DE10321794A1 - Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine Download PDF

Info

Publication number
DE10321794A1
DE10321794A1 DE10321794A DE10321794A DE10321794A1 DE 10321794 A1 DE10321794 A1 DE 10321794A1 DE 10321794 A DE10321794 A DE 10321794A DE 10321794 A DE10321794 A DE 10321794A DE 10321794 A1 DE10321794 A1 DE 10321794A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
fuel
air mixture
amount
injection
combustion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE10321794A
Other languages
English (en)
Inventor
Jürgen Ringler
Wolfgang Strobl
Andreas Dr. Schüers
Helmut Prof. Dr. Eichlseder
Andreas Prof. Dr. Wimmer
Thomas Wallner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke AG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
Priority to DE10321794A priority Critical patent/DE10321794A1/de
Priority to PCT/EP2004/004929 priority patent/WO2004101972A1/de
Publication of DE10321794A1 publication Critical patent/DE10321794A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M21/00—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form
    • F02M21/02—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels
    • F02M21/0203—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels characterised by the type of gaseous fuel
    • F02M21/0206—Non-hydrocarbon fuels, e.g. hydrogen, ammonia or carbon monoxide
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B43/00—Engines characterised by operating on gaseous fuels; Plants including such engines
    • F02B43/10—Engines or plants characterised by use of other specific gases, e.g. acetylene, oxyhydrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/02—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with gaseous fuels
    • F02D19/021—Control of components of the fuel supply system
    • F02D19/023—Control of components of the fuel supply system to adjust the fuel mass or volume flow
    • F02D19/024—Control of components of the fuel supply system to adjust the fuel mass or volume flow by controlling fuel injectors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0025—Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D41/0027—Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures the fuel being gaseous
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M21/00—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form
    • F02M21/02—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels
    • F02M21/0218—Details on the gaseous fuel supply system, e.g. tanks, valves, pipes, pumps, rails, injectors or mixers
    • F02M21/0248—Injectors
    • F02M21/0275—Injectors for in-cylinder direct injection, e.g. injector combined with spark plug
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/12—Other methods of operation
    • F02B2075/125—Direct injection in the combustion chamber for spark ignition engines, i.e. not in pre-combustion chamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/38—Controlling fuel injection of the high pressure type
    • F02D41/40—Controlling fuel injection of the high pressure type with means for controlling injection timing or duration
    • F02D41/402—Multiple injections
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Abstract

