EP0916820A1 - Method of operating a petrol engine and petrol engine for using the method - Google Patents
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- EP0916820A1 EP0916820A1 EP97810859A EP97810859A EP0916820A1 EP 0916820 A1 EP0916820 A1 EP 0916820A1 EP 97810859 A EP97810859 A EP 97810859A EP 97810859 A EP97810859 A EP 97810859A EP 0916820 A1 EP0916820 A1 EP 0916820A1
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- gasoline engine
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B7/00—Engines characterised by the fuel-air charge being ignited by compression ignition of an additional fuel
- F02B7/02—Engines characterised by the fuel-air charge being ignited by compression ignition of an additional fuel the fuel in the charge being liquid
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- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B17/00—Engines characterised by means for effecting stratification of charge in cylinders
- F02B17/005—Engines characterised by means for effecting stratification of charge in cylinders having direct injection in the combustion chamber
Definitions
- the present application relates to a method for Operation of a petrol engine according to the generic term of Claim 1 and a gasoline engine to carry out of the procedure.
- Gasoline engines also Otto engines according to their inventor have been known for over 100 years. All Gasoline engines usually have one cylinder unit at least one spark plug, which the mixture at best time ignites, because petrol, in Contrary to diesel fuel, a less ignitable Is fuel. So far it was not possible operate a gasoline engine as a diesel, d. H. without To use spark plugs, as is the case with the diesel engine because with a compression ratio of over 12.5: 1 start uncontrolled autoignition that leads to knocking lead that are no longer tolerable in an engine.
- the present invention is based on the knowledge that it is possible by appropriate timing of the Introducing and compacting an operation of a Bring gasoline engine that works without spark plugs and usually no throttle bodies for Power regulation needed.
- petrol a usually volatile mixture, which generally consists of quite a number various hydrocarbon compounds and u. a. can also contain alcohol.
- inferior petrol or petrol mixtures with lower octane numbers than, for example, at petrol pumps considered available, that is, fuels using much less effort in the refinery can be and that without unwanted combustion processes, such as B. knocking can be used. That means with In other words, a reduction in the octane requirement of the Gasoline engine also within the scope of the present invention is realized.
- the gasoline engine in the context of the present invention is generally about a reciprocating piston internal combustion engine at least one cylinder unit in a known manner Crankshaft, crankcase, connecting rod, piston, cylinder, Cylinder head, intake and exhaust elements and Has fuel supply and metering. in the further this machine is simplified as a petrol engine designated.
- Combustion process can be called that composed of the use of gasoline like this is known on the one hand in so-called Otto engines and on the other hand, from the self-ignition of the mixture, like this is used in so-called diesel engines, whereby the combustion processes for both the Otto engine and the Diesel engine can be assumed to be known.
- the first area is the subset TM1, which in this case already in the cylinder chamber during the output stroke is introduced.
- the larger area is the representation the second and usually larger subset TM2, which in the Area of the top dead center position of the piston introduced becomes.
- the first subset is the same Injector introduced, with which the second subset TM2 is to be introduced.
- this Procedure in Figure 1 with the surface 1 is shown, see also Figure 2.
- the subset TM1 can be known Introductory means such.
- the process of introducing the first subset TM1 is completed at the latest when a second predetermined Partial quantity TM2 by means of injection means and in the same way as is known in diesel engines, e.g. B. also by means of "common rail", in the combustion chamber of the petrol engine or the Cylinder unit is introduced.
- This will help sufficient early introduction of the first subset - e.g. B. already during the intake stroke or at the beginning of the Compression cycle - during and especially in the second Half of the compression stroke of the cylinder unit
- Subset TM1 with air pre-oxidation processes imposed, as mentioned in the two above Literature examples are described.
- pre-combustion reactions which without external ignition means and only by the action of Temperature and pressure the emergence of a so-called cool Cause flame and with further compression to Can cause the charge or the mixture to self-ignite, being the first subset of the total per work cycle the intended amount of fuel is so small that no knocking damage harmful to the cylinder unit can occur, but numerous in the combustion chamber Pre-combustion and partial combustion molecules are created.
- TM2 atomized second predetermined subset TM2 of the Gasoline
- FIG. 2 is a schematically shown combustion chamber configuration shown in the compression cycle.
- cylinder 2 moves a piston 3, the piston crown 4 a Combustion chamber trough 5, from a lower Dead center position UT in the direction of the top dead center position OT.
- He approaches the cylinder head 6, in which at least one injection nozzle 7 and preferably also one Glow plug such as a glow plug 8 is arranged or are.
- injection nozzle 7 and preferably also one Glow plug such as a glow plug 8 is arranged or are.
- On the representation of piston rings, oil control rings, Piston pin etc. as well as cylinder head gasket, Screw connection, inlet and outlet valves, channels, Cooling ducts, etc. has been used to emphasize the Essentially waived.
