WO2004088120A2 - Internal combustion engine comprising a piston injection pump - Google Patents

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WO2004088120A2
WO2004088120A2 PCT/AT2004/000116 AT2004000116W WO2004088120A2 WO 2004088120 A2 WO2004088120 A2 WO 2004088120A2 AT 2004000116 W AT2004000116 W AT 2004000116W WO 2004088120 A2 WO2004088120 A2 WO 2004088120A2
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Michael Weissbäck
Janos Csato
Michael Glensvig
Theodor Sams
Peter Herzog
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Definitions

  • the invention relates to an internal combustion engine, in particular a diesel internal combustion engine, with at least one piston injection pump for delivering fuel with a cylinder for receiving a reciprocating pressure piston, the end face of which borders a pressure chamber, the edge of the end face forming a circumferential first control edge, and the Cylinder has at least one radial control bore in a piston guide section of the cylinder, which can be run over by at least one second control edge of the pressure piston formed by a shape in the outer surface of the pressure piston. Furthermore, the invention relates to a method for operating an internal combustion engine, in particular a diesel internal combustion engine, and a device for carrying out the method.
  • the conventional design of a piston injection pump has a smooth cylinder surface with a radial control bore and a pressure piston with an upper control edge, usually running in a normal plane to the cylinder axis and a lower control edge running inclined to the normal plane, and a zero-delivery groove running in the axial direction.
  • Piston injection pumps of this type are known from US 5,396,871 A, US 4,964,789 A or US 4,824,341 A.
  • fuel is delivered. Due to the sloping lower control edge, the injection quantity can be controlled by turning the piston.
  • the features described can also be provided twice, offset by 180 °, in order to create conditions that are as symmetrical as possible.
  • the resulting pressure distribution in the sealing gap can result in a lateral force on the piston, which acts in the direction of the deflection and thus reinforces it. As a result, the pressure piston may rub.
  • the most important determinants for the combustion process in an internal combustion engine are the phase position of the combustion process or the start of combustion, the maximum rate of increase of the cylinder pressure and the peak pressure.
  • the Determinants are largely determined by the time of injection, the charge composition and the ignition delay. These parameters are in turn determined by a large number of influencing variables, such as speed, fuel quantity, intake temperature, boost pressure, effective compression ratio, inert gas content of the cylinder charge and component temperature.
  • Stricter legal framework conditions mean that new approaches have to be taken in the design of combustion processes in order to reduce emissions of soot particles and NOx emissions in diesel engines.
  • No. 6,338,245 B1 describes a diesel internal combustion engine working according to the HCLI process, in which the combustion temperature and ignition delay are set so that in the lower and middle part-load range the combustion temperature is below the NOx formation temperature and the air ratio is above the value relevant for soot formation.
  • the combustion temperature is controlled by changing the exhaust gas recirculation rate, the ignition delay is controlled by the fuel injection time. At medium and high loads, the combustion temperature is reduced so much that both NOx and soot formation are avoided. It is disadvantageous that, especially in the middle part-load range, a low air ratio combined with low combustion temperatures occurs and therefore a poor efficiency has to be accepted.
  • US Pat. No. 6,158,413 A describes a direct-injection diesel internal combustion engine in which the fuel injection is not started before the top dead center of the compression, and in which the oxygen concentration in the combustion space is reduced by exhaust gas recirculation.
  • This operating method is also referred to here as HPLI (Highly Premixed Late Injection).
  • HPLI Highly Premixed Late Injection
  • the object of the invention is to avoid these disadvantages and to reduce wear on a piston injection pump of the type mentioned, in particular to prevent the pressure piston from rubbing against the cylinder.
  • Another object of the invention is to develop a method for operating an internal combustion engine with which, on the one hand, minimal nitrogen oxide and soot emissions can be achieved from the lower partial load range to the full load range, and on the other hand a high degree of efficiency.
  • the cylinder has at least two, preferably diametrically arranged, pressure compensation channels for pressure compensation between two different peripheral regions of the piston guide section of the cylinder. Due to the pressure compensation channels, the lateral forces can be reduced as a result of a lateral deflection. It is essential that the pressure compensation channels in the region of the piston guide section of the cylinder are spaced from the control bore, so that a sealing surface that can be covered by the pressure piston is formed around the control bore of the cylinder. The sealing function of the pressure piston in the area around the pilot hole is thus still fully guaranteed.
  • the lateral forces can be significantly reduced if the pressure compensation channels at least in a conveying position of the pressure piston fluidly connect the pressure chamber to an area of the piston guide section of the cylinder which is approximately at the level of the control bore.
  • At least one pressure compensation channel is formed by at least one recess in the cylinder, preferably by a longitudinal groove running parallel to the cylinder axis. Several narrow axial grooves or a few wide axial grooves can be formed in the cylinder wall.
  • At least one pressure compensation channel has at least two transverse bores which open approximately radially into the cylinder and are connected to one another by flow through at least one longitudinal bore running approximately parallel to the cylinder axis.
  • At least two radial transverse bores can be arranged directly one above the other in the piston guide section in the axial direction of the cylinder, preferably at the level of the control bore.
  • the cross bores can in particular be arranged one above the other in at least one axial row.
  • At least two pressure compensation channels are arranged in the circumferential direction on both sides and preferably symmetrically to the control bore.
  • at least two pressure compensation channels are arranged point-symmetrically with respect to the cylinder axis.
  • the method according to the invention provides the following steps:
  • an injection valve preferably designed as a double needle nozzle
  • the internal combustion engine works according to the HCLI method, in which the injection time is relatively early in the compression stroke, that is to say in the range of approximately 50 ° to 5 ° crank angle before top dead center.
  • the fuel is preferably injected in the first operating range in a range between 400 and 1000 bar.
  • the center of combustion is between 10 ° before and 10 ° crank angle after top dead center, which means that very high efficiency can be achieved.
  • Exhaust gas recirculation can be achieved by external or internal exhaust gas recirculation or by a combination of external and internal exhaust gas recirculation with variable valve control.
  • the internal combustion engine is operated using the HPLI method.
  • the main part of the injection phase lies after the top dead center of the compression. Because of the - compared to conventional injection before top dead center - the temperature level falling after top dead center and the increased amount of recirculated exhaust gas compared to conventional operation, the ignition delay is longer here. If necessary, other means such as lowering the effective compression ratio and / or the inlet temperature and increasing the injection pressure and / or increasing the injection hole cross-sections of the injection nozzle can be used to extend the ignition delay.
  • the injection duration is designed in such a way that the end of injection is before the start of combustion. In this case, soot emissions can be kept at a very low level.
  • the fuel is injected in the first operating range with a lower flow rate than in the second operating range.
  • Particularly low nitrogen oxide and soot emissions can be achieved if the fuel is injected in the first and in the second operating area in fuel jets arranged along a conical surface, the fuel being injected in the first operating area with a different, preferably smaller, cone opening angle than in the second operating area.
  • the main part of the fuel injection takes place in a range between 10 ° before and 10 ° crank angle after the top dead center, it being preferably provided that in the third Operating range a multiple injection is carried out.
  • the exhaust gas recirculation rate in the third operating range is up to 30%, preferably about 10% to 20%. This enables high performance on the one hand, and low NOx emissions and low particle emissions on the other.
  • the fuel can be injected through the first and / or through the second injection openings.
  • the internal combustion engine is operated in the first, second and / or third operating range with a global air ratio of approximately 1.0 to 2.0.
  • the exhaust gas recirculation is carried out externally and / or internally and the swirl is variable at least in one area, preferably in all three areas.
  • the swirl is variable at least in one area, preferably in all three areas.
  • Favorable exhaust gas values with low fuel consumption can be achieved with swirl numbers between 0 and 5.
  • the geometric compression ratio is variable.
  • the geometric compression ratio can be changed in a range between 13 and 19.
  • a high compression ratio is beneficial for the cold start phase.
  • a reduction in the compression ratio during the load increase increases the maximum achievable load both in the first and in the second operating range and reduces the soot emissions due to a longer ignition delay.
  • the effective compression ratio is changed by the closing time of at least one inlet valve. Delaying the intake closure or very early intake closure can reduce the effective compression ratio, thereby reducing the exhaust gas recirculation rate required for low NOx rates and soot emissions. Both the time of opening and closing of the inlet or only the time of closing the inlet can be shifted. In a further embodiment of the invention it is provided that the change from the first to the second operating range or from the second to the first operating range is initiated by reducing or increasing the exhaust gas recirculation rate.
  • the transition from the first to the second engine operating range or vice versa to be initiated by reducing the internal or external exhaust gas recirculation rate and by delaying the start of injection or by increasing the exhaust gas recirculation rate and by advancing the start of injection.
  • the exhaust gas recirculation rate is reduced during the transition between the first and second engine operating range by controlling the opening and / or closing time of the intake valve.
  • the effective mean pressure is preferably in the first operating range between approximately 0 and 6 bar, particularly preferably up to 5.5 bar, in the second operating range between approximately 3.5 to 8 bar, particularly preferably between 4 and 7 bar, and in the third operating range at least approximately 5 , 5 bar, particularly preferably at least about 6 bar.
  • a direct-injection diesel internal combustion engine with at least one cylinder for a reciprocating piston in which the start of fuel injection is at least between 50 ° crank angle before top dead center and 20 ° after top dead center, preferably up to 50 ° after top dead center, and the exhaust gas recirculation rate is variable between about 0% to 70%.
  • the fuel injection pressure can be varied at least between a first and a second pressure level, the first pressure level preferably covering a range up to approximately 1000 bar and the second pressure level covering a range of at least 1000 bar, and a device for changing the Swirl levels can be provided.
  • the inlet opening time and inlet closing time can be varied.
  • the timing of the inlet valve or the outlet valve can be shifted by means of a phase shifter device. It is very advantageous if at least one inlet valve can be activated in the outlet phase. Additionally or alternatively, it can be provided that at least one exhaust valve can be activated in the intake phase.
  • a double needle nozzle with first and second injection openings which can be controlled separately, is best suited for carrying out the injection.
  • the first injection openings have a smaller flow cross-section than the second injection openings.
  • the central axes of the first injection openings are arranged along a first conical surface and the central axes of the second injection openings are arranged along a second conical surface, wherein the cone opening angle of the first conical surface can be smaller than that Cone opening angle of the second surface of the cone.
