DE202010006911U1 - internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

Verbrennungsmotor (HCCI) gemäß Mehrherdverbrennungsverfahren eines niedrig angereicherten Arbeitsgemischs, ohne Zündkerze,
welches sich dadurch auszeichnet, dass
– der genannte Motor auf einem Verbrennungsmotor (SCC) mit getrennten Zweitaktzylindern (8) für den Einlass und die Komprimierung und (10) für den Arbeitstakt und das Auslassen basiert
– der Zweitakt-Zylinder (8) für den Einlass und die Komprimierung mit einem Zweifach-Einspritzsystem (2) für das direkte Einspritzen von Treibstoff, zusammen mit dem Geber „Treibstoffart” ausgerüstet ist
– der Zweitakt-Zylinder (8) für den Einlass und die Komprimierung mit einem System (3) zur Versorgung mit komprimierter heißer Luft (Ventil 5) ausgestattet ist
– der Zweitakt-Zylinder (8) für den Einlass und die Komprimierung mit einem System (4) zum Einlass der erhitzten Abgase (Ventil 5) ausgestattet ist
– der Zweitakt-Zylinder (10) für den Arbeitstakt und den Auslass ohne Zündkerze ausgeführt wurde; oder sie ist abgeschaltet
– der Zweitakt-Zylinder (10) für den Arbeitstakt und den...Internal combustion engine (HCCI) according to the multi-fuel combustion method of a low-enriched working mixture, without spark plug,
which is characterized by the fact that
- said engine is based on an internal combustion engine (SCC) with separate two-stroke cylinders (8) for intake and compression and (10) for power stroke and exhaust
- The two-stroke cylinder (8) for the inlet and the compression with a dual injection system (2) for the direct injection of fuel, equipped with the "fuel type" encoder
- The two-stroke cylinder (8) for the inlet and the compression with a system (3) for supplying compressed hot air (valve 5) is equipped
- The two-stroke cylinder (8) for the inlet and the compression with a system (4) for the inlet of the heated exhaust gases (valve 5) is equipped
- The two-stroke cylinder (10) was carried out for the power stroke and the outlet without spark plug; or she is turned off
- The two-stroke cylinder (10) for the power stroke and the ...

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Der Verbrennungsmotor nach Mehrherdverbrennungstechnologie (HCCI) unterscheidet sich von gewöhnlichen Motoren durch das Fehlen von Zündkerzen und durch die Verwendung eines Treibstoff-Luft-Gemischs mit einer sehr geringen Dichte des Brennstoffs.Of the Combustion engine according to multi-fuel combustion technology (HCCI) differs away from ordinary Engines by the absence of spark plugs and by the use of a fuel-air mixture with a very low density of the fuel.

Die Verbrennung in Verbrennungsmotoren gemäß HCCI-Technologie erfolgt durch das Fehlen einer offenen Flamme und einer niedrigeren als bei gewöhnlichen Motoren Temperatur. Dadurch erhöht sich der Teil des verbrannten Treibstoffs auf bis zu 95–97%, d. h. Aggregate des Typs HCCI können ohne teuere Katalysatoren auskommen, wobei der Verbrauch an Treibstoff im Durchschnitt 3–4 L/100 km (in einer Hybrid-Variante sogar weniger als 3 L/100 km) beträgt.The Combustion in internal combustion engines according to HCCI technology takes place by the absence of an open flame and a lower than at ordinary Motors temperature. This increases the proportion of burned fuel up to 95-97%, d. H. Aggregates of the type HCCI can without Expensive catalysts manage, with the consumption of fuel on average 3-4 L / 100 km (in a hybrid version even less than 3 L / 100 km) is.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Verbrennungsmotors (HCCI) gemäß dem Mehrherdverbrennungsverfahren ohne Zündkerze eines niedrig angereicherten Verbrennungsgemischs auf Grundlage eines Verbrennungsmotors (SCC) mit getrennten Zweitaktzylindern zum Einlassen-Komprimieren und dem Arbeitstakt – Auslassen der verbrauchten Gase.The The aim of the present invention is to provide an internal combustion engine (HCCI) according to the multi-hearth combustion method without spark plug a low-enriched combustion mixture based on an internal combustion engine (SCC) with separate two-stroke cylinders for let-in compressing and the power stroke - omitting the used up Gases.