- the injection nozzle 7 is comparatively small Beam opening angle ⁇ and can be a hollow jet cone, if necessary also form a full jet cone or also be designed as a multi-jet cone.
- the first part of the petrol is in the middle piston position TM1 partly as a film on the trough surface shown and designated 9. Another part of the TM1 is due to the temperatures of the trough wall and the compressed air evaporating and still one Another part of the TM1 already forms the one according to the invention desired combustion products and later ignition cores 10 and are indicated by dots.
- the second subset TM2 injected and atomized and burned according to the now numerous existing ignition cores without annoying ignition delay.
- the first subset of the gasoline with the same Injectors are used for the introduction of the second Subset are provided, but preferably more time upstream than is customary in diesel engines, whereby also the injector with lower thermal load is exposed and therefore less possible Coking is exposed. It can be for example around known two-spring nozzles or around electronically controlled nozzles that work right into the Range of over 1,000 bar injection pressure can work.
- glow plug e.g. B. glow plug to provide as they is known in diesel engines, this glow plug preferably also during the warm-up process and / or can remain partially heated in the partial load range.
- the method according to the invention also allows gasolines with lower octane numbers, d. H. also so-called use inferior petrol or petrol mixtures, the ratio of the first to the second subset then also depends on the type of gasoline mixture.
- the Gasoline engine according to this invention usually needs no throttle valve on the carburetor because of the power regulation only by changing the respective total quantity MG.
- the total amount of gasoline is the present gasoline engine quantity-controlled and not filling-controlled like this is the case with Otto engines. Because the described Combustion process is not knock limited, it is suitable also for supercharged petrol engines, e.g. B. with Turbochargers or with pressure wave superchargers.
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Abstract
Description
Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf ein Verfahren zum
Betrieb eines Benzinmotors gemäss Oberbegriff von
Patentanspruch 1 und auf einen Benzinmotor zur Durchführung
des Verfahrens.The present application relates to a method for
Operation of a petrol engine according to the generic term of
In letzter Zeit hat die zunehmende Verkehrsdichte von Fahrzeugen und Maschinen mit Benzinmotoren zu einer immer grösser werdenden Umweltbelastung geführt und andererseits werden von Regierungen und Institutionen weltweit eine Flut von Vorschriften erlassen, um den Verbrauch und den Schadstoffausstoss von Benzinmotoren zu senken. Bezüglich Benzinmotoren wurden Katalysatoren entwickelt, um den Schadstoffausstoss, insbesondere von Stickoxyden zu senken, während die Senkung des CO2-Ausstosses im allgemeinen über die Senkung des Treibstoffverbrauchs bewirkt wurde.Lately, the increasing traffic density of vehicles and machines with petrol engines has led to an increasing environmental pollution, and on the other hand, governments and institutions around the world are issuing a flood of regulations to reduce the consumption and pollutant emissions of petrol engines. With regard to gasoline engines, catalysts have been developed to reduce pollutant emissions, particularly nitrogen oxides, while the reduction in CO 2 emissions has generally been brought about by lowering fuel consumption.
Als z. Z. neueste Entwicklung wurde ein Fahrzeug mit einem Benzinmotor mit Direkteinspritzung der Öffentlichkeit vorgestellt, bei dem Treibstoff mit einem relativ hohen Druck von ungefähr 50 Bar direkt in den Zylinder eingespritzt wird, wobei das Luft-Benzin-Verhältnis bis zu 40 : 1 betragen kann und eine für Benzinmotoren relativ hohe Verdichtung von 12,5 : 1 verwendet wird. Dieses wird bei diesem Fahrzeug als obere Grenze bezeichnet, oberhalb der es zum Klopfen kommt, das auf eine unkontrollierte Verbrennung hinweist. Mit diesem Motor wird laut Werksangaben der Verbrauch vermindert und die Leistung erhöht.As z. The latest development was a vehicle with a Gasoline engine with direct injection to the public presented at the fuel with a relatively high Pressure of approximately 50 bar directly into the cylinder is injected, the air-gasoline ratio up to Can be 40: 1 and a relatively high for gasoline engines Compression of 12.5: 1 is used. This is at referred to this vehicle as the upper limit above which it comes knocking on an uncontrolled combustion indicates. According to the factory, this engine is used for Reduced consumption and increased performance.
