennungskraftmaschine, das heißt alle möglichen Betriebspunkte, in welchen die Verbrennungskraftmaschine betreibbar ist, umfasst. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt ist der Gesamtbetriebsbereich beziehungsweise das Kennfeld durch alle Betriebspunkte gebildet, in welchen die Verbrennungskraftmaschine betreibbar ist. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass bezogen auf den Gesamtbetriebsbereich beziehungsweise auf das Kennfeld, das heißt vorzugsweise in dem gesamten Gesamtbetriebsbereich beziehungsweise in dem gesamten Kennfeld, innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels eine gegenüber 45 Grad Kurbelwinkel frühere Zündung unterbleibt. Mit anderen Worten ist es vorzugsweise vorgesehen, dass in dem Gesamtbetriebsbereich beziehungsweise in dem gesamten Kennfeld der Zündzeitpunkt höchstens 45 Grad Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels liegt, mithin in dem gesamten Kennfeld innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels eine gegenüber 45 Grad Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt frühere Zündung des Gemisches unterbleibt.The operating ranges are preferably sub-areas of an overall operating range or a map of the internal combustion engine, the overall operating range or the map comprising all possible operating points of the internal combustion engine, that is to say all possible operating points in which the internal combustion engine can be operated. Expressed again in other words, the overall operating range or the characteristic map is formed by all operating points in which the internal combustion engine can be operated. It is preferably provided that, based on the overall operating range or on the map, that is, preferably in the entire overall operating range or in the entire map, there is no ignition earlier than 45 degrees of crank angle within the respective working cycle. In other words, it is preferably provided that in the overall operating range or in the entire map the ignition point is at most 45 degrees crank angle before the upper ignition dead center within the respective working cycle, therefore in the entire map within the respective working cycle a crank angle compared to 45 degrees before the upper one Ignition dead point earlier ignition of the mixture does not occur.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention result from the following description of preferred exemplary embodiments and from the drawing. The features and combinations of features mentioned above in the description as well as the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and/or shown in the figures alone can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without the scope of to abandon invention.

Die Zeichnung zeigt in

1 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht einer Verbrennungskraftmaschine, welche gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben wird; und
2 ein Diagramm zum Veranschaulichen des Verfahrens.

The drawing shows in

1 a detail of a schematic sectional view of an internal combustion engine which is operated according to a method according to the invention; and
2 a diagram to illustrate the procedure.

In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, identical or functionally identical elements are provided with the same reference numerals.

1 zeigt ausschnittsweise in einer schematischen Schnittansicht eine als Hubkolbenmaschine ausgebildete Verbrennungskraftmaschine 10 eines insbesondere als Kraftwagen und ganz insbesondere als Personenkraftwagen ausgebildeten Kraftfahrzeugs. Im Folgenden wird ein Verfahren zum Betreiben der Verbrennungskraftmaschine 10 beschrieben. Die Verbrennungskraftmaschine 10 weist wenigstens einen Zylinder 12 auf, welcher durch eine Zylinderwand 14 begrenzt beziehungsweise gebildet ist. Die Verbrennungskraftmaschine 10 umfasst außerdem einen Kolben 16, welcher translatorisch bewegbar in dem Zylinder 12 angeordnet und dabei zwischen einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt translatorisch hin- und her bewegbar ist. Durch den Kolben 16 und durch den Zylinder 12 ist ein Brennraum 18 der Verbrennungskraftmaschine 10 begrenzt. Der Brennraum 18 ist außerdem durch ein Brennraumdach 20 begrenzt, welches beispielsweise durch einen Zylinderkopf der Verbrennungskraftmaschine 10 gebildet ist. Der Kolben 16 ist über ein Pleuel gelenkig mit einer als Kurbelwelle ausgebildeten Abtriebswelle der Verbrennungskraftmaschine 10 gekoppelt, sodass die translatorischen Bewegungen des Kolbens 16 in eine rotatorische Bewegung der Kurbelwelle umgewandelt werden können. Innerhalb eines jeweiligen Arbeitsspiels der Verbrennungskraftmaschine 10 wird in den Brennraum 18 Frischluft über wenigstens ein Einlassventil 22 eingeleitet. Außerdem wird ein insbesondere flüssiger Kraftstoff, insbesondere ein Ottokraftstoff, in den Brennraum 18 innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels eingebracht, insbesondere direkt eingespritzt. Der Kraftstoff und die Luft bilden ein einfach auch als Gemisch bezeichnetes Kraftstoff-Luft-Gemisch. 1 shows a detail in a schematic sectional view of an internal combustion engine 10 designed as a reciprocating piston engine of a motor vehicle designed in particular as a motor vehicle and in particular as a passenger car. A method for operating the internal combustion engine 10 is described below. The internal combustion engine 10 has at least one cylinder 12, which is limited by a cylinder wall 14 educated wisely. The internal combustion engine 10 also includes a piston 16, which is arranged in a translationally movable manner in the cylinder 12 and can be moved back and forth in a translational manner between a top dead center and a bottom dead center. A combustion chamber 18 of the internal combustion engine 10 is delimited by the piston 16 and the cylinder 12. The combustion chamber 18 is also limited by a combustion chamber roof 20, which is formed, for example, by a cylinder head of the internal combustion engine 10. The piston 16 is articulated via a connecting rod to an output shaft of the internal combustion engine 10 designed as a crankshaft, so that the translational movements of the piston 16 can be converted into a rotational movement of the crankshaft. Within a respective working cycle of the internal combustion engine 10, fresh air is introduced into the combustion chamber 18 via at least one inlet valve 22. In addition, a particularly liquid fuel, in particular a gasoline fuel, is introduced into the combustion chamber 18 within the respective working cycle, in particular injected directly. The fuel and air form a fuel-air mixture, also known simply as a mixture.