Dieses Ziel wird durch die Merkmale der Erfindungsformel erreicht.This Goal is achieved by the features of the invention formula.

In Bild 1 ist eine Prinzipskizze des vorgeschlagenen Motors dargestellt.In Figure 1 is a schematic diagram of the proposed engine shown.

Position (1) ist der Steuerblock mit einem Programm-Algorithmus, einem Motordrehzahlgeber und der Anzeige „Treibstoffart”. Position (2) ist das regulierbare Zweifach-Einspritzsystem für direkte Einspritzung von Treibstoff, zusammen mit dem Geber für die „Treibstoffart”. Position (3) ist das regulierbare System für die Versorgung mit komprimierter heißer Luft. Position (4) ist das regulierbare System zum Einlass der erhitzten Abgase. Position (5) ist das Einlassventil für den Treibstoffzylinder. Position (6) ist der Verbindungskanal, zusammen mit dem Einlassventil des Arbeitstakt-Zylinders. Position (7) ist das Auslassventil zusammen mit der Vorrichtung für die Variierung der Zeit für dessen offenen Zustand (Charge Trapping Valve; CTV). Position (8) ist der Zylinder (Kolben) zur Einlass-Komprimierung des Arbeitsgemischs (Treibstoffzylinder). Position (9) ist die Vorrichtung zur Änderung der Komprimierungsstufe des Arbeitstakt-Zylinders (Variable Compression Rate; VCR). Position (10) ist der Zylinder (Kolben) des Arbeitstakts und des Auslasses. Position (11) ist die Gelenkwelle. Position (12) ist der Impuls-Laser.Position ( 1 ) is the control block with a program algorithm, an engine speed sender, and the "fuel type" indicator. Position ( 2 ) is the adjustable dual injection system for direct injection of fuel, along with the "fuel type" sender. Position ( 3 ) is the adjustable system for the supply of compressed hot air. Position ( 4 ) is the adjustable system for the intake of heated exhaust gases. Position ( 5 ) is the inlet valve for the fuel cylinder. Position ( 6 ) is the connecting channel, together with the inlet valve of the power stroke cylinder. Position ( 7 ) is the exhaust valve along with the device for varying the time for its open state (charge trapping valve, CTV). Position ( 8th ) is the cylinder (piston) for intake compression of the working mixture (fuel cylinder). Position ( 9 ) is the device for changing the compression level of the Variable Cycle Rate (VCR) cylinder. Position ( 10 ) is the cylinder (piston) of the power stroke and the outlet. Position ( 11 ) is the PTO shaft. Position ( 12 ) is the pulse laser.

Der genannte Motor funktioniert folgendermaßen:
Bei Bewegung des Kolbens (8) in die untere Position liefert das geöffnete Ventil (5) sowie die Einspritzdüsen für direktes Einspritzen des Treibstoffs die Komponenten des Arbeitsgemischs von den Systemen (2), (3) und (4) in den Einlass-Komprimierungs-Zylinder (8). Das Massenhafte Vorhandensein der Arbeitsgemisch-Komponenten wird gemäß Algorithmus von Steuerblock (1) bestimmt, auf Grundlage von Signal des Gebers von Block (2) – „Treibstoffart”.The mentioned engine works as follows:
When moving the piston ( 8th ) in the lower position, the opened valve ( 5 ) as well as the injectors for direct injection of the fuel the components of the working mixture of the systems ( 2 ) 3 ) and ( 4 ) into the inlet compression cylinder ( 8th ). The mass existence of the working mixture components is determined according to algorithm of control block ( 1 ) determined on the basis of signal from the encoder of block ( 2 ) - "fuel type".