Neben dem Benzinmotor gibt es den als Selbstzünder arbeitenden Dieselmotor, der ein sehr hohes Verdichtungsverhältnis aufweist und keine Drosselorgane für Füllungsregelung besitzt und daher mit hohem Luftüberschuss arbeiten kann. Daraus ist bekannt, dass z. B. bei vergleichbaren Fahrleistungen ein im wesentlichen identisches Fahrzeug, das mittels einem den derzeitigen Abgasnormen entsprechenden Benzinmotor angetrieben wird, etwa 40 % mehr Kohlendioxid ausstösst, als wenn es mit einem ebenfalls den derzeitigen Abgasnormen entsprechenden Dieselmotor angetrieben würde. Dabei kann in einem städtischen Fahrzyklus dieser Unterschied über 60 % betragen. Es ist aber auch bekannt, dass bei gleichen Betriebsbedingungen ein Dieselmotor mehr Partikel und Russ erzeugt als ein Benzinmotor.In addition to the petrol engine, there is the self-igniter working diesel engine, which is a very high Compression ratio and no throttle bodies for Filling control and therefore with a large excess of air can work. From this it is known that, for. B. at comparable mileage essentially identical vehicle using the current one Gasoline engine that meets emissions standards emits about 40% more carbon dioxide than if it were with one also comply with the current emissions standards Diesel engine would be driven. It can be done in one urban driving cycle this difference over 60% be. But it is also known that the same Operating conditions a diesel engine more particles and soot generated as a gasoline engine.
Aus der Literatur, z. B. aus Kraftfahrtechnisches Taschenbuch, Bosch, 19. Auflage 1984, ist ferner das sogenannte Hybridverfahren bekannt, wobei das Gemisch im Bereich der Zündkerze so weit angereichert wird, dass eine sichere Entflammung garantiert wird, die Verbrennung im Mittel aber bei stark abgemagertem Gemisch, das heisst bei dieselähnlichen Teillastverbräuche stattfinden soll.From the literature, e.g. B. from automotive Taschenbuch, Bosch, 19th edition 1984, is also that So-called hybrid process known, the mixture in Area of the spark plug is enriched to such an extent that a safe ignition is guaranteed, the combustion in the Medium but in the case of a heavily emaciated mixture, that is to say diesel-like partial load consumption should take place.
Des Weiteren sind aus obiger Literaturstelle Vielstoffmotoren bekannt, die teilweise mit sehr hohen Verdichtungsverhältnissen von 25 : 1 arbeiten, aber mit einem Kraftstoff mit sehr unterschiedlichen Qualitäten arbeitet, wie dies beim Militär nötig sein kann. Beide Motorenformen haben sich aber in der Praxis nicht bewährt.Furthermore are from the above literature Multi-fuel engines known, some with very high Compression ratios of 25: 1 work, but with a fuel with very different qualities works as may be necessary in the military. Both However, engine shapes have not proven themselves in practice.
Es ist von diesem bekannten Stand der Technik ausgehend
Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum
Betrieb eines Benzinmotors sowie eine Vorrichtung zur
Durchführung des Verfahrens anzugeben, mit dem ein
Benzinmotor wesentlich weniger Kohlendioxid ausstösst als
herkömmliche Benzinmotoren, ob mit oder ohne
Direkteinspritzung und wesentlich weniger Partikel und Russ
erzeugt, als ein Dieselmotor unter vergleichbaren
Betriebsbedingungen. Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren
gemäss dem unabhängigen Patentanspruch 1 und der Vorrichtung
gemäss dem unabhängigen Patentanspruch 4 gelöst. Des
weiteren wird auch die Aufgabe gelöst, Benzin mit
niedrigeren Oktanzahlen als gebräuchlich zu verwenden. Diese
Aufgabe und weitere Aufgaben und Ausbildungen des Verfahrens
werden in den abhängigen Ansprüchen gelöst, bzw. definiert.It is based on this known prior art
Object of the present invention, a method for
Operation of a gasoline engine and a device for
Perform the procedure to specify the one
Petrol engine emits significantly less carbon dioxide than
conventional petrol engines, with or without
Direct injection and significantly fewer particles and soot
generated as a diesel engine under comparable
Operating conditions. This task is done with the procedure
according to
Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung eines
Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Benzinmotoren, nach ihrem Erfinder auch Otto-Motoren genannt, sind seit über 100 Jahren bekannt. Sämtliche Benzinmotoren weisen in der Regel pro Zylindereinheit mindestens eine Zündkerze auf, die das Gemisch beim günstigsten Zeitpunkt zündet, da Benzintreibstoff, im Gegensatz zum Dieseltreibstoff, ein weniger zündwilliger Treibstoff ist. Dadurch war es bis anhin nicht möglich, einen Benzinmotor als Selbstzünder zu betreiben, d. h. ohne Zündkerzen zu verwenden, wie dies beim Dieselmotor der Fall ist, denn bei einem Verdichtungsverhältnis von über 12,5 : 1 beginnen unkontrollierte Selbstzündungen, die zu Klopfen führen, die in einem Motor nicht mehr tolerierbar sind.Gasoline engines, also Otto engines according to their inventor have been known for over 100 years. All Gasoline engines usually have one cylinder unit at least one spark plug, which the mixture at best time ignites, because petrol, in Contrary to diesel fuel, a less ignitable Is fuel. So far it was not possible operate a gasoline engine as a diesel, d. H. without To use spark plugs, as is the case with the diesel engine because with a compression ratio of over 12.5: 1 start uncontrolled autoignition that leads to knocking lead that are no longer tolerable in an engine.