Verfahren zum Betreiben einer gasbetriebenen, insbesondere wasserstoffbetriebenen, Brennkraftmaschine mit einer Einrichtung zum Einblasen des Kraftstoffes in den Brennraum und einer Einrichtung zum Zünden des Kraftstoff-Luft-Gemisches, bei welchem wenigstens eine erste Kraftstoffmenge in den Brennraum eingeblasen wird, wobei sich ein Kraftstoff-Luft-Gemisch bildet, das Kraftstoff-Luft-Gemisch gezündet wird und wenigstens eine zweite Kraftstoffmenge in das brennende Kraftstoff-Luft-Gemisch eingeblasen wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer gasbetriebenen, insbesondere wasserstoffbetriebenen, Brennkraftmaschine mit einer Einrichtung zum Einblasen des Kraftstoffes in den Brennraum und einer Einrichtung zum Zünden des Kraftstoff-Luft-Gemisches.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter einer gasbetriebenen Brennkraftmaschine in Abgrenzung zu einer benzin- oder dieselbetriebenen Brennkraftmaschine ein Betrieb mit einem Brennstoff verstanden, welcher vergleichsweise weite Zündgrenzen aufweist, wie Wasserstoff oder wasserstoffhaltige Gasgemische, welche insbesondere auch Kohlenmonoxid und/oder -dioxid und/oder Stickstoff und/oder Methan umfassen, wobei Wasserstoff nicht notwendigerweise den größten Anteil innehaben muss.
  • Ein derartiges Verfahren ist aus der DE 37 31 986 A1 bekannt. Ausgehend von der Problematik, eine Brennkraftmaschine mit Wasserstoff (H2) so zu betreiben, dass einerseits die Stickoxidemission (NOx-Emission) soweit wie möglich herabgesetzt wird und andererseits eine einfache Leistungsregelung möglich ist, schlägt die DE 37 31 986 A1 vor, die äußere Gemischbildung, bei welcher der Kraftstoff der Ansaugluft zugeführt und so ein Kraftstoff-Luft-Gemisch außerhalb des Brennraumes gebildet wird, in einem Hybridverfahren mit der inneren Gemischbildung, bei welcher der Kraftstoff unmittelbar in den Brennraum eingeblasen wird, zu kombinieren. Gemäß der DE 37 31 986 A1 ist zur Kraftstoffeinblasung in die Ansaugleitung bei äußerer Gemischbildung ein erster Injektor und zur Kraftstoffeinblasung in den Brennraum bei innerer Gemischbildung ein zweiter Injektor vorgesehen, eine Steuerung der Injektoren erfolgt mittels der Motorsteuerung.
  • Auch wenn mit dem Verfahren nach der DE 37 31 986 A1 eine Reihe von Vorteilen einer zweistufigen Kraftstoffeinbringung vor und nach der Zündung erreicht werden, ergeben sich bedingt durch die äußere Gemischbildung viele Nachteile. Beispielsweise muss mit erheblichen Leistungseinbussen aufgrund des Verdrängungseffektes gerechnet werden. Das – erhebliche – Volumen H2, welches durch äußere Gemischbildung eingebracht wird, verdrängt ein entsprechendes Volumen Luft, so dass im befüllten Brennraum entsprechend weniger Sauerstoff zur Verfügung steht. Ferner können am heißen Restgas oder an heißen Stellen im Brennraum unkontrollierte Frühzündungen des Kraftstoff-Luft-Gemisches auftreten. Zu Optimierung der Verbrennung kann die über äußere Gemischbildung zugeführte Kraftstoffmenge nur in Grenzen verändert werden. Eine Beeinflussung der Verbrennungsführung über Einblasezeitpunkt und -druck ist nicht möglich.
    •
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes Verfahren bereitzustellen, welches unter Vermeidung der Nachteile einer äußeren Gemischbildung die Vorteile einer mehrstufigen Kraftstoffeinbringung vor und nach der Zündung in sich vereinigt.
  • Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit den Merkmalen des Anspruchs 1, wobei gemäß der zugrundeliegenden Idee wenigstens eine erste Kraftstoffmenge in den Brennraum eingeblasen wird, wobei sich ein Kraftstoff-Luft-Gemisch bildet, das Kraftstoff-Luft-Gemisch gezündet wird und wenigstens eine zweite Kraftstoffmenge in das brennende Kraftstoff-Luft-Gemisch eingeblasen wird.
  • Besonders bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung weist das mit der wenigstens einen ersten Kraftstoffmenge gebildete Kraftstoff-Luft-Gemisch einen Luftüberschuss auf, so dass mit der ersten Kraftstoffmenge ein Kraftstoff-Luft-Gemisch mit einem Luftverhältnis λ > 1 gebildet wird.
