DE112016006462T5 - Brennkraftmaschine und verfahren zum zünden eines kraftstoffes - Google Patents

Brennkraftmaschine und verfahren zum zünden eines kraftstoffes Download PDF

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Cherian A. Idicheria
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Abstract

Eine Brennkraftmaschine enthält eine Kraftstoffdüse zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum und einen Plasmazünder zum Erzeugen einer oder mehrerer Vielzahlen von freien Radikalen innerhalb des Brennraums und zum Auslösen einer Flamme zum Zünden des Kraftstoffs. Der Zünder ragt in den Brennraum hinein. Ein Verfahren zum Zünden eines Kraftstoffs innerhalb eines Brennraums und zum Steuern der Verbrennungsphase umfasst das Einspritzen eines ersten Teils des Kraftstoffs in den Brennraum, das Erregen des Plasmazünders zum Erzeugen einer oder mehrerer Vielzahlen von freien Radikalen, wobei jede Vielzahl eine bekannte Spannung aufweist, das anschließende Einspritzen eines zweiten Teils des Kraftstoffs in den Brennraum und das enge Koppeln der Aktivierung des Plasmazünders mit dem zweiten Einspritzen, um den Kraftstoff zu zünden. Die Verbrennungsphase des Zündereignisses wird durch Steuern der Anzahl und der Spannung der Vielzahlen von freien Radikalen, die von dem Plasmazünder erzeugt werden, gesteuert.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die Offenbarung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine und ein Verfahren zum Zünden eines Kraftstoffs und zum Steuern von Verbrennungsphasen.
  • HINTERGRUND
  • Fahrzeuge können durch eine Brennkraftmaschine angetrieben werden. Während des Betriebs der Brennkraftmaschine kann eine Wärmequelle einen Kraftstoff in einem Brennraum zünden, um den Kraftstoff zu verbrennen und das Fahrzeug mit Energie zu versorgen. Ein derartiges Zünden kann bei bestimmten Betriebsarten der Brennkraftmaschine hunderte Male pro Sekunde geschehen.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Ein erstes Verfahren zum Zünden eines Kraftstoffs innerhalb eines durch einen Zylinderblock einer Brennkraftmaschine definierten Brennraums umfasst das Einspritzen eines ersten Teils des Kraftstoffs in den Brennraum und nach dem Einspritzen des ersten Teils das Erregen des Plasmazünders, um eine erste Vielzahl von freien Radikalen zu erzeugen. Nach dem Erzeugen der ersten Vielzahl von freien Radikalen wird ein zweiter Teil des Kraftstoffs in den Brennraum eingespritzt, und nach dem Einspritzen des zweiten Teils wird der Plasmazünder aktiviert, um dadurch den Kraftstoff zu zünden. Der Plasmazünder erstreckt sich durch einen an den Zylinderblock angepassten Zylinderkopf hindurch und ragt in den Brennraum hinein, und ist so konfiguriert, dass beim Erregen des Plasmazünders eine Vielzahl von freien Radikalen innerhalb des Brennraums entstehen und beim Aktivieren des Plasmazünders eine Flamme innerhalb des Brennraums ausgelöst wird, um den Kraftstoff in dem Brennraum zu entzünden. Nach der Erzeugung der ersten Vielzahl von freien Radikalen und vor dem Einspritzen des zweiten Teils kann der Plasmazünder ein- oder mehrmals aberregt und anschließend erneut erregt werden, um eine zusätzliche Vielzahl von freien Radikalen zu erzeugen, was die Erzeugung einer zweiten Vielzahl, einer dritten Vielzahl und mindestens einer vierten Vielzahl von freien Radikalen umfassen kann.
  • Ein zweites Verfahren zum Zünden eines Kraftstoffs innerhalb eines durch einen Zylinderblock einer Brennkraftmaschine definierten Brennraums umfasst das Erregen des Plasmazünders, um eine erste Vielzahl von freien Radikalen innerhalb des Brennraums zu erzeugen, dann das Aberregen und anschließend das erneute Erregen des Plasmazünders, um eine zweite Vielzahl von freien Radikalen zu erzeugen. Nach dem Erzeugen der zweiten Vielzahl von freien Radikalen wird ein erster Teil des Kraftstoffs in den Brennraum eingespritzt und anschließend wird ein zweiter Teil des Kraftstoffs in den Brennraum eingespritzt. Nach dem Einspritzen wird der Plasmazünder aktiviert, um dadurch den Kraftstoff zu entzünden.
  • Eine Brennkraftmaschine mit einem Zylinderblock, der einen Brennraum darin definiert, einem Zylinderkopf, der an den Zylinderblock derart angepasst ist, dass der Zylinderkopf den Brennraum bedeckt, einer Kraftstoffdüse, die zum Einspritzen eines Kraftstoffs in den Brennraum ausgebildet ist, und einem Plasmazünder, der sich durch den Zylinderkopf hindurch erstreckt und in den Brennraum hineinragt, wird bereitgestellt. Der Plasmazünder ist zum Erzeugen einer Vielzahl von freien Radikalen innerhalb des Brennraums bei Erregung und zum Auslösen einer Flamme zum Zünden des Kraftstoffs innerhalb des Brennraums beim Aktivieren ausgebildet. Die Kraftmaschine ist für die Zündung des Kraftstoffs im Brennraum unter Verwendung mindestens eines der hier beschriebenen Verfahren ausgelegt. In einem Beispiel ist der Plasmazünder ein Koronaentladungs-Plasmazünder, der für die Entladung eines Plasmas mit einer Vielzahl von Fahnen in dem Brennraum konfiguriert ist. In einem anderen Beispiel ist der Plasmazünder ein Plasmazünder mit dielektrischer Barriereentladung, der zum Entladen eines Plasmas mit einer Vielzahl von Fahnen konfiguriert ist, die sich entlang der Oberfläche des Zündabschnitts des Plasmazünders mit dielektrischer Barriereentladung und in den Brennraum hinein ausbreiten. Die Kraftmaschine ist ferner so konfiguriert, dass sie die Verbrennungsphase steuert, indem sie die Erregung des Plasmazünders steuert, um selektiv ein elektrisches Feld mit einer Spannung zwischen 10 kV und 80 kV bei einer Frequenz zwischen 60 Hz und 10 MHz für eine Dauer zwischen 0,1 Millisekunden (ms) und 5,0 ms zu erzeugen. Die Kraftmaschine ist ferner so konfiguriert, dass sie die Erregung und Aberregung des Plasmazünders selektiv steuert, so dass eine erste Vielzahl von freien Radikalen erzeugt werden kann, wenn sich eine am Kolben befestigte Kurbelwelle in einer ersten Drehposition befindet, und eine zweite Vielzahl von freien Radikalen erzeugt werden kann, wenn sich die am Kolben befestigte Kurbelwelle in einer zweiten Drehposition befindet. In einem Beispiel liegt die Drehdifferenz zwischen der ersten und zweiten Drehposition zwischen 20 Grad und 150 Grad. Die Kraftmaschine ist ferner so konfiguriert, dass sie die Verbrennungsphase der Maschine steuert, z.B. durch Verwendung einer Steuerung, um den Plasmazünder selektiv zu erregen, um nachfolgende Vielzahlen von freien Radikalen einschließlich der zweiten Vielzahl von freien Radikalen zu erzeugen, so dass die Verbrennungsphase vorverstellt wird, wenn die Anzahl der für ein Zündereignis erzeugten Vielzahlen von freien Radikalen erhöht wird, und/oder um den Plasmazünder selektiv zu erregen, um ein elektrisches Feld mit einer vorbestimmten Spannung zu erzeugen, wobei das Vorverstellen der Verbrennungsphase durch eine Erhöhung der vorbestimmten Spannung definiert ist und mit dieser zunimmt.
  • Wie hierin verwendet, sind die Begriffe „einer“, „eine“, „eines“, „der/die/das“, „mindestens eine“ und „eine oder mehrere“ austauschbar und weisen darauf hin, dass mindestens eine der Positionen vorhanden ist. Eine Vielzahl solcher Positionen kann vorhanden sein, sofern der Kontext nicht eindeutig etwas anderes anzeigt. Alle numerischen Werte von Parametern, Mengen oder Bedingungen in dieser Offenbarung, einschließlich der beigefügten Ansprüche, sind so zu verstehen, dass sie in allen Fällen durch den Begriff „ungefähr“ oder „in etwa“ modifiziert sein können, unabhängig davon, ob „ungefähr“ oder „in etwa“ tatsächlich vor dem Zahlenwert erscheint. „In etwa“ und „ungefähr“ zeigen an, dass der angegebene Zahlenwert eine leichte Ungenauigkeit zulässt (z.B. mit einer Annäherung an die Genauigkeit des Wertes; ziemlich nahe am Wert; fast; im Wesentlichen). Wenn die Ungenauigkeit von „ungefähr“ oder „in etwa“ nicht anderweitig mit dieser Bedeutung verstanden wird, dann weisen „ungefähr“ und „in etwa“, wie sie hier verwendet werden, zumindest auf Abweichungen hin, die sich aus Verfahren der Messung und Verwendung solcher Parameter ergeben können. Weiter bezieht sich die Terminologie „im Wesentlichen“ auch auf eine leichte Ungenauigkeit einer Bedingung (z.B. mit einer Annäherung an die Genauigkeit der Bedingung; annähernd oder einigermaßen nahe an der Bedingung; fast; im Wesentlichen). Darüber hinaus umfassen angegebene Zahlenbereiche die Angabe aller Werte und weitere aufgeteilte Bereiche innerhalb des gesamten Bereichs. Jeder Wert innerhalb eines Bereiches und die Endpunkte eines Bereiches werden als separate Ausführungsformen angegeben. Die Begriffe „umfassend“, „umfasst“, „enthält“, „beinhaltet“, „hat“ und „weist auf“ sind einschließend und bezeichnen daher das Vorhandensein der angegebenen Gegenstände, schließen aber das Vorhandensein anderer Gegenstände nicht aus. Wie in dieser Offenlegung verwendet, umfasst der Begriff „oder“ alle Kombinationen einer oder mehrerer der aufgeführten Positionen.
  • Die oben genannten Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden genauen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen und der besten Modalitäten für die Durchführung der vorliegenden Offenbarung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen und den beigefügten Ansprüchen ersichtlich werden.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine schematische Darstellung einer Ansicht einer Brennkraftmaschine in Teilquerschnitt, wobei die Brennkraftmaschine eine Vielzahl von Brennräumen, eine Vielzahl von Einlassanschlüssen und eine Vielzahl von Auslassanschlüssen definiert;
    • 2 ist eine schematische Darstellung einer Querschnittsansicht eines der mehreren Brennräume, jeweils eines der Vielzahl von Einlassanschlüssen und eines der Vielzahl von Auslassanschlüssen von 1, wobei ein Plasmazünder in den Brennraum hinein ragt und als Korona-Plasmaentladungszünder ausgebildet ist;
    • 3 ist eine schematische Darstellung des Plasmazünders aus 2 und eines daraus ausgestoßenen Plasmas bei Betrachtung aus einer Position V innerhalb des Brennraums;
    • 4 ist ein schematisches Flussdiagramm eines ersten Beispielverfahrens zur Zündung eines Kraftstoffs im Brennraum von 1;
    • 5 ist eine schematische Darstellung eines Zusammenhangs zwischen dem Druck innerhalb eines Brennraums von 1, gemessen in Kilopascal (kPa), dem Ventilhub innerhalb des Einlassanschlusses und des Auslassanschlusses von 1, gemessen in Millimetern (mm), und einer Drehposition eines Kolbens, der innerhalb des Brennraums angeordnet ist, während einer ersten Beispielbetriebsbedingung der Brennkraftmaschine von 1, gemessen in Winkelgrad, gemäß dem ersten Beispielverfahren von 4;
    • 6 ist eine schematische Darstellung einer Beziehung zwischen der Wärmeabgaberate (HRR), gemessen in Joule pro Kurbelwinkelgrad (J/CAD), innerhalb des Brennraums von 2 und der Drehposition, gemessen in Winkelgrad, eines Kolbens, der in dem Brennraum angeordnet ist, während der ersten in 5 gezeigten Beispielbetriebsbedingung durch einen Korona-Plasmaentladungszünder mit und ohne Radikalenbildung;
    • 7 ist eine schematische Darstellung einer Beziehung zwischen der Wärmeabgaberate (HRR), gemessen in Joule pro Kurbelwinkelgrad (J/CAD), innerhalb des Brennraums von 9 und der Drehposition, gemessen in Winkelgrad, eines in dem Brennraum angeordneten Kolbens während der ersten in 5 gezeigten Beispielbetriebsbedingung, ohne Radikalenbildung und mit Radikalenbildung, durch einen Plasmazünder mit dielektrischer Barriereentladung bei verschiedenen Zündererregungsspannungen;
    • 8 ist eine schematische Darstellung einer Beziehung zwischen der Wärmeabgaberate (HRR), gemessen in Joule pro Kurbelwinkelgrad (J/CAD), innerhalb des Brennraums von 9 und der Drehposition, gemessen in Winkelgrad, eines in dem Brennraum angeordneten Kolbens während der ersten in 5 gezeigten Beispielbetriebsbedingung, ohne Radikalenbildung und mit Radikalenbildung, wobei der Zünder selektiv erregt und aberregt wird, um eine große Vielzahl von Radikalen zu erzeugen;
    • 9 ist eine schematische Darstellung einer Querschnittsansicht eines der mehreren Brennräume, jeweils eines der mehreren Einlassanschlüsse und eines der mehreren Auslassanschlüsse von 1, wobei ein Plasmazünder in den Brennraum hinein ragt und als Plasmazünder mit dielektrischer Barriereentladung ausgebildet ist;
    • 10A ist eine schematische Querschnittsansicht einer ersten Beispielkonfiguration des Plasmazünder mit dielektrischer Barriereentladung aus 9, wobei der Plasmazünder mit dielektrischer Barriereentladung eine Fahnen-Entladung entlang einer den Zündabschnitt bildenden Oberfläche der dielektrischen Barriere erzeugt;
    • 10B ist eine perspektivische Ansicht des Zündabschnitts des Plasmazünders mit dielektrischer Barriereentladung von 10A, die eine Vielzahl von Fahnen darstellt, die durch die Erregung des Zünders während eines einzelnen Plasmaentladungsereignisses erzeugt werden;
    • 11 ist eine schematische Querschnittsansicht einer zweiten Beispielkonfiguration des Plasmazünders mit dielektrischer Barriereentladung aus 9, wobei der Plasmazünder mit dielektrischer Barriereentladung eine Fahnen-Entladung entlang einer Oberfläche der dielektrischen Barriere erzeugt;
    • 12 ist eine schematische Querschnittsansicht einer dritten Beispielkonfiguration des Plasmazünders mit dielektrischer Barriereentladung aus 9, wobei der Plasmazünder mit dielektrischer Barriereentladung eine Fahnen-Entladung erzeugt, die im Allgemeinen zwischen der dielektrischen Barriere und einer den Zündabschnitt umgebenden Masseelektrode eingeschlossen ist;
    • 13 ist ein schematisches Flussdiagramm eines zweiten Verfahrens zur Zündung eines Kraftstoffs in dem Brennraum von 1;
    • 14 ist eine schematische Darstellung einer Beziehung zwischen einem in kPa gemessenen Druck in einem Brennraum von 1, einem Ventilhub in dem Einlassanschluss und dem Auslassanschluss von 1, gemessen in mm, und einer Drehposition eines in dem Brennraum angeordneten Kolbens während einer zweiten Beispiel-Betriebsbedingung der Brennkraftmaschine von 1, gemessen in Winkelgrad, gemäß dem in 13 gezeigten zweiten Beispielverfahren;
    • 15 zeigt schematisch eine Beziehung zwischen der Wärmeabgaberate (HRR), gemessen in Joule pro Kurbelwinkelgrad (J/CAD), innerhalb des Brennraums von 9 und der Drehposition, gemessen in Winkelgrad, eines in dem Brennraum angeordneten Kolbens während der zweiten in 14 gezeigten Beispiel-Betriebsbedingung mit und ohne Radikalenbildung.
  • GENAUE BESCHREIBUNG
  • Mit Bezugnahme auf die Figuren, bei denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, ist eine Brennkraftmaschine 10 für ein Fahrzeug allgemein in 1 gezeigt. Die Brennkraftmaschine 10 kann für Automobilanwendungen, wie z.B. Personenwagen, Sportnutzfahrzeuge oder Lastkraftwagen, aber auch für nicht-automotive Anwendungen, wie z.B. für Industriefahrzeuge, Freizeitfahrzeuge oder Energieerzeugung, nützlich sein.