Die vorliegende Erfindung fusst auf der Erkenntnis, dass es möglich ist, durch geeignete zeitliche Steuerung des Einbring- und Verdichtungsvorganges einen Betrieb eines Benzinmotors herbeizuführen, der ohne Zündkerzen auskommt und in der Regel auch keine Drosselorgane zur Leistungsregelung benötigt.The present invention is based on the knowledge that it is possible by appropriate timing of the Introducing and compacting an operation of a Bring gasoline engine that works without spark plugs and usually no throttle bodies for Power regulation needed.
Aus den 50er Jahren sind, beispielsweise aus den beiden Artikeln "Some Factors Affecting Precombustion Reactions in Engines" von M.W. Corzilius et al., SAE Transactions, Band 61, 1952, Seiten 386 bis 401 sowie "Engine Knock as Influenced by Precombustion Reactions" von J.M. Mason and H.E. Hesselberg, SAE Transactions, Band 62, 1954, Seiten 141 bis 150, Studien bekannt, die dazu dienten, das Entstehen und die Beseitigung des Klopfens bei Benzinmotoren genauestens zu untersuchen. Diese Studien zusammenfassend kann gesagt werden, dass dabei erkannt wurde, dass unter bestimmten Betriebsbedingungen Voroxydationsprozesse ablaufen, die ohne externe Zündmittel, nur durch Einwirken von Temperatur und Druck, zum Entstehen einer sogenannten kühlen Flamme führen, die bei weiterem Verdichten zur Selbstzündung der Ladung bzw. des Gemisches führen kann, die bei unkontrolliertem weiteren Verlauf zu lästigem Klopfen führt. Dabei wird insbesondere auf Seite 148 des zweiten Artikels verwiesen, wo die Bildung von aktivem Klopfmaterial beschrieben ist und auf Seite 141 dieses Artikels, wo die kühle Flamme und die Bildung von Aldehyden und Peroxiden erläutert wird. Dies gilt auch für Seite 386 des erstzitierten Artikels. Are from the 50s, for example from the two Articles "Some Factors Affecting Precombustion Reactions in Engines "by M.W. Corzilius et al., SAE Transactions, vol 61, 1952, pages 386 to 401 and "Engine Knock as Influenced by Precombustion Reactions "by J.M. Mason and H.E. Hesselberg, SAE Transactions, volume 62, 1954, pages 141 to 150, studies known that served the emergence and eliminating knock on gasoline engines to examine closely. Summarizing these studies can be said that it was recognized that under certain operating conditions pre-oxidation processes run off without external ignition means, only by acting of temperature and pressure, to create a so-called cool flame, which leads to further compression Auto ignition of the charge or mixture can lead to with uncontrolled further course to annoying knocking leads. In particular, on page 148 of the second Article referred to where the formation of active tapping material and on page 141 of this article where the cool flame and the formation of aldehydes and peroxides is explained. This also applies to page 386 of the first cited article.
Das Hauptziel der erwähnten Studien war, dieses Klopfen zu beseitigen, wobei nach damaliger Erkenntnis die Beimengung von Bleizusätzen das beste Resultat brachte.The main goal of the studies mentioned was to knock this eliminate, according to the knowledge at the time the admixture of lead additives brought the best result.
Wie aus der folgenden Beschreibung des erfindungsgemässen Verfahrens hervorgehen wird, hat sich überraschenderweise gezeigt, dass die Entstehung von Vorverbrennungsreaktionen dazu benutzt werden kann, einen klopffreien Verbrennungsvorgang auch ohne die Verwendung von Zündkerzen durchzuführen. Das heisst mit anderen Worten, dass ein für herkömmliche Benzinmotoren lästiger und schädlicher Vorgang dazu benutzt wird, eine wesentliche Reduktion von CO2 herbeizuführen und die Motor-Regelung zu vereinfachen.As will become apparent from the following description of the method according to the invention, it has surprisingly been found that the occurrence of pre-combustion reactions can be used to carry out a knock-free combustion process even without the use of spark plugs. In other words, this means that a process which is annoying and harmful for conventional gasoline engines is used to bring about a substantial reduction in CO 2 and to simplify engine control.
