DE60225428T2

DE60225428T2 - Viertakt selbstzündende brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE60225428T2
Application number: DE60225428T
Authority: DE
Inventors: Jeffrey Allen
Original assignee: Lotus Cars Ltd
Current assignee: Lotus Cars Ltd
Priority date: 2001-04-19
Filing date: 2002-04-19
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2022-04-20
Also published as: EP1379763B2; DE60225428D1; DE60234225D1; GB2374633A; EP1379763A1; US7004116B2; ATE447100T1; EP1379763B1; ATE388312T1; GB2374633C; JP2004522050A; WO2002086297A1; JP4176483B2; EP1953366A1; EP1953366B1; GB2374633B; DE60225428T3; GB0109664D0; US20040112307A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Viertaktverbrennungsmotor.
Von Seiten der Gesetzgebung werden eine immer strengere Kraftstoffwirtschaftlichkeit und striktere Emissionsgrenzwerte vorgeschrieben. Dies und der Druck durch den Verbraucher zwingen die Automobilindustrie, nach ständig neuen Wegen zum Verbessern des Verbrennungsprozesses beim Verbrennungsmotor zu forschen.
Ein solcher Ansatz ist das Selbstzündungsverfahren (Auto-Ignition, AI). Bei diesem Verfahren wird ein Gemisch aus Verbrennungsgasen, Luft und Kraftstoff erzeugt, das zündet, ohne während der Verdichtung einen Zündfunken zu benötigen. Das Verfahren wird mitunter als Selbstzündung bezeichnet. Dabei handelt es sich um einen gesteuerten Prozess, der somit von der unerwünschten Frühzündung abweicht, die bei einigen Motoren mit Fremdzündung bekannt ist. Der Unterschied zur Verdichtungszündung bei Dieselmotoren liegt darin, dass der Dieselkraftstoff in einem Dieselmotor unmittelbar beim Einspritzen in eine vorverdichtete Luftfüllung mit hoher Temperatur zündet, wogegen bei dem Selbstzündungsverfahren der Kraftstoff, Luft und Verbrennungsgase vor der Verbrennung miteinander vermischt werden. Die Verwendung des Selbstzündungsverfahrens bei Zweitaktmotoren ist wohl bekannt. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Anwendung dieses Verfahrens bei einem Viertaktverbrennungsmotor.
In US 6082342 ist ein Viertaktverbrennungsmotor mit einem elektrohydraulisch gesteuerten Auslassventil beschrieben, das den Strom von Verbrennungsgasen aus einem volumenveränderlichen Brennraum steuert, der von einem Kolben definiert wird, der sich in einem Zylinder hin und her bewegt, wobei das Auslassventil vor dem Ende des Auslasstaktes geschlossen wird, um Verbrennungsgase in dem Brennraum zum Mischen mit anschließend eingelassener Kraftstoff/Luft-Füllung zurückzubehalten. Das Auslassventil wird betätigt, um Verbrennungsgase zum Mischen mit einer Kraftstoff/Luft-Füllung einzuschließen, um Bedingungen in dem Brennraum zu schaffen, die für den Vorgang eines Selbstzündungsprozesses geeignet sind. US 6082342 beschreibt außerdem einen Motor mit Auslassventilen, die von einer mechanischen Nocke betätigt werden und eine Öffnungsphase aufweisen, die hinsichtlich der Öffnungsphase eines herkömmlichen Verbrennungsmotors mit Fremdzündung verlängert ist, so dass es eine Überschneidungszeit gibt, in der sowohl das Lufteinlassventil als auch ein Auslassventil eines Brennraums gleichzeitig während eines Einlasstaktes geöffnet sind, so dass sowohl eine Kraftstoff/Luft-Füllung als auch Verbrennungsgase in den Brennraum gesogen werden. Dies geschieht wiederum, um Bedingungen in dem Brennraum zu fördern, die für die Selbstzündung geeignet sind. In allen Ausführungen, die in US 6082342 beschrieben sind, werden Kraftstoff und Luft unter der Steuerung eines Einlassventils oder Ventilen zusammen in den Brennraum befördert.