Dem Brennraum 18 ist eine Vorkammerzündkerze 24 zugeordnet, welche als Tumble-Vorkammerzündkerze ausgebildet ist. Die Vorkammerzündkerze 24, deren auch als Längsachse bezeichnete Hauptachse in 1 mit 28 bezeichnet ist, weist eine Vorkammer 26 auf, welche über beispielsweise als Bohrungen ausgebildete Öffnungen 30 fluidisch mit dem Brennraum 18 verbunden ist. Dies bedeutet insbesondere, dass die Vorkammer 26 bis auf die Öffnungen 30, über welche die Vorkammer 26 fluidisch mit dem Brennraum 18 verbunden ist, von dem Brennraum 18 getrennt ist. Über die beispielsweise als Bohrungen ausgebildeten Öffnungen 30 wird innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels der Verbrennungskraftmaschine 10 das Gemisch aus dem Brennraum 18 in die Vorkammer 26 eingeleitet, insbesondere dadurch hineingedrückt, dass sich der Kolben 16 aus seinem unteren Totpunkt in seinen oberen Totpunkt bewegt. Außerdem wird innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels mittels der Vorkammerzündkerze 24 zu einem Zündzeitpunkt zumindest ein Zündfunke in der Vorkammer 26 erzeugt, insbesondere wird der Zündfunke mittels Elektroden 32 und 34 der Vorkammerzündkerze 24 und der Vorkammer 26 erzeugt. Durch den in der Vorkammer 26 erzeugten Zündfunken, welcher auch als Funken bezeichnete wird, wird das Gemisch in der Vorkammer 26 gezündet. Hieraus resultieren brennende Fackeln, die über die Öffnungen 30 aus der Vorkammer 26 zurück in den Brennraum 18 strömen und dort das in dem Brennraum 18 verbliebene Gemisch entzünden. Aus dem Zünden und Verbrennen des Gemisches resultiert Abgas der Verbrennungskraftmaschine 10. Das Abgas kann über wenigstens ein dem Brennraum 18 zugeordneten Auslassventil 23 aus dem Brennraum 18 ausströmen und beispielsweise in einen Abgastrakt der Verbrennungskraftmaschine 10 einströmen.The combustion chamber 18 is assigned a prechamber spark plug 24, which is designed as a tumble prechamber spark plug. The prechamber spark plug 24, whose main axis is also known as the longitudinal axis 1 is designated 28, has an antechamber 26, which is fluidly connected to the combustion chamber 18 via openings 30 designed, for example, as bores. This means in particular that the antechamber 26 is separated from the combustion chamber 18 except for the openings 30, via which the antechamber 26 is fluidly connected to the combustion chamber 18. Via the openings 30, for example designed as bores, the mixture is introduced from the combustion chamber 18 into the antechamber 26 within the respective working cycle of the internal combustion engine 10, in particular pressed in by the piston 16 moving from its bottom dead center to its top dead center. In addition, at least one ignition spark is generated in the prechamber 26 at an ignition point within the respective working cycle by means of the prechamber spark plug 24, in particular the ignition spark is generated by means of electrodes 32 and 34 of the prechamber spark plug 24 and the prechamber 26. The mixture in the antechamber 26 is ignited by the ignition spark generated in the antechamber 26, which is also referred to as a spark. This results in burning torches which flow from the antechamber 26 back into the combustion chamber 18 via the openings 30 and ignite the mixture remaining in the combustion chamber 18 there. The ignition and combustion of the mixture results in exhaust gas from the internal combustion engine 10. The exhaust gas can flow out of the combustion chamber 18 via at least one outlet valve 23 assigned to the combustion chamber 18 and, for example, flow into an exhaust gas tract of the internal combustion engine 10.