  • Bei einem Verfahren bei welchem bei der Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches der Verlauf der Stickoxoid-Emissionen (NOx-Emissionen) in Abhängigkeit des Luftverhältnisses (λ) ausgehend von einem stöchiometrischen Luftverhältnis (λ = 1) in Richtung größerer λ-Werte ansteigt, einen Maximalwert erreicht und im folgenden auf einen vernachlässigbares Niveau absinkt, weist zweckmäßigerweise das mit der wenigstens einen ersten Kraftstoffmenge gebildete Kraftstoff-Luft-Gemisch ein Luftverhältnis (λ) auf, welches zumindest annähernd im Bereich des Überganges zum vernachlässigbaren Niveau liegt.
  • Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens weist das mit der wenigstens einen ersten Kraftstoffmenge gebildete Kraftstoff-Luft-Gemisch ein Luftverhältnis (λ) im Bereich 1,5 < λ < 2,7, insbesondere im Bereich 1,8 < λ < 2,4, auf.
  • Als sehr vorteilhaft wird es angesehen, wenn die Bestimmung der Einblaseparameter wie Zeitpunkt, Dauer oder Menge/Zeit der wenigstens einen ersten Kraftstoffmenge in Hinblick auf eine optimierte Homogenisierung des Kraftstoff-Luft-Gemisches erfolgt.
  • Zweckmäßigerweise beginnt die Einblasung der wenigstens einen ersten Kraftstoffmenge nach dem Schließen des Einlassventils und/oder die Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches erfolgt zumindest annähernd im Bereich des oberen Totpunktes (OT), wobei gemäß einer weiteren, ebenfalls zu bevorzugenden Ausgestaltung die Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches auch vor erreichten des oberen Totpunktes (OT) erfolgen kann.
  • Ferner wird es als besonders vorteilhaft angesehen, wenn die Einblasung der wenigstens einen zweiten Kraftstoffmenge abhängig von der Brenngeschwindigkeit und/oder dem Brennverlauf des Kraftstoff-Luft-Gemisches, beispielsweise 0–30° Kurbelwellenwinkel, insbesondere 7–23° Kurbelwellenwinkel, nach OT, erfolgt. Bevorzugt wird zudem die Abhängigkeit der wenigstens einen zweiten Einblasmenge vom Lasthebel, wobei erst ab einem Lasthebel von ca. 50% in Richtung 100% Lasthebel eine zunehmende Menge Kraftstoff eingeblasen wird.
  • Einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zufolge korreliert das Einblasende der wenigstens einen ersten Kraftstoffmenge mit dem Einblasbeginn der wenigstens einen zweiten Kraftstoffmenge zumindest annähernd.
  • Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird insbesondere die hohe Zündwilligkeit des Brennstoffes bei sehr weiten Zündgrenzen genutzt, wobei die Verbrennung mittels Fremdzündung initiiert wird und eine Druck-/Brennverlaufsformung über die Einblasestrategie, d.h. über die Regulierung der Kraftstoffmenge vor und nach der Zündung erfolgt, ohne das dabei Rußbildung auftritt.
  • In der Teillast sind weiterhin eine sehr homogene Verbrennung mit Luftüberschuss und damit ein qualitätsgeregelter Betrieb des Motors möglich. Der Wirkungsgradvorteil durch Betrieb bei hohem Luftverhältnis und ohne Drosselverluste bleibt weiter bestehen.
  • Der Zündzeitpunkt kann beliebig zur Optimierung von Wirkungsgrad und Leistung gewählt werden.
  • Es ist eine hohe dieselähnliche Verdichtung zur weiteren Steigerung des Motorwirkungsgrades umsetzbar, nachdem Klopfphänomene über die Einblasestrategie in der Volllast beherrschbar werden. Durch die Einbringung nur einer Teilmenge vor Zündung wird das Klopfverhalten deutlich verbessert, da eine reduzierte Zündwilligkeit bei mageren Gemischen mit den angeführten Kraftstoffen, wie Wasserstoff, vorliegt und die zur Volllast erforderlich Zusatzmenge erst direkt in die Verbrennung eingebracht wird.
  • Aus gleichem Grund ist auch eine Aufladung des Motors zur Steigerung der Leistungsdichte wie bei Dieselmotoren und eine Umsetzung von Downsizing-Ansätzen zur weiteren Verbrauchsverbesserung darstellbar, ohne dass wirkungsgradungünstige Zündzeitpunke zur Vermeidung von Klopfphänomenen in der Volllast in Kauf genommen werden müssen.
  • Im Vergleich zu konventionellen Dieselmotoren ermöglicht dieses Brennverfahren trotz Einblasung in die Verbrennung und dem damit nur kurzen Zeitraum für Kraftstoffeinbringung, Gemischaufbereitung und Verbrennung ohne die Bildung von Ruß ähnliche Drehzahlen wie bei einem Ottomotor, da der Anteil an zuzuführenden Kraftstoff direkt in die Verbrennung nicht so groß ist wie bei konventionellen Dieselmotoren und da durch die voreingebrachte Kraftstoffmenge bereits ein sehr zündwilliges und verbrennungsförderndes homogenes Kraftstoff-/Luftgemisch im Brennraum vorliegt.