Für die Selbstzündung geeignete Bedingungen zu schaffen ist manchmal schwierig, wenn ein Motor unter Schwachlastbedingungen arbeitet. Die Temperaturen und Drücke in dem Brennraum können zu niedrig für eine Selbstzündung sein.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Betreiben eines Viertaktverbrennungsmotors bereit, das folgende Schritte umfasst: Verwenden eines Einlassventilmittels zum Regulieren des Luftstromes in einen Brennraum hinein; Verwenden eines Auslassventilmittels zum Regulieren des Stromes von Verbrennungsgasen aus dem Brennraum heraus; Verwenden eines Einspritzmittels zum Einspritzen von Kraftstoff direkt in den Brennraum hinein; Schließen des Auslassventilmittels vor dem Ende des Auslasstaktes, um Verbrennungsgase in dem Brennraum einzuschließen; Öffnen des Einlassventilmittels während des Einlasshubes, um eine Füllung in den Brennraum hineinzulassen, um sie mit den zuvor eingeschlossenen Verbrennungsgasen zu vermischen; und Verwenden des Einspritzmittels zum Einspritzen von Kraftstoff in das Gemisch aus eingeschlossenen Verbrennungsgasen und der Luftfüllung, die unter der Steuerung des Einlassventilmittels eingelassen wurde; wobei in dem Brennraum Bedingungen erzeugt werden, die es ermöglichen, dass das Gemisch aus Kraftstoff, Luft und Verbrennungsgasen durch Selbstzündung verbrennen kann, wobei sich die Verbrennungsgase während des Arbeitstaktes ausdehnen; wobei das Einspritzmittel außerdem dafür verwendet wird, Kraftstoff in die Verbrennungsgase, die nach dem Schließen des Auslassventilmittels in dem Brennraum eingeschlossen wurden, während des Auslasstaktes und vor dem Öffnen des Einlassventilmittels im nächsten Einlasstakt einzuspritzen; dadurch gekennzeichnet, dass das verwendete Einspritzmittel eine Luftunterstützungs-Kraftstoffeinspritzdüse umfasst, die Druckluft verwendet, um Kraftstoff mitzureißen, der in den Brennraum befördert werden soll; und der Kraftstoff und die Luft, die durch die Luftunterstützungs-Einspritzdüse eingespritzt werden, durch Selbstzündung nach dem Schließen des Auslassventilmittels während des Auslasstaktes und vor dem Öffnen des Einlassventilmittels während des nächsten Einlasstaktes verbrennen.
Eine Vielzahl von Ausführungen von Motoren, die nach den Verfahren der vorliegenden Erfindung arbeiten, wird unter Bezug auf die folgenden Figuren beschrieben:
1 ist eine schematische Darstellung einer ersten Ausführung eines Einzylinderviertaktmotors;
2a und 2b sind Ventilsteuerzeitendiagramme für die Auslass- und Einlassventile eines Einzylinder-Viertaktverbrennungsmotors, der nach einer herkömmlichen Arbeitsweise arbeitet;
3a, 3b und 3c sind Ventilsteuerzeitendiagramme für die Auslass- und Einlassventile eines Einzylinder-Viertaktverbrennungsmotors, der nach einem Verfahren der vorliegenden Erfindung arbeitet;
4 ist eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführung eines Einzylinderviertaktmotors gemäß der vorliegenden Erfindung; und
5 ist ein Ventilsteuerzeitendiagramm für die Auslass- und Einlassventile des Einzylinder-Viertaktverbrennungsmotors aus 4, der nach einem Verfahren der vorliegenden Erfindung arbeitet.