  • Wie in 1 beschrieben, kann die Brennkraftmaschine 10 wirksam mit einer Vielzahl von Rädern (nicht dargestellt) verbunden sein, die auf einer oder mehreren Achsen (nicht dargestellt) des Fahrzeugs angeordnet sind, um Kraft zum Bewegen des Fahrzeugs entlang einer Oberfläche bereitzustellen. Z.B. kann die Brennkraftmaschine 10 mit einer Kurbelwelle 12 und einem Getriebe (nicht dargestellt) verbunden sein, das wiederum die eine oder die mehreren Achsen drehen kann. Die Brennkraftmaschine 10 kann direkte Antriebskraft für die Vielzahl von Rädern bereitstellen, z.B. über die Kurbelwelle 12, die mit der einen oder den mehreren Achsen verbunden ist, oder sie kann einen oder mehrere Elektromotoren (nicht dargestellt) und/oder Batterien (nicht dargestellt) mit Strom versorgen, die wiederum die mehreren Räder direkt antreiben können. Unabhängig davon kann die Brennkraftmaschine 10 so konfiguriert werden, dass sie das Fahrzeug mit Strom versorgt, indem sie Kraftstoff 14 (2 und 9) verbrennt und chemische Energie in mechanische Energie umwandelt.
  • Mit fortgesetzter Bezugnahme auf 1 enthält die Brennkraftmaschine 10 einen Zylinderblock 16 und einen an den Zylinderblock 16 angepassten Zylinderkopf 18. Z.B. kann die Brennkraftmaschine 10 eine Zylinderkopfdichtung (nicht dargestellt) enthalten, die ausgestaltet ist, um den Zylinderkopf 18 an den Zylinderblock 16 abdichtend anzupassen. Der Zylinderblock 16 definiert eine Zylinderbohrung 20 darin, die zur Aufnahme eines Kolbens 22 geformt ist. Beispielsweise kann der Zylinderblock 16 vier, sechs, acht oder zwölf Zylinderbohrungen 20 darin definieren, und die Brennkraftmaschine 10 kann daher jeweils als Brennkraftmaschine 10 mit 4 Zylindern, 6 Zylindern, 8 Zylindern oder 12 Zylindern bezeichnet werden. Alternativ kann der Zylinderblock 16 eine, zwei, drei oder fünf Zylinderbohrungen 20 darin definieren, und der Brennkraftmaschine 10 kann daher jeweils als Brennkraftmaschine 10 mit einem Zylinder, mit zwei Zylindern, mit drei Zylindern oder mit fünf Zylindern bezeichnet werden.
  • Darüber hinaus definiert der Zylinderblock 16 darin einen Brennraum 24, der zwischen dem Kolben 22 und dem Zylinderkopf 18 angeordnet ist. Genauer gesagt ist der Zylinderkopf 18 so an den Zylinderblock 16 angepasst, dass der Zylinderkopf 18 den Brennraum 24 abdeckt.
  • Generell kann der Brennkraftmaschine 10, wie in 1 dargestellt, die gleiche Anzahl von Kolben 22 wie Zylinderbohrungen 20 enthalten, so dass in jeder Zylinderbohrung 20 ein Kolben 22 angeordnet und an der Kurbelwelle 12 befestigt ist. Jeder Kolben 22 kann einen Kolbenkopf 26 enthalten, der so bemessen ist, dass er sich innerhalb der Zylinderbohrung 20 gleitend bewegen kann. Daher kann sich der Kolbenkopf 26 abwechselnd zum Zylinderkopf 18 hin und davon weg bewegen, um dadurch die Kurbelwelle 12 um eine Vielzahl von Drehpositionen 28 (5 und 14), gemessen in Drehwinkelgrad, zu drehen, so dass die Brennkraftmaschine 10 die lineare Bewegung des Kolbens 22 in eine Drehbewegung umsetzen kann.
  • Wieder unter Bezugnahme auf 1 ist jeder der mehreren Kolben 22 so konfiguriert, dass er sich innerhalb einer der jeweiligen Zylinderbohrungen 20 zwischen einer ersten Position (allgemein bei 30 gezeigt) und einer zweiten Position (allgemein bei 32 gezeigt) hin- und her bewegt, um dadurch gemeinsam eine Luftmenge anzusaugen und aus der Brennkraftmaschine 10 zu verdrängen. Die erste Position 30 kann beispielsweise als „oberer Totpunkt“ bezeichnet werden und sich auf eine Position beziehen, in der der Kolbenkopf 26 am weitesten von der Kurbelwelle 12 entfernt angeordnet ist und die Kurbelwelle 12 eine Drehposition 28 (5 und 14) von 0 Grad aufweist. Ebenso kann die zweite Position 32 als „unterer Totpunkt“ bezeichnet werden und sich auf eine Position beziehen, bei der der Kolbenkopf 26 der Kurbelwelle 12 am nächsten liegt und die Kurbelwelle 12 eine Drehposition 28 von 180 Grad hat. Da sich die mehreren Kolben 22 innerhalb der mehreren Zylinderbohrungen 20 zwischen der ersten Position 30 und der zweiten Position 32 hin- und her bewegen, kann die Brennkraftmaschine 10 zum Ansaugen und Verdrängen der Luftmenge „atmen“.
  • Mit Bezug nun auf 2 und 9 kann die Brennkraftmaschine 10 zur Optimierung der Verbrennung des Kraftstoffs 14 in dem Brennraum 24 auch ein Einlassventil 34 und ein Auslassventil 36 enthalten. D.h. der Zylinderkopf 18 definiert einen Einlassanschluss oder einen Einlasskanal 38, die/der in Fluidverbindung mit dem Brennraum 24 angeordnet werden kann, und das Einlassventil 34 kann innerhalb des Einlasskanals 38 angeordnet sein. Der Einlassanschluss oder der Einlasskanal 38 kann so angeordnet sein, dass während des Betriebs der Brennkraftmaschine 10 Ansaugluft (allgemein durch Pfeil 40 dargestellt) in den Brennraum 24 geleitet wird.
  • Das Einlassventil 34 kann daher so konfiguriert werden, dass es abwechselnd eine Fluidverbindung zwischen dem Einlassanschluss 38 und dem Brennraum 24 zulässt und verhindert. Z.B. kann das Einlassventil 34 während des Betriebs der Brennkraftmaschine 10 von einer Sitzposition 42 (2, 5, 9 und 14), in der der Einlassanschluss 38 und der Brennraum 24 nicht in Fluidverbindung angeordnet sind, in eine aus dem Sitz entfernte Position 44 (5 und 14) übergehen, in der der Einlassanschluss 38 und der Brennraum 24 in Fluidverbindung angeordnet sind, um dadurch Ansaugluft 40 in den Brennraum 24 hinein zuzulassen. Umgekehrt kann das Einlassventil 34 von der aus dem Sitz entfernten Position 44 in die Sitzposition 42 übergehen, um so das Eindringen von Ansaugluft 40 in den Brennraum 24 zu verhindern. In einer nicht begrenzenden Ausführungsform enthält die Brennkraftmaschine 10 zwei Einlassventile 34 pro Brennraum 24. Bei anderen nicht begrenzenden Ausführungsformen kann die Brennkraftmaschine 10 ein Einlassventil 34 oder drei Einlassventile 34 pro Brennraum 24 enthalten.
  • Ebenso kann der Zylinderkopf 18 darin wieder unter Bezugnahme auf 2 und 9 einen Auslassanschluss oder Auslasskanal 46 definieren, der in Fluidverbindung mit dem Brennraum 24 angeordnet werden kann, und das Auslassventil 36 kann innerhalb des Auslassanschlusses 46 angeordnet sein. Der Auslassanschluss oder der Auslasskanal 46 kann so angeordnet sein, dass er während des Betriebs der Brennkraftmaschine 10 das Abgas (allgemein durch Pfeil 48 dargestellt) aus dem Brennraum 24 leitet. Der Auslassanschluss oder der Auslasskanal 46 kann auch eine Wiederansaugung oder Wiedereinleitung von Abgas 48 ermöglichen.
  • Das Auslassventil 36 kann daher so konfiguriert werden, dass es abwechselnd eine Fluidverbindung zwischen dem Auslassanschluss 46 und dem Brennraum 24 zulässt und verhindert. Z.B. kann das Auslassventil 36 während des Betriebs der Brennkraftmaschine 10 von einer geschlossenen Position 50 (2, 5, 9 und 14), in der der Brennraum 24 und der Auslasskanal 46 nicht in Fluidverbindung stehen, in eine geöffnete Position 52 (5 und 14) übergehen, in der der Brennraum 24 und der Auslasskanal 46 in Fluidverbindung angeordnet sind, so dass Abgas 48 aus dem Brennraum 24 entweichen kann. Umgekehrt kann das Einlassventil 34 von der geöffneten Position 52 in die geschlossene Position 50 übergehen, um so den Austritt von Abgas 48 aus dem Brennraum 24 zu verhindern. In einer nicht begrenzenden Ausführungsform enthält die Brennkraftmaschine 10 zwei Auslassventile 36 pro Brennraum 24. In anderen nicht begrenzenden Ausführungsformen kann die Brennkraftmaschine 10 ein Auslassventil 36 oder drei Auslassventile 36 pro Brennraum 24 enthalten.
  • Mit Bezug nun auf 5 und 14 kann sich der Kolben 22 während des Betriebs der Brennkraftmaschine 10 in der Zylinderbohrung 20 über einen Ansaugtakt 54, einen Verdichtungstakt 56, einen Arbeitstakt 60 und einen Auslasstakt 62 während eines Verbrennungszyklus zyklisch bewegen. Insbesondere kann sich der Kolben 22 während des Ansaugtakts 54 von der ersten Position 30 (1) in die zweite Position 32 (1) innerhalb des Brennraums 24 bewegen. Wenn das Einlassventil 34 daher in der aus dem Sitz entfernten Position 44 angeordnet ist, kann die Ansaugluft 40 in den Brennraum 24 gesaugt werden, wenn sich der Kolbenkopf 26 in Richtung Kurbelwelle 12 bewegt.
  • Anschließend kann sich der Kolben 22 während des Verdichtungstakts 56 von der zweiten Position 32 (1) in die erste Position 30 (1) innerhalb des Brennraums 24 bewegen. Wenn daher das Einlassventil 34 in der Sitzposition 42 angeordnet ist und das Auslassventil 36 in der geschlossenen Position 50 angeordnet ist, kann der Kolben 22 die Ansaugluft 40 verdichten und den Druck 58 (5 und 14) innerhalb des Brennraums 24 erhöhen.
  • Während des Arbeitstakts 60 kann sich der Kolben 22 als Nächstes von der ersten Position 30 (1) in die zweite Position 32 (1) innerhalb des Brennraums 24 bewegen. Wenn beispielsweise der Kraftstoff 14 nach dem Verdichtungstakt 56 verbrannt wird, kann der aus der Verbrennung resultierende Druck 58 (5 und 14) gegen den Kolbenkopf 26 drücken und der Kolben 22 kann sich in die zweite Position 32 bewegen.
  • Schließlich kann sich der Kolben 22 während des Auslasstakts 62 von der zweiten Position 32 (1) in die erste Position 30 (1) innerhalb des Brennraums 24 bewegen. Wenn das Einlassventil 34 daher in der Sitzposition 42 angeordnet ist und das Auslassventil 36 in der offenen Position 52 angeordnet ist, kann das Abgas 48 über den Auslassanschluss 46 aus dem Brennraum 24 entfernt werden.
  • Die Brennkraftmaschine 10 kann auch unter mehreren Ventilprotokollen arbeiten. Z.B. kann die Brennkraftmaschine 10 mit Bezug auf 5 und 14 unter einem Ventilprotokoll 64 mit positiver Ventilüberlappung (PVO-Protokoll) arbeiten, bei dem sowohl das Einlassventil 34 als auch das Auslassventil 36 für eine oder mehrere Drehpositionen 28 der Kurbelwelle 12 gleichzeitig in einer aus dem Sitz entfernten Position 44 bzw. der offenen Position 52 angeordnet sind. D.h. das Einlassventil 34 kann in der aus dem Sitz entfernten Position 44 angeordnet sein, d.h. einen positiven Ventilhub 124 aufweisen, während das Auslassventil 36 für eine angegebene Drehposition 28 der Kurbelwelle 12 ebenfalls in der offenen Position 52 angeordnet ist, wie nachstehend in größerem Detail offengelegt ist.
  • Eine Gesamtdauer des PVO-Ventilprotokolls 64 kann variieren. Das heißt, die Brennkraftmaschine 10 kann während des Betriebs der Kraftmaschine unter dem PVO-Ventilprotokoll 64 arbeiten.
  • Umgekehrt kann die Brennkraftmaschine 10 unter einem Ventilprotokoll mit negativer Ventilüberlappung (NVO-Protokoll) (nicht dargestellt) arbeiten, bei dem das Einlassventil 34 nie in der aus dem Sitz entfernten Position 44 angeordnet ist, während das Auslassventil 36 in der offenen Position 52 für eine beliebige Drehposition 28 der Kurbelwelle 12 angeordnet ist. Vielmehr ist beim NVO-Ventilprotokoll das Einlassventil 34 immer in der Sitzposition 42 angeordnet, d.h. es hat einen Ventilhub 124 von Null, während das Auslassventil 36 in der offenen Position 52 angeordnet ist, und das Auslassventil 36 ist immer in der geschlossenen Position 50 angeordnet, während das Einlassventil 34 in der aus dem Sitz entfernten Position 44 angeordnet ist. Eine Gesamtdauer des NVO-Ventilprotokolls kann ebenfalls variieren. Das heißt, die Brennkraftmaschine 10 kann während des Betriebs der Kraftmaschine unter dem NVO-Ventilprotokoll arbeiten. Die Beispiele sind anschaulich und nicht limitierend, und ähnliche Strategien wie variable Ventilzeitsteuerung oder Variation der Nockenwellenverstellung können eingesetzt werden, um unterschiedliche Beträge von NVO- und PVO-Überlappungen im Kraftmaschinenbetrieb zu erreichen.
  • Die Brennkraftmaschine 10 kann auch unter mehreren Verbrennungsbedingungen betrieben werden. Z.B. kann die Brennkraftmaschine 10 unter einer stöchiometrischen Verbrennungsbedingung betrieben werden, bei der Luft 40 und der Kraftstoff 14 in einem stöchiometrischen Verhältnis innerhalb des Brennraums 24 kombiniert werden. Alternativ kann die Brennkraftmaschine 10 unter einer mageren Verbrennungsbedingung betrieben werden, bei der Luft 40 und der Kraftstoff 14 nicht in einem stöchiometrischen Verhältnis innerhalb des Brennraums 24 kombiniert werden. Zu den mageren Verbrennungsbedingungen gehören Bedingungen, bei denen der Kraftstoff 14 mit Luft 40 und/oder Abgas 48 innerhalb des Brennraums 24 verdünnt wird, und die als mager geschichtete Verbrennung, Verbrennung mit homogener Kompressionszündung (HCCI), funkenunterstützte Kompressionszündung oder magere homogene Verbrennung bezeichnet werden können. In einer Ausführungsform kann die Brennkraftmaschine 10 als verkleinerte, verdünnte Brennkraftmaschine betrieben werden, wobei die Brennkraftmaschine 10 eine reduzierte Anzahl von Zylinderbohrungen 20 und Brennräumen 24 aufweist und eine Aufladeeinrichtung wie einen Turbolader oder Superlader enthält.
  • Wieder mit Bezug auf 2 und 9 enthält die Brennkraftmaschine 10 auch eine Kraftstoffdüse 68, die zum Einspritzen des Kraftstoffs 14 (als ein nichtbegrenzendes Beispiel schematisch als Kegel dargestellt) in den Brennraum 24 konfiguriert ist. Der Kraftstoff 14 kann eine beliebige Zusammensetzung wie Benzin, Ethanol, Diesel, Erdgas und Kombinationen davon sein, ist aber nicht darauf beschränkt. Die Kraftstoffdüse 68 kann ein Endventil 70 aufweisen, das zum Ausstoßen des Kraftstoffs 14 konfiguriert ist und sich durch den Zylinderkopf 18 hindurch in den Brennraum 24 hinein erstrecken kann. Das Endventil 70 kann eine Vielzahl von Löchern (nicht abgebildet) definieren, durch die der Kraftstoff 14 ausgestoßen werden kann. Ein Teil des Kraftstoffs 14, der durch eines der Vielzahl von Löchern ausgestoßen wird, kann als Kraftstofffahne 72 bezeichnet werden. Daher kann der von der Kraftstoffdüse 68 in den Brennraum 24 eingespritzte Kraftstoff 14 eine oder mehrere Kraftstofffahnen 72 enthalten. Generell kann die Kraftstoffdüse 68 so angeordnet werden, dass sie den Kraftstoff 14 in Form und Menge entsprechend den gewünschten Verbrennungseigenschaften und Leistungsanforderungen der Brennkraftmaschine 10 in den Brennraum 24 liefert. Als nicht einschränkende Beispiele kann der Kraftstoff 14 eine allgemein konische Form, eine allgemein dreieckige Form, eine allgemein zylindrische Form, eine allgemein längliche Form, eine allgemein ovale Form oder eine allgemein amorphe oder unregelmäßige Form haben.