  • Ferner lassen die Zündwilligkeit und Verbrennungseigenschaften, beispielsweise die höhere Brenngeschwindigkeit, der angeführten Kraftstoffe eine schnellere Umsetzung selbst bei nicht vorgemischter Verbrennung zu und die turbulenten Strömungsbedingungen im Brennraum können explizit auf die Verbrennung der nach Zündung eingebrachten Kraftstoffmenge optimiert werden, so dass auch von dieser Seite hohe Drehzahlen ermöglicht sind.
  • Über die Verbrennungssteuerung können extreme dieselähnliche Druckanstiege und Spitzendrücke im Brennraum unterbunden werden. Die moderateren Druckverläufe liegen beispielsweise im Bereich dp/da = 4–6 bar; pmax = 100–125 bar und haben eine deutlich bessere Motorakustik zu Folge.
  • Durch die Verbrennungssteuerung kann das Spitzentemperaturniveau im Brennraum deutlich reduziert werden. Auf diese Weise wird die bei Wasserstoffmotoren charakteristische exponentiell unterhalb eines Luftverhältnissen von λ = 2 ansteigende NOx-Bildung durch zu hohe Brennraumtemperaturen unterbunden. Messungen haben bereits eine Reduzierung der Stickoxidemissionen in ausgewählten Betriebspunkten von über 90% ergeben.
  • Die geringere druck- und temperaturseitige Belastung über die Verbrennungssteuerung ermöglicht ein ottoähnliche Bauteilauslegung. Trotz hoher Verdichtung treten daher dieselähnliche Reibleistungen und die damit verbundene Verminderung des effektiven Wirkungsgrades nicht auf.
  • Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gezielt Einfluss auf den Verbrennungsablauf, insbesondere auf den Verbrennungsstart und die Druckverlaufsform, genommen werden kann, so dass sowohl eine hohe Leistungsdichte, entsprechend einer hohen Drehzahl, eine geringe Reibleistung sowie aufgrund geringerer Druckanstiege und Spitzendrücke ein weicheres Motorgeräusch als auch bedingt durch das hohe Verdichtungsverhältnis ein hoher Wirkungsgrad sowie ein hohes Drehmoment erreicht werden und zugleich die Bildung von Stickoxiden bei zu hohen Motorlasten deutlich reduziert werden kann.
    •
  • Nachfolgend ist unter Bezugnahme auf Figuren eine besonders bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens näher erläutert, dabei zeigen schematisch und beispielhaft
  • 1 einen Druckverlauf bei zweistufiger Kraftstoffeinblasung vor und nach Fremdzündung,
  • 2 Druckverläufe bei Einfach- und Mehrfacheinblasung im Vergleich,
  • 3a eine diskrete zweistufige Einblasung sowie
  • 3b eine übergehende zweistufige Einblasung.
  • 1 bezieht sich auf eine hier nicht näher dargestellte wasserstoffbetriebene Viertakt-Mehrzylinder-Brennkraftmaschine mit innerer Gemischbildung und Fremdzündung. Die Brennräume der Zylinder sind im Ladungswechseltakt jeweils über wenigstens ein Einlassventil mit Luft befüllbar, wobei die zugeführte Luft gegebenenfalls rückgeführtes Abgas und/oder alternativ oder zusätzlich weitere Beigaben enthalten kann und/oder mit erhöhtem Druck (Aufladung) zugeführt werden kann. Zur Einblasung des Kraftstoffes mit einem Druck von ca. 100 bis 300 bar ist ein Injektor vorgesehen, welcher mittels der Brennkraftmaschinensteuerung unter Einbeziehung ein Vielzahl von Parametern steuerbar ist; die Fremdzündung im Arbeitstakt erfolgt ebenfalls durch die Brennkraftmaschinensteuerung gesteuert mittels einer Zündkerze. Das verbrannte Gemisch wird über wenigsten ein Auslassventil ausgeschoben und gegebenenfalls einem Abgasnachbehandlungssystem zugeführt, wobei im vorliegenden Fall primär ein Abgasnachbehandlung hinsichtlich der emittierten Stickoxide (NOx), beispielsweise mittels eines Dreiwegekatalysators oder eines NOx-Speicherkatalysators erfolgt. Der Wasserstoff wird tiefkalt und flüssig in einem Kryotank an Board des Fahrzeuges mitgeführt und nach Verdampfung in gasförmigem Zustand in den Brennraum eingeblasen.