Der Einfachheit halber bezieht sich die folgende detaillierte Beschreibung auf das Verfahren der vorliegenden Erfindung in seiner Anwendung auf einen Einzylinder-Viertaktverbrennungsmotor, doch sei anerkannt, dass die vorliegende Erfindung gleichermaßen auf einen Mehrzylinder-Viertaktverbrennungsmotor angewendet werden kann.
Eine schematische Darstellung einer ersten Ausführung eines Einzylinder-Viertaktverbrennungsmotors ist in 1 zu finden. In der Figur bewegt sich ein Kolben 10 in einem Zylinder 11 und definiert mit dem Zylinder 11 einen volumenveränderlichen Brennraum 12.
Ein Einlasskanal 13 liefert Luft in den Brennraum 12. Der Luftstrom in den Brennraum 12 wird mit Hilfe eines Einlassventils 15 gesteuert.
Ein Benzin-Direkteinspritzer 60, der von einer elektronischen Steuerung 24 gesteuert wird, wird verwendet, um Kraftstoff direkt in den Brennraum 12 einzuspritzen. Der Benzin-Direkteinspritzer 60 ist ein Luftunterstützungs-Benzindirekteinspritzer 60, der Druckluft (z. B. mit Hilfe einer Pumpe verdichtete Luft (nicht dargestellt)) verwendet, um Kraftstoff in den Brennraum 12 zu befördern.
Verbrennungsgase können über einen Auslasskanal 14 aus dem Brennraum 12 strömen und der Strom der Verbrennungsgase durch den Auslasskanal 14 wird mit Hilfe des Auslassventils 16 gesteuert.
Das Einlassventil 15 und das Auslassventil 16 werden hydraulisch betätigt. In der Figur ist zu sehen, dass auf dem Schaft 17 des Einlassventils 15 ein Kolben 18 bereitgestellt ist, der in einem Zylinder 19 bewegbar ist. Entsprechend verfügt der Schaft 20 des Auslassventils 16 über einen Kolben 21, der in einem Zylinder 22 bewegbar ist.
Der Strom der Hydraulikflüssigkeit in den Zylinder 19 wird mit Hilfe eines Servoventils 23 gesteuert. Das Servoventil 23 wird elektrisch gesteuert. Dieses Servoventil 23 wird von Steuersignalen gesteuert, die von der elektronischen Steuerung 24 erzeugt werden. Das Servoventil 23 kann den Strom der Hydraulikflüssigkeit in eine obere Kammer 25 einer Anordnung des Kolbens 18 und des Zylinders 19 steuern, während es gleichzeitig den Strom der Hydraulikflüssigkeit aus einer unteren Kammer 26 steuert. Das Servoventil 23 kann außerdem den Strom der Hydraulikflüssigkeit in und aus dem Zylinder 19 solcherart steuern, dass die Hydraulikflüssigkeit in die Bodenkammer 26 befördert wird, während Hydraulikflüssigkeit aus der oberen Kammer 25 ausgestoßen wird. Die dem Zylinder 19 zugeführte und aus diesem ausgestoßene Flüssigkeit wird dosiert, um die Position und/oder Geschwindigkeit des Einlassventils 15 exakt zu steuern.
Entsprechend ist ein Servoventil 27 bereitgestellt, um den Strom der Hydraulikflüssigkeit in und aus dem Zylinder 22 zu steuern. Das Servoventil 27 wird elektrisch von der elektronischen Steuerung 24 gesteuert. Das Servoventil 27 kann bewirken, dass Hydraulikflüssigkeit unter Druck einer oberen Kammer 28 eines Zylinders 22 zugeführt wird, während es gleichzeitig ermöglicht, dass Hydraulikflüssigkeit aus der unteren Kammer 29 des Zylinders 22 ausgestoßen wird. Umgekehrt kann das Servoventil 27 ermöglichen, dass unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit der unteren Kammer 29 zugeführt wird, während es gleichzeitig ermöglicht, dass Hydraulikflüssigkeit aus der oberen Kammer 28 ausgestoßen wird. Das Servoventil 27 dosiert den Strom der Hydraulikflüssigkeit in und aus dem Zylinder 22, um die Position und/oder die Geschwindigkeit des Auslassventils 16 zu steuern.