In der nachfolgenden Beschreibung wird als bekannt vorausgesetzt, dass mit dem Ausdruck Benzin ein in der Regel leichtflüchtiges Gemisch, das aus generell recht zahlreichen verschiedenen Kohlenwasserstoff-Verbindungen besteht und u. a. auch Alkohol enthalten kann, bezeichnet wird. Dabei werden auch minderwertige Benzine, bzw. Benzingemische mit niedrigeren Oktanzahlen als beispielsweise an Zapfsäulen erhältlich in Betracht gezogen, also Brennstoffe, die mit wesentlich geringerem Aufwand in der Raffinerie hergestellt werden können und die ohne unerwünschte Verbrennungsabläufe, wie z. B. Klopfen, verwendet werden können. Das heisst mit anderen Worten, dass eine Senkung des Oktanzahlbedarfes des Benzinmotors ebenfalls im Rahmen vorliegender Erfindung verwirklicht wird.In the description below is known as provided that with the term petrol a usually volatile mixture, which generally consists of quite a number various hydrocarbon compounds and u. a. can also contain alcohol. Here are also inferior petrol or petrol mixtures with lower octane numbers than, for example, at petrol pumps considered available, that is, fuels using much less effort in the refinery can be and that without unwanted combustion processes, such as B. knocking can be used. That means with In other words, a reduction in the octane requirement of the Gasoline engine also within the scope of the present invention is realized.
Beim Benzinmotor im Rahmen vorliegender Erfindung handelt es sich ganz allgemein um eine Hubkolbenbrennkraftmaschine mit mindestens einer Zylindereinheit, die in bekannter Weise Kurbelwelle, Kurbelgehäuse, Pleuel, Kolben, Zylinder, Zylinderkopf, Einlass- und Auslassorgane sowie Brennstoffversorgungs- und -Dosiermittel aufweist. Im weiteren wird diese Maschine vereinfachend als Benzinmotor bezeichnet.The gasoline engine in the context of the present invention is is generally about a reciprocating piston internal combustion engine at least one cylinder unit in a known manner Crankshaft, crankcase, connecting rod, piston, cylinder, Cylinder head, intake and exhaust elements and Has fuel supply and metering. in the further this machine is simplified as a petrol engine designated.
Die vorliegende Erfindung kann zusammenfassend als Verbrennungsverfahren bezeichnet werden, das sich zusammensetzt aus der Verwendung von Benzin, wie dies einerseits bei sogenannten Otto-Motoren bekannt ist und andererseits aus der Selbstzündung des Gemisches, wie dies bei sogenannten Dieselmotoren jeweils angewendet wird, wobei die Verbrennungsabläufe sowohl beim Otto-Motor als auch beim Dieselmotor als bekannt vorausgesetzt werden können.The present invention can be summarized as Combustion process can be called that composed of the use of gasoline like this is known on the one hand in so-called Otto engines and on the other hand, from the self-ignition of the mixture, like this is used in so-called diesel engines, whereby the combustion processes for both the Otto engine and the Diesel engine can be assumed to be known.
Es wird der Einfachheit halber von einem Betriebsbereich des Benzinmotors ausgegangen, der dem z. B. bei Personenwagen mit etwa 80 % meistbenutzten Betriebsbereich entspricht und ungefähr im Bereich der halben Nenndrehzahl des Motors bei Maximalleistung und ungefähr im Bereich des halben hier möglichen maximalen Mitteldruckes liegt.It is for the sake of simplicity from an operating range of the Gasoline engine assumed that the z. B. in passenger cars with about 80% of the most used operating area and approximately in the range of half the nominal engine speed Maximum power and about halfway here possible maximum mean pressure is.
In Figur 1 ist stark vereinfacht und schematisch das Einbringen von zwei Teilmengen, TM1 und TM2, jeweils einer pro Arbeitstakt einer Zylindereinheit vorbestimmten Gesamtbenzinmenge MG über der Kolbenstellung bzw. Kurbelwellenstellung - in Grad Kurbelwelle - dargestellt.In Figure 1, this is greatly simplified and schematically Introduction of two subsets, TM1 and TM2, one each predetermined per work cycle of a cylinder unit Total amount of petrol MG above the piston position or Crankshaft position - shown in degrees crankshaft.
Die erste Fläche ist die Teilmenge TM1, die in diesem Falle schon während des Ausgangstaktes in den Zylinderraum eingebracht wird. Die grössere Fläche ist die Darstellung der zweiten und in der Regel grösseren Teilmenge TM2, die im Bereich der oberen Totpunktstellung des Kolbens eingebracht wird. The first area is the subset TM1, which in this case already in the cylinder chamber during the output stroke is introduced. The larger area is the representation the second and usually larger subset TM2, which in the Area of the top dead center position of the piston introduced becomes.