In 1 ist durch einen Pfeil 36 eine Tumbleströmung des Gemisches in dem Brennraum 18 veranschaulicht. Anhand des Pfeils 36 ist erkennbar, dass die Tumbleströmung um eine erste Strömungsachse walzenförmig verläuft, wobei die erste Strömungsachse senkrecht zu einer Ebene verläuft, in welcher die auch als Zylinderachse bezeichnete Längsmittelachse des Zylinders 12 verläuft, welche beispielsweise bezüglich der Zylinderachse zumindest im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet ist. Insbesondere geht die Zylinderachse durch die Mitte des Zylinders 12.In 1 is illustrated by an arrow 36, a tumble flow of the mixture in the combustion chamber 18. Based on the arrow 36 it can be seen that the tumble flow runs in a cylindrical manner around a first flow axis, the first flow axis running perpendicular to a plane in which the longitudinal central axis of the cylinder 12, also known as the cylinder axis, runs, which, for example, is at least essentially rotationally symmetrical with respect to the cylinder axis is. In particular, the cylinder axis passes through the center of the cylinder 12.

Um nun einen besonders vorteilhaften Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 10 zu realisieren, bewirken innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels die Öffnungen 30 eine, insbesondere in der Vorkammer 26 stattfindende, tumbleförmige Strömung des über die Öffnungen 30 in die Vorkammer 26 einströmenden Gemisches. Anhand des Pfeils 38 ist erkennbar, dass die tumbleförmige Strömung des Gemisches in der Vorkammer 26 um eine zweite Strömungsachse walzenförmig verläuft, welche senkrecht zur Hauptachse 28 und/oder senkrecht zu einer Ebene verläuft, in welcher die Hauptachse 28 verläuft. In order to realize a particularly advantageous operation of the internal combustion engine 10, within the respective working cycle the openings 30 cause a tumble-shaped flow, particularly in the antechamber 26, of the mixture flowing into the antechamber 26 via the openings 30. Based on the arrow 38 it can be seen that the tumble-shaped flow of the mixture in the antechamber 26 runs in a cylindrical manner about a second flow axis, which runs perpendicular to the main axis 28 and/or perpendicular to a plane in which the main axis 28 runs.

Beispielsweise ist die Vorkammer 26, insbesondere zumindest innenumfangsseitig, zumindest im Wesentlichen rotationssymmetrisch zur Hauptachse 28 ausgebildet.For example, the antechamber 26, in particular at least on the inner circumference, is designed to be at least essentially rotationally symmetrical to the main axis 28.