  • first and the second nozzle needle are arranged coaxially, the first nozzle needle preferably being guided in the second nozzle needle designed as a hollow needle.
  • first and the second nozzle needle it is also possible for the first and the second nozzle needle to be arranged parallel to one another in a nozzle holder.
  • Double needle nozzles with coaxial or parallel nozzle needles are known from DE 100 40 738 AI.
  • FIG. 3 shows a cylinder of a piston injection pump according to the invention in a first embodiment in an oblique view
  • FIG. 10 shows a cylinder of a piston injection pump according to the invention in a third embodiment variant in a cross section
  • FIG. 12 shows a cylinder of a piston injection pump according to the invention in a fourth embodiment variant in a longitudinally sectioned oblique view
  • FIG. 13 shows an internal combustion engine for carrying out the method according to the invention, in a schematic view
  • FIG. 24 shows a double needle nozzle with nozzle needles arranged in parallel next to one another.
  • the cylinder 1 and 2 show the cylinder 1 and the pressure piston 2 of a conventional piston injection pump.
  • the cylinder 1 has an essentially smooth cylinder surface 3, with two pilot bores 4 opening radially into the cylinder 1.
  • the pressure piston 2 has a first control edge 7 arranged essentially in a normal plane 5 on the cylinder axis 6 and in the lateral surface 2a a helical second control edge 8 which is inclined to the normal plane 5, and a zero-conveying groove 9 running in the axial direction.
  • Cylinder 1 and pressure piston 2 have two second control edges 8 and control bores 4 offset by 180 ° in order to create symmetrical conditions. When the control bores 4 are covered by the control surface 10 of the piston 2, fuel is delivered.
  • the injection quantity can be controlled by rotating the pressure piston 2.
  • the resulting pressure distribution in the sealing gap can result in a resulting side force on the pressure piston 2, which acts in the direction of the deflection and thus increases it, which increases the wear and, in extreme cases, leads to one Rubbing the pressure piston 2 on the cylinder 1 can result.
  • Cylinders 1, 101, 201 and pressure pistons 2, 102, 202 are indicated in FIGS. 2, 4 and 7 by different hatching directions.
  • pressure compensation channels 150, 250, 350, 450 are in the cylinder in the embodiment variants described below
  • the pressure equalization channels 150, 250, 350, 450 advantageously extend between a pressure space 112, 212, 312, 412 spanned by the end face 111, 211 of the pressure piston 102, 202 and the cylinders 101, 201, 301, 401 and extend into one Piston guide section 113, 213, 313, 413 of the cylinder 101, 201, 301, 401, which in the region of the pilot bores 104, 204, 304, 404 and / or on the side of the pilot bores 104 facing away from the pressure chamber 112, 212, 312, 412, 204, 304, 404.
  • the edge of the end face 111, 211 forms a first control edge 107, 207.
  • the outer surface 102a, 202a of the pressure piston 102, 202 has a zero conveying groove 109, 209.
  • the piston guide section 113, 213, 313, 413 is covered in at least one conveying position of the pressure piston 102, 202 by an annular space 114, 214, which borders on the second control edge 108, 208 of the pressure piston 102, 202 and between the pressure piston 102, 202 and the cylinder 101, 201, 301, 401 extends.
  • the pressure equalization channels 150, 250, 350, 450 can be designed as open or as closed channels. It is essential that the pressure compensation channels 150, 250, 350, 450 are spaced apart from each control bore 104, 204, 304, 404, around the control bores 104, 204, 304, 404 from the pressure piston
  • the pressure compensation channels 150 are formed by narrow, axial longitudinal grooves 151 in the surface 103 of the cylinder 101 on both sides of the control bore 104.
  • the longitudinal grooves 151 may be formed in the surface 103 of the cylinder 101 by milling or erosion machining.
  • Reference numeral 120 is the pressure equalization between the individual ones via the pressure chamber 112 Longitudinal grooves 151 indicated.
  • the longitudinal grooves 151 are arranged point-symmetrically with respect to the cylinder axis 106 and symmetrically with respect to a longitudinal plane 115 spanned by the axes 104a of the control bore 104 and the cylinder axis 106.
  • FIG. 7 to 9 show a second exemplary embodiment of a cylinder 201 for a reciprocating pressure piston 202 of a piston injection pump, the pressure compensation channels 250 being formed by wide longitudinal grooves 251 between the compensation bores 204.
  • the two longitudinal grooves 251 are arranged point-symmetrically with respect to the cylinder axis 206, but also symmetrically with respect to a longitudinal plane 215 spanned by the axes 204a of the pilot bores 204 and the cylinder axis 206, and a plane 216 normal thereto, through the cylinder axis 206.
  • FIGS. 10, 4 and 7 show a third exemplary embodiment of a cylinder 301 for receiving a pressure piston, not shown, corresponding to FIGS. 2, 4 and 7, for a piston injection pump, in which the pressure compensation channels 350 are arranged one above the other at an axial distance horizontal transverse bores 351, 352 are formed, which are fluidly connected to one another by a longitudinal bore 353 running approximately parallel to the cylinder axis 306.
  • the cross bores 351, 352 and longitudinal bores 353 are closed to the outside after manufacture. As can be seen from FIG.
  • the transverse bores 351, 352 are arranged point-symmetrically with respect to the cylinder axis 307, as well as symmetrically to the longitudinal plane 315 spanned by the axis 304a of the control bores 304 and the cylinder axis 306 and a plane 316 normal to this.
  • the lower transverse bores 350 lie in the piston guide section 313 approximately in the region of the control bores 304.
  • FIG. 12 shows a fourth exemplary embodiment, which differs from the exemplary embodiment illustrated in FIGS. 10 and 11 in that several lower transverse bores 451 are arranged one above the other in a row.
  • the lower transverse bores 451 are connected via the longitudinal bore 453 to an upper transverse bore 452, which opens into the pressure chamber 512 located above the pressure piston.
  • the lower transverse bores 451 also open here in the piston guide section 413 in the region of the control bore 404 in the cylinder 401.
  • the transverse bores 352, 452 ensure pressure equalization with the upper pressure chamber 312, 412.
  • the lower transverse bores 351, 451 serve to reduce the sealing surface 318, 418.
  • 13 shows an internal combustion engine 1001 with an intake manifold 1002 and an exhaust manifold 1003.
  • the internal combustion engine 1001 is charged via an exhaust gas turbocharger 1004, which has an exhaust gas-driven turbine 1005 and a compressor 1006 driven by the turbine 1005.
  • a charge air cooler 1007 is arranged upstream of the compressor 1006 on the inlet side.
  • the exhaust gas recirculation system 1008 has an exhaust gas recirculation cooler 1012 and an exhaust gas recirculation valve 1013.
  • an exhaust gas pump 1014 can also be provided in the first exhaust gas recirculation line 1009 in order to control or increase the exhaust gas recirculation rate.
  • a low-pressure exhaust gas recirculation system 1015 is provided downstream of the turbine 1005 and upstream of the compressor 1006, a second exhaust gas recirculation line 1018 branching off in the exhaust line 1016 downstream of a particle filter 1017 and opening into the intake line 1019 upstream of the compressor 1006.
  • An exhaust gas recirculation cooler 1020 and an exhaust gas recirculation valve 1021 are also arranged in the second exhaust gas recirculation line 1018.
  • an exhaust valve 1022 is arranged in the exhaust line 1016 downstream of the branch.
  • an oxidation catalytic converter 1023 is arranged in the exhaust line 1010, which removes HC, CO and volatile parts of the particle emissions.
  • a side effect is that the exhaust gas temperature is increased and additional energy is supplied to the turbine 1005.
  • the oxidation catalytic converter 1023 can also be arranged downstream of the branch of the exhaust gas recirculation line.
  • the arrangement shown in FIG. 13 with the branch downstream of the oxidation catalytic converter 1023 has the advantage that the exhaust gas cooler 1012 is exposed to less pollution, but the disadvantage that, due to the higher exhaust gas temperatures, the exhaust gas recirculation cooler has a higher cooling capacity
  • the internal combustion engine 1001 has at least one injection valve 1025 that directly injects diesel fuel into the combustion chamber, which is able to carry out several injections per working cycle and start their respective injection in a range between 50 ° crank angle CA before top dead center TDC to 50 ° crank angle CA after top dead center TDC can be changed.
  • the maximum injection pressure should be at least 1000 bar.
  • the shape of the combustion chamber and the fuel injection configuration must be designed for conventional full-load diesel combustion.
  • FIG. 14 shows a diagram in which the local air ratio ⁇ is plotted against the local combustion temperature T L. Heavy soot formation occurs in the area labeled SOOT, and NOx denotes the area of high nitrogen oxide formation.
  • A, B, C are the first, second and third operating areas of the method described here.
  • the first operating area A is assigned to the lower to middle part-load area L L , the second engine operating area B to the middle to upper part-load area L M and the third engine operating area C to the high-load and full-load area L H , as shown in FIG. Speed n diagram can be seen.
  • the start of injection is relatively early in the compression stroke, i.e. at about 50 ° to 5 ° crank angle CA before top dead center TDC after the compression stroke, which means that a long ignition delay to form a partially homogeneous mixture for premixed combustion is available. Due to the pronounced premixing and dilution, extremely low soot and NOx emission values can be achieved. As can be seen from FIG. 14, the first operating range A is clearly above the limit for the local air ratio ⁇ LS which is decisive for the formation of soot.
  • a high exhaust gas recirculation rate EGR of between 50% and 70% ensures that the local combustion temperature T L always remains below the minimum nitrogen oxide formation temperature T N0 .
  • the injection takes place at a pressure between 400 and 1000 bar.
  • the long ignition delay causes the combustion phase to be shifted to the most efficient position around top dead center TDC.
  • the center of combustion is in a range between -10 ° to 10 ° crank angle CA after the top dead center TDC, whereby a high efficiency can be achieved.
  • the high exhaust gas recirculation rate EGR which is required for the first operating range A, can be achieved either by external exhaust gas recirculation alone, or by combining external with internal exhaust gas recirculation through variable valve control.
  • the internal combustion engine is operated according to the so-called HPLI process (Highly Premixed Late Injection).
  • HPLI process Highly Premixed Late Injection
  • the main part of the injection phase is after TDC.
  • the internal combustion engine is operated with an exhaust gas recirculation rate between 20% and 40%, the start of injection being in a range between 2 ° crank angle CA before top dead center and 20 ° crank angle CA after top dead center.