Vorzugsweise wird die erste Teilmenge mit derselben
Einspritzdüse eingebracht, mit der auch die zweite Teilmenge
TM2 einzubringen ist. Um im weiteren eine unerwünschte
Zylinderwandbenetzung mit Benzinnebel zu unterbinden, wird
die erste Teilmenge während des Verdichtungstaktes direkt in
die Mulde eines Muldenkolbens eingespritzt, wobei dieser
Ablauf in Figur 1 mit der Fläche 1 dargestellt ist, siehe
auch Figur 2.Preferably the first subset is the same
Injector introduced, with which the second subset
TM2 is to be introduced. To further an undesirable
To prevent cylinder wall wetting with gasoline mist
the first subset directly in during the compression cycle
injected into the bowl of a bowl piston, this
Procedure in Figure 1 with the
Die Teilmenge TM1 kann mittels an sich bekannter Einbringmittel, wie z. B. Saugrohreinspritzung, Direkteinspritzung oder auch Gleichdruckvergaser in mindestens einen Teil der für den vorgesehenen Arbeitstakt der Zylindereinheit angesaugten Luftmenge eingebracht und mit dieser mindestens teilweise vermischt werden. Das heisst mit anderen Worten, dass die erste Teilmenge gezielt in die angesaugte Luftmenge eingebracht werden muss und nicht an die Zylinderwand gelangen soll, da sie dort ungenutzt wird. Das heisst, die Teilmenge sollte möglichst kompakt in ein Brennraumteilbereich eingebracht werden. Im allgemeinen wird die Luftmenge ungedrosselt eingebracht.The subset TM1 can be known Introductory means such. B. intake manifold injection, Direct injection or constant pressure carburetor in at least part of that for the intended work cycle the amount of air sucked in the cylinder unit and are at least partially mixed with this. This means in other words, that the first subset is targeted to the sucked in air quantity must be introduced and not the cylinder wall should reach because it is not used there. This means that the subset should be as compact as possible Part of the combustion chamber are introduced. Generally speaking the air volume introduced without throttling.
Der Vorgang des Einbringens der ersten Teilmenge TM1 ist spätestens dann abgeschlossen, wenn eine zweite vorbestimmte Teilmenge TM2 mittels Einspritzmittel und in gleicher Weise wie sie bei Dieselmotoren bekannt ist, z. B. auch mittels "common rail", in den Brennraum des Benzinmotors bzw. der Zylindereinheit eingebracht wird. Dadurch werden bei genügend vorzeitigem Einbringen der ersten Teilmenge - z. B. schon während des Ansaugtaktes oder bei Beginn des Verdichtungstaktes - während und insbesondere in der zweiten Hälfte des Verdichtungstaktes der Zylindereinheit der Teilmenge TM1 mit der Luft Voroxydationsprozesse aufgezwungen, wie sie in den beiden vorgehend erwähnten Literatur-Beispielen beschrieben sind.The process of introducing the first subset TM1 is completed at the latest when a second predetermined Partial quantity TM2 by means of injection means and in the same way as is known in diesel engines, e.g. B. also by means of "common rail", in the combustion chamber of the petrol engine or the Cylinder unit is introduced. This will help sufficient early introduction of the first subset - e.g. B. already during the intake stroke or at the beginning of the Compression cycle - during and especially in the second Half of the compression stroke of the cylinder unit Subset TM1 with air pre-oxidation processes imposed, as mentioned in the two above Literature examples are described.
Dabei entstehen sogenannte Vorverbrennungsreaktionen, die ohne externe Zündmittel und nur durch Einwirken von Temperatur und Druck das Entstehen einer sogenannten kühlen Flamme bewirken und bei weiterem Verdichten zur Selbstzündung der Ladung bzw. des Gemisches führen können, wobei die erste Teilmenge der gesamten pro Arbeitstakt vorgesehenen Brennstoffmenge so klein vorgesehen wird, dass keine der Zylindereinheit schädliche Klopferscheinungen auftreten können, jedoch im Brennraum zahlreiche Vorverbrennungs- und Teilverbrennungsmoleküle entstehen. Dadurch wird die notwendige Voraussetzung dafür geschaffen, dass die durch Hochdruckeinspritzmittel eingespritzte und im Brennraum zerstäubte zweite vorbestimmte Teilmenge TM2 des Benzins zumindest nahezu ohne unerwünschten Zündverzug, also ohne unerwünschte Druckspitzen und damit verbundene klopfartige Geräusche, Russ- und Feststoffbildung im Bereich der oberen Totpunktstellung des Kolbens verbrennt. Zweckmässigerweise wird im Bereich des oberen Totpunktes, in einem Bereich von 6° vor bis 10° nach dem oberen Totpunkt eingespritzt.This creates so-called pre-combustion reactions, which without external ignition means and only by the action of Temperature and pressure the emergence of a so-called cool Cause flame and with further compression to Can cause the charge or the mixture to self-ignite, being the first subset of the total per work cycle the intended amount of fuel is so small that no knocking damage harmful to the cylinder unit can occur, but numerous in the combustion chamber Pre-combustion and partial combustion molecules are created. This creates the necessary conditions for that the injected by high pressure injection agent and in Combustion chamber atomized second predetermined subset TM2 of the Gasoline at least almost without unwanted ignition delay, so without unwanted pressure peaks and associated knocking noises, soot and solid formation in the area the top dead center position of the piston burns. Appropriately, in the area of top dead center, in a range from 6 ° before to 10 ° after top dead center injected.