  • Wie in 2 beschrieben, kann der Kraftstoff 14 beispielsweise eine erste Begrenzung 78 und eine zweite Begrenzung 80 haben, die einen Sprühwinkel 82 dazwischen definieren. In einem bestimmten, nicht begrenzenden Beispiel kann der Kraftstoff 14 eine allgemein konische Form haben und eine Basisebene 74 enthalten, z.B. eine allgemein kreisförmige Basisebene, wobei sich eine zentrale Längsachse 76 von der Basisebene 74 weg erstreckt und senkrecht zu dieser angeordnet ist, wobei die erste Begrenzung 78 die Basisebene 74 schneidet und die zweite Begrenzung 80 die Basisebene 74 schneidet. Daher können die erste Begrenzung 78 und die zweite Begrenzung 80 den Sprühwinkel 82 dazwischen definieren und sich bei einem Scheitelpunkt 84 schneiden, der entlang der zentralen Längsachse 76 von der Basisebene 74 beabstandet ist. Das heißt, dass der Scheitelpunkt 84 mit dem Endventil 70 der Kraftstoffdüse 68 ausgerichtet sein kann.
  • Mit fortgesetzter Bezugnahme auf 2 und 9 enthält die Brennkraftmaschine 10 auch einen Plasmazünder 100, der sich durch den Zylinderkopf 18 hindurch erstreckt und in den Brennraum 24 hinein ragt. Der Zünder 100 kann selektiv zur Erzeugung einer ersten Vielzahl von freien Radikalen 188 erregt werden und nach Erzeugung der ersten Vielzahl von freien Radikalen 188 selektiv aberregt und erneut erregt werden, um eine oder mehrere nachfolgende Vielzahlen von freien Radikalen 188 zu erzeugen. Der Zünder 100 kann zur Auslösung einer Flamme 102 innerhalb des Brennraums 24 aktiviert werden, um den Kraftstoff 14 zu entzünden und damit die Verbrennung und den Verbrauch des Kraftstoffs 14 innerhalb des Brennraums 24 auszulösen.
  • Der Plasmazünder 100 kann nach den gewünschten Verbrennungseigenschaften, einschließlich der Verbrennungsphase, innerhalb des Brennraums 24 ausgewählt werden. Z.B. kann der Plasmazünder 100 ein Koronaentladungs-Plasmazünder 300 (allgemein in 2 dargestellt) sein, der zum Ausstoßen eines Plasmas 90 (3) mit einer Vielzahl von Fahnen 104 (3) in den Brennraum 24 hinein konfiguriert ist, um dadurch die erste Vielzahl von freien Radikalen 188 innerhalb des Brennraums 24 zu erzeugen. Die Terminologie „Koronaentladungs-Plasmazünder“ steht, so wie sie hier verwendet wird, in Kontrast mit der Terminologie „Zündkerze“ und „ Plasmazünder mit dielektrischer Barriereentladung “. Der Koronaentladungs-Plasmazünder 300 ist so konfiguriert, dass er das Plasma 90 als Korona mit der Vielzahl der Fahnen 104 ausstößt. Weiterhin kann der Plasma-Zünder 100 einen Hochspannungstransformator mit einer Primär- und einer Sekundärseite enthalten, obwohl es nicht gezeigt ist. Als nicht limitierendes Beispiel kann die Primärseite des Plasmazünders 100, z.B. die Seite des Plasmazünders 100, die ein elektrisches Eingangssignal empfängt, eine Spannung von etwa 45 V bis etwa 75 V, einen elektrischen Strom von etwa 1 A bis etwa 2,5 A und eine Leistung von etwa 90 W bis etwa 110 W besitzen. Als nicht einschränkendes Beispiel kann die Sekundärseite des Plasmazünders 100, z.B. die Seite des Plasmazünders 100, die ein elektrisches Feld innerhalb des Brennraums 24 erzeugt, eine Spannung von etwa 10 kV bis etwa 110 kV und einen elektrischen Strom von etwa 20 mA bis etwa 200 mA haben.
  • Mit Bezug auf 2 kann der Koronaentladungs-Plasmazünder 300 zweiteilig sein und eine Induktivität 302 und einen mit der Induktivität 302 in Wirkverbindung stehenden Endpunkt 304 enthalten. Obwohl der Endpunkt 304 in 2 nur allgemein gezeigt ist, kann er zwei bis sechs Einzelelektroden 96 enthalten, z.B. vier Einzelelektroden 96, die jeweils im Abstand voneinander angeordnet und sternförmig angeordnet sind (wie in 3 allgemein dargestellt). Der Koronaentladungs-Plasmazünder 300 kann bei der Zündung ein elektrisches Feld von etwa 10 kV bis etwa 110 kV von dem Endpunkt 304 in den Brennraum 24 abgeben. Ohne theoretisch begrenzt zu sein, kann das elektrische Feld innerhalb von einigen Nanosekunden die Luft in dem Brennraum 24 nahe dem Endpunkt 304 und den Einzelelektroden 96 anregen, bis das elektrische Feld in das Plasma 90 übergeht, das eine Vielzahl von geladenen Ionen enthält. Die Zündung des Koronaentladungs-Plasmazünders 300 kann selektiv gesteuert werden, um ein elektrisches Feld mit einer bekannten Spannung im Bereich von 10 kV bis etwa 110 kV zu erzeugen, wobei die Erhöhung der bekannten Spannung die Verbrennungsphase vorverstellt, wie in 6 dargestellt.
  • Wie in 3 beschrieben, kann das Plasma 90, wenn eine Dichte der Vielzahl von geladenen Ionen eine Schwelle erreicht, die Vielzahl von Fahnen 104 umfassen, die sich jeweils vom Endpunkt 304 (2) und von der Vielzahl von Elektroden 96 weg erstrecken. Alle Fahnen der Vielzahl von Fahnen 104 können voneinander beabstandet sein und dennoch in einem gemeinsamen Zentrum, z.B. dem Scheitelpunkt 84, verbunden sein. Jede Fahne 104 kann auch einen oder mehrere Zweige 106 enthalten, die von der Fahne 104 ausgehen. Das heißt, wie hier verwendet, bezieht sich die Terminologie „Fahne“ auf einen Teil des Plasmas 90, der ein längliches, fließendes, bandförmiges Aussehen oder Wesen aufweist. Mit anderen Worten, die Vielzahl der Fahnen 104 kann sich auf eine Vielzahl von Strahlen beziehen, die von einem Zentrum des Plasmas 90 ausgehen oder sich ausbreiten, und jede Fahne 104 kann einen oder mehrere Zweige 106 enthalten, die dann weiter aus der Fahne 104 vorstehen oder davon abzweigen. Jede Fahne 104 und/oder jeder Zweig 106 kann/können so konfiguriert werden, dass sie/er die Luft in dem Brennraum 24 anregt/anregen, um dadurch eine Vielzahl von freien Radikalen 188 zu erzeugen. Der Koronaentladungs-Plasmazünder 300 kann aberregt und erneut erregt werden, um die Luft in dem Brennraum 24 anzuregen und dadurch eine nachfolgende Vielzahl von freien Radikalen 188 zu erzeugen. Die Erregung und erneute Erregung des Koronaentladungs-Plasmazünders 300 kann z.B. über eine Steuerung wie eine Maschinensteuerung (nicht dargestellt) gesteuert werden, so dass die Vielzahl der erzeugten freien Radikalen 188 eine bekannte Spannung hat. Der Koronaentladungs-Plasmazünder 300 kann so aktiviert werden, dass jede Fahne 104 und/oder jeder Zweig 106 so konfiguriert ist, dass sie/er den Kraftstoff 14 innerhalb des Brennraums 24 zündet, wobei die Vielzahl von Fahnen 104 mehrere Teile des Kraftstoffs 14 gleichzeitig zünden und eine schnelle, homogene und effektive Verbrennung des Kraftstoffs 14 bereitstellen können. In einem anschaulichen Beispiel ist die Aktivierung des Koronaentladungs-Plasmazünders 300 zur Zündung des Kraftstoffs 14 zeitlich eng mit einem Einspritzereignis gekoppelt, das Kraftstoff 14 in den Brennraum 104 einspritzt.
  • Wieder unter Bezugnahme auf 3 und wie oben dargestellt, kann sich der Endpunkt 304 mit einem gewünschten Überstand oder einer gewünschten Tiefe in den Brennraum 24 hinein erstrecken. Z.B. kann der Endpunkt 304 vom Zylinderkopf 18 in einem Abstand 298 von etwa 1 mm bis etwa 15 mm, z.B. etwa 3 mm oder etwa 5 mm oder etwa 7 mm oder etwa 9 mm oder etwa 11 mm oder etwa 13 mm beabstandet sein. Der Abstand 298 kann nach den gewünschten Verbrennungseigenschaften innerhalb des Brennraums 24, wie Temperatur, Brenndauer und/oder Sprühwinkel 82, gewählt werden. So kann z.B. der Endpunkt 304 bei vergleichsweise kleineren Sprühwinkeln 82 in der Regel weiter in den Brennraum 24 hineinragen, d.h. der Abstand 298 kann vergleichsweise größer sein. In einem nicht begrenzenden Beispiel kann der Endpunkt 304 im Abstand 298 von etwa 5 mm bis etwa 15 mm, z.B. etwa 7 mm, in den Brennraum 24 hinein ragen und der Sprühwinkel 82 kann von etwa 50 Grad bis etwa 70 Grad, z.B. etwa 60 Grad, betragen. In einem anderen nicht begrenzenden Beispiel kann der Endpunkt 304 im Abstand 298 von etwa 1 mm bis etwa 5 mm, z.B. etwa 3 mm, in den Brennraum 24 hinein ragen und der Sprühwinkel 82 kann von etwa 70 Grad bis etwa 120 Grad, z.B. etwa 90 Grad, betragen.
  • Bei Ausführungsformen, bei denen der Plasmazünder 100 als Plasmazünder mit dielektrischer Barriereentladung 400 (DBD-Plasmazünder) (9) konfiguriert ist, kann der Plasmazünder 100 zweiteilig sein und einen Körper 92 enthalten, der einen Körperabschnitt 240 und einen Zündabschnitt 216 definiert. Eine Zündspitze 94 enthält eine Mittelelektrode 292, die durch ein dielektrisches Gehäuse 234 in dem Körper 92 eingeschlossen ist und sich in den Zündabschnitt 216 hinein erstreckt. Die Mittelelektrode 292 kann selektiv mit einer Spannung und für eine Dauer erregt und/oder angesteuert werden, z.B. durch ein von der Maschinensteuerung empfangenes Signal, um die Kraftstoffzündung und die Verbrennungsphase zu steuern. Das dielektrische Gehäuse 234 bildet eine dielektrische Barriere 214 zwischen der Mittelelektrode 292 und dem Brennraum 24. Als nicht limitierendes Beispiel kann der Plasmazünder 100 ein Plasmazünder mit dielektrischer Barriereentladung (DBD-Plasmazünder) 400 sein (allgemein in 9 dargestellt). Der DBD-Plasmazünder 400 enthält eine oder mehrere dielektrische oder isolierende Barrieren 214 (10-12), die so konfiguriert sind, dass sie einen elektrischen Strom in den Brennraum 24 hinein ausstoßen, um dadurch eine oder mehrere Vielzahlen von freien Radikalen 188 zu erzeugen, z.B. so, dass bei jedem Erregen des DBD-Plasmazünders 400 eine Vielzahl von freien Radikalen 188 erzeugt wird. Die dielektrische Barriere 214 kann aus jedem dielektrischen Material bestehen, das den hohen Temperaturen und Drücken einer Kraftmaschinenumgebung standhält. Zum Beispiel kann das dielektrische Material 214 ein dielektrisches Material 214 aus Glas, Quarz oder Keramik sein, wie z.B. ein hochreines Aluminiumoxid. Die in den 10-12 gezeigten Beispielausführungsformen der DBD-Plasmazünder 400A, 400B, 400C sind nicht als Einschränkung gedacht, so dass sich der Begriff DBD-Zünder 400 bei der Verwendung hierin im Allgemeinen auf jede Konfiguration der DBD-Plasmazünder bezieht, einschließlich, aber nicht beschränkt auf die in 10A, 11 und 12 gezeigten Beispiel-DBD-Zünder 400A, 400B, 400C.
  • In den jeweils in den 10A, 11 und 12 gezeigten Beispielkonfigurationen der DBD-Plasmazünder 400A, 400B, 400C enthält der Körper 92 (9) einen ersten Körperabschnitt 240, der hier auch als Zünderkörper 240 bezeichnet wird, einen zweiten Körperabschnitt 216, der hier auch als Zündabschnitt 216 bezeichnet wird, und er kann einen dritten Körperabschnitt 236, der hier auch als Zünderschaft 236 bezeichnet wird, zwischen dem Zünderkörper 240 und dem Zündabschnitt 216 enthalten. In den gezeigten Beispielen enthält der Körper 92 ein dielektrisches Gehäuse 234, das eine Mittelelektrode 292 umschließt. Der Zünderkörper 240 kann allgemein zylindrisch sein, so dass der Zünderkörper 240 mit einer durch den Zylinderkopf 18 definierten Anschlussschnittstelle 244 eines Zünderanschlusses 224 so zusammenwirkt, dass sich der DBD-Zünder 400 durch den Zylinderkopf 18 erstreckt und der Schaft 236 und der Zündabschnitt 216 in den Brennraum 24 hinein ragen. In dem in 10A gezeigten Beispiel kann ein Einschraubstutzen 268 in der Anschlussschnittstelle 244 angeordnet sein, um den Zünderkörper 240 aufzunehmen. In dem in 10A-10B gezeigten Beispiel ragt der Zündabschnitt 216 aus der Brennraumoberfläche 228 heraus. In den Beispielen in 11-12 ist der Schaft 236 allgemein konisch geformt und verjüngt sich von einer Brennraumoberfläche 228 des Brennraums 24 weg. Der Schaft 236 zeichnet sich durch eine Schaftlänge 238 aus, die einen Mindestabstand oder einen Mindestfreiraum zwischen dem Zündabschnitt 216 und der Brennraumoberfläche 228 gewährleistet. Der Zünderkörper 240 einschließlich des Schaftes 236 kann aus einem Isoliermaterial bestehen, um einen direkten elektrischen Kontakt zwischen der Zündspitze 94 und einer Oberfläche innerhalb des Brennraums 24 zu verhindern, die als elektrische Masse wirken kann, wie etwa die Brennraumoberfläche 228 oder eine Oberfläche des Kolbens 22 (9) in dem Brennraum 24 unterhalb des DBD-Plasmazünders 400.
  • In den jeweils in 10A, 11 und 12 gezeigten Beispielkonfigurationen der DBD-Plasmazünder 400A, 400B, 400C enthält die Zündspitze 94 (9) eine Mittelelektrode 292 mit einem Zündabschnitt 216 und mindestens einem Zündzinken 218. Die Mittelelektrode 292 endet, wie in 10A gezeigt, in einem Elektrodenende 264, das eine Zinkenspitze 248 definiert, so dass das Elektrodenende 264 auch als Zündzinken 218 für den DBD-Plasmazünder 400A wirkt. In den in 10A-12 gezeigten Beispielen können mehrere Zündzinken 218 axial entlang des Zündabschnitts 216 verteilt sein, wobei die Zündzinken 218 von einem benachbarten Zündzinken 218 axial um einen Zinkenachsabstand 272 beabstandet sind. Der Zündabschnitt 216 endet in einem Elektrodenende 264. Alle Zündzinken 218 und das Elektrodenende 264 enden in einer Zinkenspitze 248. Der Zündzinken 218 ist so geformt, dass die Querschnittsfläche der Zinkenspitze 248 gegenüber dem Rest des Zündzinkens 218 kleiner ist, und dass beim Anlegen einer Hochfrequenzspannung an die Mittelelektrode 292 ein elektrisches Feld an jedem Zündzinken 218 an der Zinkenspitze 248 des jeweiligen Zündzinkens 218 konzentriert wird. Als nicht limitierendes Beispiel kann der Zündzinken 218 allgemein konisch geformt sein, wobei die Zinkenspitze 248 durch den Scheitelpunkt der konischen Form definiert ist. In einem anderen, nicht begrenzenden Beispiel kann der Zündzinken 218 als allgemein dreieckige Klinge geformt sein, die in einer durch den Scheitelpunkt des Dreiecks definierten Zinkenspitze 248 endet. Bei Erregung kann der Plasmazünder 100 ein elektrisches Feld zwischen 10 kV und 110 kV bei einer Frequenz zwischen 60 Hz und 10 MHz von den Zinkenspitzen 248 abgeben. Die Mittelelektrode 292 und die Zündzinken 218 bestehen aus einem hochleitfähigen Material, das den hohen Temperaturen und Drücken der Umgebung der Kraftmaschine 10 standhalten kann. Beispielsweise können die Mittelelektrode 292 und die Zündzinken 218 aus einem hochschmelzenden Metall und/oder Legierungen aus hochschmelzenden Metallen bestehen. In einem nicht begrenzenden Beispiel können die Mittelelektrode 292 und/oder die Zündzinken 218 aus einem wolframhaltigen Material und/oder einem iridiumhaltigen Material bestehen.