  • the shift of the combustion in the expansion stroke in addition to the high exhaust gas recirculation rate EGR, leads to a pressure increase rate in cylinders which does not exceed the permissible level, despite the larger amount of premixed fuel due to the long ignition delay and consequently higher maximum combustion rate.
  • the high maximum burning rate which leads to a high degree of uniformity, is able to partially compensate for the loss of efficiency due to late shifting of the combustion phase.
  • the center of combustion should be as close as possible to the top dead center TDC.
  • the advantage of the HPLI process used in the second operating area B is that very low NOx and particle emissions occur and that a high exhaust gas temperature can be reached, which is necessary for the regeneration of a part.
  • kelfilters is an advantage.
  • the local combustion temperature T L in the second operating area B is to a small extent above the lower NOx formation temperature T N0x .
  • the local air ratio ⁇ is largely above the soot formation limit ⁇ s Soot is formed at the beginning of the combustion process, but due to the strong turbulence resulting from the high-pressure injection and high temperatures, the soot is oxidized towards the end of the combustion process, resulting in very low soot emissions overall.
  • the internal combustion engine is operated conventionally with exhaust gas recirculation rates EGR between 0% and 30%, multiple injections being possible. This enables premixed and diffusion combustion to be carried out.
  • a combination of external and internal exhaust gas recirculation can also be used for exhaust gas recirculation.
  • the operating range D is shown in dotted lines in FIG. 14.
  • This operating range D is operated, for example, in US Pat. No. 6,338,245 B1 in the medium to high partial load range.
  • this has the disadvantage that the efficiency is poor as a result of low temperatures.
  • this area can generally be avoided.
  • Options can also be generated in the combustion chamber in the first, second and / or third operating range A, B, C.
  • the swirl formation is advantageous in order to further reduce the soot formation. Swirl and high efficiency must be coordinated.
  • valve timing in the internal combustion engine 1001 can be variably adjusted.
  • the EGR rate between the operating ranges A, B, C can be set precisely and quickly in the event of load changes.
  • the combination of external and internal exhaust gas recirculation enables particularly fast and precise control of the EGR exhaust gas recirculation rate.
  • the effective compression ratio ⁇ can also be regulated by means of variable valve control, as a result of which lower nitrogen oxide and soot emissions can be achieved with a reduced exhaust gas recirculation rate EGR.
  • FIG. 16 shows a valve lift diagram, in which the valve lifts l of at least one exhaust valve A and at least one intake valve E are plotted against the crank angle CA.
  • the effective compression ratio ⁇ and the required EGR rate can be reduced. This can be done in all three operating areas A, B and C.
  • E 0 or E c are the opening and closing times of the intake valve.
  • E 0 s and E oc indicate the opening and closing times of the shifted intake valve lifting curve E s .
  • the transition between the first and the second operating range A, B can be carried out by reducing the external exhaust gas recirculation rate EGR and at the same time advancing the start ⁇ ⁇ of the fuel injection I, as can be seen from FIG. 20.
  • EGR external exhaust gas recirculation rate
  • a transition between the second operating area B and the first operating area A can be carried out by simultaneously increasing the internal exhaust gas recirculation rate EGR and by bringing the start ⁇ i of the injection I forward.
  • FIG. 21 shows a measurement diagram of an exemplary embodiment for the first operating range A, with injection I, heat release rate Q, cumulative heat release rate ⁇ Q and cylinder pressure p being plotted against the crank angle CA.
  • 22 shows an analog measurement diagram for the second operating range B. Thin and thick lines represent different parameter configurations. The relatively long ignition delay between injection I and combustion can be clearly seen.
  • the double needle nozzle 1100 from FIG. 23 has a first nozzle needle 1101, which is arranged displaceably in a hollow second nozzle needle 1102.
  • the first nozzle needle 1101 controls first injection openings 1103, and the second nozzle needle 1102 controls second injection openings 1104, which are arranged in the nozzle tip 1106.
  • the sum of the diameters di of the first injection openings 1103 is smaller than the sum of the diameters d 2 of the second injection openings 1104.
  • the central axes 1103a, 1104a of the first injection openings 1103 and the second injection openings 1104 are each arranged on a conical surface 1107, 1108, the cone opening angle of which is designated by ⁇ i and ⁇ 2 .
  • the cone angle is .alpha..sub.i the first injection ports 1 103 ⁇ smaller slightly than the cone angle 2 of the second injection ports 1104th
  • the injection valve 1025 shown in FIG. 24 has a double needle nozzle 1200 with a first nozzle needle 1201 and a second nozzle needle 1202, wherein both nozzle needles 1201, 1202 are arranged side by side in parallel.
  • the nozzle axes 1201 'and 1202' are spaced apart.
  • the first nozzle needle 1201 controls first injection openings 1203 and the second nozzle needle 1202 controls second injection openings 1204, which are each arranged in a nozzle tip 1206a, 1206b.
  • the first and second injection openings 1203, 1204 are arranged along a conical surface 1207, 1208, the cone opening angle of which is denoted by ⁇ i and ⁇ 2, respectively.
  • the diameters of the first and second injection openings 1203, 1204 are denoted by di and by d 2 .
  • the sum of the passage cross sections of the first injection openings 1203 is smaller than the sum of the passage cross sections of the second injection openings 1204.
  • the openings of the injection openings 1203 into the combustion chamber of the first nozzle tip 1206a and the openings of the injection openings 1204 of the second nozzle tip 1206b are in normal planes 1209a, spaced apart from one another. 1209b arranged on the nozzle needle axes 1201 ', 1202'.
  • the distance between the normal planes 1209a, 1209b is denoted by a.
  • Both nozzle tips 1206a, 1206b are advantageously designed with the same number of holes, preferably three.
  • the first and second nozzle needles 1101, 1102, 1201, 1202 can be controlled separately in a known manner, as described for example in DE 100 40 738 AI.
  • the first nozzle needle 1101, 1201 is actuated and the first injection openings 1103, 1203 are opened, while the second injection openings 1104, 1204 remain closed.
  • the second nozzle needle 1102, 1202 actuated, whereby the second injection openings 1104, 1204 are opened, while in turn the first injection openings 1103, 1203 remain closed.
  • the injection characteristics for HCLI operation in first operating area A and HPLI operation in second engine operating area B can be optimally implemented.
  • both nozzle needles 1101, 1102; 1201, 1202 actuated, whereby the injection through all injection openings 1103, 1104; 1203, 1204.
  • the described method allows the internal combustion engine to be operated with high efficiency and low NOx and soot emissions in both the first, second and third operating ranges A, B, C.
  • references used in the subclaims indicate the further development of the subject matter of the skin claim through the features of the respective subclaim; they are not to be understood as a waiver of the achievement of independent, objective protection for the characteristics of the related subclaims.

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Abstract

The invention relates to an internal combustion engine comprising a piston injection pump for transporting fuel, said pump comprising a cylinder for receiving a reciprocating pressure piston, the front face of the pressure piston defining a pressure chamber. The edge of the front face forms a peripheral first control edge. The cylinder comprises at least one radial spill port which is located in a piston guiding section of the cylinder and can be covered at least by a second control edge of the pressure piston, formed by shaping the envelope surface of the pressure piston.

Description

BrennkraftmaschineInternal combustion engine
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, insbesondere eine Diesel-Brennkraftmaschine, mit zumindest einer Kolbeneinspritzpumpe zur Kraftstoffförderung mit einem Zylinder zur Aufnahme eines hin- und hergehenden Druckkolbens, dessen Stirnfläche an einen Druckraum grenzt, wobei der Rand der Stirnfläche eine umlaufende erste Steuerkante bildet und wobei der Zylinder zumindest eine radiale Absteuerbohrung in einem Kolbenführungsabschnitt des Zylinders aufweist, welche zumindest von einer durch eine Ausformung in der Mantelfläche des Druckkolbens gebildeten zweiten Steuerkante des Druckkolbens überfahrbar ist. Weiters betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere eine Diesel-Brennkraftmaschine, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to an internal combustion engine, in particular a diesel internal combustion engine, with at least one piston injection pump for delivering fuel with a cylinder for receiving a reciprocating pressure piston, the end face of which borders a pressure chamber, the edge of the end face forming a circumferential first control edge, and the Cylinder has at least one radial control bore in a piston guide section of the cylinder, which can be run over by at least one second control edge of the pressure piston formed by a shape in the outer surface of the pressure piston. Furthermore, the invention relates to a method for operating an internal combustion engine, in particular a diesel internal combustion engine, and a device for carrying out the method.
Die konventionelle Konstruktion einer Kolbeneinspritzpumpe hat eine glatte Zylinderoberfläche mit einer radialen Absteuerbohrung und einen Druckkolben mit einer oberen, meist in einer Normalebene zur Zylinderachse verlaufenden Steuerkante und einer geneigt zur Normalebene verlaufenden unteren Steuerkante, sowie eine in axialer Richtung verlaufende Nullfördernut. Derartige Kolbenein- spritzpumpen sind aus der US 5,396.871 A, der US 4,964.789 A oder der US 4,824.341 A bekannt. Bei Bedeckung der Steuerbohrung durch die Steuerfläche des Druckkolbens wird Treibstoff gefördert. Durch die schräge untere Steuerkante kann durch Verdrehen des Kolbens die Einspritzmenge gesteuert werden. Bei Einspritzpumpen für sehr hohe Drücke können die beschriebenen Merkmale auch zweifach, um 180° versetzt, vorgesehen sein, um möglichst symmetrische Bedingungen zu schaffen.The conventional design of a piston injection pump has a smooth cylinder surface with a radial control bore and a pressure piston with an upper control edge, usually running in a normal plane to the cylinder axis and a lower control edge running inclined to the normal plane, and a zero-delivery groove running in the axial direction. Piston injection pumps of this type are known from US 5,396,871 A, US 4,964,789 A or US 4,824,341 A. When the control bore is covered by the control surface of the pressure piston, fuel is delivered. Due to the sloping lower control edge, the injection quantity can be controlled by turning the piston. In the case of injection pumps for very high pressures, the features described can also be provided twice, offset by 180 °, in order to create conditions that are as symmetrical as possible.