Außerdem ist es vorgesehen, dass der Zündzeitpunkt innerhalb der jeweiligen Arbeitsspiels, insbesondere in dem gesamten Kennfeld der Verbrennungskraftmaschine 10, höchstens 45 Grad Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt des Kolbens 16 liegt. Dies bedeutet, dass das zuvor genannte Kennfeld alle Betriebspunkte umfasst, in welchen die Verbrennungskraftmaschine 10 insbesondere im Hinblick auf deren Last und Drehzahl betreibbar ist. Dies bedeutet insbesondere, dass der jeweilige Betriebspunkt durch die jeweilige Last und jeweilige Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine 10 charakterisiert wird. Zu dem Zündzeitpunkt wird durch den Zündfunken eine Zündung des Gemisches in der Vorkammer 26 bewirkt. Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass in dem gesamten Kennfeld innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels eine gegenüber 45 Grad Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt des Kolbens 16 frühere Zündung des Gemisches in der Vorkammer 26 unterbleibt. Die Verbrennungskraftmaschine 10 und insbesondere das Verfahren basieren dabei insbesondere auf den folgenden Erkenntnissen: Aufgrund der Turbulenzgeneration in der Vorkammer 26 wird in der Kompressionsphase über die großen, beispielsweise als Überströmbohrungen ausgebildeten Öffnungen 30, die in Richtung der Einlassströmung und eines Injektors zeigen, mittels welchem beispielsweise der Kraftstoff direkt in den Brennraum 18 eingespritzt wird, eine Strömung induziert, die das in die Vorkammer 26 einströmende Kraftstoff-Luft-Gemisch an der strömungsabgewandten Seite der Vorkammer 26 in Richtung der beispielsweise als Mittelelektrode ausgebildeten Elektrode 34 transportiert. Dort wird die Strömung des in die Vorkammer 26 einströmenden Gemisches beziehungsweise die Strömung des Gemisches in die Vorkammer 26 umgelenkt und durch den Elektrodenbereich in Richtung der Überströmbohrungen zurück transportiert, wobei insbesondere ein drehlagenorientierter Einbau der Vorkammerzündkerze 24 vorgesehen ist.In addition, it is provided that the ignition point within the respective working cycle, in particular in the entire map of the internal combustion engine 10, is at most 45 degrees crank angle before the top ignition dead center of the piston 16. This means that the aforementioned map includes all operating points in which the internal combustion engine 10 can be operated, particularly with regard to its load and speed. This means in particular that the respective operating point is characterized by the respective load and respective speed of the internal combustion engine 10. At the ignition point, the ignition spark causes the mixture in the antechamber 26 to ignite. In particular, it is provided that in the entire map within the respective working cycle there is no earlier ignition of the mixture in the antechamber 26 compared to 45 degrees of crank angle before the upper ignition dead center of the piston 16. The internal combustion engine 10 and in particular the method are based in particular on the The following findings: Due to the generation of turbulence in the antechamber 26, a flow is created in the compression phase via the large openings 30, for example designed as overflow holes, which point in the direction of the inlet flow and an injector, by means of which, for example, the fuel is injected directly into the combustion chamber 18 induced, which transports the fuel-air mixture flowing into the antechamber 26 on the side of the antechamber 26 facing away from the flow in the direction of the electrode 34, which is designed, for example, as a center electrode. There, the flow of the mixture flowing into the antechamber 26 or the flow of the mixture is deflected into the antechamber 26 and transported back through the electrode area in the direction of the overflow bores, in particular a rotational position-oriented installation of the antechamber spark plug 24 is provided.

Wird nach Ausbildung dieser auch als Tumble-Strömung bezeichneten, tumbleförmigen beziehungsweise walzenförmigen Strömung in der Vorkammer 26 der Zündfunke zwischen den Elektroden 32 und 34 erzeugt, das heißt abgesetzt, wird das dadurch entflammte beziehungsweise entzündete Gemisch in der Vorkammer 26 nach unten in Richtung der Überströmbohrungen transportiert, und dadurch werden bei weiterer Verbrennung des restlichen Gemisches in der Vorkammer 26 aufgrund der Ausdehnung des Gases die Flammen beziehungsweise reaktive Elemente durch die Überströmbohrungen in den auch als Hauptbrennraum bezeichneten Brennraum 18 gedrückt, wo die Flammen das restliche, in dem Brennraum 18 verbliebene Gemisch entflammen, mithin zünden.If, after formation of this tumble-shaped or roller-shaped flow in the antechamber 26, the ignition spark is generated between the electrodes 32 and 34, that is, is deposited, the resulting ignited or ignited mixture in the antechamber 26 is directed downwards in the direction of the overflow holes transported, and as a result of further combustion of the remaining mixture in the antechamber 26, due to the expansion of the gas, the flames or reactive elements are pressed through the overflow holes into the combustion chamber 18, also referred to as the main combustion chamber, where the flames burn the remaining mixture remaining in the combustion chamber 18 ignite, therefore ignite.