  • Ohne Einschränkung durch Theorien kann das elektrische Feld in mehreren Nanosekunden der Erregung eine Vielzahl freier Radikaler 188 im Brennraum 24 erzeugen. Der DBD-Plasmazünder 400 kann durch Anlegen einer Hochfrequenzspannung an die Mittelelektrode 292 der Zündspitze 94 selektiv aktiviert werden, um Plasmafahnen 104 an jeder Zinkenspitze 248 zu bilden. Die Bildung der Plasmafahnen 104 wird durch das dielektrische Gehäuse 234 derart beeinflusst, dass die Barriereentladung am dielektrischen Gehäuse 234, das eine dielektrische Barriere über dem Zündzinken 218 bildet, die kontinuierliche Bildung, Entladung und Reformierung der Plasmafahne 104 an den Spitzen 248 jedes Zündzinkens 218 beim Anlegen von Hochspannung an die Mittelelektrode 292 verursacht und derart, dass die so gebildeten Plasmafahnen 104 sich selbst ausbreiten und sich an der Spitze 248 jedes Zündzinkens 218 kontinuierlich ausbilden, und aufgrund von Ladungseinschlüssen, die an der durch das Gehäuse 234 gebildeten dielektrischen Barriere auftreten, selbstlöschend sind, so dass sich die so ausgebildeten Plasmafahnen 104 vor einer Lichtbogenbildung selbst auslöschen. Die Plasmafahnen 104 zünden das brennbare Luft-KraftstoffGemisch in dem Brennraum 24 in der Nähe des Zündabschnitts 216, wodurch es zu Flammenbildung und Kraftstoffverbrennung in dem Brennraum 24 kommt.
  • In einem nicht-begrenzenden Beispiel kann der DBD-Plasmazünder 400 durch Anlegen einer bekannten Hochfrequenzspannung an die Mittelelektrode 292 der Zündspitze 94 selektiv erregt werden, um Plasmafahnen 104 zu emittieren, die eine Vielzahl von freien Radikalen 188 erzeugen, die ein elektrisches Feld mit bekannter Spannung bilden. Die Erregerspannung und die erzeugte elektrische Feldspannung können so gewählt werden, dass bestimmte Zündeigenschaften einschließlich der Verbrennungsphase erreicht werden. 7 zeigt beispielsweise eine Wärmeabgaberate 130 für zwei verschiedene Betriebsbedingungen 136, 138, wobei die Erregerspannung und die erzeugte Spannung des elektrischen Felds für die Betriebsbedingung 138 relativ höher sind als für die Betriebsbedingung 136. Durch die Verwendung der relativ höheren Erregerspannung der Betriebsbedingung 138 zur Erregung des DBD-Zünders 400 wird die Verbrennungsphase gegenüber der Betriebsbedingung 136, wie durch die Verschiebung der Kurve 138 nach links (wie auf der Seite dargestellt) gegenüber der Kurve 136 dargestellt, vorverstellt. Ebenso wird durch die Verwendung der relativ niedrigeren Erregerspannung der Betriebsbedingung 136 zur Erregung des DBD-Zünders 400 die Verbrennungsphase gegenüber der Betriebsbedingung 138 verzögert, wie durch die Verschiebung der Kurve 136 nach rechts (wie auf der Seite dargestellt) gegenüber der Kurve 138 dargestellt. Die Konfiguration des DBD-Plasma-Zünders 400 kann entsprechend den gewünschten Verbrennungseigenschaften innerhalb des Brennraums 24 gewählt werden. In einem Beispiel kann der DBD-Plasmazünder 400 als der in 10A gezeigte DBD-Plasmazünder 400A konfiguriert sein, der eine dielektrische Barriere 214 aufweist, die als dielektrisches Gehäuse 234 konfiguriert ist, so dass beim Erregen des DBD-Plasmazünder 400A (10) während eines Plasmaentladungsereignisses entlang einer Gehäuseoberfläche 266 des dielektrischen Gehäuses 234 eine Fahnen-Entladung, die aus Fahnen 104 (10B) besteht, erzeugt wird, wie sie durch einen Fahnenpfad 270 dargestellt ist, der in 10A gezeigt ist. Während eines Plasmaentladungsereignisses erzeugt der DBD-Plasmazünder 400, 400A eine oder mehrere Plasmaentladungsfahnen 104, die, wie in 10B dargestellt, vom Einschraubstutzen 268 ausgehen und sich zum Gehäuseende 278 ausbreiten. Die Plasmaentladungsfahnen 104 können sich über eine Oberfläche 266 des dielektrischen Gehäuses 234 an mehreren radialen Stellen ausbreiten und am Gehäuseende 278 an oder nahe der Zinkenspitze 248 enden. Jede Fahne 104 kann auch einen oder mehrere Zweige 106 enthalten, die von der Fahne 104 ausgehen. Wie hier verwendet, bezieht sich die Terminologie „Fahne“ auf einen Teil des Plasmas 90, der ein längliches, fließendes, bandförmiges Aussehen oder Wesen aufweist, und jede Fahne 104 kann einen oder mehrere Zweige 106 enthalten, die dann weiter aus der Fahne 104 herausragen oder sich verzweigen. Jede Fahne 104 und/oder jeder Zweig 106 kann/können so konfiguriert werden, dass sie/er die Luft in dem Brennraum 24 anregt, um dadurch eine Vielzahl von freien Radikalen 188 zu erzeugen.
  • In einem anderen Beispiel kann der DBD-Plasmazünder 400 als der in 11 gezeigte DBD-Plasmazünder 400B konfiguriert sein, wobei das dielektrische Gehäuse 234 mit dem Schaft 236 des Körpers 240 einstückig sein kann und der Schaftabschnitt 236 aus dem dielektrischen Material 214 besteht, so dass die Mittelelektrode 292, die sich in einer Einbaulage in den Brennraum 24 hinein erstreckt, der Länge nach vollständig durch das dielektrische Material 214 eingekapselt ist. Das Gehäuse 234 ist so konfiguriert, dass die dielektrische Barriere eine variable Dicke hat, so dass das in der dielektrischen Barriere des Gehäuses 234 akkumulierte elektrische Feld mit der Dicke des Gehäuses 234 variabel ist. In dem in 11 und 12 gezeigten Beispiel definiert das Gehäuse 234 eine Gehäuseoberfläche 266, die allgemein zylindrisch und koaxial zur Mittelelektrode 292 ist, so dass das Gehäuse 234 in der axialen Länge zwischen den Zündzinken 218 relativ dicker ist und in der Dicke zwischen der Gehäuseoberfläche 266 und dem Zündzinken 218 abnimmt, wenn sich der Zündzinken 218 zur Zinkenspitze 248 verjüngt, so dass das dielektrische Gehäuse 234 an der Zinkenspitze 248 jedes Zündzinkens 218 am dünnsten ist. Beispielsweise kann das dielektrische Gehäuse 234 so konfiguriert sein, dass an der Zinkenspitze 248 die Dicke der dielektrischen Barriere 214 zwischen der Zinkenspitze 248 und der Gehäuseoberfläche 266 im Bereich von 0,5 mm - 2 mm liegt. Das Gehäuse 234 endet an einem Gehäuseende 278, das das Elektrodenende 264 einkapselt. Das Gehäuseende 278 kann als Halbkugel geformt sein (10A, 11 und 12). Dieses Beispiel ist nicht limitierend, und das Gehäuseende 278 kann in Bezug auf die Kontur des Elektrodenendes 264 anders geformt und/oder konturiert sein, um eine relativ dünnere Gehäusedicke 246 zwischen der Zinkenspitze 248 des Elektrodenendes 264 und der Gehäuseoberfläche 266 bereitzustellen. Das Gehäuseende 278 kann z.B. als konisches Ende, zylindrisches Ende, abgeschrägtes zylindrisches Ende usw. geformt sein.
  • In einem anderen Beispiel kann der DBD-Plasmazünder 400C als DBD-Plasmazünder 400C (12) mit einer dielektrischen Barriere 214, die als dielektrisches Gehäuse 234 ausgebildet ist, und mit einer Masseelektrode 250 konfiguriert sein, so dass beim Erregen des DBD-Plasmazünders 400C eine Fahnen-Entladung 104 erzeugt wird und zwischen der dielektrischen Barriere 214 und der Masseelektrode 250 eingeschlossen ist. In einem nicht begrenzenden Beispiel ist die Masseelektrode 250 eine allgemein zylindrische Elektrode, die wirksam so am Zünderkörper 240 befestigt ist, dass die Masseelektrode 250 koaxial zur Mittelelektrode 292 ist und einen Entladungshohlraum 262 zwischen der Masseelektrode 250 und dem Zündabschnitt 216 der Mittelelektrode 292 definiert. Die Masseelektrode 250 besteht aus einem elektrisch leitfähigen Material, das den hohen Temperaturen und Drücken der Umgebung des Brennraums 24 standhalten kann. In einem Beispiel kann die Masseelektrode 250 aus einem hochschmelzenden Metall und/oder aus Legierungen aus hochschmelzenden Metallen bestehen. In einem nicht begrenzenden Beispiel kann die Masseelektrode 250 aus einem wolframhaltigen Material und/oder einem iridiumhaltigen Material bestehen.
  • In den gezeigten Beispielen enthält die Masseelektrode 250 eine Vielzahl von Erdungszinken 258, die entlang der Innenfläche der allgemein zylindrischen Masseelektrode 250 in Längsrichtung verteilt sind und sich davon radial zum Zündabschnitt 216 hin erstrecken, z.B. sich radial nach innen in den Entladungshohlraum 262 hinein erstrecken. Ein Entladungsspalt 280 ist zwischen nächstgelegenen Nachbarflächen der Masseelektrode 250 und der Mittelelektrode 292 definiert. Im Beispiel, das in 12 gezeigt ist, wird der Entladungsspalt 280 durch den Spalt zwischen den Zinkenspitzen 248 der Massezinken 258 und der Gehäuseoberfläche 266 definiert. Die Erdungszinken 258 sind relativ zu den Zündzinken 218 so verteilt und positioniert, dass sich zwischen den Zündzinken 218 und den Erdungszinkenzinken 258 im Entladungshohlraum 262 mehrere Fahnen bilden, die sich kreuzen können oder auch nicht, aber radial über den Entladungshohlraum 262 hinweg verteilt sind.
  • Zum Beispiel und wie in 12 gezeigt ist, ist die Masseelektrode 250 an einem Anschlussende 252 des DBD-Plasmazünders 400C so angebracht und umgibt den Zünderkörper 240 derart, dass die Masseelektrode 250 die Anschlussschnittstelle 244 definiert, und dass in der Einbaulage die Masseelektrode 250 mit dem Zündanschluss 224 des Zylinderkopfes 18 in Kontakt steht. Die Masseelektrode 250 ist an einem Zündende 254 offen und definiert eine Blende 256, um den Durchfluss des brennbaren Luft-Kraftstoffgemisches aus dem Brennraum 24 in den Entladungsraum 262 der Masseelektrode 250 zu ermöglichen. Die Masseelektrode 250 enthält ferner mehrere Öffnungen 260, die im zylindrischen Teil der Masseelektrode 250 neben dem Zündabschnitt 216 ausgebildet sind. Die mehreren Öffnungen 260 sind längs und radial in der Längsrichtung der Masseelektrode 250 neben dem Zündabschnitt 216 verteilt, um eine zusätzliche Strömung des brennbaren Luft--Kraftstoffgemisches aus dem Brennraum 24 in den Entladungshohlraum 262 der Masseelektrode 250 entlang der Längsrichtung des Zündabschnitts 216 zu ermöglichen. Die Blende 256 und die Vielzahl der Öffnungen 260 definieren jeweils einen Zündweg vom Entladungshohlraum 262 zum Brennraum 24, so dass mehrere Zündwege radial und axial über die gesamte Länge des DBD-Plasmazünders 400C breit gestreut sind, die sich in den Brennraum 24 erstrecken. Die Vielzahl von Öffnungen 260 kann als eine Vielzahl von Flammenanschlüssen charakterisiert werden, so dass die Flammenentwicklung und die Kraftstoffverbrennung radial und axial über die gesamte Länge des Zündabschnitts 216 verteilt sind, wodurch die Kraftstoffverbrennungseffizienz durch Zündung des Luft-Kraftstoff-Gemisches in dem Brennraum 24 an jedem der mehreren Flammenanschlüsse und in einem Volumen, das sich radial und axial von der nach außen gerichteten Oberfläche der Masseelektrode 250 erstreckt, erhöht wird.
  • Die Beispielkonfigurationen der DBD-Plasmazünder 400A, 400B, 400C sind nicht limitierend, und andere Konfigurationen der DBD-Plasmazünder 400 können in die Kraftmaschine 10 eingebaut und zum Erregen so konfiguriert werden, dass sie eine Vielzahl von freien Radikalen 188 während eines Plasmaentladungsereignisses erzeugen und die Zündung von Kraftstoff 14 in dem Brennraum 24 aktivieren. Die im DBD-Plasmazünder 400A (10A) gezeigte Elektrode 292 könnte beispielsweise in die DBD-Plasmazünder 400B, 400C (11, 12) eingebaut werden. In einem anderen Beispiel könnte die Masseelektrode 250 ohne Erdungszinken 258 konfiguriert werden.
  • Unter Bezugnahme nun auf 4 wird ein Verfahren 108 zur Zündung des Kraftstoffs 14 in dem Brennraum 24 offengelegt. Das Verfahren 108 umfasst das Einspritzen 110 eines ersten Teils 112 (5) des Kraftstoffs 14 in den Brennraum 24. D.h. das Einspritzen 110 kann das Ausstoßen des ersten Teils 112 aus der Kraftstoffdüse 68 in einer gewünschten Menge und/oder in einer gewünschten Drehposition 28 der Kurbelwelle 12 beinhalten. Die Menge und der Zeitpunkt dieser Einspritzung kann durch eine geeignete Steuerung (nicht dargestellt) und/oder ein Berechnungssystem, z.B. eine Kraftmaschinensteuereinheit des Fahrzeugs, gesteuert werden. Sowohl die Menge des ersten Teils 112 als auch der Zeitpunkt der Einspritzung 110 des ersten Teils 112 können entsprechend den gewünschten Eigenschaften einer Mischung aus Ansaugluft 40 und Kraftstoff 14 in dem Brennraum 24, dem Ventilprotokoll 64 und/oder der Betriebsbedingung der Brennkraftmaschine 10 gewählt werden. Zum Beispiel kann der erste Teil 112 von etwa 1 mg bis etwa 20 mg Kraftstoff 14, oder von etwa 3 mg bis etwa 15 mg Kraftstoff 14, oder von etwa 9 mg bis etwa 13 mg Kraftstoff 14, oder etwa 10,5 mg Kraftstoff 14 sein. Weiterhin kann das Einspritzen 110 an jeder beliebigen gewünschten Drehposition 28 der Kurbelwelle 12 erfolgen. In einem nicht begrenzenden Beispiel, das mit Bezug auf 5 beschrieben ist, kann die Kraftstoffdüse 68 den ersten Teil 112 des Kraftstoffs 14 in den Brennraum 24 einspritzen, wenn die Kurbelwelle 12 die Drehposition 28 von etwa -300 Grad bis etwa -270 Grad in dem in 5 gezeigten Beispiel hat, wobei die Kraftstoffdüse 68 den ersten Teil 112 des Kraftstoffs 14 in den Brennraum 24 einspritzt, wenn die Kurbelwelle 12 die Drehposition 28 von etwa -270 Grad hat. Wie in 5 beschrieben, kann das Verfahren 108 auch das Einspritzen 210 eines zweiten Teils 212 des Kraftstoffs 14 in den Brennraum 24 nach ein- oder mehrmaligem Erregen des Plasmazünders 100 zur Erzeugung einer oder mehrerer Vielzahlen freier Radikaler 188 in dem Brennraum 24 und vor der Aktivierung 116 des Plasmazünders 100 zur Zündung des Kraftstoffs 14 in dem Brennraum 24 umfassen. Das Einspritzen 210 kann das Ausstoßen des zweiten Teils 212 aus der Kraftstoffdüse 68 nach dem Einspritzen des ersten Teils 112 in einer gewünschten Menge und/oder bei einer gewünschten Drehposition 28 der Kurbelwelle 12 umfassen. Daher werden der erste Teil 112 und der zweite Teil 212 getrennt in den Brennraum 24 eingespritzt und stellen einzigartige oder eindeutige Kraftstoffeinspritzereignisse dar. Anders ausgedrückt, kann das Verfahren 108 Mehrfacheinspritzungen von Kraftstoff 14 beinhalten.
