DE10212998A1 - Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung - Google Patents

Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung

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Peter Hohner
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Viertakt-Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einer zentral in einem Brennraum angeordneten Kraftstoffeinpritzvorrichtung, die den Kraftstoff in Form eines Einspritzkegels in den Brennraum einbringt, sowie mit mindestens einer Zündkerze je Brennraum, deren Elektroden am Rand des Einspritzkegels angeordnet sind. DOLLAR A Es wird vorgeschlagen, dass mindestens zwei Zündkerzen vorgesehen sind, von denen die zweite Zündkerze einen deutlich größeren Elektrodenabstand aufweist als die erste Zündkerze.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Viertakt-Hubkolbenbrennkraftmaschine und ein Verfahren zum Betrieb der Viertakt-Hubkolbenbrennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Ziele der Brennkraftmaschinen-Entwicklungen sind nach wie vor, den Kraftstoffverbrauch zu senken und Abgas- und Geräuschemissionen zu reduzieren. Um sowohl hohe Drehmomentwerte und Leistungswerte als auch einen geringen Teillastverbrauch bei fremdgezündeten Ottomotoren zu erreichen, wird bei Viertakt-Hubkolbenbrennkraftmaschinen mit direkter Kraftstoffeinspritzung in den Brennraum ein Mixbetrieb innerhalb des Motorenkennfelds in der Art realisiert, dass im oberen Drehzahlbereich und Lastbereich ein Homogenbetrieb mit einem stöchiometrischen Luftverhältnis der Verbrennung und im mittleren und unteren Drehzahlbereich und Lastbereich ein Schichtladebetrieb mit einer weit gehend ungedrosselten Luftzufuhr und einer Schichtladung durchgeführt wird.
  • Um ein homogenes Kraftstoffluftgemisch zu erreichen, wird bereits sehr früh, und zwar noch während des Saughubs des Hubkolbens Kraftstoff direkt in den Brennraum der Hubkolbenbrennkraftmaschine eingespritzt. Dadurch wird die angesaugte Luftmenge gut ausgenutzt und ein hoher Mitteldruck und damit ein hoher Drehmomentwert erreicht. Bei Teillast wird durch Ladungsschichtung eine Qualitätsregelung ermöglicht, indem der Kraftstoff während des Kompressionshubs des Hubkolbens erst sehr spät in den Brennraum eingespritzt wird. In der Praxis werden Hubkolbenbrennkraftmaschinen für Kraftfahrzeuge im Wesentlichen im Teillastbereich betrieben. Deshalb sollte der Kennfeldbereich für die wesentlichen Fahrzustände durch den Kennfeldbereich mit einer verbrauchsgünstigen Ladungsschichtung übereinstimmen.
  • Bei Brennverfahren für Hubkolbenbrennkraftmaschinen mit einer Direkteinspritzung von Ottokraftstoffen unterscheidet man zwischen drei Grundmustern, nämlich einem strahlgeführten Verfahren, einem wandgeführten Verfahren und einem luftgeführten Verfahren. Je nach Verfahren sind die Eigenschaften des Kraftstoffstrahls, die Brennraumgeometrie und die Ladungsbewegung wichtige Einflußgrößen. Ein strahlgeführtes Verfahren ist durch die enge räumliche Zuordnung der Kraftstoffeinspritzvorrichtung und der Zündkerzen gekennzeichnet. Die über die Kraftstoffeinspritzvorrichtung in den Brennraum eingespritzte Kraftstoffwolke bildet eine kompakte Zone aus, in die verwirbelte Luft begrenzt eingemischt wird. Für die Beherrschung des Schichtungsprofils muss die räumliche Anordnung von Kraftstoffeinspritzvorrichtung und Zündkerze exakt abgestimmt werden, da zum Zündzeitpunkt an einer Zündkerze ein zündfähiges Gemisch vorliegen muss.