  • 1 zeigt in einem Diagramm 100 einen Druckverlauf 102 bei zweistufiger Kraftstoffeinblasung vor und nach Fremdzündung aufgetragen über den Kurbelwellenwinkel α und verdeutlicht die beliebige Beeinflussbarkeit des Verbrennungsablaufes mit dem erfindungsgemäßen Verfahren.
  • Über die vor Zündung eingebrachte erste Kraftstoffmenge wird der Druckanstieg bei Verbrennungsstart, der maximale Druckanstieg dp/da und der maximale Zylinderdruck pmax bestimmt, über den Zündzeitpunkt (ZZP) der Verbrennungsstart festgelegt und anschließend über die zweite, direkt der Verbrennung zugeführte Kraftstoffmenge die Dauer der dieselähnlichen Verbrennung (Gleichdruckverbrennung) bzw. Breite des Zylinderdruckverlaufs Δα beeinflusst. Je geringer dabei die erste Kraftstoffmenge, desto größer ist das Luftverhältnis λ mit der Folge, dass die Verbrennung nach Zündung kälter und langsamer abläuft und weniger Stickoxide (NOx) gebildet werden. Vorliegend ist die erste Kraftstoffmenge so bemessen, dass eine Kraftstoff-Luft-Gemisch mit 1,5 < λ < 2,7, insbesondere 1,8 < λ < 2,4 ergibt. Der Anstieg dp/da verläuft mit größerem λ flacher und es wird ein geringerer maximaler Zylinderdruck pmax erreicht. Die Zündung erfolgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel kurz vor Erreichen des oberen Totpunktes (ZOT).
  • 2 zeigt in einem Diagramm 200 Druckverläufe bei Einfacheinblasung 202 und Mehrfacheinblasung 204 bei einer wasserstoffbetriebenen Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung im Vergleich. Die Darstellung bezieht sich auf den Kurbelwellenwinkel α und umfasst eine Einblasung bei Einfacheinblasung 206 und bei Mehrfacheinblasung 208 sowie die Zündung bei Einfacheinblasung 210 und Mehrfacheinblasung 212; ZOT markiert den oberen Totpunkt, UT bezeichnet den unteren Totpunkt.
  • Betrachtet man die Einfacheinblasung 202, 206, 210 bei der die gesamte Wasserstoffmenge nach Einlassschluss, aber vor Zündung des Gemisches eingebracht wird, so fällt der deutlich höhere Druckanstieg auf sowie der höhere Maximaldruck auf. Durch die mehrfache Einblasung von Wasserstoff 208 nicht nur vor, sondern auch nach der Zündung 212 direkt in die Verbrennung wird ein moderaterer Druckverlauf 204 mit reduzierten Druckanstiegen und Zylinderspitzendruck erzielt. Bei Mehrfacheinblasung erfolgt die Zündung 212 gegenüber einer Einfacheinblasung früher, vorliegend deutlich vor Erreichen des oberen Totpunktes. Um eine Verbrennungssteuerung über eine Einblasung von Wasserstoff direkt in die Flamme durchführen zu können, sind hohe Wasserstoffversorgungsdrücke von ca. 200 bis 300 bar beispielsweise abhängig von Zylinderspitzendruck, um eine überkritische Einblasung jederzeit zu gewährleisten, erforderlich, um insbesondere beim Einblasen der ersten Kraftstoffmenge eine hohe Dynamik und daraus resultierend eine hohe Gemischhomogenität zu erreichen und beim Einblasen der zweiten Kraftstoffmenge nach Zündung auch gegenüber den im Brennraum herrschenden Drücken einen ausreichenden Einblasdruck zur Verfügung zu haben.
  • Mit den 3a und 3b sind verschiedene Einblasestrategien 300 und 350 zur Realisierung einer Verbrennungsteuerung dargestellt, wobei jeweils die eingeblasene(n) Kraftstoffmenge(n) m in Abhängigkeit vom Kurbelwellenwinkel α gezeigt sind. Der obere Totpunkt im Ladungswechseltakt ist mit WOT, der obere Totpunkt im Arbeitstakt ist mit ZOT bezeichnet, UT markiert den unteren Totpunkt. Der Zylindereinlass öffnet bei EO und schließt bei ES Gemeinsam haben beide Strategien 300, 350, dass nach der Zündung noch direkt in die Verbrennung eine Teilmenge Wasserstoff eingeblasen wird. Während allerdings in 3a eine erste Wasserstoffmenge während Δα1 über eine frühe innere Gemischbildung zugeführt wird und eine zweite Wasserstoffmenge während Δα2 nach Zündung und vorliegend auch nach ZOT eingeblasen wird, erfolgt gemäß 3b die Einbringung der ersten und zweiten H2-Menge übergehend vor und nach Zündung über einen Einblasevorgang Δα1, so dass auch von einer einzigen Einblasung mit zwischenzeitlicher Zündung gesprochen werden kann. Sowohl bei der Strategie 300 als auch bei der Strategie 350 sind die Parameter α1, Δα1, α2, Δα2 je nach Drehzahl und Lasthebel frei wählbar, wobei α1 und α2 jeweils den Einblasbeginn markieren.