Wird ein beziehungsweise der Zündfunke in der Vorkammer 26 vor Erreichen einer kritischen beziehungsweise notwendigen Strömung des Gemisches in der Vorkammer 26 abgesetzt, konvektiert die Flamme nach oben und es wird in der Folge zuerst unverbranntes Gemisch durch die Überströmbohrungen in den Hauptbrennraum gedrückt, ohne das im Hauptbrennraum vorhandene beziehungsweise verbliebene Gemisch zu entflammen. Dadurch kann in einem kritischen Lastbereich der auch als Motor bezeichneten Verbrennungskraftmaschine 10, insbesondere bei niedrigen Lasten, ein Zustand entstehen, bei dem es zu keinem Übertritt von heißen Verbrennungsprodukten aus der Vorkammer 26 in den Hauptbrennraum kommt, sodass es zu Verbrennungsaussetzern kommen kann.If an ignition spark is released in the antechamber 26 before reaching a critical or necessary flow of the mixture in the antechamber 26, the flame convects upwards and as a result, unburned mixture is first pressed through the overflow holes into the main combustion chamber, without that in the main combustion chamber to ignite the existing or remaining mixture. As a result, in a critical load range of the internal combustion engine 10, also referred to as an engine, especially at low loads, a condition can arise in which there is no transfer of hot combustion products from the antechamber 26 into the main combustion chamber, so that combustion misfires can occur.

Die zuvor genannten Probleme und Nachteile können nun durch das Verfahren vermieden werden. Bei dem Verfahren ist es daher von Vorteil, trotz möglicherweise entstehender Verbrennungsschwerpunktslagenverschleppung und eines Nachteils beim Kraftstoffverbrauch einen späteren Zündzeitpunkt als herkömmlich, das heißt als bei der Verwendung von herkömmlichen Standard-Zündkerzen ohne Vorkammer zu wählen, mithin einen solchen, gegenüber herkömmlichen Lösungen späteren Zündzeitpunkt zu wählen, bei dem die Tumbleströmung in der Vorkammer ausreichend ausgebildet ist und eine Entflammung des Gemisches im Hauptbrennraum gewährleistet wird.The previously mentioned problems and disadvantages can now be avoided by the process. In the case of the method, it is therefore advantageous to choose a later ignition point than conventional, that is to say than when using conventional standard spark plugs without an antechamber, despite the possible shift in the center of combustion position and a disadvantage in fuel consumption, and therefore an ignition point that is later than conventional solutions choose one in which the tumble flow in the antechamber is sufficiently developed and ignition of the mixture in the main combustion chamber is ensured.

Es wurde gefunden, dass der insbesondere im gesamten Kennfeld frühest mögliche oder am frühesten zu applizierende Zündzeitpunkt 45 Grad Kurbelwinkel, insbesondere 40 Grad Kurbelwinkel, vor dem oberen Zündtotpunkt des Kolbens 16 innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels ist. Dieser frühest mögliche Zündzeitpunkt ist somit eine Frühzündgrenze, mithin die früheste, das heißt am weitesten von dem oberen Zündtotpunkt des Kolbens 16 innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels beabstandete Zündgrenze, wobei eine innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels vor der Frühzündgrenze, das heißt eine innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels gegenüber der Frühzündgrenze frühere Zündung des Gemisches in der Vorkammer 26 unterbleibt. Ganz besonders vorteilhaft ist es vorgesehen, und dies ist insbesondere als separater, unabhängiger Aspekt anzusehen, dass die frühest mögliche oder am frühsten zu applizierende Zündgrenze, mithin die Frühzündgrenze zwischen 40 Grad Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt und 10 Grad Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels liegt. Besonders vorteilhaft ist eine Entflammbarkeit bei dem beziehungsweise als einem frühesten Zündzeitpunkt, mithin bei der Frühzündgrenze zwischen 25 Grad Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt und 15 Grad Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels, insbesondere in dem gesamten Kennfeld.It was found that the earliest possible or earliest to be applied ignition point in the entire map is 45 degrees crank angle, in particular 40 degrees crank angle, before the top ignition dead center of the piston 16 within the respective working cycle. This earliest possible ignition point is therefore an early ignition limit, i.e. the earliest ignition limit, that is to say the furthest from the upper ignition dead center of the piston 16 within the respective working cycle, with an ignition limit within the respective working cycle before the early ignition limit, that is to say one within the respective working cycle compared to the Early ignition limit does not occur before ignition of the mixture in the antechamber 26. It is particularly advantageously provided, and this is to be viewed in particular as a separate, independent aspect, that the earliest possible ignition limit or the earliest to be applied, i.e. the early ignition limit, is between 40 degrees crank angle before the top ignition dead center and 10 degrees crank angle before the top ignition dead center within the respective work cycle. Flammability is particularly advantageous at or as an earliest ignition point, i.e. at the early ignition limit between 25 degrees crank angle before the top ignition dead center and 15 degrees crank angle before the top ignition dead center within the respective working cycle, in particular in the entire map.