Dank der Erwärmung seitens der aufgeheizten Abgase verdampft der Treibstoff im Zylinder (8) und wandelt sich in einen feinen Nebel um, und die Luftzufuhr macht aus diesem Brenngemisch ein für die Verwendung im Arbeitstakt-Zylinder (10) geeignetes Gemisch.Thanks to the heating of the heated exhaust gases, the fuel evaporates in the cylinder ( 8th ) and converts into a fine mist, and the air supply makes this fuel mixture suitable for use in the power stroke cylinder ( 10 ) suitable mixture.

Das Arbeitsgemisch fließt über den Verbindungskanal und das offene Ventil (6) in den Zylinder (10), und zwar in dem Moment, wenn der Zylinderkolben (10) nach dem Arbeitstakt sich in die obere Position bewegt und das Auslassventil (7) schon geschlossen ist.The working mixture flows via the connecting channel and the open valve ( 6 ) in the cylinder ( 10 ), at the moment when the cylinder piston ( 10 ) moves after the power stroke in the upper position and the exhaust valve ( 7 ) is already closed.

Der Zylinder (10) ist mit einer Vorrichtung (9) zum Verändern der Komprimierungsstufe sowie mit der Vorrichtung (7) zur Variierung der Zeit für den geöffneten Zustand des Auslassventils ausgestattet, welche durch den Steuerblock (1) kontrolliert werden, und zwar auf Grundlage der Information über die Treibstoffart (Geber 2) und der Motordrehzahl (Geber 1).The cylinder ( 10 ) is equipped with a device ( 9 ) for changing the compression level and with the device ( 7 ) for varying the time for the open state of the exhaust valve, which by the control block ( 1 ), based on information about the type of fuel (donor 2 ) and the engine speed (encoder 1 ).

Das System (7) erlaubt es, im Zylinder (10) einen Rest der Abgase bis zum Abschluss des Auslassvorgangs zu belassen. Dies ermöglicht, zusammen mit dem System (9) eine Erhöhung des Drucks und der Temperatur des Arbeitsgemischs.The system ( 7 ) allows in the cylinder ( 10 ) to leave a residue of the exhaust gases until completion of the exhaust operation. This allows, together with the system ( 9 ) an increase in pressure and temperature of the working mixture.

Zum dem Zeitpunkt, wenn der Kolben des Zylinders (10) für den Arbeitstakt-Auslassen die obere Position erreicht, springt die Temperatur des Arbeitsgemischs bis zum Initialisierungspunkt der Mehrherd-Selbstverbrennung hoch, und danach führt der Kolben (10) den Arbeitstakt aus.At the time when the piston of the cylinder ( 10 ) reaches the upper position for the power stroke discharge, the temperature of the working mixture jumps up to the initialization point of the multi-hearth self-combustion, and then the piston ( 10 ) the work cycle.

Der genannte Motor mit den getrennten Zweitakt-Zylindern zum Einlass und Arbeitstakt wird dank der durch den Steuerblock regulierbaren Systeme (2), (3), (4), (7) und (9) stabil im gesamten Belastungsbereich und mit jeglicher Art von Treibstoff funktionieren.The mentioned engine with the separate two-stroke cylinders to the intake and power stroke is thanks to the controllable by the control block systems ( 2 ) 3 ) 4 ) 7 ) and ( 9 ) stable in the entire load range and with any kind of fuel work.

Wenn man den Arbeitstakt-Zylinder (10) zusätzlich mit einer Zündkerze ausstattet, dann wechselt der genannte Motor mit angereichertem Treibstoffgemischen vom Modus HCCI (Homogeneous charge compression ignition) in den Modus eines Verbrennungsmotors mit getrennten Zweitaktzylindern für den Einlass – die Kompromierung und des Arbeitstaktes – Auslass (Split-Cycle Combustion; SCC Motor).If you have the power stroke cylinder ( 10 ) is additionally equipped with a spark plug, then said enriched fuel mixture mode changes from HCCI (Homogeneous Charge Compression Ignition) mode to an internal combustion engine with separate two - stroke cylinders for intake - compression and Operating stroke - outlet (split-cycle combustion, SCC engine).