Claims (12)

  1. Verfahren zum Betreiben einer gasbetriebenen, insbesondere wasserstoffbetriebenen, Brennkraftmaschine mit – einer Einrichtung zum Einblasen des Kraftstoffes in den Brennraum und – einer Einrichtung zum Zünden des Kraftstoff-Luft-Gemisches, dadurch gekennzeichnet, dass – wenigstens eine erste Kraftstoffmenge (208, Δα1) in den Brennraum eingeblasen wird, wobei sich ein Kraftstoff-Luft-Gemisch bildet, – das Kraftstoff-Luft-Gemisch gezündet wird (ZZP, 212) und – wenigstens eine zweite Kraftstoffmenge (208, Δα2) in das brennende Kraftstoff-Luft-Gemisch eingeblasen wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mit der wenigstens einen ersten Kraftstoffmenge (208, Δα2) gebildete Kraftstoff-Luft-Gemisch einen Luftüberschuss (λ > 1) aufweist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei bei der Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches der Verlauf der Stickoxoid-Emissionen (NOx-Emissionen) in Abhängigkeit des Luftverhältnisses (λ) ausgehend von einem stöchiometrischen Luftverhältnis (λ = 1) in Richtung größerer λ-Werte ansteigt, einen Maximalwert erreicht und im folgenden auf einen vernachlässigbares Niveau absinkt, dadurch gekennzeichnet, dass das mit der wenigstens einen ersten Kraftstoffmenge (208, Δα1) gebildete Kraftstoff-Luft-Gemisch ein Luftverhältnis (λ) aufweist, welches zumindest annähernd im Bereich des Überganges zum vernachlässigbaren Niveau liegt.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das mit der wenigstens einen ersten Kraftstoffmenge (208, Δα1) gebildete Kraftstoff-Luft-Gemisch ein Luftverhältnis (λ) im Bereich 1,5 < λ < 2,7, insbesondere im Bereich 1,8 < λ < 2,4, aufweist.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung der Einblasparameter wie Zeitpunkt, Dauer oder Menge/Zeit der wenigstens einen ersten Kraftstoffmenge in Hinblick auf eine optimierte Homogenisierung des Kraftstoff-Luft-Gemisches erfolgt.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einblasung der wenigstens einen ersten Kraftstoffmenge (208, Δα1) nach dem Schließen des Einlassventils (ES) beginnt.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches zumindest annähernd im Bereich des oberen Totpunktes (ZOT) erfolgt.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches vor erreichten des oberen Totpunktes (ZOT) erfolgt.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einblasung der wenigstens einen zweiten Kraftstoffmenge (208, Δα2) abhängig von der Brenngeschwindigkeit und/oder dem Brennverlauf des Kraftstoff-Luft-Gemisches erfolgt.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einblasung der wenigstens einen zweiten Kraftstoffmenge (208, Δα2) 0–30° Kurbelwellenwinkel, insbesondere 7–23° Kurbelwellenwinkel, nach ZOT erfolgt.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge der wenigstens einen zweiten Einblasung (208, Δα2) vom Lasthebel abhängig ist.
  12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einblasende der wenigstens einen ersten Kraftstoffmenge und der Einblasbeginn der wenigstens einen zweiten Kraftstoffmenge zumindest annähernd korrelieren (3b, Δα1).
DE10321794A 2003-05-14 2003-05-14 Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine Withdrawn DE10321794A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10321794A DE10321794A1 (de) 2003-05-14 2003-05-14 Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
PCT/EP2004/004929 WO2004101972A1 (de) 2003-05-14 2004-05-06 Verfahren zum betreiben einer brennkraftmaschine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10321794A DE10321794A1 (de) 2003-05-14 2003-05-14 Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE10321794A1 true DE10321794A1 (de) 2004-12-09

