DE102020101552A1 - Method for operating an externally ignited reciprocating internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Betreiben einer fremd gezündeten Hubkolben-Brennkraftmaschine mit einem Luftansaugsystem welches in einen Zylinderkopf mündet und einem Abgassystem welches an den Zylinderkopf angeordnet ist, wobei in dem Luftansaugsystem eine Aufladevorrichtung angeordnet ist, wobei in dem Abgassystem eine Abgasreinigungsvorrichtung angeordnet ist, wobei in dem Zylinderkopf ein Ventiltrieb für einen Ladungswechsel der Hubkolben-Brennkraftmaschine angeordnet ist, der für ein frühes Schließen des Gaswechseleinlassventiles ausgelegt ist (Miller-Kreisprozess), wobei in dem Zylinderkopf ein passives Vorkammerzündsystem vorgesehen ist, mit einem Hohlraum, in dem eine Zündvorrichtung anordenbar ist, wobei der Hohlraum mit einem Deckel gegenüber einem Brennraum der Hubkolben-Brennkraftmaschine abgedeckt ist, wobei der Deckel zumindest einen Durchbruch aufweist, der den Hohlraum und den Brennraum Gas führend miteinander verbindet, gekennzeichnet, durch folgende Verfahrensschritte während einer Aufheizphase für die Abgasreinigungsvorrichtung:- Starten der Hubkolben-Brennkraftmaschine,- Einstellen des Ventiltriebs für ein frühes Schließen des Gaswechseleinlassventiles während einer Ansaugphase der Hubkolben-Brennkraftmaschine,- Aktivieren der Aufladevorrichtung, zumindest bis zum Erreichen einer light-off Temperatur (Anspringtemperatur) der Abgasreinigungsvorrichtung.Aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens zündet das Vorkammerzündsystem direkt nach einem Start der Hubkolben-Brennkraftmaschine perfekt, ohne Zündaussetzer.A method for operating an externally ignited reciprocating piston internal combustion engine with an air intake system which opens into a cylinder head and an exhaust system which is arranged on the cylinder head, a charging device being arranged in the air intake system, an exhaust gas cleaning device being arranged in the exhaust system, with a Valve drive is arranged for a gas exchange of the reciprocating internal combustion engine, which is designed for an early closing of the gas exchange inlet valve (Miller cycle), wherein a passive prechamber ignition system is provided in the cylinder head, with a cavity in which an ignition device can be arranged, the cavity is covered with a cover opposite a combustion chamber of the reciprocating internal combustion engine, the cover having at least one opening which connects the cavity and the combustion chamber to one another in a gas-conducting manner, characterized by the following method steps during an Au Heating phase for the exhaust gas cleaning device: - Starting the reciprocating internal combustion engine, - Setting the valve drive for an early closing of the gas exchange inlet valve during a suction phase of the reciprocating internal combustion engine, - Activating the charging device, at least until the exhaust gas cleaning device reaches a light-off temperature (light-off temperature). Due to the method according to the invention, the prechamber ignition system ignites perfectly immediately after the reciprocating internal combustion engine is started, without misfiring.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer fremd gezündeten Hubkolben-Brennkraftmaschine mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a method for operating an externally ignited reciprocating piston internal combustion engine with the features from the preamble of
Zum technischen Umfeld wird beispielsweise auf die deutsche Offenlegungsschrift
Weiter ist aus der internationalen Patentanmeldung mit der internationalen Veröffentlichungsnummer
- - eine Zündelektrode,
- - eine elektrische Versorgungsleitung, an welche die Zündelektrode angeschlossen ist,
- - einen Isolatorkörper, durch den die Versorgungsleitung hindurchgeführt ist,
- - ein Gehäusekopf, der dichtend auf dem Isolatorkörper sitzt und ein Außengewinde zum Einschrauben in einen Verbrennungsmotor,
- - ein Rohrgehäuse, das an dem Gehäusekopf befestigt ist, den Isolatorkörper umgibt und einen Sechskant trägt,
- - an ignition electrode,
- - an electrical supply line to which the ignition electrode is connected,
- - an insulator body through which the supply line is passed,
- - a housing head that sits tightly on the insulator body and an external thread for screwing into an internal combustion engine,