  • Aus der DE 197 30 908 A1 ist eine gattungsgemäße Viertakt- Hubkolbenbrennkraftmaschine bekannt. Sie wird in einem Teil ihres Betriebskennfelds, vorzugsweise im Leerlauf und niedrigem Drehzahl- und Lastbereich, in einem Schichtladungsbetrieb und im übrigen Kennfeld in einem Homogenbetrieb gefahren. Im Schichtladungsbetrieb wird am Ende des Verdichtungshubs die erforderliche Kraftstoffmenge in den Brennraum eingespritzt, wodurch sich eine Gemischwolke mit Schichten unterschiedlicher Kraftstoffluftverhältnisse bildet. Dabei entsteht am Rand des Einspritzkegels im Zusammenwirken mit einer Brennraumströmung ein zündfähiges Gemisch, das durch einen Zündfunken zwischen den Elektroden einer Zündkerze entflammt wird. Ist das Kraftstoffluftgemisch zu fett oder zu mager, d. h. entspricht es nicht im Wesentlichen einem stöchiometrischen Gemisch, ist es nicht zündfähig. Damit der Zündfunke die Zylinderladung sicher entflammt, wird die Funkendauer im Schichtladungsbetrieb gegenüber dem Homogenbetrieb verlängert.
  • Im Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine mit einer homogenen Gemischbildung wird der Kraftstoff überwiegend bereits im Ansaugtakt in den Zylinder eingespritzt, wobei auf Grund der guten Gemischaufbereitung zum Zündzeitpunkt nur entflammbares Gemisch zwischen den Elektroden vorliegt und eine minimale Funkendauer von etwa 0,1 Millisekunden zur Zündung ausreicht. Es ist eine Steuereinheit vorgesehen, die unter Zugrundelegen mindestens eines Betriebsparameters der Brennkraftmaschine ein Steuersignal mit Aussage über die Funkendauer erzeugt und der Zündanlage zuführt.
  • Für einen aussetzfreien Schichtladungsbetrieb der Brennkraftmaschine ist es erforderlich, dass die Zündkerze in den Randbereich des Einspritzkegels ragt, da lediglich in diesem Bereich zündfähiges Gemisch auftritt. Kommt es z. B. durch Verkoken der Einspritzdüse zu einer ungewollten Veränderung des Kegelwinkels, unter dem der Einspritzkegel des Kraftstoffs in den Brennraum reicht, entstehen Verbrennungsaussetzer, da der Zündfunke sich nicht mehr im Bereich eines zündfähigen Gemischs befindet.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei einer Viertakt- Hubkolbenbrennkraftmaschine mit Fremdzündung, die in einem Homogenbetrieb und einem Schichtladungsbetrieb betrieben wird, die Zündsicherheit des Kraftstoffluftgemisches im Brennraum zu verbessern. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Nach der Erfindung sind mindestens zwei Zündkerzen je Brennraum vorgesehen, von denen die zweite Zündkerze einen deutlich größeren Elektrodenabstand aufweist als die erste Zündkerze. Der größere Elektrodenabstand der Zündkerze und der daraus resultierende längere Zündfunke kann einer veränderten Einspritzstrahlcharakteristik entgegenwirken, die durch Verkoken der Einspritzdüse entstehen kann, indem sie eine bessere Gemischzugänglichkeit ermöglicht und eine größere Randzone des Einspritzkegels abdeckt. Ein größerer Elektrodenabstand der Zündkerze führt aber auf Grund des Paschengesetzes zu einer größeren Durchbruchspannung des Funkens. Diese wird für die Erzeugung des Funkens benötigt. Sie ist abhängig vom Produkt aus dem Zylinderdruck zum Zündzeitpunkt und dem Elektrodenabstand der Zündkerze. Nach dem Funkendurchbruch fällt die Spannung, die zum Aufrechterhalten des Funkens notwendig ist, auf wenige hundert Volt ab. Diese Spannung wird die Brennspannung des Funkens genannt.
  • Auf Grund eines effizienten thermischen Kreisprozesses muss das Kraftstoffluftgemisch kurz vor dem oberen Totpunkt am Ende des Verdichtungstakts entflammt werden. Da wegen des hohen Zylinderdrucks zu diesem Zeitpunkt die Durchbruchspannung relativ hoch ist, kann sie bei heute verwendeten Zündanlagen mit einer maximalen Hochspannung von typischerweise 32 kV nur für Zündkerzen mit einem Elektrodenabstand von einem Millimeter gewährleistet werden. Nur die Zündkerze mit dem kleinen Elektrodenabstand besitzt unter diesen Umständen eine sehr große Zündsicherheit. Sie wird daher insbesondere dem Homogenbetrieb zugeordnet, bei dem die räumliche Zuordnung zwischen dem Einspritzkegel des Kraftstoffs und der Zündkerze von untergeordneter Bedeutung ist, jedoch auf Grund des zündfähigen, stöchiometrischen Kraftstoffluftgemisches im Zylinder der Zündzeitpunkt, bei dem der Kraftstoff unverzüglich entflammt wird, kurz vor dem oberen Totpunkt des Kolbens liegen muss. Ferner wird der Homogenbetrieb im Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine eingesetzt, in dem die Brennkraftmaschine zum Klopfen neigt. Um die Klopfneigung zu verringern, wird die Zündkerze mit dem kleineren Elektrodenabstand zweckmäßigerweise zur Auslassseite des Brennraums hin angeordnet, so dass die Zündkerze mit dem größeren Elektrodenabstand mehr zur Einlassseite des Brennraums hin angeordnet wird.