Die Tumbleströmung in der einfach auch als Kammer bezeichneten Vorkammer 26 wird während des Verdichtungstaktes durch das einströmende Gemisch beschleunigt. Nach dem oberen Zündtotpunkt (OZT) wird kein frisches Gemisch mehr in die Kammer gedrückt, wodurch sich die Tumblebewegung in der Kammer verlangsamt und allmählich abklingt. Vielmehr wird nach dem oberen Zündtotpunkt zündfähiges Gemisch aus der Kammer herausgezogen. Diese zwei Effekte erschweren eine Entzündung bei späten Zündzeitpunkten.The tumble flow in the antechamber 26, also simply referred to as a chamber, is accelerated during the compression stroke by the inflowing mixture. After top dead center (OZT), no fresh mixture is forced into the chamber, causing the tumble movement in the chamber to slow down and gradually subside. Rather, ignitable mixture is drawn out of the chamber after the upper ignition dead center. These two effects make inflammation more difficult at late ignition times.

Somit ist es ganz vorzugsweise vorgesehen, dass innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels und vorzugsweise bezogen auf das gesamte Kennfeld, das heißt in dem gesamten Kennfeld, der Zündzeitpunkt mindestens 0 Grad Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt des Kolbens 16 liegt. Mit anderen Worten ist es vorzugsweise vorgesehen, dass, insbesondere in dem gesamten Kennfeld, innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels eine gegenüber 0 Grad Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt spätere Zündung des Gemisches in der Vorkammer 26 unterbleibt.It is therefore very preferably provided that within the respective working cycle and preferably based on the entire map, that is to say in the entire map, the ignition point is at least 0 degrees crank angle before the top ignition dead center of the piston 16. In other words, it is preferably provided that, in particular in the entire map, within the respective During the working cycle, there is no later ignition of the mixture in the antechamber 26 compared to 0 degrees crank angle before the top ignition dead center.

Späte Zündzeitpunkte werden aufgrund der Tumbleströmung in der Kammer so lange in eine Verbrennung im Hauptbrennraum umgesetzt, solange die Tumbleströmung in der Kammer auch nach dem Durchlaufen des oberen Totpunktes und nach Beginn der Abwärtsbewegung des Kolbens 16 weiterhin erhalten bleibt. Ist die Tumbleströmung in der Kammer bei sehr späten Zündzeitpunkt zu stark abgeklungen, wird auch in diesem Fall eine Entflammung immer schwieriger, und es kann auch in diesem Fall zu Verbrennungsaussetzern kommen. Wie bei der Frühzündgrenze bei kleinen Lasten ist auch eine Spätzündgrenze vor allem bei kleinen Lasten vorhanden. Unter der Spätzündgrenze ist insbesondere zu verstehen, dass innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels und vorzugsweise in dem gesamten Kennfeld eine Zündung des Gemisches in der Vorkammer 26 nach der Spätzündgrenze unterbleibt. vorzugsweise muss in den oben genannten Fällen ebenfalls ein Zündzeitpunkt nach dem Zerfalle einer solchen stabilen Tumbleströmung vermieden werden.Due to the tumble flow in the chamber, late ignition times are converted into combustion in the main combustion chamber as long as the tumble flow in the chamber continues to be maintained even after the piston 16 has passed top dead center and after the downward movement of the piston 16 has begun. If the tumble flow in the chamber has subsided too much at a very late ignition point, ignition becomes increasingly difficult in this case and misfires can also occur in this case. As with the early ignition limit at small loads, there is also a late ignition limit, especially at small loads. The retarded ignition limit is to be understood in particular as meaning that within the respective working cycle and preferably in the entire map, the mixture in the antechamber 26 does not ignite after the retarded ignition limit. Preferably, in the cases mentioned above, an ignition point after the decay of such a stable tumble flow must also be avoided.