Beide Servoventile 23 und 27 sind an eine Pumpe 30 und an eine Wanne 31 angeschlossen. Hydraulikflüssigkeit wird unter Druck mit Hilfe der Pumpe 30 zugeleitet, und wenn Hydraulikflüssigkeit von entweder einem oder beiden der Zylinder 19 und 22 ausgestoßen wird, wird diese zu der Wanne 31 ausgestoßen. Die Pumpe 30 zieht in der Praxis Flüssigkeit aus der Wanne 31, um die Flüssigkeit unter Druck zu setzen und anschließend die unter Druck stehende Flüssigkeit den Servoventilen 23 und 27 zuzuführen.
Die elektronische Steuerung 24 steuert die Bewegung des Einlassventils 15 und des Auslassventils 16 unter Berücksichtigung der Position des Einlass- und Auslassventils 15 und 16, wie gemessen von zwei Positionsaufnehmern 32 und 33. Die Steuerung 24 berücksichtigt außerdem die Position des Motors, die von einem Rotationssensor 34 gemessen werden, der mit einer Kurbelwelle 35 des Verbrennungsmotors verbunden ist, wobei die Kurbelwelle 35 mit Hilfe einer Pleuelstange 36 mit dem Kolben 10 verbunden ist, der sich in dem Zylinder 11 hin und her bewegt.
Der Motor der vorliegenden Erfindung verfügt über einen hydraulisch gesteuerten Ventiltrieb mit einer elektronischen Steuerung 24, die programmierbar ist und hydraulisch das Öffnen und Schließen sowohl des Einlassventils 15 als auch des Auslassventils 16 steuert. Dies ermöglicht die Steuerung der Bewegung des Einlassventils 15 und des Auslassventils 16 und insbesondere des Zeitpunktes (bezüglich des Motorzyklus), an dem sich das Einlassventil 15 und das Auslassventil 16 öffnen und die Zeitdauer, während der die Ventile geöffnet sind.
Herkömmliche Viertaktverbrennungsmotoren verfügen über Nockenwellen, welche die Einlass- und Auslassventile antreiben. Die Nockenwellen besitzen Nockenformen, die konstruiert sind, um den Gasstrom durch den Motor zu maximieren. Solche Motoren sind auf eine Zündkerze angewiesen, um das Gemisch zu zünden. Außerdem sind sie auf eine Ansaugdrossel angewiesen, um den Gasstrom zu reduzieren und somit die Leistungsabgabe des Motors zu steuern.
In einem Motor gemäß der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung wird die Bewegung des Einlassventils 15 und Auslassventils 16 zur Regelung des gesamten Gasstroms genutzt, indem sowohl die Menge der Luft, die während jedes Motortaktes in und aus dem Brennraum 12 strömt, gesteuert wird, als auch der Mischvorgang zwischen den verschiedenen Gasarten in dem Brennraum 12 und zu einem gewissen Maß auch in dem Einlasskanal 13 und dem Auslasskanal 14. Die Ventilbewegung in dem Verbrennungsmotor gemäß der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich stark von der Bewegung der Einlass- und Auslassventile, die von einer herkömmlichen mechanischen Nockenwelle gesteuert werden. Die Ventilbewegung beinhaltet eine unterschiedliche Dauer der Ventilöffnungsphase, verschiedene Hubhöhen und eine unterschiedliche Anzahl von Hüben in jedem Takt. So können die Motorventile 15 und 16 den Gasstrom steuern, die Motorlast/-leistung und außerdem die Steuerzeiten der Verbrennung in dem Motor. Infolgedessen besteht eine reduzierte Notwendigkeit für ein Drosselsystem und eine reduzierte Notwendigkeit für eine Zündkerze. Eine Zündkerze 50 ist in der 1 dargestellt, doch wird diese nur zum Anlassen des Motors oder unter Volllastbedingungen verwendet.