Durch eine seitliche Auslenkung des Druckkolbens in einer normal zu den Absteuerbohrungen verlaufenden Richtung, kann durch die daraus entstehende Druckverteilung im Dichtspalt eine resultierende Seitenkraft am Kolben entstehen, welche in Richtung der Auslenkung wirkt und diese somit verstärkt. In weiterer Folge kann es dadurch zu einem Anreiben des Druckkolbens kommen.Due to a lateral deflection of the pressure piston in a direction normal to the pilot bores, the resulting pressure distribution in the sealing gap can result in a lateral force on the piston, which acts in the direction of the deflection and thus reinforces it. As a result, the pressure piston may rub.
Die wichtigsten Bestimmungsstücke für den Verbrennungsablauf in einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung sind die Phasenlage des Verbrennungsablaufes bzw. des Verbrennungsbeginnes, die maximale Anstiegsgeschwindigkeit des Zylinderdruckes, sowie der Spitzendruck.The most important determinants for the combustion process in an internal combustion engine are the phase position of the combustion process or the start of combustion, the maximum rate of increase of the cylinder pressure and the peak pressure.
Bei einer Brennkraftmaschine, bei der die Verbrennung im Wesentlichen durch Selbstzündung einer direkt eingespritzten Kraftstoffmenge erfolgt, werden die Bestimmungsstücke maßgeblich durch den Einspritzzeitpunkt, durch die Ladungszusammensetzung und durch den Zündverzug festgelegt. Diese Parameter werden ihrerseits durch eine große Anzahl von Einflussgrößen bestimmt, wie zum Beispiel Drehzahl, Kraftstoffmenge, Ansaugtemperatur, Ladedruck, effektives Kompressionsverhältnis, Inertgasgehalt der Zylinderladung und Bauteiltemperatur.In an internal combustion engine in which the combustion takes place essentially by means of auto-ignition of a directly injected fuel quantity, the Determinants are largely determined by the time of injection, the charge composition and the ignition delay. These parameters are in turn determined by a large number of influencing variables, such as speed, fuel quantity, intake temperature, boost pressure, effective compression ratio, inert gas content of the cylinder charge and component temperature.
Strengere gesetzliche Rahmenbedingungen bewirken, dass bei der Konzeption von Brennverfahren immer wieder neue Wege eingeschlagen werden müssen, um bei Dieselbrennkraftmaschinen den Ausstoß an Rußpartikeln und an NOx- Emissionen zu verringern.Stricter legal framework conditions mean that new approaches have to be taken in the design of combustion processes in order to reduce emissions of soot particles and NOx emissions in diesel engines.
Es ist bekannt NOx- und Rußemissionen im Abgas zu verringern, indem durch Vorverlegen des Einspritzzeitpunktes der Zündverzug vergrößert wird, so dass die Verbrennung durch Selbstzündung eines mageren Kraftstoff-Luftgemisches erfolgt. Eine mögliche Variante wird hier als HCLI-Verfahren (Homogenous Charge Late Injection) bezeichnet. Wenn eine derartige Gemischverbrennung durchgeführt wird, erfolgt die Kraftstoffeinspritzung somit genügend weit vor dem oberen Totpunkt der Kompressionsphase, wodurch ein weitgehend homogenes Kraftstoff-Luftgemisch entsteht. Durch Abgasrückführung kann erreicht werden, dass die Verbrennungstemperatur unterhalb der für NOx-Entstehung erforderlichen Mindesttemperatur bleibt. Da die Homogenisierung von Kraftstoff und Luft allerdings zeitabhängig ist, ist die Realisierung dieses Verfahrens drehzahl- und lastabhängig eingeschränkt, da bei unzureichender Homogenisierung der Partikelausstoß zunimmt.It is known to reduce NOx and soot emissions in the exhaust gas by increasing the ignition delay by advancing the injection timing, so that the combustion takes place through self-ignition of a lean fuel / air mixture. One possible variant is referred to here as the HCLI method (Homogeneous Charge Late Injection). If such a mixture combustion is carried out, the fuel is thus injected sufficiently far before the top dead center of the compression phase, which results in a largely homogeneous fuel-air mixture. Exhaust gas recirculation can ensure that the combustion temperature remains below the minimum temperature required for the formation of NOx. However, since the homogenization of fuel and air is time-dependent, the implementation of this method is speed-dependent and load-dependent, since the particle emissions increase with insufficient homogenization.
Die US 6,338,245 Bl beschreibt eine nach dem HCLI-Verfahren arbeitende Diesel-Brennkraftmaschine, bei der Verbrennungstemperatur und Zündverzug so eingestellt werden, dass im unteren und mittleren Teillastbereich die Verbrennungstemperatur unter der NOx-Bildungstemperatur und das Luftverhältnis oberhalb des für die Rußbildung maßgeblichen Wertes liegt. Die Verbrennungstemperatur wird dabei durch Verändern der Abgasrückführrate, der Zündverzug durch den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt gesteuert. Bei mittlerer und hoher Last wird die Verbrennungstemperatur so weit abgesenkt, dass sowohl NOx- als auch Rußbildung vermieden wird. Nachteilig ist, dass insbesondere im mittleren Teillastbereich ein niedriges Luftverhältnis kombiniert mit niedrigen Verbrennungstemperaturen auftritt und daher ein schlechter Wirkungsgrad in Kauf genommen werden muss.No. 6,338,245 B1 describes a diesel internal combustion engine working according to the HCLI process, in which the combustion temperature and ignition delay are set so that in the lower and middle part-load range the combustion temperature is below the NOx formation temperature and the air ratio is above the value relevant for soot formation. The combustion temperature is controlled by changing the exhaust gas recirculation rate, the ignition delay is controlled by the fuel injection time. At medium and high loads, the combustion temperature is reduced so much that both NOx and soot formation are avoided. It is disadvantageous that, especially in the middle part-load range, a low air ratio combined with low combustion temperatures occurs and therefore a poor efficiency has to be accepted.
Die US 6,158,413 A beschreibt eine direkteinspritzende Diesel-Brennkraftmaschine, bei der die Kraftstoffeinspritzung nicht vor dem oberen Totpunkt der Kompression angesetzt ist, und bei der die Sauerstoffkonzentration im Brenn- raum durch Abgasrückführung vermindert wird. Dieses Betriebsverfahren wird hier auch als HPLI-Verfahen (Highly Premixed Late Injection) bezeichnet. Wegen des - verglichen mit einer konventionellen Einspritzung vor dem oberen Totpunkt - nach dem oberen Totpunkt sinkenden Temperaturniveaus und der gegenüber konventioneller Betriebsweise erhöhten Menge rückgeführten Abgases ist der Zündverzug länger als bei der sogenannten Diffusionsverbrennung. Das durch die Abgasrückführrate gesteuerte niedrige Temperaturniveau bewirkt, dass die Verbrennungstemperatur unter dem für die NOx-Bildung maßgeblichen Wert bleibt. Durch den durch den späteren Einspritzzeitpunkt bewirkten großen Zündverzug wird eine gute Gemischbildung erreicht, wodurch bei der Verbrennung des Gemisches der lokale Sauerstoffmangel deutlich reduziert wird, wodurch die Partikelentstehung verringert wird. Die Spätverschiebung des Brennverlaufes bewirkt eine Absenkung der Maximaltemperatur, führt aber gleichzeitig zu einer Anhebung der mittleren Temperatur bei einem gegebenen späten Kurbelwinkel, was den Rußabbrand verstärkt. Die Verschiebung der Verbrennung in den Expansionstakt führt darüber hinaus im Zusammenwirken mit der hohen Abgasrückführrate trotz der wegen des langen Zündverzugs größeren vorgemischten Kraftstoffmenge und folglich höheren maximalen Brennrate zu einer das zulässige Maß nicht übersteigenden Druckanstiegsrate im Zylinder. Nachteilig ist der schlechte Wirkungsgrad im unteren Teillastbereich.US Pat. No. 6,158,413 A describes a direct-injection diesel internal combustion engine in which the fuel injection is not started before the top dead center of the compression, and in which the oxygen concentration in the combustion space is reduced by exhaust gas recirculation. This operating method is also referred to here as HPLI (Highly Premixed Late Injection). Because of the - compared to conventional injection before top dead center - the falling temperature level after top dead center and the increased amount of recirculated exhaust gas compared to conventional operation, the ignition delay is longer than with so-called diffusion combustion. The low temperature level controlled by the exhaust gas recirculation rate causes the combustion temperature to remain below the value that is decisive for the formation of NOx. Due to the large ignition delay caused by the later injection time, a good mixture formation is achieved, whereby the local lack of oxygen is significantly reduced when the mixture is burned, thereby reducing the formation of particles. The late shift in the burning process causes a lowering of the maximum temperature, but at the same time leads to an increase in the average temperature at a given late crank angle, which increases the soot burn-off. The shift of the combustion into the expansion stroke also leads, in conjunction with the high exhaust gas recirculation rate, despite the larger premixed fuel quantity due to the long ignition delay and consequently higher maximum combustion rate, to a pressure rise rate in the cylinder which does not exceed the permissible level. The disadvantage is the poor efficiency in the lower part-load range.
Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und bei einer Kolbeneinspritzpumpe der eingangs genannten Art den Verschleiß zu vermindern, insbesondere ein Anreiben des Druckkolbens am Zylinder zu verhindern.The object of the invention is to avoid these disadvantages and to reduce wear on a piston injection pump of the type mentioned, in particular to prevent the pressure piston from rubbing against the cylinder.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine zu entwickeln, mit welchem sich einerseits vom unteren Teillastbereich bis zum Volllastbereich minimale Stickoxid- und Rußemissionen, und andererseits ein hoher Wirkungsgrad erreichen lässt.Another object of the invention is to develop a method for operating an internal combustion engine with which, on the one hand, minimal nitrogen oxide and soot emissions can be achieved from the lower partial load range to the full load range, and on the other hand a high degree of efficiency.