  • Zweckmäßigerweise wird der kleinere Elektrodenabstand etwa ein Millimeter und der größere Elektrodenabstand etwa drei Millimeter betragen. Da bei einem großen Elektrodenabstand von beispielsweise drei Millimetern die Durchbruchspannung mit heute verwendeten Zündanlagen am Ende des Verdichtungstakts nicht mehr mit Sicherheit erreicht werden kann, wird ein Verfahren zum Betrieb einer Viertakt- Hubkolbenbrennkraftmaschine vorgeschlagen, bei dem in einem Schichtladungsbetrieb die Zündkerzen mit dem größeren Elektrodenabstand bereits zu einem Zündzeitpunkt gezündet werden, bevor ihre Durchbruchspannung eine von einer Zündanlage maximal zu erzeugende Zündspannung überschreitet. Der Kraftstoff wird nach dem Zündzeitpunkt während einer Funkendauer mit einem Einspritzbeginn kurz vor dem oberen Totpunkt in den Brennraum eingespritzt, während in einem Homogenbetrieb der Kraftstoff vor einem Zündzeitpunkt der Zündkerze mit dem kleineren Elektrodenabstand überwiegend schon während eines Ansaugtakts in den Brennraum bzw. Zylinder eingespritzt wird. Dabei arbeiten die Zündkerzen mit dem größeren Elektrodenabstand ausschließlich während des Schichtladungsbetriebs, so dass sie zum Entzünden des homogenen Kraftstoffluftgemischs während des Homogenbetriebs nicht beitragen. Die Zündkerzen mit dem geringeren Elektrodenabstand arbeiten vorzugsweise während des Homogenbetriebs. Sie können aber auch zur Verbesserung des Verbrennungsablaufs während des Schichtladungsbetriebs gezündet werden.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Zündkerzen mit dem größeren Elektrodenabstand im Schichtladungsbetriebs bereits bei einem relativ niedrigen Verdichtungsdruck gezündet, bei dem die Zündanlage in der Lage ist, die erforderliche Durchbruchspannung zu erzeugen. Die Zündanlage hält anschließend die deutlich niedrigere Brennspannung des Funkens aufrecht, bis der Kraftstoff kurz vor dem oberen Totpunkt eingespritzt wird und mit Sicherheit mit einem zündfähigen Gemischanteil auf den langen Zündfunken trifft. Das charakteristische des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass im Homogenbetrieb der Entflammpunkt des Kraftstoffluftgemischs durch den Zündzeitpunkt der Zündkerze mit dem geringeren Elektrodenabstand bestimmt wird, während im Schichtladungsbetrieb der Entflammpunkt im Wesentlichen durch den Einspritzzeitpunkt des Kraftstoffs festgelegt ist. Um die Standfestigkeit der Zündkerze mit dem größeren Elektrodenabstand zu verbessern und den erforderlichen Energieaufwand zu reduzieren wird in Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagen, die Funkendauer der Zündkerzen mit dem größeren Elektrodenabstand nach dem Zündzeitpunkt zunächst mit minimaler Energie aufrecht zu erhalten und mit Beginn der Kraftstoffeinspritzung den Funkenstrom und damit die Energie zu erhöhen. Dadurch wird die Zündung des Kraftstoffluftgemischs mit einem relativ geringen Energieaufwand intensiviert.
  • Bevorzugt wird eine Zündanlage verwendet, welche eine steuerbare Funkendauer bereitstellen kann. Zweckmäßigerweise wird eine Wechselspannungs-Zündanlage verwendet, mit der die Funkendauer steuerbar ist.
  • Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
  • Es zeigt:
  • Fig. 1 einen schematischen Teilschnitt durch eine Zylindereinheit einer Viertakt-Hubkolbenbrennkraftmaschine,
  • Fig. 2 ein Diagramm eines Verlaufs einer Funkenspannung über der Funkendauer,
  • Fig. 3 ein Diagramm eines Verlaufs einer Durchbruchspannung und eines Zylinderdrucks über einer Kolbenposition und
  • Fig. 4 ein Schaubild über einen zeitlichen Ablauf einer Kraftstoffeinspritzung und Zündung im Schichtladungsbetrieb und Homogenbetrieb.
  • Von einer Viertakt-Hubkolbenbrennkraftmaschine ist in Fig. 1 eine Zylindereinheit in einem teilweisen Längsschnitt schematisch dargestellt. Sie besitzt einen Zylinder 1, in dem sich ein Kolben 2 in an sich in bekannter Weise im Viertaktverfahren auf und ab bewegt. Der Kolben 2 begrenzt einen Brennraum 3, der zu einem nicht näher dargestellten Zylinderkopf hin eine dachförmige Innenkontur aufweist. Von dieser Kontur aus ragen in den Brennraum 3 eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 4, der über eine Kraftstoffleitung 5 Kraftstoff zugeführt wird. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 4 ist zentral im Brennraum 3 auf der Längsachse des Zylinders 1 und des Kolbens 2 angeordnet und spritzt den Kraftstoff in Form eines Einspritzkegels 6 ein, der sich zum Kolben 2 hin erweitert. Zu beiden Seiten des Einspritzkegels 6 sind Zündkerzen 7 und 8 angeordnet, die über Zündleitungen 11 mit einer nicht näher dargestellten Zündanlage verbunden sind und mit der erforderlichen Hochspannung zum Zündzeitpunkt versorgt werden. Die Zündanlage ist zweckmäßigerweise eine Wechselspannungs-Zündanlage mit der die Funkendauer 24, 29 (Fig. 4) steuerbar ist. Es ist denkbar, dass jede andere Zündanlage verwendet werden kann, die ebenfalls eine steuerbare Funkendauer abgibt.
  • Von den Zündkerzen 7 und 8 besitzt die Zündkerze 7 einen kleineren Elektrodenabstand 9, vorzugsweise in der Größenordnung von einem Millimeter und ist auf der Auslassseite des Brennraums 3 angeordnet, um die Klopfneigung der Brennkraftmaschine während eines Homogenbetriebs 27 (Fig. 4) zu verringern. Die zweite Zündkerze 8 besitzt einen größeren Elektrodenabstand 10, vorzugsweise in der Größenordnung von drei Millimetern. Die dem Elektrodenabstand 10 entsprechende Funkenstrecke liegt im Randbereich des Einspritzkegels 6. Auf Grund der Länge des Elektrodenabstands 10 trifft mit Sicherheit in einem Schichtladungsbetrieb 22 (Fig. 4) ein zündfähiges Gemisch auf die Funkenstrecke, selbst wenn sich die Geometrie des Einspritzkegels 6 durch Verkoken der Einspritzdüse oder durch ähnliche Umstände ändert. Die zweite Zündkerze 8 wird ausschließlich im Schichtladungsbetrieb 22 gezündet, während die erste Zündkerze 7 mit dem kleineren Elektrodenabstand 9 in allen Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine gezündet werden kann, vorzugsweise aber während des Homogenbetriebs 27 eingesetzt wird. In der Zeichnung sind zwei Zündkerzen 7 und 8 dargestellt. Grundsätzlich können aber auch mehrere Zündkerzen 7 mit kleinem Elektrodenabstand 9 und/oder mehrere Zündkerzen 8 mit einem größeren Elektrodenabstand 10 je Brennraum 3 eingesetzt werden.
  • Das Diagramm nach Fig. 2 zeigt einen Spannungsverlauf 12 der Funkenspannung über der Zeit. Zum Zündzeitpunkt 23, 30 (Fig. 4) steigt die Funkenspannung steil auf eine Durchbruchspannung 13 an und fällt anschließend, nach dem der Funke gezündet ist, in einen Bereich 14 auf eine niedrige Brennspannung ab, bis der Funke am Funkenende 15 erlischt.