  • Sowohl die Menge des zweiten Teils 212 als auch der Zeitpunkt der Einspritzung 210 des zweiten Teils 212 können entsprechend den gewünschten Eigenschaften der Mischung aus Ansaugluft 40 und Kraftstoff 14 innerhalb des Brennraums 24, dem Ventilprotokoll 64 und/oder der Betriebsbedingung der Brennkraftmaschine 10 ausgewählt werden. Ferner kann der zweite Teil 212 kleiner als, gleich dem oder größer als der erste Teil 112 sein. Beispielsweise kann der zweite Teil 212 von etwa 1 mg bis etwa 20 mg Kraftstoff 14, oder von etwa 5 mg bis etwa 15 mg Kraftstoff 14, oder etwa 10,5 mg Kraftstoff 14 umfassen. Weiterhin kann das Einspritzen 210 an jeder beliebigen gewünschten Drehposition 28 der Kurbelwelle 12 erfolgen. Als nicht begrenzende Beispiele kann die Kraftstoffdüse 68 den zweiten Teil 212 des Kraftstoffs 14 in den Brennraum 24 einspritzen, wenn die Kurbelwelle 12 die Drehposition 28 von etwa -90 Grad bis etwa 0 Grad oder von etwa -60 Grad bis etwa -20 Grad hat. In dem in 5 gezeigten Beispiel spritzt die Kraftstoffdüse 68 den zweiten Teil 212 des Kraftstoffs 14 in den Brennraum 24 ein, wenn die Kurbelwelle 12 die Drehposition 28 bei oder in etwa bei -33 Grad hat. Die zweite Einspritzung kann auch durch eine geeignete Steuerung (nicht abgebildet) und/oder Berechnungssystem, z.B. die Kraftmaschinensteuereinheit des Fahrzeugs, gesteuert werden. Daher können der erste Teil 112 und der zweite Teil 212 getrennt in den Brennraum 24 eingespritzt werden und einzigartige oder eindeutige Kraftstoffeinspritzereignisse darstellen. In dem in 5 gezeigten Beispiel wird der erste Teil 112 und der zweite Teil 212 des Kraftstoffs 14 in den Brennraum 24 eingespritzt 110, 210, bevor der Plasmazünder 100 zur Zündung des Kraftstoffs 14 in dem Brennraum 24 aktiviert wird. Wie in 5 dargestellt, ist das Ereignis der Aktivierung 116 des Plasmazünders 100 zur Zündung des Kraftstoffs 14 eng mit dem zweiten Einspritzereignis 210 des zweiten Teils 212 des Kraftstoffs 14 in den Brennraum 24 gekoppelt, d.h. die Einspritzung 210 und die Aktivierung 116 erfolgen in unmittelbarer zeitlicher Nähe und unter ähnlichen Startbedingungen. In einem Beispiel treten die Ereignisse der Einspritzung 210 des zweiten Kraftstoffanteils 212 und der Aktivierung 116 des Plasmazünders 100 innerhalb von 6 Kurbelwinkelgraden voneinander und vorzugsweise in einem Bereich von 2 bis 4 Kurbelwinkelgraden voneinander auf. 5 zeigt beispielhaft das Einspritzereignis 210 bei einem Kurbelwinkel von -33 Grad und das Zünderaktivierungsereignis 116 bei einem Kurbelwinkel von -27 Grad.
  • Wieder unter Bezugnahme auf 4 beinhaltet das Verfahren 108 die Erregung 114 des Plasmazünders 100 innerhalb des Brennraums 24 zur Erzeugung einer Vielzahl von freien Radikalen 188. Diese Erregung 114 kann ebenfalls durch eine geeignete Steuerung (nicht dargestellt) und/oder ein Berechnungssystem, z.B. eine Kraftmaschinensteuereinheit des Fahrzeugs, gesteuert werden. Das Verfahren 108 kann die Erregung des Plasmazünders 100 zur Erzeugung einer ersten Vielzahl von freien Radikalen 188 und die anschließende ein- oder mehrmalige Aberregung und erneute Erregung 114 des Plasmazünders 100 zur Erzeugung einer oder mehrerer nachfolgender Vielzahlen von freien Radikalen 188 umfassen. Wie in 4 und 5 dargestellt, erfolgt nach dem Einspritzen 110 des ersten Teils 112 des Kraftstoffs 14 und vor dem Einspritzen 210 des zweiten Teils 212 des Kraftstoffs 14 das Erregen 114 und das anschließende Aberregen und erneute Erregen 114 des Plasmazünders 100. So kann z.B. der Plasmazünder 100 zunächst erregt 114 werden, wenn die Kurbelwelle 12 die Drehposition 28 von etwa -270 Grad bis etwa -230 Grad hat, oder bei etwa -250 Grad, um eine erste Vielzahl von freien Radikalen 188 in dem Brennraum 24 zu erzeugen. Wie im Protokoll 64 in 5 dargestellt, kann der Plasmazünder 100 anschließend aberregt und wieder erregt werden, wenn die Kurbelwelle 12 die Drehposition 28 von etwa -200 Grad bis etwa -160 Grad hat, oder bei etwa -180 Grad, um eine zweite Vielzahl von freien Radikalen 188 zu erzeugen.
  • Wieder unter Bezugnahme auf 4 und 5 umfasst das Verfahren 108 nach dem Einspritzen 110, 210 des ersten und zweiten Teils 112, 212 des Kraftstoffs 14 und nach dem Erregen 114 des Plasmazünders 100 zur Erzeugung einer oder mehrerer Vielzahlen von freien Radikalen 188, auch das Aktivieren 116 des Zünders 100 innerhalb des Brennraums 24, um dadurch den Kraftstoff 14 zu entzünden. Die Aktivierung 116 des Plasmazünders 100, der z.B. der Koronaentladungs-Plasmazünder 300 oder der DBD-Plasmazünder 400 wie oben beschrieben sein kann, löst die Flamme 102 in dem Brennraum 24 aus und zündet damit den Kraftstoff 14. Daher kann das Verfahren 108 mehrere Plasmazündereignisse umfassen, und solche Plasmazündereignisse, d.h. das Erregen 114 und das Aktivieren 116, können durch eine geeignete Steuerung (nicht dargestellt) und/oder ein Berechnungssystem gesteuert werden, z.B. eine Kraftmaschinensteuereinheit eines Fahrzeugs, das die Kraftmaschine 10 enthält. In dem in 4 und 5 dargestellten Beispiel erfolgt die Aktivierung 116 nach dem Erregen 114 des Plasmazünders 100 und nach dem Einspritzen 210 des zweiten Teils 212 des Kraftstoffs 24 in den Brennraum 24. Der Zünder 100 kann z.B. aktiviert werden, wenn die Kurbelwelle 12 die Drehposition 28 von etwa -30 Grad bis etwa 0 Grad oder bei oder etwa -27 Grad hat.
  • Das Verfahren 108 ermöglicht daher mehrere Zündereignisse, d.h. Erregung 114, Aberregung und erneute Erregung 114, Aktivierung 116 durch den Plasmazünder 100 in dem Brennraum 24. Zusätzlich ermöglicht das Verfahren 108 mehrere Kraftstoffeinspritzereignisse, d.h. Einspritzung 110 des ersten Teils 112 und Einspritzung 210 des zweiten Teils 212, um die Verbrennung des Kraftstoffs 14 innerhalb des Brennraums 24 zu optimieren und damit den Betrieb und die Leistung der Brennkraftmaschine 10 zu optimieren. Daher ermöglicht das Verfahren 108 auch die präzise Steuerung und Anpassung einer bestimmten Qualität, eines bestimmten Zeitpunkts und/oder einer bestimmten Dauer der Flammenauslösung innerhalb des Brennraums 24 in Bezug auf die Menge, den Zeitpunkt und/oder die Dauer der Erzeugung einer oder mehrerer Vielzahlen von freien Radikalen 188 innerhalb des Brennraums 24 und das Einspritzen mehrerer Teile 112, 212 des Kraftstoffs 14 in den Brennraum 24 sowie die Steuerung der Verbrennungsphase während des Kraftstoffverbrennungsereignisses.
  • Das Verfahren 108 kann sowohl zur Verwendung mit dem Ventilprotokoll 64 ( 5) mit positiver Ventilüberschneidung (PVO-Ventilprotokoll) als auch mit einem Ventilprotokoll mit negativer Ventilüberschneidung (NVO-Ventilprotokoll) (nicht dargestellt) zum Betrieb der Brennkraftmaschine 10 geeignet sein. Insbesondere umfasst das Verfahren 108 für sowohl das PVO-Ventilprotokoll 64 als auch das NVO-Ventilprotokoll während des Ansaugtakts 54 des Kolbens 22 das Einspritzen 110 des ersten Teils 112 des Kraftstoffs 14 in den Brennraum 24 und das anschließende Erregen des Plasmazünders 100 zur Erzeugung einer ersten Vielzahl von freien Radikalen 188 in dem Brennraum 24, das Aberregen des Plasmazünders 100 und das Verschieben 120 (5) des Einlassventils 34 von der Sitzposition 42 in die aus dem Sitz entfernte Position 44. Weiterhin umfasst das Verfahren 108 während des Verdichtungstaktes 56 des Kolbens 22 und nach dem Verschieben 120 des Einlassventils 34 in die Sitzposition 42, das erneute Erregen des Plasmazünders 100 zur Erzeugung einer zweiten Vielzahl von freien Radikalen 188, das Aberregen des Plasmazünders 100, das Einspritzen 210 des zweiten Teils 212 des Kraftstoffs 14 in den Brennraum 24 und anschließend das Aktivieren des Plasmazünders 100 zur Zündung des Kraftstoffs 14 in dem Brennraum 24.
  • Mit Bezug nun auf 6 ist eine schematische Darstellung einer Beziehung zwischen einer in Joule pro Kurbelwinkelgrad (J/CAD) gemessenen Rate einer Verbrennungswärmeabgabe 130 innerhalb des Brennraums 24 und der in Winkelgrad des in dem Brennraum 24 angeordneten Kolbens 22 gemessenen Drehposition 28 dargestellt, wobei der Plasmazünder 100 als Koronaentladungs-Plasmazünder 300 wie in 2 dargestellt konfiguriert ist. Die Rate der Verbrennungswärmeabgabe 130 wird hier auch als Wärmeabgaberate 130 (HRR) bezeichnet. Im Beispiel in 6 wird die Kraftmaschine 10 unter einer ersten Betriebsbedingung 132 und einer zweiten Betriebsbedingung 134 betrieben, um die in 6 bei 132,134 angegebenen HRRs 130 zu erzeugen. Während der ersten Betriebsbedingung 132 umfasst das Verfahren, das zum Zünden des Kraftstoffs 14 in dem Brennraum 24 verwendet wird, das Einspritzen 110 eines ersten Teils 112 des Kraftstoffs 14, das Einspritzen 210 eines zweiten Teils 212 des Kraftstoffs 14 und das Aktivieren 116 des Koronaentladungs-Plasmazünders 300, um den Kraftstoff 14 in dem Brennraum 24 zu zünden, wie für das Protokoll 64 beschrieben ist, das in 5 gezeigt ist. Während der ersten Betriebsbedingung 132 wird der Koronaentladungs-Plasmazünder 300 jedoch nicht erregt 114 und erzeugt folglich keine freien Radikalen 188 in dem Brennraum 24, bevor er aktiviert 116 wird, um den Kraftstoff 14 in dem Brennraum 24 zu zünden, um die HRR 130 für die erste Betriebsbedingung 132 zu erzeugen (bezeichnet als 132 in 6).
  • Während der zweiten Betriebsbedingung 134 werden das in 4 gezeigte Verfahren 108 und das in 5 gezeigte Protokoll 64 verwendet, um den Kraftstoff 14 in dem Brennraum zu zünden, um die HRR 130 für die zweite Betriebsbedingung 134 (bezeichnet als 134 in 6) zu erzeugen. Das heißt, die zweite Betriebsbedingung 134 umfasst einen Koronaentladungs-Plasmazünder 300, der einen ersten Teil 112 von Kraftstoff 14 in den Brennraum 24 einspritzt 110, anschließend den Koronaentladungs-Plasmazünder 300 erregt 114, um eine erste Vielzahl von freien Radikalen 188 in dem Brennraum 24 zu erzeugen, anschließend den Koronaentladungs-Plasmazünder 300 aberregt und zur Erzeugung einer zweiten Vielzahl von freien Radikalen 188 in dem Brennraum 24 erneut erregt, einen zweiten Teil 212 des Kraftstoffs 14 einspritzt 210 und anschließend den Koronaentladungs-Plasmazünder 300 zur Zündung des Kraftstoffs 14 in dem Brennraum aktiviert 116, um eine HRR 130 zu erzeugen, wie in 6 bei 134 dargestellt. Im gezeigten Beispiel wird die Erregung des Koronaentladungs-Plasmazünders 300 zur Erzeugung der freien Radikalen 188 durch eine geeignete Steuerung (nicht dargestellt) und/oder ein Berechnungssystem, z.B. eine Kraftmaschinesteuereinheit des Fahrzeugs, so gesteuert, dass die Spannung des bei der Erzeugung der Vielzahl von freien Radikalen 188 erzeugten elektrischen Feldes (die Erregerspannung) kleiner ist als eine Spannung eines elektrischen Feldes, die eine Lichtbogenbildung in dem Brennraum 24 (eine Lichtbogenspannung) erzeugen würde.
  • Noch mit Bezug auf 6 und wie aus dem Vergleich der unter den ersten und zweiten Bedingungen 132, 134 erzeugten HRR 130 hervorgeht, kann die Verbrennungsphase vorverstellt und die HRR 130 in dem Brennraum 24 während der zweiten Betriebsbedingung 134 gegenüber der ersten Betriebsbedingung 132 erhöht werden, indem eine oder mehrere Vielzahlen von freien Radikalen 188 nach dem Einspritzen 110 des ersten Teils 112 des Kraftstoffs 14 und vor dem Einspritzen 210 des zweiten Teils 212 des Kraftstoffs 14 gemäß dem in 5 gezeigten Protokoll 64 erzeugt werden. Das Hinzufügen der Erzeugung einer oder mehrerer Vielzahlen von freien Radikalen 188 zwischen der ersten und zweiten Einspritzung 110, 112 des Kraftstoffs 14 erhöht die HRR 130 und damit den Wirkungsgrad und die Effektivität der Verbrennung in dem Brennraum 24 während des Betriebs der Brennkraftmaschine 10 unter der Betriebsbedingung 134 gegenüber der Betriebsbedingung 132 und bewirkt ein Vorverstellen der Verbrennungsphase (z.B. verschiebt es die HRR-Kurve 134 gegenüber der HRR-Kurve 132 nach links (wie auf der Seite gezeigt)), was wiederum für einen verbesserten Kraftstoffverbrauch und geringere Emissionen unter der Betriebsbedingung 134 gegenüber der Betriebsbedingung 132 sorgt.