Das Selbstzündungsverfahren ist bei Zweitaktmotoren bereits wohl bekannt. Es bietet einen verbesserten Kraftstoffverbrauch, geringere Motoremissionen (hauptsächlich weniger Stickoxide, weniger Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxide) und eine verbesserte Verbrennungsstabilität. Der Zweitaktmotor eignet sich in idealer Weise für die Selbstzündung, da die Selbstzündung von der Einbehaltung von etwas Abgas in dem Brennraum abhängt, und ein Zweitaktmotor dies problemlos bewerkstelligen kann, da der Prozess des Ausspülens der Abgase so gesteuert werden kann, dass die erforderliche Restmenge von Abgas in dem für die Verbrennung fertigen Kraftstoff/Luft-Gemisch verbleibt. Selbstzündung kann immer wieder eine reproduzierbare Verbrennung bereitstellen.
Die Steuerung der Bewegung des Einlassventils 15 und des Auslassventils 16 gemäß der vorliegenden Erfindung ist unter Bezug auf die 3a, 3b und 3c dargestellt, wobei die 2a und 2b zum Vergleich das Arbeitssystem von Ventilen, die mit einer normalen Nockenwelle betrieben werden, zeigen.
Die 2a und 2b zeigen eine typische Ventilbewegung in einem herkömmlichen Viertaktverbrennungsmotor. Die Null Grad Position ist der Beginn des Arbeitstaktes des Motors. 2a zeigt, dass sich das Auslassventil in dem Arbeitstakt etwa 30 Grad vor dem unteren Totpunkt öffnet, und 2b zeigt, dass das Auslassventil während des Auslasstaktes geöffnet bleibt, um sich zu Beginn des Einlasstaktes bei etwa 10 Grad nach dem oberen Totpunkt zu schließen. 2a zeigt auch, dass sich das Einlassventil am Ende des Auslasstaktes bei etwa 10 Grad vor dem oberen Totpunkt zu öffnen beginnt, während des Einlasstaktes geöffnet bleibt, und 2b zeigt, dass sich das Einlassventil zu Beginn des Verdichtungstaktes bei etwa 45 Grad nach dem unteren Totpunkt schließt.
Die 3a und 3b illustrieren grafisch die Bewegung von Auslass- und Einlassventil gemäß einem ersten Arbeitssystem der vorliegenden Erfindung in einem ersten Format. 3c illustriert dieselbe Ventilbewegung in einem zweiten grafischen Format. Das hydraulisch betriebene Auslassventil 16 beginnt sich bei etwa 10 bis 15 Grad vor dem unteren Totpunkt in dem Arbeitstakt zu öffnen, und schließt sich früher, indem es sich während des Auslasstaktes in einem Bereich von 90 bis 45 Grad vor dem oberen Totpunkt schließt. Das Einlassventil ist später in dem Motorzyklus geöffnet als bei einem herkömmlichen Motor, indem es in einem Bereich von 45 bis 90 Grad nach dem oberen Totpunkt in dem Einlasstakt geöffnet wird. Das Einlassventil 15 wird dann etwa 30 Grad nach dem unteren Totpunkt in dem Verdichtungstakt geschlossen.