Family

ID=33440827

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE10321794A Withdrawn DE10321794A1 (de) 2003-05-14 2003-05-14 Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE10321794A1 (de)
WO (1) WO2004101972A1 (de)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017116648A1 (de) 2017-07-24 2019-01-24 Keyou GmbH Verbrennungskraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, sowie Verfahren zum Betreiben einer solchen Verbrennungskraftmaschine
DE102017120512A1 (de) 2017-09-06 2019-03-07 Keyou GmbH Verfahren zum Betreiben eines Gasmotors, insbesondere eines Wasserstoffmotors, insbesondere für ein Kraftfahrzeug
DE102019007221A1 (de) * 2019-10-17 2021-04-22 Man Truck & Bus Se Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
WO2022000013A1 (de) 2020-07-03 2022-01-06 Avl List Gmbh Gasbetriebene brennkraftmaschine und abgasreinigung hierfür
US11248542B2 (en) 2019-08-30 2022-02-15 Ford Global Technologies, Llc Methods and systems for a vehicle
WO2024056228A1 (de) * 2022-09-14 2024-03-21 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum betreiben eines gasinjektors

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4100399B2 (ja) * 2005-01-24 2008-06-11 トヨタ自動車株式会社 可変圧縮比内燃機関
CA2847630C (en) 2014-03-21 2015-03-03 Westport Power Inc. Method and system for operating gaseous-fuelled direct injection internal combustion engine
AT519749B1 (de) * 2017-07-07 2018-10-15 Pges Guenther Herdin Technisches Buero Gmbh Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors und Verbrennungsmotor
CN110552805A (zh) * 2019-08-27 2019-12-10 华北水利水电大学 一种氢气多次直喷内燃机燃烧控制系统和方法
KR20220166657A (ko) * 2021-06-10 2022-12-19 현대자동차주식회사 하이브리드 차량용 엔진의 제어 장치 및 방법
WO2023004017A1 (en) * 2021-07-22 2023-01-26 Achates Power, Inc. Hydrogen-powered opposed-piston engine
US11933215B2 (en) 2022-02-21 2024-03-19 Achates Power, Inc. Hydrogen opposed-piston engine

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE137514C (de) *
DE3007664A1 (de) * 1980-02-29 1981-09-10 Daimler-Benz Ag, 7000 Stuttgart Verfahren zum betreiben einer mit homogenem gas betriebenen fremdgezuendeten brennkraftmaschine
DE3731986A1 (de) * 1987-09-23 1989-04-13 Deutsche Forsch Luft Raumfahrt Verfahren zum betrieb eines verbrennungsmotors mit wasserstoff als kraftstoff und verbrennungsmotor fuer dieses verfahren

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5609131A (en) * 1995-10-11 1997-03-11 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The U.S. Environmental Protection Agency Multi-stage combustion engine
WO2001059285A2 (en) * 2000-02-11 2001-08-16 Westport Research Inc. Method and apparatus for gaseous fuel introduction and controlling combustion in an internal combustion engine
US6640773B2 (en) * 2000-12-26 2003-11-04 Westport Research Inc. Method and apparatus for gaseous fuel introduction and controlling combustion in an internal combustion engine
DE10052336B4 (de) * 2000-10-22 2004-04-22 Westport Germany Gmbh Brennkraftmaschine mit Einblasung von gasförmigem Kraftstoff

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE137514C (de) *
DE3007664A1 (de) * 1980-02-29 1981-09-10 Daimler-Benz Ag, 7000 Stuttgart Verfahren zum betreiben einer mit homogenem gas betriebenen fremdgezuendeten brennkraftmaschine
DE3731986A1 (de) * 1987-09-23 1989-04-13 Deutsche Forsch Luft Raumfahrt Verfahren zum betrieb eines verbrennungsmotors mit wasserstoff als kraftstoff und verbrennungsmotor fuer dieses verfahren

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JORACH,R.,et.al.: Development of a Low-no, Truck Hydrogen Engine with high Specific Power Output. In: Int.Journ.Hydrogen Energy, Vol.22,No.4,S.423-427,1997 *
JORACH,R.,et.al.: Development of a Low-no, Truck Hydrogen Engine with high Specific Power Output. In: Int.Journ.Hydrogen Energy, Vol.22,No.4,S.423-427,1997;