  • Im Diagramm nach Fig. 3 ist über den Drehwinkel KW einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine ein Verlauf 16 des Drucks im Zylinder 1 dargestellt. Der Druck im Zylinder 1 nimmt im oberen Totpunkt des Kolbens 2, der durch den Drehwinkel 0° im Diagramm gekennzeichnet ist, einen Maximalwert ein. Entsprechend dem Druckverlauf 16 verhält sich die Durchbruchspannung der Zündkerzen 7 und 8, wobei ein Verlauf 17 die Durchbruchspannung für eine Zündkerze 8 mit einem größeren Elektrodenabstand 10 von ca. drei Millimetern charakterisiert, während ein Verlauf 18 eine Durchbruchspannung einer Zündkerze 7 mit einem kleineren Elektrodenabstand 9 von ca. einem Millimeter kennzeichnet. Mit 19 ist eine maximale Zündspannung bezeichnet, die von der Zündlage erzeugt werden kann. Aus dem Diagramm nach Fig. 3 geht hervor, dass die Durchbruchspannung 18 der Zündkerze 7 in allen Betriebsbereichen unterhalb der maximalen Durchbruchspannung 19 liegt, wodurch die Zündsicherheit der Zündkerze 7 in allen Betriebsbereichen gewährleistet ist. Demgegenüber zeigt das Diagramm, dass die Durchbruchspannung 17 der Zündkerze 8 in einem Bereich von -30 bis +35 Grad KW die maximale Zündspannung übersteigt. In diesem Bereich kann die Zündung der Zündkerze 8 nicht gewährleistet werden.
  • In Fig. 4 ist ein Schaubild gezeigt, das einen Drehwinkelbereich von -360° KW zu Beginn eines Ansaugtaktes 20 bis zu einem oberen Totpunkt OT am Ende eines Verdichtungstaktes 21 umfasst. Der obere Totpunkt OT am Ende des Verdichtungstaktes 21 entspricht einem Drehwinkel von 0° KW. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb der Viertakt-Hubkolbenbrennkraftmaschine wird in einem Homogenbetrieb 27 der Kraftstoff während einer Kraftstoffeinspritzung 28 bereits während des Ansaugtakts 20 in den Brennraum 3 eingebracht. Dort bildet sich auf Grund der relativ langen Verweilzeit ein homogenes Kraftstoffluftgemisch aus, das kurz vor dem oberen Totpunkt OT zum Zündzeitpunkt 30 durch die Zündkerze 7 mit dem kleineren Elektrodenabstand 9 entflammt wird. Die Durchbruchspannung 18 liegt dabei unterhalb der maximalen Zündspannung 19, wie es sich aus Fig. 3 ergibt. Nach einer kurzen Funkendauer 29 erlischt der Funke an der Zündkerze 7.
  • In dem Schichtladungsbetrieb 22 der Brennkraftmaschine, der im Wesentlichen im Leerlauf und im unteren Drehzahl- und Lastbereich der Brennkraftmaschine stattfindet, wird die Zündkerze 8 mit dem größeren Elektrodenabstand 10 bereits in einem Kurbelwinkelbereich gezündet, in dem die Durchbruchspannung 17 unterhalb der maximalen Zündspannung 19 liegt (vgl. Fig. 3). Anschließend wird der Funke im Bereich der Brennspannung 14 mit einer geringen Spannung aufrechterhalten, die allerdings zweckmäßigerweise zu Beginn der Kraftstoffeinspritzung 25 erhöht wird. Da zum Zündzeitpunkt 23 noch kein Kraftstoff im Brennraum 3 vorhanden ist, leitet der Zündzeitpunkt 23 nicht die Verbrennung des Kraftstoffluftgemischs ein, vielmehr wird der Entflammpunkt 26 des Kraftstoffluftgemisch im Wesentlichen durch den Beginn der Kraftstoffeinspritzung 25 bestimmt, der kurz vor dem oberen Totpunkt OT am Ende des Verdichtungstakts 21 liegt. Somit kann mit wenig Bauaufwand für die Zündanlage und mit wenig Energie die Zündsicherheit im Schichtladungsbetrieb 22 verbessert und über die Lebensdauer der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 4 gesichert werden.