Lastabhängig kann das Zündfenster jedoch deutlich nach dem oberen Zündtotpunkt ausgeweitet werden. Beispielsweise kann bei einer Drehzahl von 1000 Umdrehungen pro Minute und einer Last von mehr als 3 bar Mitteldruck in dem Brennraum 18 eine Zündung nach 50 Grad Kurbelwinkel nach dem oberen Zündtotpunkt noch zuverlässig erfolgen, während bei einer Reduzierung der Last auf weniger als 2 bar Mitteldruck eine Spätzündgrenze auf wenige Grad Kurbelwinkel nach dem oberen Zündtotpunkt zurückgeht. Vorzugsweise wird in diesem Lastbereich die Spätzündgrenze applikativ im Steuergerät begrenzt. Besonders vorteilhaft ist dabei eine Zündgrenze, insbesondere eine Spätzündgrenze, von 0 Grad Kurbelwinkel nach dem oberen Zündtotpunkt bis 10 Grad Kurbelwinkel nach dem oberen Zündtotpunkt bei Lasten von weniger als 2 bar Mitteldruck und/oder eine Spätzündgrenze von 20 Grad Kurbelwinkel nach dem oberen Zündtotpunkt bis 60 Grad Kurbelwinkel nach dem oberen Zündtotpunkt bei Lasten von weniger als 3 bar Mitteldruck. Somit ist es beispielsweise vorgesehen, dass der Zündzeitpunkt innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels, insbesondere in dem gesamten Kennfeld, höchstens 80 Grad Kurbelwinkel nach dem oberen Zündtotpunkt des Kolbens 16 liegt, sodass insbesondere in dem gesamten Kennfeld innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels eine spätere Zündung, das hießt eine Zündung nach der Spätzündgrenze unterbleibt.Depending on the load, however, the ignition window can be extended significantly past the top ignition dead center. For example, at a speed of 1000 revolutions per minute and a load of more than 3 bar mean pressure in the combustion chamber 18, ignition can still take place reliably after a crank angle of 50 degrees after the top ignition dead center, while when the load is reduced to less than 2 bar mean pressure Retard ignition limit decreases to a few degrees crank angle after top ignition dead center. In this load range, the late ignition limit is preferably limited in the control unit. Particularly advantageous is an ignition limit, in particular a retarded ignition limit, of 0 degrees crank angle after the top ignition dead center to 10 degrees crank angle after the top ignition dead center at loads of less than 2 bar mean pressure and / or a retarded ignition limit of 20 degrees crank angle after the top ignition dead center to 60 Degrees crank angle after top ignition dead center at loads of less than 3 bar mean pressure. Thus, for example, it is provided that the ignition point within the respective working cycle, in particular in the entire map, is at most 80 degrees crank angle after the top ignition dead center of the piston 16, so that in particular in the entire map within the respective working cycle there is a later ignition, that is to say one Ignition after the retard limit does not occur.

2 zeigt ein Diagramm, auf dessen Abszisse 40 die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine 10 aufgetragen ist. Auf der Ordinate 42 ist die Last der Verbrennungskraftmaschine 10 aufgetragen. In das in 2 gezeigte Diagramm ist das zuvor genannte, mit 44 bezeichnete Kennfeld der Verbrennungskraftmaschine 10 eingetragen, deren Kennfeld auch als Motorkennfeld bezeichnet wird. in das Kennfeld 44 sind last- und/oder drehzahlabhängige, das heißt betriebspunktabhängige Frühzündgrenzen eingetragen, die in 2 durch Kurven 46a-c veranschaulicht sind. Es ist erkennbar, dass bei niedrigen Lasten und/oder Drehzahlen die Frühzündgrenze bei 25 Grad Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt liegt. Bei demgegenüber höheren Lasten und/oder Drehzahlen liegt die Frühzündgrenze bei 30 Grad Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt. Bei demgegenüber nochmals höheren Lasten und/oder Drehzahlen liegt die Frühzündgrenze bei 35 Grad Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels. Es ist somit erkennbar, dass mit steigender Last und/oder Drehzahl die Frühzündgrenze weiter nach früh verschoben wird, mithin frühere Zündungen zugelassen werden. 2 shows a diagram on whose abscissa 40 the speed of the internal combustion engine 10 is plotted. The load of the internal combustion engine 10 is plotted on the ordinate 42. Into the in 2 In the diagram shown, the previously mentioned map of the internal combustion engine 10, designated 44, is entered, the map of which is also referred to as the engine map. Load and/or speed-dependent, i.e. operating point-dependent pre-ignition limits are entered into the map 44, which are in 2 are illustrated by curves 46a-c. It can be seen that at low loads and/or speeds the pre-ignition limit is 25 degrees crank angle before the top dead center. At higher loads and/or speeds, the pre-ignition limit is 30 degrees crank angle before the top dead center. In contrast, at even higher loads and/or speeds, the pre-ignition limit is 35 degrees crank angle before the top ignition dead center within the respective working cycle. It can therefore be seen that as the load and/or speed increases, the pre-ignition limit is shifted further early, thus allowing earlier ignitions.

Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel liegt die früheste Frühzündgrenze bei 35 Grad Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt, sodass in dem gesamten Kennfeld innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels der Zündzeitpunkt höchstens 35 Grad Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt liegt, sodass eine demgegenüber frühere Zündung, das heißt ein Zündzeitpunkt, welcher mehr als 35 Grad Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt liegt, unterbleibt.At the in 2 In the exemplary embodiment shown, the earliest pre-ignition limit is 35 degrees crank angle before the top ignition dead center, so that in the entire map within the respective working cycle the ignition point is at most 35 degrees crank angle before the top ignition dead center, so that an earlier ignition, that is, an ignition point which is more than The crank angle is 35 degrees before the top dead center of the ignition.

BezugszeichenlisteReference symbol list

1010: VerbrennungskraftmaschineInternal combustion engine
1212: Zylindercylinder
1414: Zylinderwandcylinder wall
1616: KolbenPistons
1818: Brennraumcombustion chamber
2020: BrennraumdachCombustion chamber roof
2222: EinlassventilInlet valve
2323: Auslassventiloutlet valve
2424: Vorkammerzündkerzeprechamber spark plug
2626: Vorkammerantechamber
2828: Hauptachsemain axis
3030: Öffnungopening
3232: Elektrodeelectrode
3434: Elektrodeelectrode
3636: PfeilArrow
3838: PfeilArrow
4040: Abszisseabscissa
4242: Ordinateordinate
4444: KennfeldMap
46a-c46a-c: KurveCurve

Claims

Method for operating an internal combustion engine (10) for a motor vehicle, in which: - the internal combustion engine (10) has at least one cylinder (12), a piston (16) accommodated in the cylinder (12) in a translationally movable manner between a top dead center and a bottom dead center. , and has a prechamber spark plug (24) assigned to a combustion chamber (18) limited at least by the cylinder (12) and the piston (16), which has a prechamber (26) fluidly connected to the combustion chamber (18) via a plurality of openings (30). , into which a fuel-air mixture from the combustion chamber (18) can be introduced via the openings (30), and - by means of the prechamber spark plug (24) within a respective working cycle of the internal combustion engine (10) at an ignition point at least one ignition spark in the prechamber (26) is generated, characterized in that : - the openings (30) cause a tumble-shaped flow (38) of the fuel-air mixture flowing into the antechamber (26) via the openings (30), - the ignition point within the respective Working cycle is at most 45 degrees crank angle before the top ignition dead center of the piston (16); - in a first operating range with low loads of the internal combustion engine (10), the ignition timing within the respective working cycle is at the latest 0 degrees crank angle after the top ignition dead center to 10 degrees crank angle after the top ignition dead center, - in a second operating range with higher loads than the first operating range, the ignition timing within the respective working cycle 20 degrees crank angle after the top ignition dead center to 60 degrees crank angle after the top ignition dead center, and - in a third operating range with higher loads than the first and second operating ranges, the ignition timing within the respective working cycle at the latest up to 80 degrees crank angle after the top ignition dead center lies.

Procedure according to Claim 1 , characterized in that the ignition point within the respective working cycle is at the earliest at most 40 degrees crank angle, in particular at most 35 degrees crank angle and most particularly at most 30 degrees crank angle, before the top ignition dead center.

Procedure according to Claim 1 , characterized in that the ignition point within the respective working cycle is at the earliest a maximum of 25 degrees crank angle, in particular a maximum of 20 degrees crank angle and in particular a maximum of 15 degrees crank angle, before the top ignition dead center.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that - in a first operating range of the internal combustion engine (10) the ignition point within the respective working cycle is at most 45 degrees of crank angle before the top ignition dead center of the piston, and - in a second operating range compared to the first operating range lower loads and / or speeds of the internal combustion engine (10), the ignition point within the respective working cycle is at most 35 degrees crank angle before the top ignition dead center of the piston.