Der Motor, der nach dem in den 3a, 3b und 3c illustrierten Zyklus betrieben wird, wird betrieben, um insbesondere den Gasstrom zu steuern, um eine Selbstzündung in dem Kraftstoff/Luft-Gemisch in dem Viertaktmotor zu erreichen. Das Auslassventil wird gesteuert, um sich früh während des Auslasstaktes zu schließen und dabei ein wesentliches Volumen an Abgas in dem Brennraum 12 einzuschließen, um eine Selbstzündung am Ende des nächsten Verdichtungstaktes oder Beginn des nächsten Arbeitstaktes zu erzeugen. Wenn das Einlassventil 15 während des Einlasstaktes geöffnet ist, wie in 3 dargestellt, kann eine Luftfüllung in den Brennraum 12 eintreten und sich mit den Verbrennungsgasen mischen, die in dem unmittelbar vorausgehenden Auslasstakt eingeschlossen worden sind. Das Gemisch aus Luft und Verbrennungsgasen wird anschließend in dem Verdichtungstakt verdichtet. Der Benzin-Direkteinspritzer 60 spritzt Kraftstoff direkt in den Brennraum 12, in das Gemisch aus Verbrennungsgasen und Luft, entweder während des Einlasstaktes oder während des anschließenden Verdichtungstaktes. Diese Einspritzphase ist in 3c und 3b als INJ2 angezeigt.
Die Anzahl der Grade der Kurbelwellendrehung vor dem oberen Totpunkt, an dem sich das Auslassventil 16 schließt, ist vorzugsweise äquivalent zu der Anzahl der Grade nach dem oberen Totpunkt, an dem sich das Einlassventil 15 öffnet. Der Grund dafür liegt darin, dass die eingeschlossenen Verbrennungsgase nach dem Schließen des Auslassventils 16 verdichtet werden, und es bevorzugt ist, dass die eingeschlossenen verdichteten Abgase auf denselben Grad expandieren, bevor das Einlassventil 16 geöffnet wird, so dass der Druck in dem Brennraum 12 kein erhöhter Druck ist, wenn das Einlassventil 16 geöffnet wird.
Die oben beschriebene Arbeitsweise wurde bereits früher in der internationalen Patentanmeldung No. PCT/GB00/04975 des Anmelders beschrieben. Das Verfahren funktioniert gut unter Teillastbedingungen, wenn der Motor Arbeit ausführt, z. B. ein Fahrzeug antreibt, funktioniert jedoch nicht gut bei Volllast oder Schwachlast (z. B. Leerlauf). Es hat sich herausgestellt, dass die Arbeitsweise bei Schwachlast oder hoher Last nicht absolut zuverlässig ist, da die Temperatur und/oder der Druck in dem Brennraum 12 und/oder das Volumen der einbehaltenen Verbrennungsgase nicht ausreichen, damit die für die Selbstzündung notwendigen Bedingungen entstehen können. Infolgedessen verfügt der Motor, der gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung arbeitet, über eine zweite Einspritzphase INJ1 (siehe wiederum 3c und auch 3a), wenn der Motor unter Schwachlast oder Hochlastbedingungen arbeitet (wie mit Hilfe der elektronischen Steuerung 24 aus von Sensoren empfangenen Signalen bestimmt wird). In dieser Einspritzphase wird eine geringe Menge an Kraftstoff und Luft mit Hilfe des Direkteinspritzers (60) (ohne ein verbundenes Öffnen des Einlassventils 17) eingespritzt, nachdem sich das Auslassventil 16 während des Auslasstaktes schließt und bevor sich das Einlassventil 17 während des Einlasstaktes öffnet. Das eingespritzte Kraftstoff/Luft-Gemisch verursacht einen kleinen Verbrennungs- oder Teilverbrennungsvorgang. Dieser Verbrennungsvorgang dient nicht dazu, Leistung zu erzeugen, sondern hat stattdessen den Zweck, die Temperatur anzuheben oder die chemische Zusammensetzung der Verbrennungsgase zu andern, die durch das frühe Schließen des Auslassventils während des Auslasstaktes eingeschlossen worden sind, um die Gase in dem Brennraum 12 für die anschließende Selbstzündung (nach dem Einspritzen des Kraftstoff/Luft-Gemischs während der Einspritzphase INJ2) vorzubereiten.