- - a tubular housing which is fastened to the housing head, surrounds the insulator body and carries a hexagon,
Zum weiteren technischen Umfeld wird ferner auf die deutsche Offenlegungsschrift
Weiter ist aus der deutschen Offenlegungsschrift
Nachteilig an den bekannten Vorkammerzündsystemen ist die Tatsache, dass sie entweder nur bei hohen Lasten und/oder Drehzahlen oder bei niedrigen Lasten und/oder Drehzahlen der Brennkraftmaschine fehlerfrei, d. h. ohne Zündaussetzer funktionieren.The disadvantage of the known pre-chamber ignition systems is the fact that they are error-free either only at high loads and / or speeds or at low loads and / or speeds of the internal combustion engine, i. H. work without misfiring.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren aufzuzeigen, wie ein passives Vorkammerzündsystem auch im niedrigen Last- und Drehzahlbereich einer Hubkolben-Brennkraftmaschine, insbesondere beim Katheizen nach einem Start der Hubkolben-Brennkraftmaschine, sicher zündet.The object of the present invention is to show a method of how a passive prechamber ignition system reliably ignites even in the low load and speed range of a reciprocating internal combustion engine, in particular during catalytic converter heating after the reciprocating internal combustion engine has been started.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved by the method in the characterizing part of
Bei passiven Vorkammerzündsystemen, d. h. bei Vorkammerzündsystemen, in deren Vorkammer kein Brennstoff aktiv eingebracht wird, verbleibt ein Großteil des Verbrennungsgases des vorhergehenden Arbeitsspieles in der Vorkammer und wird mit dem aus dem Luftansaugsystem einströmenden Frischgas gemischt. Dabei ist im Speziellen im Lastpunkt „Katheizen“, nach einem Start der Hubkolben-Brennkraftmaschine, der Restgasanteil in der Vorkammer so hoch, dass eine Zündung des Gemisches in der Vorkammer nicht sichergestellt ist. Über die erfindungsgemäße Prozessführung „frühes Einlass schließt“ wird ein starker Unterdruck im Brennraum und in der Vorkammer erzeugt, so dass die Vorkammer durch diesen Unterdruck quasi leergesaugt wird.In passive prechamber ignition systems, i. H. in pre-chamber ignition systems in whose pre-chamber no fuel is actively introduced, a large part of the combustion gas from the previous work cycle remains in the pre-chamber and is mixed with the fresh gas flowing in from the air intake system. In particular, in the load point “catalytic converter heating”, after the reciprocating internal combustion engine has started, the residual gas content in the prechamber is so high that ignition of the mixture in the prechamber is not ensured. Via the process control according to the invention “early inlet closes”, a strong negative pressure is generated in the combustion chamber and in the antechamber, so that the antechamber is virtually sucked empty by this negative pressure.
„Frühes Einlass schließt“ bedeutet das Betreiben der Hubkolben-Brennkraftmaschine mit dem Miller-Kreisprozess (auch Miller-Zyklus genannt). Dieser ist benannt nach dem Erfinder Ralph Miller, der sich 1957 einen Gaswechselventiltrieb patentieren ließ, bei dem das Gaswechseleinlassventil sehr früh, d. h. noch während des Ansaugtaktes schließt, bevor der Kolben seinen unteren Totpunkt erreicht hat. Die Füllung des Zylinders mit Frischgas und der Verdichtungsenddruck werden dadurch verkleinert, das Verdichtungs- und damit das Expansionsverhältnis bleiben jedoch gleich. Dies bewirkt beim Miller-Betrieb einer Hubkolben-Brennkraftmaschine eine Steigerung des thermodynamischen Wirkungsgrades durch eine bessere Ausnutzung der Expansionsenergie im Arbeitstakt.“Early intake closes” means operating the reciprocating internal combustion engine with the Miller cycle (also called Miller cycle). This is named after the inventor Ralph Miller, who patented a gas exchange valve drive in 1957, in which the gas exchange inlet valve closes very early, ie during the intake stroke, before the piston has reached its bottom dead center. The filling of the cylinder with fresh gas and the final compression pressure are thereby reduced, but the compression and thus the expansion ratio remain the same. In Miller operation of a reciprocating internal combustion engine, this causes an increase in the thermodynamic Efficiency through better utilization of the expansion energy in the work cycle.