Claims (8)

1. Viertakt-Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einer zentral in einem Brennraum angeordneten Kraftstoffeinspritzvorrichtung, die den Kraftstoff in Form eines Einspritzkegels in den Brennraum einbringt, sowie mit mindestens einer Zündkerze je Brennraum, deren Elektroden am Rand des Einspritzkegels angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Zündkerzen (7, 8) vorgesehen sind, von denen die zweite Zündkerze (8) einen deutlich größeren Elektrodenabstand (10) aufweist als die erste Zündkerze (7).
2. Viertakt-Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündkerze (7) mit dem kleineren Elektrodenabstand (9) zur Auslassseite des Brennraums (3) hin angeordnet ist.
3. Viertakt-Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der kleinere Elektrodenabstand (9) etwa 1 mm und der größere Elektrodenabstand (10) etwa 3 mm betragen.
4. Viertakt-Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der größere Elektrodenabstand (10) in dem Randbereich des Einspritzkegels (6) angeordnet sind.
5. Viertakt-Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet durch eine Zündanlage mit einer steuerbaren Funkendauer.
6. Viertakt-Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündanlage eine Wechselspannungs-Zündanlage ist.
7. Verfahren zum Betrieb einer Viertakt-Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie in einigen Betriebsbereichen in einem Schichtladungsbetrieb (22) betrieben wird, bei dem die Zündkerzen (8) mit dem größeren Elektrodenabstand (10) bereits zu einem Zündzeitpunkt (23) gezündet werden, bevor eine Durchbruchspannung (13) eine von einer Zündanlage maximal zu erzeugende Zündspannung (19) überschreitet und der Kraftstoff nach dem Zündzeitpunkt (23) während einer Funkendauer (24) mit einem Einspritzbeginn kurz vor dem oberer Totpunkt (OT) in den Brennraum (3) eingespritzt wird, wohingegen sie in anderen Betriebsbereichen in einem Homogenbetrieb (27) betrieben wird, bei dem der Kraftstoff vor einem Zündzeitpunkt (30) der anderen Zündkerzen (7) überwiegend während eines Ansaugtakts (20) in den Brennraum (3) eingespritzt wird, wobei die Zündkerzen (8) mit dem größeren Elektrodenabstand (10) ausschließlich während des Schichtladungsbetriebs (22) arbeiten.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Funkendauer (24) der Zündkerzen (8) mit dem größeren Elektrodenabstand (10) nach dem Zündzeitpunkt (23) zunächst mit minimaler Energie aufrechterhalten und mit dem Beginn der Kraftstoffeinspritzung (25) der Funkenstrom erhöht wird.
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4550018B2 (ja) * 2006-06-23 2010-09-22 本田技研工業株式会社 車両用内燃機関
CN102493906A (zh) * 2011-12-05 2012-06-13 北京理工大学 一种用于直喷点燃式氢内燃机的点火系统
JP6337877B2 (ja) * 2015-12-10 2018-06-06 マツダ株式会社 内燃機関の燃焼室構造
JP6753327B2 (ja) * 2017-02-06 2020-09-09 株式会社デンソー 点火制御システム
FR3112169B1 (fr) * 2020-07-01 2022-07-15 Psa Automobiles Sa Moteur a combustion interne a essence a allumage par compression assiste

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1481169A (en) * 1974-08-05 1977-07-27 Lucas Electrical Ltd Spark ignition systems
JPH0670368B2 (ja) * 1985-04-23 1994-09-07 マツダ株式会社 火花点火式エンジン
JPH0481577A (ja) * 1990-07-25 1992-03-16 Toyota Motor Corp 火花点火機関
US5327864A (en) * 1993-03-08 1994-07-12 Chrysler Corporation Stratified-charge internal combustion engine with fuel injection and dual ignition
JP3777660B2 (ja) * 1996-07-09 2006-05-24 日産自動車株式会社 筒内直接噴射式火花点火内燃機関
JPH1030442A (ja) * 1996-07-16 1998-02-03 Nippon Soken Inc 筒内直接燃料噴射式火花点火内燃機関
DE19730908C2 (de) 1997-07-18 2002-11-28 Daimler Chrysler Ag Verfahren zum Betrieb einer direkteinspritzenden Otto-Brennkraftmaschine
JPH1182029A (ja) * 1997-09-04 1999-03-26 Nippon Soken Inc 内燃機関の成層燃焼方法
DE19919642C2 (de) * 1999-04-30 2002-12-05 Daimler Chrysler Ag Vorrichtung zum Zünden von Kraftstoff beim schichtbetriebenen Ottomotor

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