Es gibt mindestens zwei Varianten bei dem Zeitpunkt der Einspritzphase INJ2, in der der Direkteinspritzer 60 betätigt wird. Bei einer ersten "homogenen" Form, wird der Kraftstoff während einer Phase INJ2 früh in dem Einlasstakt in den Brennraum 12 eingespritzt, um eine homogene Kraftstoff/Luft-Füllung zu erzeugen, die in der Beschaffenheit derjenigen sehr ähnlich ist, die aus der Beförderung der Kraftstoff/Luft-Füllung durch einen Einlasskanal resultiert. In einer bevorzugten zweiten "geschichteten" Form findet die Einspritzphase INJ2 ziemlich spät in dem Einlasstakt statt, wodurch ein Kraftstoffbolus entsteht, der an einer präzisen Stelle in dem Brennraum 12 bereitgestellt wird, wobei die Stelle so ausgewählt wird, dass der Bolus von einem Gemisch aus Verbrennungsgasen und Luft umgeben ist, das ideal für die Unterstützung der Selbstzündung ist.
Ein zweiter Typ von Motor, der gemäß der vorliegenden Erfindung arbeitet, ist in 4 illustriert. Dieser Motor ist im Grunde identisch mit dem Motor aus 1, und identische Komponenten tragen dieselben Bezugszeichen. Dieser Motor verfügt jedoch nicht über eine Direkteinspritzeinrichtung. Stattdessen wird ein Kraftstoff/Luft-Gemisch über den Einlasskanal 13 zugeführt. Das Kraftstoff/Luft-Gemisch wird mit Hilfe eines Laders 151 in den Brennraum 12 gedrückt, der von einem Riemen 152 angetrieben wird, der um ein Schwungrad 153 läuft, das auf der Kurbelwelle 35 montiert ist.
Die Ventilbewegung des Motors verhält sich wie in 5 illustriert. Das Öffnen des Auslassventils ist als EVO angezeigt. Wie zuvor schließt sich das Auslassventil 16 vor dem Ende des Auslasstaktes, um Verbrennungsgase einzuschließen. Nachdem sich das Auslassventil 16 geschlossen hat, wird dann das Einlassventil 15 in einem geringen Maße und für eine kurze Zeitspanne bei IVO1 geöffnet, und eine geringe Füllung von Kraftstoff/Luft wird mit Hilfe des Laders in den Brennraum gedrückt. Das Einlassventil 15 wird geschlossen, bevor es während des Einlasstaktes für eine zweite Haupteinlassphase IVO2 wieder geöffnet wird. Die geringe Füllung, die während der Phase IVO1 eingeführt wird, kann einen kleinen Verbrennungsvorgang zünden, um die Temperatur der Gase anzuheben, damit der Brennraum für die Selbstzündung vorbereitet wird, nachdem die Hauptfüllung während IVO2 (d. h. während des Einlasstaktes) eingeführt worden ist.
Wie bei der Ausführung aus 1 verbrennt das Gemisch aus Verbrennungsgasen, Luft und Kraftstoff in dem Brennraum nach dem Ende der Einlassphase IVO2 aufgrund von Selbstzündung und expandiert während des Arbeitstaktes.
Zwar werden das Einlassventil 15 und das Auslassventil 16 in den oben erwähnten Ausführungen hydraulisch betätigt, doch könnte es sich auch um Ventile handeln, die von rein elektrischen oder elektromagnetischen Kräften oder mit Hilfe mechanischer Mittel betätigt werden.