Erfindungsgemäß erfolgt dies dadurch, dass der Zylinder zumindest zwei, vorzugsweise diametral zueinander angeordnete, Druckausgleichskanäle zum Druckausgleich zwischen zwei unterschiedlichen Umfangsbereichen des Kolbenführungsabschnittes des Zylinders aufweist. Durch die Druckausgleichskanäle können die Seitenkräfte in Folge einer seitlichen Auslenkung reduziert werden. Wesentlich ist dabei, dass die Druckausgleichskanäle im Bereich des Kolbenführungsabschnittes des Zylinders von der Absteuerbohrung beabstandet ist, so dass um die Absteuerbohrung des Zylinders eine vom Druckkolben überstreichbare Dichtfläche ausgebildet wird. Die Dichtfunktion des Druckkolbens im Bereich rund um die Absteuerbohrung wird somit weiterhin voll gewährleistet. Die Seitenkräfte können wesentlich vermindert werden, wenn die Druckausgleichskanäle zumindest in einer Förderstellung des Druckkolbens den Druckraum mit einem etwa in Höhe der Absteuerbohrung liegenden Bereich des Kolbenführungsabschnittes des Zylinders strömungsverbinden.According to the invention, this is done in that the cylinder has at least two, preferably diametrically arranged, pressure compensation channels for pressure compensation between two different peripheral regions of the piston guide section of the cylinder. Due to the pressure compensation channels, the lateral forces can be reduced as a result of a lateral deflection. It is essential that the pressure compensation channels in the region of the piston guide section of the cylinder are spaced from the control bore, so that a sealing surface that can be covered by the pressure piston is formed around the control bore of the cylinder. The sealing function of the pressure piston in the area around the pilot hole is thus still fully guaranteed. The lateral forces can be significantly reduced if the pressure compensation channels at least in a conveying position of the pressure piston fluidly connect the pressure chamber to an area of the piston guide section of the cylinder which is approximately at the level of the control bore.
In einer sehr vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass zumindest ein Druckausgleichskanal durch zumindest eine Ausnehmung des Zylinders, vorzugsweise durch eine parallel zur Zylinderachse verlaufende Längsnut gebildet ist. Dabei können mehrere schmale axiale Nuten oder wenige breite axiale Nuten in die Zylinderwand eingeformt sein.In a very advantageous embodiment variant of the invention it is provided that at least one pressure compensation channel is formed by at least one recess in the cylinder, preferably by a longitudinal groove running parallel to the cylinder axis. Several narrow axial grooves or a few wide axial grooves can be formed in the cylinder wall.
Alternativ dazu kann auch vorgesehen sein, dass zumindest ein Druckausgleichskanal zumindest zwei, mit axialem Abstand etwa radial in den Zylinder mündende Querbohrungen aufweist, die durch zumindest eine etwa parallel zur Zylinderachse verlaufende Längsbohrung miteinander strömungsverbunden sind. Dabei können zumindest zwei radiale Querbohrungen in axialer Richtung des Zylinders unmittelbar übereinander im Kolbenführungsabschnitt, vorzugsweise in Höhe der Absteuerbohrung, angeordnet sein. Die Querbohrungen können dabei insbesondere in zumindest einer axialen Reihe übereinander angeordnet sein.As an alternative to this, it can also be provided that at least one pressure compensation channel has at least two transverse bores which open approximately radially into the cylinder and are connected to one another by flow through at least one longitudinal bore running approximately parallel to the cylinder axis. At least two radial transverse bores can be arranged directly one above the other in the piston guide section in the axial direction of the cylinder, preferably at the level of the control bore. The cross bores can in particular be arranged one above the other in at least one axial row.
Ungewünschte Seitenkräfte können weitgehend verhindert werden, wenn zumindest zwei Druckausgleichskanäle in Umfangsrichtung beidseits und vorzugsweise symmetrisch zur Absteuerbohrung angeordnet sind. Insbesondere ist es dabei von Vorteil, wenn zumindest zwei Druckausgleichskanäle punktsymmetrisch bezüglich der Zylinderachse angeordnet sind.Unwanted lateral forces can be largely prevented if at least two pressure compensation channels are arranged in the circumferential direction on both sides and preferably symmetrically to the control bore. In particular, it is advantageous if at least two pressure compensation channels are arranged point-symmetrically with respect to the cylinder axis.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht folgende Schritte vor:The method according to the invention provides the following steps:
Betreiben der Brennkraftmaschine in einem ersten, der niedrigen Teillast zugeordneten Betriebsbereich mit weitgehend homogener Gemischverbrennung und später Kraftstoffeinspritzung, wobei die Kraftstoffeinspritzung in einem Bereich zwischen etwa 50° bis 5° Kurbelwinkel vor dem oberen Totpunkt der Kompressionsphase begonnen wird;Operating the internal combustion engine in a first operating range assigned to the low partial load with largely homogeneous mixture combustion and later fuel injection, the fuel injection being started in a range between approximately 50 ° and 5 ° crank angle before top dead center of the compression phase;
Betreiben der Brennkraftmaschine in einem zweiten, der mittleren Teillast zugeordneten Betriebsbereich mit Niedrigtemperatur-Gemisch- verbrennung und noch späterer Einspritzung als im ersten Betriebsbereich, wobei Kraftstoffeinspritzung in einem Bereich zwischen 2° Kurbelwinkel vor dem oberen Totpunkt und etwa 20° Kurbelwinkel nach dem oberen Totpunkt der Kompressionsphase begonnen wird,Operating the internal combustion engine in a second operating range associated with the medium partial load with low-temperature mixture combustion and even later injection than in the first operating range, fuel injection in a range between 2 ° crank angle before top dead center and about 20 ° crank angle after top dead center Compression phase is started
wobei der Kraftstoff im ersten Betriebsbereich über erste Einspritzöffnungen und im zweiten Betriebsbereich zumindest über zweite Ein- spritzöffnungen eines vorzugsweise als Doppelnadeldüse ausgeführten Einspritzventils in den Brennraum eingespritzt wird.the fuel in the first operating area via first injection openings and in the second operating area at least via second injection ports injection openings of an injection valve, preferably designed as a double needle nozzle, is injected into the combustion chamber.
Im ersten Betriebsbereich arbeitet die Brennkraftmaschine nach dem HCLI-Verfahren, bei dem der Einspritzzeitpunkt relativ früh im Kompressionstakt, also im Bereich von etwa 50° bis 5° Kurbelwinkel vor dem oberen Totpunkt, liegt. Die Einspritzung des Kraftstoffes erfolgt im ersten Betriebsbereich vorzugsweise in einem Bereich zwischen 400 und 1000 bar. Der Verbrennungsschwerpunkt liegt zwischen 10° vor bis 10° Kurbelwinkel nach dem oberen Totpunkt, wodurch sich ein sehr hoher Wirkungsgrad erreichen lässt. Durch die relativ hohe Abgasrückführrate zwischen 50% und 70% liegt die lokale Verbrennungstemperatur unter der NOx-Bildungstemperatur. Das lokale Luftverhältnis bleibt somit oberhalb der Rußbildungsgrenze. Die Abgasrückführung kann durch externe oder interne Abgasrückführung oder durch eine Kombination von externer und interner Abgasrückführung mit variabler Ventilsteuerung erreicht werden.In the first operating range, the internal combustion engine works according to the HCLI method, in which the injection time is relatively early in the compression stroke, that is to say in the range of approximately 50 ° to 5 ° crank angle before top dead center. The fuel is preferably injected in the first operating range in a range between 400 and 1000 bar. The center of combustion is between 10 ° before and 10 ° crank angle after top dead center, which means that very high efficiency can be achieved. Due to the relatively high exhaust gas recirculation rate between 50% and 70%, the local combustion temperature is below the NOx formation temperature. The local air ratio thus remains above the soot formation limit. Exhaust gas recirculation can be achieved by external or internal exhaust gas recirculation or by a combination of external and internal exhaust gas recirculation with variable valve control.
Im zweiten Betriebsbereich wird die Brennkraftmaschine nach dem HPLI-Ver- fahren betrieben. Dabei liegt der Hauptanteil der Einspritzphase nach dem oberen Totpunkt der Kompression. Wegen des - verglichen mit der konventionellen Einspritzung vor dem oberen Totpunkt - nach dem oberen Totpunkt sinkenden Temperaturniveaus und der gegenüber konventioneller Betriebsweise erhöhten Menge rückgeführten Abgases zwischen 20% und 40% ist der Zündverzug hier länger. Gegebenenfalls können zur Verlängerung des Zündverzuges auch weitere Mittel, wie eine Absenkung des effektiven Kompressionsverhältnisses und/oder der Einlasstemperatur, sowie zur Verkürzung der Einspritzdauer eine Erhöhung des Einspritzdrucks und/oder eine Vergrößerung der Spritzlochquerschnitte der Einspritzdüse, herangezogen werden. Die Einspritzdauer wird derart gestaltet, dass das Einspritzende vor dem Verbrennungsbeginn liegt. In diesem Fall kann die Rußemission auf sehr niedrigem Niveau gehalten werden. Dies kann dadurch erklärt werden, dass dabei das gleichzeitige Auftreten von flüssigem Kraftstoff im Kraftstoffstrahl einerseits und der den Strahl konventionellerweise umhüllenden Flamme andererseits, vermieden wird, wodurch auch die sonst zur Rußbildung führenden, unter Luftmangel ablaufenden, Oxidationsreaktionen in Strahlnähe unterbunden werden. Für das Verbrennungsverfahren im zweiten Betriebsbereich werden Einspritzdrücke von mindestens 1000 bar benötigt. Der Vorteil dieses Verfahrens ist, dass sehr niedrige NOx- und Partikelemissionen entstehen und dass eine relativ hohe Abgastemperatur erreicht wird, welche wiederum von Vorteil ist bei der Regeneration von Partikel-Abgasnachbehandlungseinrichtungen.In the second operating area, the internal combustion engine is operated using the HPLI method. The main part of the injection phase lies after the top dead center of the compression. Because of the - compared to conventional injection before top dead center - the temperature level falling after top dead center and the increased amount of recirculated exhaust gas compared to conventional operation, the ignition delay is longer here. If necessary, other means such as lowering the effective compression ratio and / or the inlet temperature and increasing the injection pressure and / or increasing the injection hole cross-sections of the injection nozzle can be used to extend the ignition delay. The injection duration is designed in such a way that the end of injection is before the start of combustion. In this case, soot emissions can be kept at a very low level. This can be explained by the fact that the simultaneous occurrence of liquid fuel in the fuel jet on the one hand and the flame conventionally enveloping the jet on the other hand is avoided, as a result of which the oxidation reactions near the jet, which otherwise lead to soot formation and run off due to lack of air, are also prevented. Injection pressures of at least 1000 bar are required for the combustion process in the second operating range. The advantage of this method is that very low NOx and particle emissions arise and that a relatively high exhaust gas temperature is reached, which in turn is advantageous in the regeneration of particle exhaust gas aftertreatment devices.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass im ersten Betriebsbereich der Kraftstoff bei geringerer Durchflussmenge als im zweiten Betriebsbereich eingespritzt wird. Besonders niedrige Stickoxid- und Rußemissionen lassen sich erreichen, wenn der Kraftstoff im ersten und im zweiten Betriebsbereich in entlang einer Kegelmantelfläche angeordneten Kraftstoffstrahlen eingespritzt wird, wobei der Kraftstoff im ersten Betriebsbereich mit unterschiedlichem, vorzugsweise kleinerem Kegelöffnungswinkel eingespritzt wird als im zweiten Betriebsbereich.It is preferably provided that the fuel is injected in the first operating range with a lower flow rate than in the second operating range. Particularly low nitrogen oxide and soot emissions can be achieved if the fuel is injected in the first and in the second operating area in fuel jets arranged along a conical surface, the fuel being injected in the first operating area with a different, preferably smaller, cone opening angle than in the second operating area.