  • Bezogen auf 7 ist nun eine Beziehung zwischen der Wärmeabgaberate (HRR) 130 innerhalb des Brennraums 24 bei den Betriebsbedingungen 132, 136 und 138 dargestellt, wobei der Plasmazünder 100 als Plasmazünder mit dielektrischer Barriereentladung (DBD-Plasmazünder) 400 (9) konfiguriert ist. Im Beispiel in 7 wird die Kraftmaschine 10 unter der ersten Betriebsbedingung 132 und einer dritten und vierten Betriebsbedingung 136, 138 betrieben, um die in 7 bei 132, 136 bzw. 138 angegebenen HRRs 130 zu erzeugen. Während der ersten Betriebsbedingung 132 umfasst das Verfahren, das zum Zünden des Kraftstoffs 14 in dem Brennraum 24 verwendet wird, das Einspritzen 110 eines ersten Teils 112 des Kraftstoffs 14, das Einspritzen 210 eines zweiten Teils 212 des Kraftstoffs 14 und das Aktivieren 116 des DBD-Plasmazünders 400, um den Kraftstoff 14 in dem Brennraum 24 zu zünden, wie für das in 5 dargestellte Protokoll 64 beschrieben. Während der ersten Betriebsbedingung 132 wird der DBD-Plasmazünder 400 jedoch nicht erregt 114 und erzeugt daher keine freien Radikalen 188 in dem Brennraum 24, bevor er aktiviert 116 wird, um den Kraftstoff 14 in der Kammer 24 zu zünden, um die HRR 130 für die erste Betriebsbedingung 132 zu erzeugen (als 132 in 7 angezeigt).
  • Während der dritten und vierten Betriebsbedingung 136, 138 werden das in 4 gezeigte Verfahren 108 und das in 5 gezeigte Protokoll 64 verwendet, um den Kraftstoff 14 in dem Brennraum 24 (9) unter Verwendung des DBD-Plasmazünders 400 zu zünden, um die jeweils als 136, 138 in 7 angezeigten HRRs 130 zu erzeugen. Das heißt, jede der dritten und vierten Betriebsbedingungen 136, 138 umfasst einen DBD-Plasmazünder 400, das Einspritzen 110 eines ersten Teils 112 des Kraftstoffs 14 in den Brennraum 24, anschließend das Erregen 114 des DBD-Plasmazünders 400 zur Erzeugung einer ersten Vielzahl von freien Radikalen 188 in dem Brennraum 24, anschließend das Aberregen und erneute Erregen 114 des DBD-Plasmazünders 400 zur Erzeugung einer zweiten Vielzahl von freien Radikalen 188 in dem Brennraum 24, das Einspritzen 210 eines zweiten Teils 212 des Kraftstoffs 14 und das anschließende Aktivieren 116 des DBD-Plasmazünders 400 zur Zündung des Kraftstoffs 14 in dem Brennraum, um eine HRR 130 zu erzeugen, die jeweils bei 136, 138 in 7 dargestellt ist. Im gezeigten Beispiel wird die Erregung des DBD-Plasmazünders 400 zur Erzeugung der freien Radikalen 188 durch eine geeignete Steuerung (nicht dargestellt) und/oder ein Berechnungssystem, z.B. eine Kraftmaschinesteuereinheit des Fahrzeugs, so gesteuert, dass die Spannung des bei der Erzeugung der Vielzahl von freien Radikalen 188 erzeugten elektrischen Feldes (die Erregerspannung) selektiv auf eine vorgegebene Spannung geregelt wird. In dem gezeigten Beispiel ist die Erregerspannung des elektrischen Feldes, das während der Erzeugung der Vielzahl von freien Radikalen 188 für die dritte Bedingung 136 erzeugt wird, eine erste vorbestimmte Spannung, die kleiner als eine zweite vorbestimmte Spannung ist, wobei die Erregerspannung des elektrischen Feldes, das während der Erzeugung der Vielzahl von freien Radikalen 188 für die vierte Bedingung 138 erzeugt wird, auf die zweite vorbestimmte Spannung geregelt wird. In einem anschaulichen Beispiel ist die Erregerspannung des für die dritte Bedingung 136 erzeugten elektrischen Feldes eine erste vorbestimmte Spannung von 30 Kilovolt (kV), und die Erregerspannung des für die vierte Bedingung 138 erzeugten elektrischen Feldes ist eine zweite vorbestimmte Spannung von 50 kV.
  • Wie in 7 durch den Vergleich der unter der ersten Bedingung 132 erzeugten HRR 130 und des unter der dritten und vierten Bedingung 136, 138 erzeugten HRR 130 dargestellt, kann die HRR 130 in dem Brennraum 24 erhöht und die Verbrennungsphase während der dritten und vierten Betriebsbedingung 136, 138 gegenüber der ersten Betriebsbedingung 132 vorverstellt werden, indem der DBD-Plasmazünder 400 (9) erregt wird, um eine oder mehrere Vielzahlen von freien Radikalen 188 nach dem Einspritzen 110 des ersten Teils 112 des Kraftstoffs 14 und vor dem Einspritzen 210 des zweiten Teils 212 des Kraftstoffs 14 gemäß dem gezeigten Protokoll 64 zu erzeugen. Das Hinzufügen des Erzeugens von einer oder mehreren Vielzahlen von freien Radikalen 188 zwischen der ersten und zweiten Einspritzung 110, 112 des Kraftstoffs 14 erhöht die HRR 130, bewirkt eine Vorverstellung der Verbrennungsphase und erhöht damit den Wirkungsgrad und die Effektivität der Verbrennung in dem Brennraum 24 während des Betriebs der Brennkraftmaschine 10 unter den Betriebsbedingungen 136, 138, bezogen auf die Betriebsbedingung 132, was wiederum für einen verbesserten Kraftstoffverbrauch und geringere Emissionen unter den Betriebsbedingungen 136, 138 bezogen auf die Betriebsbedingung 132 sorgt.
  • Immer noch mit Bezug auf 7 und wie der Vergleich der unter der dritten Bedingung 136 erzeugten HRR 130 und der unter der vierten Bedingung 138 erzeugten HRR 130 zeigt, können die Verbrennungsphase des Verbrennungsereignisses und die HRR 130 in dem Brennraum 24 während der vierten Betriebsbedingung 138 gegenüber der dritten Betriebsbedingung 136 erhöht werden, indem der DBD-Plasmazünder 400 (9) erregt 114 wird, um eine oder mehrere Vielzahlen von freien Radikalen 188 zur Erzeugung eines elektrischen Feldes zu erzeugen, das eine höhere Erregerspannung während der vierten Betriebsbedingung 138 gegenüber einer niedrigeren Erregerspannung des unter der dritten Betriebsbedingung 136 erzeugten elektrischen Feldes aufweist. Wie hier bereits beschrieben, beträgt in einem anschaulichen Beispiel die Erregerspannung des für die dritte Bedingung 136 erzeugten elektrischen Feldes 40 Volt und die Erregerspannung des für die vierte Bedingung 138 erzeugten elektrischen Feldes 50 Volt. Daher erhöht die selektive Erhöhung der Erregerspannung des elektrischen Feldes, das während der Erzeugung der einen oder mehreren Vielzahlen von freien Radikalen 188 zwischen der ersten und zweiten Einspritzung 110, 112 des Kraftstoffs 14 erzeugt wird, die HRR 130, wie die relativ höhere HRR 130 für die vierte Bedingung 138 (angegeben bei 138 in 7) im Vergleich zu der HRR 130 für die dritte Betriebsbedingung 136 (angegeben bei 136 in 7) zeigt, und bewirkt eine Vorverstellung der Verbrennungsphase, die durch die Verschiebung der HRR-Kurve 130 für die vierte Bedingung 138 gegenüber der HRR-Kurve 130 für die dritte Bedingung 136 nach links (wie auf der Seite gezeigt) dargestellt ist. Die Erhöhung der Erregerspannung des bei der Erzeugung der freien Radikalen 188 erzeugten elektrischen Feldes erhöht somit den Wirkungsgrad und die Effektivität der Verbrennung in dem Brennraum 24 beim Betrieb der Brennkraftmaschine 10 unter der vierten Betriebsbedingung 138 gegenüber der dritten Betriebsbedingung 136, was wiederum für einen verbesserten Kraftstoffverbrauch und geringere Emissionen unter der Betriebsbedingung 138 gegenüber der Betriebsbedingung 136 sorgt.
  • In 8 ist nun eine Beziehung zwischen der Wärmeabgaberate (HRR) 130 in dem Brennraum 24 bei den Beispielbetriebsbedingungen 132, 140, 142 und 144 dargestellt, wobei der Plasmazünder 100 als Plasmazünder mit dielektrischer Barriereentladung (DBD-Plasmazünder) 400 (9) konfiguriert ist. Im in 8 gezeigten Beispiel wird die Kraftmaschine 10 unter der ersten Betriebsbedingung 132 und einer fünften, sechsten und siebten Betriebsbedingung 140, 142 und 144 betrieben, um HRRs 130 für die erste, fünfte, sechste und siebte Betriebsbedingung 132, 140, 142, 144 (jeweils in 8 bei 132, 140, 142 und 144 dargestellt) zu erzeugen. Während der ersten Betriebsbedingung 132 umfasst das Verfahren, das zum Zünden des Kraftstoffs 14 in dem Brennraum 24 verwendet wird, das Einspritzen 110 eines ersten Teils 112 des Kraftstoffs 14, das Einspritzen 210 eines zweiten Teils 212 des Kraftstoffs 14 und das Aktivieren 116 des DBD-Plasmazünders 400 zum Zünden des Kraftstoffs 14 in dem Brennraum, wie für das Protokoll 64 beschrieben ist, das in 5 gezeigt ist. Während der ersten Betriebsbedingung 132 wird der DBD-Plasmazünder 400 jedoch nicht erregt 114 und erzeugt daher keine freien Radikalen 188 in dem Brennraum 24, bevor er aktiviert 116 wird, um den Kraftstoff 14 in dem Brennraum 24 zu zünden und die in 8 bei 132 angezeigte HRR 130 zu erzeugen.
  • Während der fünften, sechsten und siebten Betriebsbedingungen 140, 142 und 144 werden das in 4 gezeigte Verfahren 108 und das in 5 gezeigte Protokoll 64 verwendet, um den Kraftstoff 14 in dem Brennraum 24 (9) mit dem DBD-Plasmazünder 400 zu zünden, um die HRRs 130 für die fünften, sechsten und siebten Betriebsbedingungen 140, 142 und 144 zu erzeugen, die in 8 jeweils mit 140, 142 und 144 gekennzeichnet sind. Das heißt, jeder der fünften, sechsten und siebten Betriebsbedingungen 140, 142, 144 beinhaltet das Einspritzen 110 eines ersten Teils 112 des Kraftstoffs 14 in den Brennraum 24 und das anschließende Erregen 114 des DBD-Plasmazünders 400, um eine erste Vielzahl von freien Radikalen 188 in dem Brennraum 24 zu erzeugen, das anschließende Aberregen und erneute Erregen 114 des DBD-Plasmazünders 400 zur Erzeugung mindestens einer zusätzlichen Vielzahl von freien Radikalen 188 in dem Brennraum 24, das anschließende Einspritzen 210 eines zweiten Teils 212 des Kraftstoffs 14 und das anschließende Aktivieren 116 des DBD-Plasmazünders 400 zur Zündung des Kraftstoffs 14 in dem Brennraum zur Erzeugung einer HRR 130, die in 8 jeweils bei 140, 142 und 144 dargestellt ist.
  • Die fünfte, sechste und siebte Betriebsbedingung 140, 142 und 144 unterscheiden sich voneinander und von der ersten Betriebsbedingung 132 durch die Anzahl der Vielzahlen von freien Radikalen 188, die während der Ausführung des Verfahrens 108 zur Zündung des Kraftstoffs 14 in dem Brennraum 24 erzeugt werden. Wie zuvor beschrieben, wird der DBD-Plasmazünder 400 während der ersten Betriebsbedingung 132 nicht erregt 114 und erzeugt daher keine freien Radikalen 188 in dem Brennraum 24 vor der Aktivierung 116 zur Zündung des Kraftstoffs 14 in dem Brennraum 24 zur Erzeugung der HRR 130 für die erste Betriebsbedingung, gekennzeichnet bei 132 in 8. In der fünften Betriebsbedingung 140 wird der DBD-Zünder 400 nach dem Einspritzen 110 des ersten Teils 112 des Kraftstoffs 14 erregt 114, aberregt und erneut erregt 114, wie in 5 dargestellt, um zwei Vielzahlen von freien Radikalen 188 zu erzeugen, bevor der zweite Teil 212 des Kraftstoffs 14 eingespritzt 210 und anschließend der DBD-Zünder 400 aktiviert 116 wird, um den Kraftstoff 14 in dem Brennraum 24 zu zünden. In der sechsten Betriebsbedingung 142 wird der DBD-Zünder 400 gemäß dem Verfahren 108 (4) nach dem Einspritzen 110 des ersten Teils 112 des Kraftstoffs 14 erregt 114, ein erstes Mal aberregt und erneut erregt 114, dann ein zweites Mal aberregt und erneut erregt 114, um vor dem Einspritzen 210 des zweiten Teils 212 des Kraftstoffs 14 drei Vielzahlen von freien Radikalen 188 zu erzeugen, und anschließend wird der DBD-Zünder 400 aktiviert 116, um den Kraftstoff 14 in dem Brennraum 24 zu zünden. In der siebten Betriebsbedingung 144 wird der DBD-Zünder 400 gemäß dem Verfahren 108 (4) nach dem Einspritzen 110 des ersten Teils 112 des Kraftstoffs 14 zur Erzeugung einer ersten Vielzahl von freien Radikalen erregt 114, ein erstes Mal aberregt und erneut erregt 114, um eine zweite Vielzahl von freien Radikalen zu erzeugen, dann ein zweites Mal aberregt und erneut erregt 114, um eine dritte Vielzahl von freien Radikalen zu erzeugen, dann ein drittes Mal aberregt und erneut erregt 114, um eine vierte Vielzahl von freien Radikalen zu erzeugen, um vier Vielzahlen von freien Radikalen 188 zu erzeugen, bevor der zweite Teil 212 des Kraftstoffs 14 eingespritzt 210 und anschließend 116 der DBD-Zünder 400 aktiviert 116 wird, um den Kraftstoff 14 in dem Brennraum 24 zu entzünden.
  • Im gezeigten Beispiel wird die Erregung des DBD-Plasma-Zünders 400 zur Erzeugung der freien Radikalen 188 durch eine geeignete Steuerung (nicht dargestellt) und/oder ein Berechnungssystem, z.B. eine Kraftmaschinesteuereinheit des Fahrzeugs, so gesteuert, dass die Spannung des bei der Erzeugung der Vielzahl der freien Radikalen 188 erzeugten elektrischen Feldes (die Erregerspannung) selektiv auf eine vorgegebene Spannung geregelt wird. Im gezeigten Beispiel ist die Erregerspannung des elektrischen Feldes, das bei der Erzeugung der Vielzahl der freien Radikalen 188 für jede der fünften, sechsten und siebten Betriebsbedingungen 140, 142, 144 erzeugt wird, die gleiche vorbestimmte Spannung. In einem anschaulichen Beispiel beträgt die Erregerspannung des für jede der fünften, sechsten und siebten Betriebsbedingungen 140, 142, 144 erzeugten elektrischen Feldes 40 Volt.
  • Wie in 8 durch den Vergleich der unter der ersten Bedingung 132 erzeugten HRR 130 und der unter jeder der fünften, sechsten und siebten Betriebsbedingungen 140, 142, 144 erzeugten HRR 130 dargestellt, kann während der fünften, sechsten und siebten Betriebsbedingungen 140, 142, 144 die HRR 130 in dem Brennraum 24 erhöht werden und die Verbrennungsphase gegenüber der ersten Betriebsbedingung 132 durch Erregung 114 des DBD-Plasmazünder 400 (9) zur Erzeugung einer oder mehrerer Vielzahlen von freien Radikalen 188 nach Einspritzung 110 des ersten Teils 112 des Kraftstoffs 14 und vor der Einspritzung 210 des zweiten Teils 212 des Kraftstoffs 14 gemäß dem Verfahren 108 (4) und dem Protokoll 64 (5) vorverstellt werden. Daher wird durch Hinzufügen des Erzeugens von einer oder mehreren Vielzahlen von freien Radikalen 188 zwischen der ersten und zweiten Einspritzung 110, 112 des Kraftstoffs 14 die HRR 130 erhöht, die Verbrennungsphase vorverstellt und damit den Wirkungsgrad und die Effektivität der Verbrennung in dem Brennraum 24 während des Betriebs der Brennkraftmaschine 10 unter den Betriebsbedingungen 140, 142, 144 gegenüber der Betriebsbedingung 132 erhöht, was wiederum zu einer verbesserten Kraftstoffeinsparung und reduzierten Emissionen unter den Betriebsbedingungen 140, 142, 144 gegenüber der Betriebsbedingung 132 führt.