Bei der Annahme, dass die Mehrherdverbrennung im HCCI Motor durch Plasma erzeugt wird, dann kann man zur Initialisierung der Verbrennung des Arbeitsgemischs einen Impuls-Laser verwenden, welcher mit einem Wärmeschutzkanal ausgestattet ist, der seinerseits auf dem Zylinderkopf (10) des Arbeitstakts und Auslasses angebracht ist, und zwar zur Bestrahlung der Brennkammer. Die Strahlung des Lasers, welche durch den Steuerblock (1) reguliert wird, fördert eine Erhöhung der Zahl an Herdverbrennungen des Arbeitsgemischs und, als Folge davon, eine vollständigere Verbrennung des Treibstoffs.Assuming that the multi-hearth combustion is generated in the HCCI engine by plasma, then one can use for the initiation of the combustion of the working mixture, a pulse laser, which is equipped with a heat protection channel, which in turn on the cylinder head ( 10 ) of the power stroke and outlet is mounted, and indeed for the irradiation of the combustion chamber. The radiation of the laser, which through the control block ( 1 ) promotes an increase in the number of hearth burns of the working mixture and, as a result, a more complete combustion of the fuel.

Die Anordnung von mehreren Zylinderpaaren (8) und (10) durch Horizontal-Symetrieverfahren bezüglich der Gelenkwelle (11) erlaubt einen kompakten horizontal-oppositen Motor mit wenig Vibrationen zu bauen, um dynamische und gut steuerbare Kraftfahrzeuge zu erhalten.The arrangement of several pairs of cylinders ( 8th ) and ( 10 ) by horizontal symmetry with respect to the propeller shaft ( 11 ) allows to build a compact horizontally-opposed engine with little vibration to obtain dynamic and well controllable motor vehicles.

Der genannte Motor kann ohne die regelbaren Systeme (7) und (9) im Modus HCCI bei mittleren Drehzahlen arbeiten, und bei Volllast und bei Leerlauf, als Motor mit getrennten Zweitakt-Zylindern (8) für den Einlass und (10) für den Arbeitstakt – mit Zündkerze (SCC Motor).The mentioned motor can be used without the controllable systems ( 7 ) and ( 9 ) operate at medium speeds in HCCI mode, and at full load and at idle, as a separate two-stroke cylinder engine ( 8th ) for the inlet and ( 10 ) for the power stroke - with spark plug (SCC engine).

11

11
Steuerblock mit einem Programm-Algorithmus, einem Motordrehzahlgeber und der Anzeige „Treibstoffart”control block with a program algorithm, a motor speed sensor and the Display "fuel type"
22
Regulierbares Zweifach-Einspritzsystem für direkte Einspritzung von Treibstoff, zusammen mit dem Geber für die „Treibstoffart”adjustable Double injection system for direct Injection of fuel, together with the "fuel type" donor
33
Regulierbares System für die Versorgung mit komprimierter heißer Luftadjustable System for the supply of compressed hot air
44
Regulierbares System zum Einlass der erhitzten Abgase.adjustable System for the intake of heated exhaust gases.
55
Einlassventil für den Treibstoffzylinderintake valve for the fuel cylinder
66
Verbindungskanal, zusammen mit dem Einlassventil des Arbeitstakt-ZylindersConnecting channel, together with the inlet valve of the power stroke cylinder
77
Auslassventil zusammen mit der Vorrichtung für die Variierung der Zeit für dessen offenen Zustand.outlet valve together with the device for the variation of time for its open state.
88th
Zylinder (Kolben) zur Einlass-Komprimierung (Treibstoffzylinder)cylinder Piston for intake compression (fuel cylinder)
99
Vorrichtung zur Änderung der Komprimierungsstufe des Arbeitstakt-Zylinderscontraption to change the compression stage of the power stroke cylinder
1010
Zylinder (Kolben) des Arbeitstakts und des Auslassescylinder (Piston) of the power stroke and the outlet
1111
Gelenkwellepropeller shaft
1212
Impuls-LaserPulse Laser

Claims (1)