In weiterer Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass in einem dritten, der oberen Teillast und der Volllast zugeordnete Betriebsbereich der Hauptanteil der Kraftstoffeinspritzung in einem Bereich zwischen 10° vor bis 10° Kurbelwinkel nach dem oberen Totpunkt erfolgt, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass im dritten Betriebsbereich eine Mehrfacheinspritzung durchgeführt wird. Die Abgasrückführrate beträgt im dritten Betriebsbereich bis zu 30%, vorzugsweise etwa 10% bis 20%. Dadurch lassen sich einerseits eine hohe Leistung, andererseits geringe NOx-Emissionen und geringe Partikelemissionen erreichen.In a further embodiment of the invention it is provided that in a third operating range assigned to the upper partial load and the full load, the main part of the fuel injection takes place in a range between 10 ° before and 10 ° crank angle after the top dead center, it being preferably provided that in the third Operating range a multiple injection is carried out. The exhaust gas recirculation rate in the third operating range is up to 30%, preferably about 10% to 20%. This enables high performance on the one hand, and low NOx emissions and low particle emissions on the other.
Im dritten Betriebsbereich kann der Kraftstoff durch die ersten und/oder durch die zweiten Einspritzöffnungen eingespritzt werden.In the third operating range, the fuel can be injected through the first and / or through the second injection openings.
Die Brennkraftmaschine wird im ersten, zweiten und/oder im dritten Betriebsbereich mit einem globalen Luftverhältnis von etwa 1,0 bis 2,0 betrieben.The internal combustion engine is operated in the first, second and / or third operating range with a global air ratio of approximately 1.0 to 2.0.
Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass die Abgasrückführung extern und/oder intern durchgeführt wird und der Drall zumindest in einem Bereich, vorzugsweise in allen drei Bereichen, variabel ist. Günstige Abgaswerte bei geringem Kraftstoffverbrauch können mit Drallzahlen zwischen 0 und 5 erreicht werden.It is advantageously provided that the exhaust gas recirculation is carried out externally and / or internally and the swirl is variable at least in one area, preferably in all three areas. Favorable exhaust gas values with low fuel consumption can be achieved with swirl numbers between 0 and 5.
Weiters ist es von Vorteil, wenn das geometrische Kompressionsverhältnis variabel ist. Das geometrische Kompressionsverhältnis ist dabei in einem Bereich zwischen 13 und 19 veränderbar. Ein hohes Kompressionsverhältnis ist für die Phase des Kaltstarts von Vorteil. Eine Reduzierung des Kompressionsverhältnis während des Lastanstieges erhöht sowohl im ersten, als auch im zweiten Betriebsbereich die maximal erreichbare Last und verringert die Rußemissionen durch längeren Zündverzug.It is also advantageous if the geometric compression ratio is variable. The geometric compression ratio can be changed in a range between 13 and 19. A high compression ratio is beneficial for the cold start phase. A reduction in the compression ratio during the load increase increases the maximum achievable load both in the first and in the second operating range and reduces the soot emissions due to a longer ignition delay.
Dabei kann vorgesehen sein, dass das effektive Kompressionsverhältnis durch den Schließzeitpunkt zumindest eines Einlassventiles verändert wird. Durch Verzögerung des Einlassschlusses oder durch sehr frühen Einlassschluss kann das effektive Kompressionsverhältnis reduziert werden, wodurch die für niedrige NOx-Raten und Rußemissionen erforderliche Abgasrückführrate vermindert werden kann. Dabei können sowohl der Zeitpunkt des Einlassöffnens, als auch der Zeitpunkt des Einlassschließens oder nur der Einlassschließzeitpunkt verschoben werden. In weiterer Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Wechsel vom ersten zum zweiten Betriebsbereich bzw. vom zweiten zum ersten Betriebsbereich durch Reduktion bzw. Erhöhung der Abgasrückführrate eingeleitet wird. Alternativ dazu ist es auch möglich, dass der Übergang vom ersten zum zweiten Motorbetriebsbereich bzw. umgekehrt durch Reduktion der internen oder externen Abgasrückführrate und durch Verzögern des Einspritzbeginnes bzw. durch Erhöhen der Abgasrückführrate und durch Vorverlegung des Einspritzbeginnes eingeleitet wird.It can be provided that the effective compression ratio is changed by the closing time of at least one inlet valve. Delaying the intake closure or very early intake closure can reduce the effective compression ratio, thereby reducing the exhaust gas recirculation rate required for low NOx rates and soot emissions. Both the time of opening and closing of the inlet or only the time of closing the inlet can be shifted. In a further embodiment of the invention it is provided that the change from the first to the second operating range or from the second to the first operating range is initiated by reducing or increasing the exhaust gas recirculation rate. As an alternative to this, it is also possible for the transition from the first to the second engine operating range or vice versa to be initiated by reducing the internal or external exhaust gas recirculation rate and by delaying the start of injection or by increasing the exhaust gas recirculation rate and by advancing the start of injection.
Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass die Reduktion der Abgasrückführrate beim Übergang zwischen ersten und zweiten Motorbetriebsbereich durch Steuerung des Öffnungs- und/oder Schließzeitpunktes des Einlassventiles erfolgt.It is preferably provided that the exhaust gas recirculation rate is reduced during the transition between the first and second engine operating range by controlling the opening and / or closing time of the intake valve.
Der effektive Mitteldruck beträgt vorzugsweise im ersten Betriebsbereich zwischen etwa 0 und 6 bar, besonders vorzugsweise bis 5,5 bar, im zweiten Betriebsbereich zwischen etwa 3,5 bis 8 bar, besonders vorzugsweise zwischen 4 und 7 bar, und im dritten Betriebsbereich mindestens etwa 5,5 bar, besonders vorzugsweise mindestens etwa 6 bar.The effective mean pressure is preferably in the first operating range between approximately 0 and 6 bar, particularly preferably up to 5.5 bar, in the second operating range between approximately 3.5 to 8 bar, particularly preferably between 4 and 7 bar, and in the third operating range at least approximately 5 , 5 bar, particularly preferably at least about 6 bar.
Zur Durchführung des Verfahrens ist eine direkteinspritzende Diesel-Brennkraftmaschine mit zumindest einem Zylinder für einen hin- und hergehenden Kolben erforderlich, bei der der Beginn der Kraftstoffeinspritzung zumindest zwischen 50° Kurbelwinkel vor dem oberen Totpunkt und 20° nach dem oberen Totpunkt, vorzugsweise bis 50° nach dem oberen Totpunkt, und die Abgasrückführrate zwischen etwa 0% bis 70% variierbar ist. Weiterhin ist vorgesehen, dass der Kraft- stoffeinspritzdruck zumindest zwischen einem ersten und einem zweiten Druckniveau variierbar ist, wobei vorzugsweise das erste Druckniveau einen Bereich bis etwa 1000 bar und das zweite Druckniveau einen Bereich von mindestens 1000 bar abdeckt, sowie dass eine Einrichtung zur Veränderung des Drallniveaus vorgesehen sein kann.To carry out the method, a direct-injection diesel internal combustion engine with at least one cylinder for a reciprocating piston is required, in which the start of fuel injection is at least between 50 ° crank angle before top dead center and 20 ° after top dead center, preferably up to 50 ° after top dead center, and the exhaust gas recirculation rate is variable between about 0% to 70%. It is further provided that the fuel injection pressure can be varied at least between a first and a second pressure level, the first pressure level preferably covering a range up to approximately 1000 bar and the second pressure level covering a range of at least 1000 bar, and a device for changing the Swirl levels can be provided.
Weiters ist es von Vorteil, wenn Einlassöffnungszeitpunkt und Einlassschließzeitpunkt variierbar sind. Um dies zu realisieren, ist es vorteilhaft, wenn mittels einer Phasenschiebereinrichtung die Steuerzeiten des Einlassventiles oder auch des Auslassventiles verschiebbar sind. Sehr vorteilhaft ist es dabei, wenn zumindest ein Einlassventil in der Auslassphase aktivierbar ist. Zusätzlich oder alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass zumindest ein Auslassventil in der Einlassphase aktivierbar ist.Furthermore, it is advantageous if the inlet opening time and inlet closing time can be varied. To achieve this, it is advantageous if the timing of the inlet valve or the outlet valve can be shifted by means of a phase shifter device. It is very advantageous if at least one inlet valve can be activated in the outlet phase. Additionally or alternatively, it can be provided that at least one exhaust valve can be activated in the intake phase.
Zur Durchführung der Einspritzung eignet sich am besten eine Doppelnadeldüse mit ersten und zweiten Einspritzöffnungen, welche separat ansteuerbar sind. Um unterschiedliche Durchflüsse im ersten und zweiten Betriebsbereich zu erwirken, kann vorgesehen sein, dass die ersten Einspritzöffnungen in Summe einen kleineren Durchflussquerschnitt aufweisen, als die zweiten Einspritzöffnungen.A double needle nozzle with first and second injection openings, which can be controlled separately, is best suited for carrying out the injection. In order to achieve different flows in the first and second operating range, it can be provided that the first injection openings have a smaller flow cross-section than the second injection openings.