  • Noch mit Bezug auf 8 und wie der Vergleich der HRR 130, die unter jeder der fünften, sechsten und siebten Betriebsbedingungen 140, 142, 144 erzeugt wird, zeigt, kann die HRR 130 in dem Brennraum 24 erhöht und die Verbrennungsphase durch Erhöhung der Anzahl der Erregungen 114 des DBD-Plasmazünders 400 (9) vorverstellt werden, um eine Vielzahl von freien Radikalen 188 zu erzeugen, nachdem der erste Teil 112 des Kraftstoffs 14 eingespritzt 110 wurde, und vor der Einspritzung 210 des zweiten Teils 212 des Kraftstoffs 14. Z.B. kann die HRR 130 in dem Brennraum 24 erhöht werden, indem die Anzahl der in dem Brennraum 24 erzeugten freien Radikalen 118 erhöht wird, nachdem der erste Teil 112 des Kraftstoffs 14 eingespritzt 110 wurde und vor der Einspritzung 210 des zweiten Teils 212 des Kraftstoffs 14. Wie in 8 dargestellt, ist die HRR 130, die unter der siebten Betriebsbedingung 144 (HRR 130, angegeben bei 144 in 8) einschließlich der Erzeugung von vier Vielzahlen von freien Radikalen 188 erzeugt wurde, relativ höher und zeigt ein Vorverstellen in der Verbrennungsphase, verglichen mit der HRR 130, die unter der sechsten Betriebsbedingung 142 (HRR 130, angegeben bei 142 in 8) einschließlich der Erzeugung von drei Vielzahlen von freien Radikalen 188 erzeugt wurde. Wie weiter in 8 gezeigt, ist die HRR 130, die unter der sechsten Betriebsbedingung 142 (HRR 130, angegeben bei 142 in 8) einschließlich der Erzeugung von drei Vielzahlen von freien Radikalen 188 erzeugt wurde, relativ höher und zeigt ein Vorverstellen der Verbrennungsphase, verglichen mit der HRR 130, die unter der fünften Betriebsbedingung 142 (HRR 130, angegeben bei 142 in 8) einschließlich der Erzeugung von zwei Vielzahlen von freien Radikalen 188 erzeugt wurde. Die Erhöhung der Anzahl der Vielzahlen der freien Radikalen 188 nach dem Einspritzen 110 des ersten Teils 112 des Kraftstoffs 14 und vor dem Einspritzen 210 des zweiten Teils 212 des Kraftstoffs 14 unter Verwendung des Verfahrens 108 erhöht somit den Wirkungsgrad und die Effektivität der Verbrennung in dem Brennraum 24 während des Betriebs der Brennkraftmaschine 10 unter der siebten Betriebsbedingung 144, bezogen auf die sechste Betriebsbedingung 142, bezogen auf die fünfte Betriebsbedingung 140, bezogen auf die erste Betriebsbedingung 132, was wiederum für einen verbesserten Kraftstoffverbrauch und geringere Emissionen unter den Betriebsbedingungen 140, 142, 144 mit zunehmender Anzahl der Vielzahl von freien Radikalen 188 sorgt, die im Vergleich zur Betriebsbedingung 132 erzeugt werden.
  • Die Verwendung der ersten, zweiten, dritten, vierten, fünften, sechsten und siebten Betriebsbedingungen 132, 134, 136, 138, 140, 142, 144 dient zur Veranschaulichung, um beispielsweise die Auswirkungen von relativen Unterschieden zwischen den jeweiligen Betriebsbedingungen auf die HRRs 130, die während der Anwendung des Verfahrens 108 zur Steuerung der Zündung des Kraftstoffs 14 in dem Brennraum 24 erzeugt werden, und die Auswirkung von relativen Unterschieden auf die Verbrennungsphase darzustellen, und ist nicht als Begrenzung gedacht. Beispielsweise versteht es sich, dass unter Verwendung des Verfahrens 108 zusätzliche Betriebsbedingungen außer den hier beschriebenen veranschaulichten Beispielen ausgeführt werden können, indem man beispielsweise die Art des verwendeten Plasmazünders 100, 300, 400, die Dauer jedes Erregungs- und Aktivierungsereignisses, die Erregerspannung des elektrischen Feldes, das durch die Erzeugung der Vielzahl von freien Radikalen 188 erzeugt wird, wobei die Erregerspannung für jede Vielzahl der während der Ausführung des Verfahrens 108 erzeugten freien Radikalen 188 unterschiedlich sein kann, die Anzahl der Vielzahlen der während der Ausführung des Verfahrens 108 erzeugten freien Radikalen 188 usw. variieren lässt, um ein Verfahren 108 zur Verfügung zu stellen, das den Wirkungsgrad und die Effektivität der Verbrennung in dem Brennraum 24 erhöht. Als veranschaulichendes Beispiel kann die Dauer eines Erregerereignisses zwischen 0,1 Millisekunden (ms) und 5 ms liegen. Als Beispiel kann die Dauer eines Aktivierungsereignisses zwischen 0,1 ms und 5 ms liegen.
  • Nun unter Bezugnahme auf 13, 14 und 15 zeigt 13 ein zweites Verfahren 208 zur Zündung eines Kraftstoffs 14 innerhalb des Brennraums 24 von 1, das durch das in 14 gezeigte Protokoll 164 dargestellt wird. Unter Bezugnahme auf 14 wird ein Verfahren 208 zur Zündung des Kraftstoffs 14 in dem Brennraum 24 offengelegt. Das Verfahren 208 beinhaltet die Erregung 114 des Plasmazünders 100 in dem Brennraum 24, um eine oder mehrere Vielzahlen von freien Radikalen 188 zu erzeugen. Eine solche Erregung 114 kann ebenfalls durch eine geeignete Steuerung (nicht dargestellt) und/oder ein Rechensystem, z.B. eine Kraftmaschinesteuereinheit des Fahrzeugs, gesteuert werden. Die Verfahren 208 kann das Erregen 114 des Plasmazünders 100 zur Erzeugung einer ersten Vielzahl von freien Radikalen 188 und anschließend das ein- oder mehrmalige Aberregen und erneute Erregen 114 des Plasmazünders 100 zur Erzeugung einer oder mehrerer nachfolgender Vielzahlen von freien Radikalen 188 umfassen. Wie in 13 und 14 dargestellt, erfolgt das Erregen 114 und das anschließende Aberregen und erneute Erregen 114 des Plasmazünders 100 vor dem Einspritzen 110 des ersten Teils 112 des Kraftstoffs 14, das vor dem Einspritzen 210 des zweiten Teils 212 des Kraftstoffs 14 auftritt. Zum Beispiel, wie in Protokoll 164 in 14 gezeigt, kann der Plasmazünder 100 zunächst erregt 114 werden, wenn die Kurbelwelle 12 die Drehposition 28 von etwa -320 Grad bis etwa -280 Grad hat, oder bei etwa -300 Grad, um eine erste Vielzahl von freien Radikalen 188 in dem Brennraum 24 zu erzeugen. Wie in Verfahren 208 (13) und Protokoll 164 in 14 gezeigt, kann der Plasmazünder 100 anschließend aberregt und erneut erregt 114 werden, wenn die Kurbelwelle 12 die Drehposition 28 von etwa -250 Grad bis etwa -210 Grad hat, oder bei etwa -230 Grad, um eine zweite Vielzahl von freien Radikalen 188 zu erzeugen.
  • Wieder unter Bezugnahme auf 13 und 14 umfasst das Verfahren 208 das Einspritzen 110 eines ersten Teils 112 (14) des Kraftstoffs 14 in den Brennraum 24 nach dem Erregen 114 des Plasmazünders 100 zur Erzeugung einer oder mehrerer Vielzahlen von freien Radikalen 188 in dem Brennraum 24. D.h. das Einspritzen 110 kann das Ausstoßen des ersten Teils 112 aus der Kraftstoffdüse 68 in einer gewünschten Menge und/oder an einer gewünschten Drehposition 28 der Kurbelwelle 12 umfassen. Die Menge und der Zeitpunkt einer solchen Einspritzung kann durch eine geeignete Steuerung (nicht dargestellt) und/oder ein Berechnungssystem, z.B. eine Kraftmaschinesteuereinheit des Fahrzeugs, gesteuert werden.
  • Sowohl die Menge des ersten Teils 112 als auch der Zeitpunkt der Einspritzung 110 des ersten Teils 112 können entsprechend den gewünschten Eigenschaften einer Mischung aus Ansaugluft 40 und Kraftstoff 14 in dem Brennraum 24, dem Ventilprotokoll 164 und/oder der Betriebsbedingung der Brennkraftmaschine 10 gewählt werden. Zum Beispiel kann der erste Teil 112 von etwa 1 mg bis etwa 20 mg Kraftstoff 14, oder von etwa 3 mg bis etwa 15 mg Kraftstoff 14, oder von etwa 9 mg bis etwa 13 mg Kraftstoff 14, oder etwa 10,5 mg Kraftstoff 14 sein. Weiterhin kann die Einspritzung 110 an jeder beliebigen Drehposition 28 der Kurbelwelle 12 erfolgen. In einem nicht begrenzenden Beispiel, das mit Bezug auf 14 beschrieben wird, kann die Kraftstoffdüse 68 den ersten Teil 112 des Kraftstoffs 14 in den Brennraum 24 einspritzen, wenn die Kurbelwelle 12 die Drehposition 28 von etwa -210 Grad bis etwa -190 Grad in dem in 14 gezeigten Beispiel hat, wobei die Kraftstoffdüse 68 den ersten Teil 112 des Kraftstoffs 14 in den Brennraum 24 einspritzt, wenn die Kurbelwelle 12 die Drehposition 28 von etwa - 200 Grad hat. Wie in 13 und 14 beschrieben, kann das Verfahren 208 auch das Einspritzen 210 eines zweiten Teils 212 des Kraftstoffs 14 in den Brennraum 24 nach dem ein- oder mehrmaligen Erregen 114 des Plasmazünders 100 zur Erzeugung einer oder mehrerer Vielzahlen von freien Radikalen 188 in dem Brennraum 24, nach dem Einspritzen 110 des ersten Teils 112 des Kraftstoffs 14 in den Brennraum 24 und vor dem Aktivieren 116 des Plasmazünders 100 zur Zündung des Kraftstoffs 14 in dem Brennraum 24 umfassen. Das Einspritzen 210 kann das Ausstoßen des zweiten Teils 212 aus der Kraftstoffdüse 68 nach dem Einspritzen des ersten Teils 112 in einer gewünschten Menge und/oder an einer gewünschten Drehposition 28 der Kurbelwelle 12 umfassen. Daher werden der erste Teil 112 und der zweite Teil 212 getrennt in den Brennraum 24 eingespritzt und stellen einzigartige oder eindeutige Kraftstoffeinspritzereignisse dar. Anders ausgedrückt kann das Verfahren 108 eine Mehrfacheinspritzung von Kraftstoff 14 beinhalten.
  • Sowohl die Menge des zweiten Teils 212 als auch der Zeitpunkt der Einspritzung 210 des zweiten Teils 212 kann entsprechend den gewünschten Eigenschaften der Mischung aus Ansaugluft 40 und Kraftstoff 14 innerhalb des Brennraums 24, dem Ventilprotokoll 164 und/oder der Betriebsbedingung der Brennkraftmaschine 10 ausgewählt werden. Wie in 14 dargestellt, ist das Ereignis der Aktivierung 116 des Plasmazünders 100 zur Zündung des Kraftstoffs 14 zeitlich eng mit dem zweiten Einspritzereignis 210 des zweiten Teils 212 des Kraftstoffs 14 in den Brennraum 24 gekoppelt, d.h. die Einspritzung 210 und die Aktivierung 116 erfolgen in unmittelbarer zeitlicher Nähe und unter ähnlichen Kurbelbedingungen. In einem Beispiel treten die Ereignisse der Einspritzung 210 des zweiten Kraftstoffteils 212 und der Aktivierung 116 des Plasmazünders 100 innerhalb von 6 Kurbelwinkelgrad voneinander und vorzugsweise in einem Bereich von 2 bis 4 Kurbelwinkelgrad voneinander auf. 14 zeigt beispielhaft das Einspritzereignis 210 bei einem Kurbelwinkel von -33 Grad und das Zündaktivierungsereignis 116 bei einem Kurbelwinkel von -27 Grad.
  • Weiterhin kann der zweite Teil 212 kleiner, gleich oder größer als der erste Teil 112 sein. Z.B. kann der zweite Teil 212 von etwa 1 mg bis etwa 20 mg Kraftstoff 14 oder von etwa 5 mg bis etwa 15 mg Kraftstoff 14 oder etwa 10,5 mg Kraftstoff 14 sein. Als nicht begrenzende Beispiele kann die Kraftstoffdüse 68 den zweiten Teil 212 des Kraftstoffs 14 in den Brennraum 24 einspritzen, wenn die Kurbelwelle 12 die Drehposition 28 von etwa -90 Grad bis etwa 0 Grad oder von etwa -60 Grad bis etwa -20 Grad hat. In dem in 14 gezeigten Beispiel spritzt die Kraftstoffdüse 68 den zweiten Teil 212 des Kraftstoffs 14 in den Brennraum 24 ein, wenn die Kurbelwelle 12 die Drehposition 28 bei oder um etwa -33 Grad hat. Die zweite Einspritzung kann auch durch eine geeignete Steuerung (nicht abgebildet) und/oder ein Berechnungssystem, z.B. die Kraftmaschinesteuereinheit des Fahrzeugs, gesteuert werden. Daher können der erste Teil 112 und der zweite Teil 212 getrennt in den Brennraum 24 eingespritzt werden und einzigartige oder eindeutige Kraftstoffeinspritzereignisse darstellen. In dem in 14 und dem Verfahren 208 gezeigten Beispiel werden der erste Teil 112 und der zweite Teil 212 des Kraftstoffs 14 in den Brennraum 24 eingespritzt 110, 210, bevor der Plasmainjektor 100 aktiviert 116 wird, um den Kraftstoff 14 in dem Brennraum 24 zu zünden.
  • Wieder unter Bezugnahme auf 13 und 14 umfasst das Verfahren 208 nach dem Erregen 114 des Plasmazünders 100 zur Erzeugung einer oder mehrerer Vielzahlen von freien Radikalen 188 und nach dem anschließenden Einspritzen 110, 210 des ersten und zweiten Teils 112, 212 des Kraftstoffs 14 die Aktivierung 116 des Zünders 100 innerhalb des Brennraums 24, um dadurch den Kraftstoff 14 zu entzünden. Das Aktivieren 116 des Plasmazünders 100, der z. B. der Koronaentladungs-Plasmazünder 300 oder der DBD-Plasmazünder 400 wie oben beschrieben sein kann, löst die Flamme 102 innerhalb des Brennraums 24 aus und entzündet dadurch den Kraftstoff 14. Daher kann das Verfahren 208 mehrere Plasmazündereignisse umfassen, und solche Plasmazündereignisse, d.h. das Erregen 114 und das Aktivieren 116, können durch eine geeignete Steuerung (nicht dargestellt) und/oder ein Berechnungssystem gesteuert werden, z.B. eine Kraftmaschinesteuereinheit eines Fahrzeugs, das die Kraftmaschine 10 enthält. In dem in 13 und 14 dargestellten Beispiel erfolgt die Aktivierung 116 nach dem Erregen 114 des Plasmazünders 100 und nach dem Einspritzen 110, 210 des ersten und zweiten Teils 112, 212 des Kraftstoffs 14 in den Brennraum 24. Der Zünder 100 kann z.B. aktiviert werden, wenn die Kurbelwelle 12 die Drehposition 28 von etwa -30 Grad bis etwa 0 Grad oder bei oder etwa bei -27 Grad hat.
  • Das Verfahren 208 ermöglicht daher mehrere Zündereignisse, d.h. das Erregen 114, das Aberregen und erneute Erregen von 114, das Aktivieren 116 des Plasmazünders 100 in dem Brennraum 24. Zusätzlich ermöglicht das Verfahren 208 mehrere Einspritzvorgänge, d.h. Einspritzen 110 des ersten Teils 112 und Einspritzen 210 des zweiten Teils 212, um die Verbrennung des Kraftstoffs 14 innerhalb des Brennraums 24 zu optimieren und dadurch den Betrieb und die Leistung der Brennkraftmaschine 10 zu optimieren. Daher ermöglicht das Verfahren 208 auch die präzise Steuerung und Anpassung einer bestimmten Qualität, eines bestimmten Zeitpunkts und/oder einer bestimmten Dauer der Flammenauslösung innerhalb des Brennraums 24 in Bezug auf die Menge, den Zeitpunkt und/oder die Dauer der Erzeugung einer oder mehrerer Vielzahlen von freien Radikalen 188 innerhalb des Brennraums 24 und das Einspritzen mehrerer Teile 112, 212 des Kraftstoffs 14 in den Brennraum 24.