Beim anschließenden Überströmen des Frischgases aus dem Hauptbrennraum durch die Durchbrüche im Deckel des Vorkammerzündsystems in die Vorkammer strömt ein deutlich restgasärmeres Gemisch ein, welches dann sicher gezündet werden kann. Für das „Katheizen“ wird jedoch eine maximale Frischluftmasse im Brennraum benötigt, um über eine Spätstellung des Zündwinkels einerseits einen hohen Abgasmassenstrom mit hoher Abgastemperatur zum Aufheizen des Katalysators sicherzustellen und andererseits noch genügend Drehmoment zum Betrieb der Hubkolben-Brennkraftmaschine zur Verfügung zu haben, welche durch die Prozessführung über „frühes Einlass schließt“ nicht gewährleistet wird. Zur Kompensation dieses Nachteils wird die weitere erfindungsgemäße Prozessführung vorgeschlagen, bei der durch die Verwendung einer Aufladevorrichtung, die z.B. elektrisch angetrieben sein kann (e-Verdichter, e-ATL), die benötigte Frischluftmasse in den Zylinder eingebracht werden kann. Die Spülung des Vorkammerzündsystems wird dann für eine sichere Zündung auf einem höheren Druckniveau stattfinden.When the fresh gas subsequently flows over from the main combustion chamber through the openings in the cover of the pre-chamber ignition system into the pre-chamber, a mixture with significantly lower residual gas flows in, which can then be safely ignited. For the "catalytic converter heating", however, a maximum fresh air mass is required in the combustion chamber in order to ensure, on the one hand, a high exhaust gas mass flow with a high exhaust gas temperature to heat the catalytic converter by means of a retarded ignition angle and, on the other hand, to still have enough torque available to operate the reciprocating internal combustion engine litigation via "early admission closes" is not guaranteed. To compensate for this disadvantage, the further process control according to the invention is proposed, in which the required fresh air mass can be introduced into the cylinder by using a charging device that can be electrically driven, for example (e-compressor, e-ATL). The purging of the prechamber ignition system will then take place at a higher pressure level for reliable ignition.
Im Folgenden ist die Erfindung anhand einer einzigen Figur kurz erläutert.
-
1 zeigt einen Schnitt durch ein beispielhaftes Vorkammerzündsystem.
-
1 shows a section through an exemplary prechamber ignition system.
Das Vorkammerzündsystem
Der Deckel weist zumindest einen Durchbruch
Der Deckel weist in diesem Ausführungsbeispiel eine Gasleitung
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist es auch denkbar, dass die Gasleitung
Somit liegt insbesondere bei niedrigen Last- und/oder Drehzahlbereichen, insbesondere beim „Katheizen“ der Hubkolben-Brennkraftmaschine immer ein zündfähiges Frischluft/Kraftstoff-Gemisch im Zündbereich der Zündvorrichtung
„Katheizen“ ist der Zeitraum, bis eine Abgasreinigungsvorrichtung im Abgassystem einer Brennkraftmaschine ihre Betriebstemperatur (light-off-Temperatur) erreicht hat. Dies ist die Temperatur, bei der die Abgasreinigungsvorrichtung 50% der von der Hubkolben-Brennkraftmaschine emittierten Schadstoffe neutralisiert.“Katheizen” is the period of time until an exhaust gas cleaning device in the exhaust system of an internal combustion engine has reached its operating temperature (light-off temperature). This is the temperature at which the exhaust gas cleaning device neutralizes 50% of the pollutants emitted by the reciprocating internal combustion engine.
Mit einem derartigen passiven Vorkammerzündsystem kann eine fremd gezündete Hubkolben-Brennkraftmaschine mit einem Luftansaugsystem welches in einen Zylinderkopf mündet und einem Abgassystem welches an den Zylinderkopf angeordnet ist, wobei in dem Luftansaugsystem eine Aufladevorrichtung angeordnet ist, wobei in dem Abgassystem eine Abgasreinigungsvorrichtung angeordnet ist, wobei in dem Zylinderkopf ein Ventiltrieb für einen Ladungswechsel der Hubkolben-Brennkraftmaschine angeordnet ist, der für ein frühes Schließen des Gaswechseleinlassventiles ausgelegt ist (Miller-Kreisprozess), durch folgende Verfahrensschritte während einer Aufheizphase für die Abgasreinigungsvorrichtung erfindungsgemäß betrieben werden:
- - Starten der Hubkolben-Brennkraftmaschine,
- - Einstellen des Ventiltriebs für ein frühes Schließen des Gaswechseleinlassventiles während einer Ansaugphase der Hubkolben-Brennkraftmaschine,
- - Aktivieren der Aufladevorrichtung, zumindest bis zum Erreichen einer light-off Temperatur (Anspringtemperatur) der Abgasreinigungsvorrichtung.
- - Starting the reciprocating internal combustion engine,
- - Setting the valve drive for an early closing of the gas exchange inlet valve during an intake phase of the reciprocating internal combustion engine,
- - Activation of the charging device, at least until a light-off temperature (light-off temperature) of the exhaust gas cleaning device is reached.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- VorkammerzündsystemPre-chamber ignition system
- 22
- Gehäusecasing
- 33
- ZylinderkopfCylinder head
- 44th
- ZündvorrichtungIgnition device
- 55
- MittelelektrodeCenter electrode
- 66th
- MasseelektrodeGround electrode
- 77th
- Hohlraumcavity
- 88th
- Durchbruchbreakthrough
- 99
- GasleitungGas pipe
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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- WO 2008/031482 A2 [0003]WO 2008/031482 A2 [0003]
- DE 102016120984 A1 [0004]DE 102016120984 A1 [0004]
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