Da im ersten und zweiten Betriebsbereich unterschiedliche Verbrennungsstrategien angewendet werden, ist es von Vorteil, wenn die Mittelachsen der ersten Einspritzöffnungen entlang einer ersten Kegelmantelfläche und die Mittelachsen der zweiten Einspritzöffnungen entlang einer zweiten Kegelmantelfläche angeordnet sind, wobei der Kegelöffnungswinkel der ersten Kegelmantelfläche kleiner sein kann als der Kegelöffnungswinkel der zweiten Kegelmantelfläche.Since different combustion strategies are used in the first and second operating range, it is advantageous if the central axes of the first injection openings are arranged along a first conical surface and the central axes of the second injection openings are arranged along a second conical surface, wherein the cone opening angle of the first conical surface can be smaller than that Cone opening angle of the second surface of the cone.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste und die zweite Düsennadel koaxial angeordnet sind, wobei vorzugsweise die erste Düsennadel in der als Hohlnadel ausgebildeten zweiten Düsennadel geführt ist. Alternativ dazu ist es auch möglich, dass die erste und die zweite Düsennadel parallel nebeneinander in einem Düsenhalter angeordnet sind.In a particularly preferred embodiment of the invention it is provided that the first and the second nozzle needle are arranged coaxially, the first nozzle needle preferably being guided in the second nozzle needle designed as a hollow needle. As an alternative to this, it is also possible for the first and the second nozzle needle to be arranged parallel to one another in a nozzle holder.
Doppelnadeldüsen mit koaxial oder parallel nebeneinander angeordneten Düsennadeln sind aus der DE 100 40 738 AI bekannt.Double needle nozzles with coaxial or parallel nozzle needles are known from DE 100 40 738 AI.
Die Erfindung im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigenThe invention is explained in more detail below with reference to the figures. Show it
Fig. 1 den Zylinder einer konventionellen Kolbeneinspritzpumpe in einer Schrägansicht,1 shows the cylinder of a conventional piston injection pump in an oblique view,
Fig. 2 eine Abwicklung von Druckkolben und Zylinder dieser konventionellen Kolbeneinspritzpumpe,2 shows a development of the pressure piston and cylinder of this conventional piston injection pump,
Fig. 3 einen Zylinder einer erfindungsgemäßen Kolbeneinspritzpumpe in einer ersten Ausführungsvariante in einer Schrägansicht,3 shows a cylinder of a piston injection pump according to the invention in a first embodiment in an oblique view,
Fig. 4 Druckkolben und Zylinder dieser Kolbeneinspritzpumpe in einer Abwicklung,4 pressure piston and cylinder of this piston injection pump in a development,
Fig. 5 den Zylinder dieser Kolbeneinspritzpumpe in einem Querschnitt,5 shows the cylinder of this piston injection pump in a cross section,
Fig. 6 diesen Zylinder in einer längsgeschnittenen Schrägansicht,6 this cylinder in a longitudinally cut oblique view,
Fig. 7 Druckkolben und Zylinder einer erfindungsgemäßen Kolbeneinspritzpumpe in einer zweiten Ausführungsvariante in einer Abwicklung,7 pressure piston and cylinder of a piston injection pump according to the invention in a second embodiment in a development,
Fig. 8 den Zylinder dieser Ausführungsvariante in einem Querschnitt, Fig. 9 diesen Zylinder in einer längsgeschnittenen Schrägansicht,8 the cylinder of this embodiment variant in a cross section, 9 this cylinder in a longitudinally cut oblique view,
Fig. 10 einen Zylinder einer erfindungsgemäßen Kolbeneinspritzpumpe in einer dritten Ausführungsvariante in einem Querschnitt,10 shows a cylinder of a piston injection pump according to the invention in a third embodiment variant in a cross section,
Fig. 11 diesen Zylinder in einem Längsschnitt in einer Schrägansicht,11 this cylinder in a longitudinal section in an oblique view,
Fig. 12 einen Zylinder einer erfindungsgemäßen Kolbeneinspritzpumpe in einer vierten Ausführungsvariante in einer längsgeschnittenen Schrägansicht,12 shows a cylinder of a piston injection pump according to the invention in a fourth embodiment variant in a longitudinally sectioned oblique view,
Fig. 13 eine Brennkraftmaschine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, in einer schematischen Ansicht,13 shows an internal combustion engine for carrying out the method according to the invention, in a schematic view,
Fig. 14 ein Diagramm, in welchem das lokale Luftverhältnis λ über der lokalen Temperatur TL aufgetragen ist,14 is a diagram in which the local air ratio λ is plotted against the local temperature T L ,
Fig. 15 ein Last-Drehzahldiagramm,15 is a load speed diagram,
Fig. 16 bis Fig. 19 Ventilhubdiagramme mit verschiedenen variablen Steuerzeiten,16 to 19 valve lift diagrams with different variable control times,
Fig. 20 ein Einspritzzeit-EGR-Rate-Lastdiagramm,20 is an injection time EGR rate load diagram;
Fig. 21 ein Messdiagramm für den ersten Betriebsbereich A,21 shows a measurement diagram for the first operating range A,
Fig. 22 ein Messdiagramm für den zweiten Betriebsbereich B,22 shows a measurement diagram for the second operating range B,
Fig. 23 eine Doppelnadeldüse mit koaxialer Düsennadel und23 shows a double needle nozzle with a coaxial nozzle needle and
Fig. 24 eine Doppelnadeldüse mit parallel nebeneinander angeordneten Düsennadeln.24 shows a double needle nozzle with nozzle needles arranged in parallel next to one another.
Die Fig. 1 und Fig. 2 zeigen den Zylinder 1 und den Druckkolben 2 einer herkömmlichen Kolbeneinspritzpumpe. Der Zylinder 1 hat eine im Wesentlichen glatte Zylinderoberfläche 3, wobei radial in den Zylinder 1 zwei Absteuerbohrungen 4 einmünden. Der Druckkolben 2 weist eine im Wesentlichen in einer Normalebene 5 auf die Zylinderachse 6 angeordnete erste Steuerkante 7 und in der Mantelfläche 2a eine geneigt zur Normalebene 5 stehende, schraubenförmige zweite Steuerkante 8, sowie eine in axialer Richtung verlaufende Nullfördernut 9 auf. Dabei weisen Zylinder 1 und Druckkolben 2 zwei um 180° versetzte zweite Steuerkanten 8 und Absteuerbohrungen 4 auf, um symmetrische Bedingungen zu schaffen. Bei Bedeckung der Absteuerbohrungen 4 durch die Steuerfläche 10 des Kolbens 2 wird Kraftstoff gefördert. Durch die schräge zweite Steuerkante 8 kann durch Verdrehen des Druckkolbens 2 die Einspritzmenge gesteuert werden. Durch eine seitliche Auslenkung des Druckkolbens 2 in Richtung normal zu den Absteuerbohrungen 4 kann durch die daraus entstehende Druckverteilung im Dichtspalt eine resultierende Seitenkraft am Druckkolben 2 entstehen, welche in Richtung der Auslenkung wirkt und diese somit verstärkt, was den Verschleiß erhöht und im Extremfall zu einem Anreiben des Druckkolbens 2 am Zylinder 1 führen kann.1 and 2 show the cylinder 1 and the pressure piston 2 of a conventional piston injection pump. The cylinder 1 has an essentially smooth cylinder surface 3, with two pilot bores 4 opening radially into the cylinder 1. The pressure piston 2 has a first control edge 7 arranged essentially in a normal plane 5 on the cylinder axis 6 and in the lateral surface 2a a helical second control edge 8 which is inclined to the normal plane 5, and a zero-conveying groove 9 running in the axial direction. Cylinder 1 and pressure piston 2 have two second control edges 8 and control bores 4 offset by 180 ° in order to create symmetrical conditions. When the control bores 4 are covered by the control surface 10 of the piston 2, fuel is delivered. Through the oblique second control edge 8, the injection quantity can be controlled by rotating the pressure piston 2. Through a lateral deflection of the pressure piston 2 in the direction normal to the pilot bores 4, the resulting pressure distribution in the sealing gap can result in a resulting side force on the pressure piston 2, which acts in the direction of the deflection and thus increases it, which increases the wear and, in extreme cases, leads to one Rubbing the pressure piston 2 on the cylinder 1 can result.
Zylinder 1, 101, 201 und Druckkolben 2, 102, 202 sind in Fig. 2, Fig. 4 und Fig. 7 durch unterschiedliche Schraffurrichtungen angedeutet.Cylinders 1, 101, 201 and pressure pistons 2, 102, 202 are indicated in FIGS. 2, 4 and 7 by different hatching directions.
Um eine asymmetrische Druckverteilung bei einer seitlichen Auslenkung des Druckkolbens 102, 202 zu vermeiden, sind in den im Folgenden beschriebenen Ausführungsvarianten Druckausgleichskanäle 150, 250, 350, 450 im ZylinderIn order to avoid an asymmetrical pressure distribution in the event of a lateral deflection of the pressure piston 102, 202, pressure compensation channels 150, 250, 350, 450 are in the cylinder in the embodiment variants described below
101, 201, 301, 401 vorgesehen, welche in Umfangsrichtung einen Druckausgleich im Dichtspalt zwischen den Zylinder 101, 201, 301, 401 und dem Druckkolben 102, 202 ermöglichen. Die Druckausgleichskanäle 150, 250, 350, 450 erstrecken sich dabei vorteilhafterweise zwischen einem von der Stirnfläche 111, 211 des Druckkolbens 102, 202 und den Zylinder 101, 201, 301, 401 aufgespannten Druckraum 112, 212, 312, 412 und reichen bis in einen Kolbenführungsabschnitt 113, 213, 313, 413 des Zylinder 101, 201, 301, 401, der im Bereich der Absteuerbohrungen 104, 204, 304, 404 und/oder auf der dem Druckraum 112, 212, 312, 412 abgewandten Seite der Absteuerbohrungen 104, 204, 304, 404 liegt. Der Rand der Stirnfläche 111, 211 bildet dabei eine erste Steuerkante 107, 207. In axialer Richtung weist die Mantelfläche 102a, 202a des Druckkolbens 102, 202 eine Nullfördernut 109, 209 auf. Der Kolbenführungsabschnitt 113, 213, 313, 413 wird in zumindest einer Förderstellung des Druckkolbens 102, 202 von einem Ringraum 114, 214 überdeckt, welcher an die zweite Steuerkante 108, 208 des Druckkolbens 102, 202 grenzt und sich zwischen dem Druckkolben 102, 202 und dem Zylinder 101, 201, 301, 401 erstreckt.101, 201, 301, 401 are provided, which enable pressure compensation in the circumferential direction in the sealing gap between the cylinders 101, 201, 301, 401 and the pressure piston 102, 202. The pressure equalization channels 150, 250, 350, 450 advantageously extend between a pressure space 112, 212, 312, 412 spanned by the end face 111, 211 of the pressure piston 102, 202 and the cylinders 101, 201, 301, 401 and extend into one Piston guide section 113, 213, 313, 413 of the cylinder 101, 201, 301, 401, which in the region of the pilot bores 104, 204, 304, 404 and / or on the side of the pilot bores 104 facing away from the pressure chamber 112, 212, 312, 412, 204, 304, 404. The edge of the end face 111, 211 forms a first control edge 107, 207. In the axial direction, the outer surface 102a, 202a of the pressure piston 102, 202 has a zero conveying groove 109, 209. The piston guide section 113, 213, 313, 413 is covered in at least one conveying position of the pressure piston 102, 202 by an annular space 114, 214, which borders on the second control edge 108, 208 of the pressure piston 102, 202 and between the pressure piston 102, 202 and the cylinder 101, 201, 301, 401 extends.