Dies insbesondere dann, wenn vorab im Brennraum der Zylindereinheit eine Drallströmung der Ladung erzeugt wurde. Dabei wird ein Verdichtungsverhältnis von > 12 : 1, insbesondere ein Verdichtungsverhältnis von 14 : 1 bis 20 : 1, vorzugsweise von 16 : 1 bis 19 : 1 verwendet und durch TM1 nur ein mageres Brennstoff-Luftgemisch aufbereitet, dessen Brennstoff-Luft-Verhältnis, das sogenannten F : A-Verhältnis, z. B. bei maximalem Mitteldruck < 0,03, vorzugsweise < 0,025 ist und gegen den Leerlaufbetriebsbereich des Benzinmotors hin entsprechend noch wesentlich kleiner wird.This is particularly the case if the Cylinder unit a swirl flow of the charge was generated. A compression ratio of> 12: 1, in particular a compression ratio of 14: 1 to 20: 1, preferably used from 16: 1 to 19: 1 and due to TM1 only a lean fuel-air mixture processed, its fuel-air ratio, that so-called F: A ratio, e.g. B. at maximum Mean pressure is <0.03, preferably <0.025 and against the The idle operating range of the petrol engine accordingly gets even smaller.
In Figur 2 ist eine schematisch dargestellte Brennraum-Konfiguration
im Verdichtungstakt gezeigt. Im Zylinder 2
bewegt sich ein Kolben 3, dessen Kolbenboden 4 eine
Brennraummulde 5 aufweist, von einer unteren
Totpunktstellung UT in Richtung der oberen Totpunktstellung
OT. Dabei nähert er sich dem Zylinderkopf 6, in welchem
mindestens eine Einspritzdüse 7 und vorzugsweise auch eine
Glühkerze wie z.B. eine Glühstiftkerze 8 angeordnet ist bzw.
sind. Auf die Darstellung von Kolbenringen, Ölabstreifringe,
Kolbenbolzen usw. wie auch Zylinderkopfdichtung,
Verschraubung, Ein- und Auslassventile, Kanäle,
Kühlungskanäle usw. wurde zwecks deutlichem Hervorhebens des
Wesentlichen verzichtet.In Figure 2 is a schematically shown combustion chamber configuration
shown in the compression cycle. In
Die Einspritzdüse 7 hat einen vergleichsweise geringen
Strahlöffnungswinkel α und kann einen Hohlstrahlkegel,
gegebenenfalls aber auch einen Vollstrahlkegel bilden oder
auch als Mehrstrahlkegel ausgebildet sein.The
In der mittleren Kolbenstellung ist die erste Benzin-Teilmenge
TM1 teilweise als Film auf der Muldenfläche
gezeigt und mit 9 bezeichnet. Ein weiterer Teil der TM1 ist
aufgrund der Temperaturen der Muldenwand und der
verdichteten Luft im Verdampfen begriffen und noch ein
weiterer Teil der TM1 bildet schon die erfindungsgemäss
erwünschten Verbrennungsprodukte und späteren Zündkerne 10
und sind gepunktet angedeutet. The first part of the petrol is in the middle piston position
TM1 partly as a film on the trough surface
shown and designated 9. Another part of the TM1 is
due to the temperatures of the trough wall and the
compressed air evaporating and still one
Another part of the TM1 already forms the one according to the invention
desired combustion products and
Im Bereich der OT-Stellung wird die zweite Teilmenge TM2 eingespritzt und zerstäubt und verbrennt zufolge der nun zahlreich vorhandenen Zündkerne ohne störenden Zündverzug.In the area of the TDC position, the second subset TM2 injected and atomized and burned according to the now numerous existing ignition cores without annoying ignition delay.
Insbesondere bei Kaltstartvorgängen unterstützt die
Glühstiftkerze 8 den Voroxydationsvorgang und zwar besonders
dann, wenn vorgesehen ist, dass im Zusammenwirken des
Strahlwinkels α und der Position der Glühstiftkerze ein
kleiner Mengenanteil der Benzinmenge TM1 diese berührt.The supports especially in cold
In den Betriebsbereichen, die unterhalb und über dem zuvor beschriebenen Betriebsbereich liegen, wird das jeweilige vorgesehene Gesamtvolumen des Benzins in unterschiedlicher Weise auf die erste und zweite und ggf., für die Nachverbrennung, vorgesehene dritte Teilmenge aufgeteilt.In the operating areas below and above the previous one described operating range, the respective provided total volume of gasoline in different Way in the first and second and if necessary, for the Afterburning, planned third subset divided.