Verbrennungsmotor (HCCI) gemäß Mehrherdverbrennungsverfahren eines niedrig angereicherten Arbeitsgemischs, ohne Zündkerze, welches sich dadurch auszeichnet, dass – der genannte Motor auf einem Verbrennungsmotor (SCC) mit getrennten Zweitaktzylindern (8) für den Einlass und die Komprimierung und (10) für den Arbeitstakt und das Auslassen basiert – der Zweitakt-Zylinder (8) für den Einlass und die Komprimierung mit einem Zweifach-Einspritzsystem (2) für das direkte Einspritzen von Treibstoff, zusammen mit dem Geber „Treibstoffart” ausgerüstet ist – der Zweitakt-Zylinder (8) für den Einlass und die Komprimierung mit einem System (3) zur Versorgung mit komprimierter heißer Luft (Ventil 5) ausgestattet ist – der Zweitakt-Zylinder (8) für den Einlass und die Komprimierung mit einem System (4) zum Einlass der erhitzten Abgase (Ventil 5) ausgestattet ist – der Zweitakt-Zylinder (10) für den Arbeitstakt und den Auslass ohne Zündkerze ausgeführt wurde; oder sie ist abgeschaltet – der Zweitakt-Zylinder (10) für den Arbeitstakt und den Auslass mit der regulierbaren Vorrichtung (9) zur Veränderung der Komprimierungsstufe ausgerüstet ist, und zwar in Abhängigkeit vom Typ des verwendeten Treibstoffs (Geber 2) und der Motordrehzahl (Geber 1) – der Zweitakt-Zylinder (10) für den Arbeitstakt und den Auslass mit der Vorrichtung (7) zur Variierung der Zeit für den offenen Zustand des Auslassventils (7) ausgestattet ist, und zwar gemäß des Treibstofftyps (Geber 2) und der Motordrehzahl – Vorrichtung zur Regulierung der Parameter für die Strahlung des Impuls-Lasers zur Bestrahlung über den Wärmeschutzkanal der Brennkammer des Zylinders (10) des Arbeitstakts und des Auslasses, mit dem Ziel der Erhöhung der Zahl an Herdverbrennungen des Arbeitsgemischs und einer vollständigeren Verbrennung des Treibstoffs – die genannten Regulierungssysteme funktionieren unter der Kontrolle des Programm-Steuerblocks (1), zu welchem außerdem auch die Anzeige „Treibstoffart” und die Interface-Vorrichtung zur Koordinierung und Synchronisation der Funktion aller Komponenten, gehört.Combustion engine (HCCI) according to the multi-fuel combustion method of a low-enrichment mixture, without a spark plug, which is characterized in that: - said engine on an internal combustion engine (SCC) with separate two-stroke cylinders ( 8th ) for inlet and compression and ( 10 ) for the power stroke and the skipping - the two-stroke cylinder ( 8th ) for inlet and compression with a dual injection system ( 2 ) for the direct injection of fuel, together with the "fuel type" sender - the two-stroke cylinder ( 8th ) for inlet and compression with a system ( 3 ) for supplying compressed hot air (valve 5 ) - the two-stroke cylinder ( 8th ) for inlet and compression with a system ( 4 ) to the inlet of the heated exhaust gases (valve 5 ) - the two-stroke cylinder ( 10 ) was carried out for the power stroke and the outlet without spark plug; or she is off - the two-stroke cylinder ( 10 ) for the power stroke and the outlet with the adjustable device ( 9 ) is equipped to vary the compression level, depending on the type of fuel used (Encoder 2 ) and the engine speed (encoder 1 ) - the two-stroke cylinder ( 10 ) for the power stroke and the outlet with the device ( 7 ) for varying the time for the open state of the exhaust valve ( 7 ), according to the fuel type (encoder 2 ) and the engine speed - device for regulating the parameters of the radiation of the pulsed laser for irradiation via the thermal protection channel of the combustion chamber of the cylinder ( 10 ) of the working cycle and the outlet, with the aim of increasing the number of hearth burns of the working mixture and more complete combustion of the fuel - the said regulatory systems operate under the control of the program control block ( 1 ), which also includes the indication "fuel type" and the interface device for the coordination and synchronization of the function of all components.
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