  • Das Verfahren 208 kann sowohl mit dem Ventilprotokoll 164 mit positiver Ventilüberlappung (PVO-Ventilprotokoll) (14) als auch mit einem Ventilprotokoll mit negativer Ventilüberlappung (NVO-Ventilprotokoll) (nicht gezeigt) zum Betrieb der Brennkraftmaschine 10 verwendet werden. Insbesondere umfasst das Verfahren 208 für sowohl das PVO-Ventilprotokoll 164 als auch das NVO-Ventilprotokoll während des Ansaugtakts 54 des Kolbens 22 das Erregen des Plasmazünders 100 zur Erzeugung einer ersten Vielzahl von freien Radikalen 188 in dem Brennraum 24, das Aberregen des Plasmazünders 100, das erneute Erregen des Plasmazünders 100 zur Erzeugung einer zweiten Vielzahl von freien Radikalen 188, das Aberregen des Plasmazünders 100 und das Verschieben 120 (5) des Einlassventils 34 von der Sitzposition 42 in die aus dem Sitz entfernte Position 44. Weiterhin umfasst das Verfahren 208, während des Verdichtungstakts 56 des Kolbens 22 und nach dem Verschieben 120 des Einlassventils 34 in die Sitzposition 42, das Einspritzen 110 des ersten Teils 112 des Kraftstoffs 14 in den Brennraum 24, dann das Einspritzen 210 des zweiten Teils 212 des Kraftstoffs 14 in den Brennraum 24 und anschließend das Aktivieren des Plasmazünders 100, um den Kraftstoff 14 in dem Brennraum 24 zu entzünden.
  • In 15 ist nun eine schematische Darstellung einer Beziehung zwischen einer HRR 130 innerhalb des Brennraums 24, gemessen in Joule pro Kurbelwinkelgrad (J/CAD), und der Drehposition 28, gemessen in Winkelgrad des in dem Brennraum 24 angeordneten Kolbens 22, dargestellt, wobei der Plasmazünder 100 als Plasmazünder mit dielektrischer Barriereentladung (DBD-Plasmazünder) 400, wie in dargestellt, konfiguriert ist. In dem Beispiel in 15 wird die Kraftmaschine 10 unter Verwendung des Verfahrens 208 unter einer ersten Betriebsbedingung 146 und unter einer zweiten Betriebsbedingung 148 betrieben, um die jeweils angegebenen HRRs 130 zu erzeugen. Während der ersten Betriebsbedingung 146 umfasst das Verfahren, das zur Zündung des Kraftstoffs 14 im Brennraum 24 verwendet wird, die Einspritzung 110 eines ersten Teils 112 des Kraftstoffs 14, die Einspritzung 210 eines zweiten Teils 212 des Kraftstoffs 14 und die Aktivierung 116 des DBD-Plasmazünders 400 zur Zündung des Kraftstoffs 14 in dem Brennraum 24, wie für das in 14 gezeigte Protokoll 164 beschrieben ist. Während der ersten Betriebsbedingung 146 wird der DBD-Plasmazünder 400 jedoch nicht erregt 114 und erzeugt daher keine freien Radikalen 188 in dem Brennraum 24 vor dem Einspritzen 110, 210 des ersten und zweiten Teils 112, 212 des Kraftstoffs 14 und vor dem Aktivieren 116, um den Kraftstoff 14 in dem Brennraum 24 zu zünden, um die HRR 130 für die erste Betriebsbedingung zu erzeugen (als 146 in 15 angezeigt).
  • Während der zweiten Betriebsbedingung 148 werden das in 13 gezeigte Verfahren 208 und das in 14 gezeigte Protokoll 164 verwendet, um den Kraftstoff 14 in dem Brennraum 24 zu zünden, um die mit 148 in 15 bezeichnete HRR 130 zu erzeugen. D.h. die zweite Betriebsbedingung 148 umfasst das Erregen 114 des DBD-Plasmazünders 400, um eine erste Vielzahl von freien Radikalen 188 in dem Brennraum 24 zu erzeugen, anschließend das Aberregen und erneute Erregen 114 des DBD-Plasmazünders 400, um eine zweite Vielzahl von freien Radikalen 188 in dem Brennraum 24 zu erzeugen, anschließend das Einspritzen 110 eines ersten Teils 112 des Kraftstoffs 14 in den Brennraum 24, anschließend das Einspritzen 210 eines zweiten Teils 212 des Kraftstoffs 14 und anschließend das Aktivieren 116 des DBD-Plasmazünders 400, um den Kraftstoff 14 in dem Brennraum zu zünden, um eine HRR 130 zu erzeugen, die bei 148 in 15 dargestellt ist. Im gezeigten Beispiel wird die Erregung des DBD-Plasmazünder 400 zur Erzeugung der freien Radikalen 188 durch eine geeignete Steuerung (nicht dargestellt) und/oder ein Berechnungssystem, z.B. eine Kraftmaschinesteuereinheit des Fahrzeugs, so gesteuert, dass die Spannung des bei der Erzeugung der Vielzahl von freien Radikalen 188 erzeugten elektrischen Feldes (die Erregerspannung) eine vorgegebene Spannung sein kann. In einem nicht-begrenzenden Beispiel wird das elektrische Feld, das während der Erregung 114 des DBD-Plasmazünders 400 in der Betriebsbedingung 148 entsprechend Verfahren 208 (13) und Protokoll 164 (14) erzeugt wird, durch eine Erregerspannung von 50 Volt (V) charakterisiert.
  • Noch mit Bezug auf 15 und wie aus dem Vergleich der unter den ersten und zweiten Bedingungen 146, 148 erzeugten HRR 130 hervorgeht, kann die HRR 130 in dem Brennraum 24 während der zweiten Betriebsbedingung 148 gegenüber der ersten Betriebsbedingung 146 erhöht und die Verbrennungsphase vorverstellt werden, indem eine oder mehrere Vielzahlen von freien Radikalen 188 vor dem Einspritzen 110 des ersten Teils 112 des Kraftstoffs 14 und vor dem Einspritzen 210 des zweiten Teils 212 des Kraftstoffs 14 gemäß dem in 14 gezeigten Protokoll 164 erzeugt werden. Das Hinzufügen einer oder mehrerer Vielzahlen von freien Radikalen 188 vor der ersten und zweiten Einspritzung 110, 112 des Kraftstoffs 14 erhöht die HRR 130, bewirkt eine Vorverstellung der Verbrennungsphase und erhöht dadurch den Wirkungsgrad und die Effektivität der Verbrennung im Brennraum 24 während des Betriebs der Brennkraftmaschine 10 unter der Betriebsbedingung 148 gegenüber der Betriebsbedingung 146, was wiederum für eine verbesserte Kraftstoffeinsparung und geringere Emissionen unter der Betriebsbedingung 148 gegenüber der Betriebsbedingung 146 sorgt.
  • Während die besten Modi für die Durchführung der Offenbarung detailliert beschrieben wurden, wird der Fachmann auf dem Gebiet auf die sich diese Offenbarung bezieht, verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen für die Ausübung der Offenbarung im Rahmen der beigefügten Ansprüche erkennen.

Claims (20)

  1. Verfahren zum Zünden eines Kraftstoffs innerhalb eines durch einen Zylinderblock einer Brennkraftmaschine definierten Brennraums, wobei das Verfahren umfasst: Einspritzen eines ersten Teils des Kraftstoffs in den Brennraum; wobei sich ein Plasmazünder durch einen an den Zylinderblock angepassten Zylinderkopf erstreckt und in den Brennraum hinein ragt; wobei der Plasmazünder so konfiguriert ist, dass: das Erregen des Plasmazünders eine Vielzahl von freien Radikalen in dem Brennraum erzeugt; und das Aktivieren des Plasmazünders eine Flamme in dem Brennraum auslöst, um den Kraftstoff in dem Brennraum zu entzünden; wobei das Verfahren ferner umfasst, dass: nach dem Einspritzen des ersten Teils der Plasmazünder erregt wird, um eine erste Vielzahl von freien Radikalen zu erzeugen; nach dem Erzeugen der ersten Vielzahl von freien Radikalen ein zweiter Teils des Kraftstoffs in den Brennraum eingespritzt wird; und nach dem Einspritzen des zweiten Teils, der Plasmazünder aktiviert wird, um dadurch den Kraftstoff zu entzünden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst, dass: nach dem Erzeugen der ersten Vielzahl von freien Radikalen und vor dem Einspritzen des zweiten Teils des Kraftstoffs der Plasmazünder aberregt und anschließend erneut erregt wird, um eine zweite Vielzahl von freien Radikalen zu erzeugen.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Einspritzen des ersten Teils und das anschließende Erzeugen der ersten Vielzahl von freien Radikalen während eines Ansaugtakts eines innerhalb des Brennraums angeordneten Kolbens erfolgt, bei dem der Kolben von einer ersten Position in eine zweite Position innerhalb des Brennraums fährt.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem das Erzeugen der zweiten Vielzahl von freien Radikalen und das anschließende Einspritzen des zweiten Teils während eines Verdichtungstakts des Kolbens erfolgt, bei dem der Kolben von der zweiten Position in die erste Position innerhalb des Brennraums fährt.
  5. Verfahren nach Anspruch 2, das ferner umfasst, dass: nach dem Erzeugen der zweiten Vielzahl von freien Radikalen und vor dem Einspritzen des zweiten Teils der Plasmazünder aberregt und anschließend erneut erregt wird, um eine dritte Vielzahl von freien Radikalen zu erzeugen.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, das ferner umfasst, dass: nach dem Erzeugen der dritten Vielzahl von freien Radikalen und vor dem Einspritzen des zweiten Teils der Plasmazünder aberregt und anschließend erneut erregt wird, um mindestens eine vierte Vielzahl von freien Radikalen zu erzeugen.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Plasmazünder ein Koronaentladungs-Plasmazünder ist, der zum Entladen eines Plasmas mit einer Vielzahl von Fahnen in dem Brennraum konfiguriert ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Plasmazünder ein Plasmazünder mit dielektrischer Barriereentladung ist, der für ein Entladen eines Plasmas mit einer Vielzahl von Fahnen in dem Brennraum hinein und/oder für ein Entladen eines Plasmas mit einer Vielzahl von Fahnen, die sich entlang einer Oberfläche eines Zündabschnitts des Plasmazünders mit dielektrischer Barriereentladung ausbreiten, konfiguriert ist.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Erregen des Plasmazünders ferner das Erregen des Plasmazünders zum Erzeugen eines elektrischen Feldes mit einer Spannung zwischen 10 kV und 110 kV umfasst.
  10. Verfahren zum Zünden eines Kraftstoffs innerhalb eines durch einen Zylinderblock einer Brennkraftmaschine definierten Brennraums, wobei das Verfahren umfasst: Erregen eines Plasmazünders, um eine erste Vielzahl von freien Radikalen in dem Brennraum zu erzeugen; wobei sich der Plasmazünder durch einen an den Zylinderblock angepassten Zylinderkopf hindurch erstreckt und in den Brennraum hinein ragt; wobei der Plasmazünder so konfiguriert ist, dass: das Erregen des Plasmazünders eine Vielzahl von freien Radikalen in dem Brennraum erzeugt; und das Aktivieren des Plasmazünders eine Flamme in dem Brennraum auslöst, um den Kraftstoff in dem Brennraum zu entzünden; wobei das Verfahren ferner umfasst, dass: der Plasmazünder aberregt und anschließend erneut erregt wird, um eine zweite Vielzahl von freien Radikalen zu erzeugen; nach dem Erzeugen der zweiten Vielzahl von freien Radikalen ein erster Teil des Kraftstoffs in den Brennraum eingespritzt wird; nach dem Einspritzen des ersten Teils ein zweiter Teil des Kraftstoffs in den Brennraum eingespritzt wird; nach dem Einspritzen des zweiten Teils der Plasmazünder aktiviert wird, um dadurch den Kraftstoff zu entzünden.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem das Erzeugen der ersten und zweiten Vielzahl von freien Radikalen während eines Ansaugtakts eines innerhalb des Brennraums angeordneten Kolbens erfolgt, bei dem der Kolben von einer ersten Position in eine zweite Position innerhalb des Brennraums fährt.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Einspritzen des ersten Teils nach Beendigung des Ansaugtakts und Einleitung eines Verdichtungstakts des Kolbens erfolgt, bei dem der Kolben von der zweiten Position in die erste Position innerhalb des Brennraums fährt.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Einspritzen des zweiten Teils während des Verdichtungstakts des Kolbens erfolgt.
  14. Verfahren nach Anspruch 12, wobei: das Erzeugen der ersten Vielzahl von freien Radikalen stattfindet, wenn sich eine am Kolben befestigte Kurbelwelle in einer ersten Drehposition befindet; das Erzeugen der zweiten Vielzahl von freien Radikalen stattfindet, wenn sich die Kurbelwelle in einer zweiten Drehposition befindet; und wobei eine Drehdifferenz zwischen der ersten und zweiten Drehposition zwischen 25 Grad und 150 Grad liegt.
  15. Brennkraftmaschine, die umfasst: einen Zylinderblock, der einen Brennraum darin definiert; einen Zylinderkopf, der an den Zylinderblock so angepasst ist, dass der Zylinderkopf den Brennraum abdeckt; eine Kraftstoffdüse, die zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum konfiguriert ist; einen Plasmazünder, der sich durch den Zylinderkopf hindurch erstreckt und in den Brennraum hinein ragt; wobei der Plasmazünder konfiguriert ist, um eine Vielzahl von freien Radikalen innerhalb des Brennraums zu erzeugen, wenn er erregt wird, und um eine Flamme zum Zünden des Kraftstoffs innerhalb des Brennraums auszulösen, wenn er aktiviert wird; wobei der Kraftstoff innerhalb des Brennraums gezündet wird durch: Einspritzen eines ersten Teils des Kraftstoffs in den Brennraum; nach dem Einspritzen des ersten Teils, selektives Erregen des Plasmazünders, um eine erste Vielzahl von freien Radikalen zu erzeugen; nach dem Erzeugen der ersten Vielzahl von freien Radikalen, Einspritzen eines zweiten Teils des Kraftstoffs in den Brennraum; und nach dem Einspritzen des zweiten Teils, Aktivieren des Plasmazünders, um dadurch den Kraftstoff zu entzünden.
  16. Brennkraftmaschine nach Anspruch 15, wobei der Plasmazünder so konfiguriert ist, dass er selektiv erregt werden kann, um ein elektrisches Feld mit einer Spannung zwischen 10 kV und 110 kV zu erzeugen.
  17. Brennkraftmaschine nach Anspruch 16, ferner umfassend: eine Steuerung, die so konfiguriert ist, dass sie die Verbrennungsphase der Maschine steuert durch: selektives Erregen des Plasmazünders, um mindestens eine zweite Vielzahl von freien Radikalen zu erzeugen, so dass die Verbrennungsphase vorverstellt wird; und/oder selektives Erregen des Plasmazünders, um ein elektrisches Feld mit einer vorbestimmten Spannung zu erzeugen, wobei das Vorverstellen der Verbrennungsphase durch die vorbestimmte Spannung definiert wird.
  18. Brennkraftmaschine nach Anspruch 15, wobei der Plasmazünder ein Plasmazünder mit dielektrischer Barriereentladung (DBD-Plasmazünder) ist, der umfasst: einen Zünderkörper mit einem sich in den Brennraum hinein erstreckenden Schaft; und eine Mittelelektrode, die sich vom Schaft aus in den Brennraum hinein erstreckt, um einen Zündabschnitt zu definieren; wobei der Schaft aus einem dielektrischen Material hergestellt ist; und wobei der Zündabschnitt mindestens einen Zündzinken enthält, der durch die Mittelelektrode definiert ist.
  19. Brennkraftmaschine nach Anspruch 18, wobei der DBD-Plasmazünder ein dielektrisches Gehäuse aufweist, das den Zündabschnitt vollständig einkapselt.
  20. Brennkraftmaschine nach Anspruch 18, wobei der DBD-Plasmazünder eine allgemein zylindrische Masseelektrode aufweist, die einen die Mittelelektrode umgebenden Entladungshohlraum definiert.
DE112016006462.4T 2016-03-31 2016-03-31 Brennkraftmaschine und verfahren zum zünden eines kraftstoffes Withdrawn DE112016006462T5 (de)

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