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017116648A1 (de) 2017-07-24 2019-01-24 Keyou GmbH Verbrennungskraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, sowie Verfahren zum Betreiben einer solchen Verbrennungskraftmaschine
WO2019020647A1 (de) 2017-07-24 2019-01-31 Keyou GmbH Verbrennungskraftmaschine, insbesondere für ein kraftfahrzeug, sowie verfahren zum betreiben einer solchen verbrennungskraftmaschine
DE102017120512A1 (de) 2017-09-06 2019-03-07 Keyou GmbH Verfahren zum Betreiben eines Gasmotors, insbesondere eines Wasserstoffmotors, insbesondere für ein Kraftfahrzeug
WO2019048454A1 (de) 2017-09-06 2019-03-14 Keyou GmbH Verfahren zum betreiben eines gasmotors
US11268460B2 (en) 2017-09-06 2022-03-08 Keyou GmbH Method for operating a gas engine
DE102017120512B4 (de) 2017-09-06 2022-09-29 Keyou GmbH Verfahren zum Betreiben eines Wasserstoffmotors für ein Kraftfahrzeug
US11248542B2 (en) 2019-08-30 2022-02-15 Ford Global Technologies, Llc Methods and systems for a vehicle
DE102019007221A1 (de) * 2019-10-17 2021-04-22 Man Truck & Bus Se Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
WO2022000013A1 (de) 2020-07-03 2022-01-06 Avl List Gmbh Gasbetriebene brennkraftmaschine und abgasreinigung hierfür
WO2024056228A1 (de) * 2022-09-14 2024-03-21 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum betreiben eines gasinjektors

Also Published As

Publication number Publication date
WO2004101972A1 (de) 2004-11-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112006003590B4 (de) Verdichtungszündungseinleitungsvorrichtung und Verbrennungsmotor, der diese verwendet
DE10147529B4 (de) Verfahren zum Betreiben einer mit selbstzündbarem Kraftstoff betriebenen Brennkraftmaschine
DE102006007279B4 (de) Kompressionsgezündeter Verbrennungsmotor und Betriebsverfahren
DE10161551B4 (de) Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
DE4419429C2 (de) Verfahren zum Betreiben einer selbstzündenden gemischverdichtenden Brennkraftmaschine und Brennkraftmaschine zur Anwendung des Verfahrens
EP1608856A1 (de) Brennkraftmaschine mit selbstz ndung
DE102018101890A1 (de) Verbrennungsmotor
WO2007031157A1 (de) Verfahren zum betrieb einer fremdgezündeten brennkraftmaschine
WO2012045452A2 (de) Betriebsverfahren mit wassereinspritzung
WO2010149362A1 (de) Verfahren zum betreiben eines verbrennungsmotors
DE10321794A1 (de) Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
DE102018000706A1 (de) Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug
EP3872330A1 (de) Verfahren zum betreiben eines grossdieselmotors, sowie grossdieselmotor
DE10204407B4 (de) Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
DE102011015626B4 (de) Betriebsverfahren für einen direkteinspritzenden Ottomoto mit NOx-armer Verbrennung (NAV)
DE102019004189A1 (de) Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit Wasserstoff, Wasserstoff-Brennkraftmaschine und Kraftfahrzeug
EP2129894A2 (de) Brennverfahren für eine hubkolben-brennkraftmaschine
WO2005047684A1 (de) Verfahren zum betrieb einer brennkraftmaschine
DE10160057A1 (de) Brennkraftmaschine mit Kompressionszündung
DE112018003690T5 (de) Schmierölgesteuerte zündung in motoren
DE102017201805A1 (de) Verfahren zum Einspritzen eines Zusatzmediums in den Zylinder einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine und Brennkraftmaschine zur Durchführung eines derartigen Verfahrens
EP4028659A1 (de) Verfahren zum betreiben einer brennkraftmaschine
DE102011015629A1 (de) Betriebsverfahren einer Brennkraftmaschine
DE10320848A1 (de) Verfahren zum Betrieb einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine
EP4045784B1 (de) Verfahren zum betreiben einer brennkraftmaschine

Legal Events

Date Code Title Description
OM8 Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law
8139 Disposal/non-payment of the annual fee