Es hat sich gezeigt, dass es bei einem Motor, der gemäß der oben beschriebenen Arbeitssysteme arbeitet, nicht nötig ist, die Frischluftfüllung vor dem Zuleiten der Füllung in den Brennraum 12 zu erwärmen. Bei anderen Motoren dagegen hat sich eine Vorwärmung als notwendig erwiesen, um die Selbstzündung zu begünstigen.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Viertaktverbrennungsmotors, das folgende Schritte umfasst: Verwenden eines Einlassventilmittels (15) zum Regulieren des Luftstromes in einen Brennraum (12) hinein; Verwenden eines Auslassventilmittels (16) zum Regulieren des Stromes von Verbrennungsgasen aus dem Brennraum (12) heraus; Verwenden eines Einspritzmittels (60) zum Einspritzen von Kraftstoff direkt in den Brennraum (12) hinein; Schließen des Auslassventilmittels (16) vor dem Ende des Auslasstaktes, um Verbrennungsgase in dem Brennraum (12) einzuschließen; Öffnen des Einlassventilmittels (15) während des Einlasshubes, um eine Füllung in den Brennraum (12) hineinzulassen, um sie mit den zuvor eingeschlossenen Verbrennungsgasen zu vermischen; und Verwenden des Einspritzmittels (60) zum Einspritzen von Kraftstoff in das Gemisch aus eingeschlossenen Verbrennungsgasen und der Luftfüllung, die unter der Steuerung des Einlassventilmittels (15) eingelassen wurde; wobei: in dem Brennraum (12) Bedingungen erzeugt werden, die es ermöglichen, dass das Gemisch aus Kraftstoff, Luft und Verbrennungsgasen durch Selbstzündung verbrennen kann, wobei sich die Verbrennungsgase während des Arbeitstaktes ausdehen; wobei: das Einspritzmittel (60) außerdem dafür verwendet wird, Kraftstoff in die Verbrennungsgase, die nach dem Schließen des Auslassventilmittels (16) in dem Brennraum (12) eingeschlossen wurden, während des Auslasstaktes und vor dem Öffnen des Einlassventilmittels (15) im nächsten Einlasstakt einzuspritzen, dadurch gekennzeichnet, dass: das verwendete Einspritzmittel (60) eine Luftunterstützungs-Kraftstoffeinspritzdüse (60) umfasst, die Druckluft verwendet, um Kraftstoff mitzureißen, der in den Brennraum (12) befördert werden soll; und der Kraftstoff und die Luft, die durch die Luftunterstützungs-Einspritzdüse (60) eingespritzt werden, durch Selbstzündung nach dem Schließen des Auslassventilmittels (16) während des Auslasstaktes und vor dem Öffnen des Einlassventilmittels (15) während des nächsten Einlasstaktes verbrennen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Kraftstoff und der Kraftstoff, der in das Gemisch aus den eingeschlossenen Verbrennungsgasen und der Luftfüllung, die unter der Steuerung des Einlassventilmittels (15) eingelassen wurde, eingespritzt wird, in einer Anfangsphase des Einlasstaktes eingespritzt wird, so dass sich der Kraftstoff vor der Selbstzündung mit der Luft und den Verbrennungsgasen zu einem im Wesentlichen homogenen Gemisch vermischt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Kraftstoff, der in das Gemisch aus den eingeschlossenen Verbrennungsgasen und der Luftfüllung, die unter der Steuerung des Einlassventilmittels (15) eingelassen wurde, einge spritzt wird, am Ende des Einlasstaktes oder am Beginn des Verdichtungstaktes erst, nachdem das Ventilmittel den Luftstrom in den Brennraum hinein gestoppt hat, eingespritzt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Brennraum (12) ein volumenveränderlicher Brennraum ist, der durch einen Zylinder (11) durch einen Kolben (10) definiert wird, der sich in dem Zylinder (11) hin und her bewegt, und wobei das Öffnen und Schließen des Einlassventilmittels (15) und des Auslassventilmittels (16) durch einen elektronischen Prozessor (24) gesteuert werden, der entsprechend einem Programm aus Instruktionen arbeitet und der ein Eingangssignal empfängt, das die Position des sich in dem Zylinder hin und her bewegenden Kolbens anzeigt.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Ventilmittel (15, 16) ein hydraulisch betätigtes Auslassventil (16) und ein hydraulisch betätigtes Einlassventil (15) umfasst, die beide durch den elektronischen Prozessor (24) gesteuert werden.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die hydraulisch betätigten Ventile (15, 16) Tellerventile sind.