Dabei ist es besonders zweckmässig und kostengünstig, wenn auch die erste Teilmenge des Benzins mit denselben Einspritzmitteln erfolgt, die für das Einbringen der zweiten Teilmenge vorgesehen sind, jedoch vorzugsweise zeitlich mehr vorgelagert als bisher bei Dieselmotoren üblich ist, wodurch zudem die Einspritzdüse geringerer thermischer Belastung ausgesetzt ist und somit weniger allfälligen Verkokungserscheinungen ausgesetzt ist. Dabei kann es sich beispielsweise um an sich bekannte Zwei-Feder-Düsen oder um elektronisch gesteuerte Düsen handeln, die bis in den Bereich von über 1'000 bar Einspritz-Druck arbeiten können.It is particularly useful and inexpensive if also the first subset of the gasoline with the same Injectors are used for the introduction of the second Subset are provided, but preferably more time upstream than is customary in diesel engines, whereby also the injector with lower thermal load is exposed and therefore less possible Coking is exposed. It can be for example around known two-spring nozzles or around electronically controlled nozzles that work right into the Range of over 1,000 bar injection pressure can work.
Es kann sich dabei auch als zweckmässig erweisen, bei nicht oder noch nicht benzintauglichen Hochdruckeinspritzmitteln für Dieselmotoren wie Einspritzpumpen, Einspritzdüsen oder bei "common rail"-Systemen und dergleichen dem Benzin in geringer Menge Schmieröl beizugeben, z. B. im Verhältnis 1 : 100 oder weniger, um Fresserscheinungen an den bewegten Teilen zu vermeiden. Auch ist es vorteilhaft darauf zu achten, insbesondere beim Zuführen der ersten Teilmenge getrennt von der Einspritzdüse, welche die zweite Teilmenge einbringt, dass die zweite Teilmenge mindestens so gross ist, dass diese Düse nicht an ihrer Mündung überhitzt wird.It can also prove to be useful, but not or high pressure injectors not yet suitable for petrol for diesel engines such as injection pumps, injection nozzles or in "common rail" systems and the like the gasoline in add a small amount of lubricating oil, e.g. B. in the ratio 1: 100 or less to prevent feeding on the moving Avoid sharing. It is also beneficial to do so be careful, especially when feeding the first subset separate from the injector, which is the second subset brings in that the second subset is at least as large is that this nozzle doesn't overheat at its mouth.
Für Kaltstartvorgänge ist es angebracht, pro Zylindereinheit eine Glühkerze, z. B. Glühstiftkerze, vorzusehen, wie sie bei Dieselmotoren bekannt ist, wobei diese Glühstiftkerze bevorzugt auch noch während des Warmlaufvorganges und/oder im Teillastbereich teilbeheizt bleiben kann.It is appropriate for cold starts, per cylinder unit a glow plug, e.g. B. glow plug to provide as they is known in diesel engines, this glow plug preferably also during the warm-up process and / or can remain partially heated in the partial load range.
Falls man die Temperatur der Glühstiftkerze mit geeigneten elektronischen Steuermitteln belastungsabhängig regelt, können auch niedrigere Verdichtungsverhältnisse von 12 : 1 verwendet werden.If you use the temperature of the glow plug with suitable regulates electronic control means depending on the load, can also lower compression ratios of 12: 1 be used.
Das erfindungsgemässe Verfahren gestattet es auch, Benzine mit niedrigeren Oktanzahlen, d. h. auch sogenannte minderwertige Benzine bzw. Benzingemische zu verwenden, wobei das Verhältnis der ersten zur zweiten Teilmenge dann auch von der Art des Benzingemisches abhängt. Der Benzinmotor gemäss dieser Erfindung benötigt in der Regel keine Drosselklappe am Vergaser, da die Leistungsregulierung nur durch Verändern der jeweiligen Gesamtmenge MG erfolgt. Dabei wird beim vorliegenden Benzinmotor die Gesamt-Benzinmenge mengengeregelt und nicht füllungsgeregelt wie dies bei Otto-Motoren der Fall ist. Da das beschriebene Verbrennungsverfahren nicht klopfbegrenzt ist, eignet es sich auch für aufgeladene Benzinmotoren, z. B. mit Turboladern oder mit Druckwellenladern.The method according to the invention also allows gasolines with lower octane numbers, d. H. also so-called use inferior petrol or petrol mixtures, the ratio of the first to the second subset then also depends on the type of gasoline mixture. Of the Gasoline engine according to this invention usually needs no throttle valve on the carburetor because of the power regulation only by changing the respective total quantity MG. The total amount of gasoline is the present gasoline engine quantity-controlled and not filling-controlled like this is the case with Otto engines. Because the described Combustion process is not knock limited, it is suitable also for supercharged petrol engines, e.g. B. with Turbochargers or with pressure wave superchargers.
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