Die Druckausgleichskanäle 150, 250, 350, 450 können als offene oder als geschlossene Kanäle ausgebildet sein. Wesentlich, dass die Druckausgleichskanäle 150, 250, 350, 450 von jeder Absteuerbohrung 104, 204, 304, 404 beabstandet ist, um rund um die Absteuerbohrungen 104, 204, 304, 404 vom DruckkolbenThe pressure equalization channels 150, 250, 350, 450 can be designed as open or as closed channels. It is essential that the pressure compensation channels 150, 250, 350, 450 are spaced apart from each control bore 104, 204, 304, 404, around the control bores 104, 204, 304, 404 from the pressure piston
102, 202 überstreichbare Dichtflächen 118, 218, 318, 418 auszubilden.102, 202 paintable sealing surfaces 118, 218, 318, 418.
Im in den Fig. 3 bis Fig. 6 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel sind die Druckausgleichskanäle 150 durch schmale, axiale Längsnuten 151 in der Oberfläche 103 des Zylinders 101 beidseits der Absteuerbohrung 104 gebildet. Die Längsnuten 151 können durch Fräsbearbeitung oder Erosionsbearbeitung in der Oberfläche 103 des Zylinders 101 geformt sein. Mit Bezugszeichen 120 ist der über den Druckraum 112 erfolgende Druckausgleich zwischen den einzelnen Längsnuten 151 angedeutet. Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, sind die Längsnuten 151 punktsymmetrisch bezüglich der Zylinderachse 106 und symmetrisch bezüglich einer durch die Achsen 104a der Absteuerbohrung 104 und der Zylinderachse 106 aufgespannten Längsebene 115 angeordnet.In the first exemplary embodiment shown in FIGS. 3 to 6, the pressure compensation channels 150 are formed by narrow, axial longitudinal grooves 151 in the surface 103 of the cylinder 101 on both sides of the control bore 104. The longitudinal grooves 151 may be formed in the surface 103 of the cylinder 101 by milling or erosion machining. Reference numeral 120 is the pressure equalization between the individual ones via the pressure chamber 112 Longitudinal grooves 151 indicated. As can be seen from FIG. 5, the longitudinal grooves 151 are arranged point-symmetrically with respect to the cylinder axis 106 and symmetrically with respect to a longitudinal plane 115 spanned by the axes 104a of the control bore 104 and the cylinder axis 106.
Die Fig. 7 bis Fig. 9 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel eines Zylinders 201 für einen hin- und hergehenden Druckkolben 202 einer Kolbeneinspritzpumpe, wobei die Druckausgleichskanäle 250 durch breite Längsnuten 251 zwischen den Ausgleichsbohrungen 204 gebildet sind. Die beiden Längsnuten 251 sind punktsymmetrisch bezüglich der Zylinderachse 206, aber auch symmetrisch bezüglich einer durch die Achsen 204a der Absteuerbohrungen 204 und der Zylinderachse 206 aufgespannten Längsebene 215, sowie einer dazu normalen Ebene 216 durch die Zylinderachse 206 angeordnet.7 to 9 show a second exemplary embodiment of a cylinder 201 for a reciprocating pressure piston 202 of a piston injection pump, the pressure compensation channels 250 being formed by wide longitudinal grooves 251 between the compensation bores 204. The two longitudinal grooves 251 are arranged point-symmetrically with respect to the cylinder axis 206, but also symmetrically with respect to a longitudinal plane 215 spanned by the axes 204a of the pilot bores 204 and the cylinder axis 206, and a plane 216 normal thereto, through the cylinder axis 206.
Die Fig. 10 und Fig. 11 zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel eines Zylinders 301 zur Aufnahme eines nicht weiter dargestellten, den Fig. 2, Fig. 4 und Fig. 7 entsprechenden Druckkolbens für eine Kolbeneinspritzpumpe, bei dem die Druckausgleichskanäle 350 durch in axialem Abstand übereinander liegende Querbohrungen 351, 352 gebildet sind, welche durch eine etwa parallel zur Zylinderachse 306 verlaufende Längsbohrung 353 miteinander strömungsverbunden sind. Die Querbohrungen 351, 352, sowie Längsbohrungen 353 werden nach der Herstellung nach außen hin verschlossen. Wie aus der Fig. 10 hervorgeht, sind die Querbohrungen 351, 352 punktsymmetrisch bezüglich der Zylinderachse 307, sowie symmetrisch zu den durch die Achse 304a der Absteuerbohrungen 304 und die Zylinderachse 306 aufgespannten Längsebene 315 und einer dazu normalen Ebene 316 angeordnet. Die unteren Querbohrungen 350 liegen im Kolbenführungsabschnitt 313 etwa im Bereich der Absteuerbohrungen 304.10 and 11 show a third exemplary embodiment of a cylinder 301 for receiving a pressure piston, not shown, corresponding to FIGS. 2, 4 and 7, for a piston injection pump, in which the pressure compensation channels 350 are arranged one above the other at an axial distance horizontal transverse bores 351, 352 are formed, which are fluidly connected to one another by a longitudinal bore 353 running approximately parallel to the cylinder axis 306. The cross bores 351, 352 and longitudinal bores 353 are closed to the outside after manufacture. As can be seen from FIG. 10, the transverse bores 351, 352 are arranged point-symmetrically with respect to the cylinder axis 307, as well as symmetrically to the longitudinal plane 315 spanned by the axis 304a of the control bores 304 and the cylinder axis 306 and a plane 316 normal to this. The lower transverse bores 350 lie in the piston guide section 313 approximately in the region of the control bores 304.
Fig. 12 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel, welches sich vom in den Fig. 10 und Fig. 11 dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch unterscheidet, dass mehrere untere Querbohrungen 451 in einer Reihe übereinander angeordnet sind. Die unteren Querbohrungen 451 werden über die Längsbohrung 453 mit einer oberen Querbohrung 452 verbunden, welche in den oberhalb des Druckkolbens liegenden Druckraum 512 einmündet. Die unteren Querbohrungen 451 münden auch hier in den Kolbenführungsabschnitt 413 im Bereich der Absteuerbohrung 404 in den Zylinder 401 ein.FIG. 12 shows a fourth exemplary embodiment, which differs from the exemplary embodiment illustrated in FIGS. 10 and 11 in that several lower transverse bores 451 are arranged one above the other in a row. The lower transverse bores 451 are connected via the longitudinal bore 453 to an upper transverse bore 452, which opens into the pressure chamber 512 located above the pressure piston. The lower transverse bores 451 also open here in the piston guide section 413 in the region of the control bore 404 in the cylinder 401.
Die Querbohrungen 352, 452 gewährleisten den Druckausgleich mit dem oberen Druckraum 312, 412. Die unteren Querbohrungen 351, 451 dienen der Verkleinerung der Dichtfläche 318, 418. Fig. 13 zeigt eine Brennkraftmaschine 1001 mit einem Einlasssammler 1002 und einem Auslasssammler 1003. Die Brennkraftmaschine 1001 wird über einen Abgasturbolader 1004, welche eine abgasbetriebene Turbine 1005 und einen durch die Turbine 1005 angetriebenen Verdichter 1006 aufweist, aufgeladen. Stromaufwärts des Verdichters 1006 ist auf der Einlassseite ein Ladeluftkühler 1007 angeordnet.The transverse bores 352, 452 ensure pressure equalization with the upper pressure chamber 312, 412. The lower transverse bores 351, 451 serve to reduce the sealing surface 318, 418. 13 shows an internal combustion engine 1001 with an intake manifold 1002 and an exhaust manifold 1003. The internal combustion engine 1001 is charged via an exhaust gas turbocharger 1004, which has an exhaust gas-driven turbine 1005 and a compressor 1006 driven by the turbine 1005. A charge air cooler 1007 is arranged upstream of the compressor 1006 on the inlet side.
Weiters ist ein Hochdruck-Abgasrückführsystem 1008 mit einer ersten Abgas- rückführleitung 1009 zwischen dem Abgasstrang 1010 und der EinlassleitungFurthermore, there is a high-pressure exhaust gas recirculation system 1008 with a first exhaust gas recirculation line 1009 between the exhaust line 1010 and the inlet line
1011 vorgesehen. Das Abgasrückführsystem 1008 weist einen Abgasrückführkühler 1012 und ein Abgasrückführventil 1013 auf. Abhängig von der Druckdifferenz zwischen dem Auslassstrang 1010 und der Einlassleitung 1011 kann in der ersten Abgasrückführleitung 1009 auch eine Abgaspumpe 1014 vorgesehen sein, um die Abgasrückführrate zu steuern bzw. zu erhöhen.1011 provided. The exhaust gas recirculation system 1008 has an exhaust gas recirculation cooler 1012 and an exhaust gas recirculation valve 1013. Depending on the pressure difference between the outlet line 1010 and the inlet line 1011, an exhaust gas pump 1014 can also be provided in the first exhaust gas recirculation line 1009 in order to control or increase the exhaust gas recirculation rate.
Neben diesem Hochdruck-Abgasrückführsystem 1008 ist ein Niederdruck-Abgas- rückführsystem 1015 stromabwärts der Turbine 1005 und stromaufwärts des Verdichters 1006 vorgesehen, wobei in der Abgasleitung 1016 stromabwärts eines Partikelfilters 1017 eine zweite Abgasrückführleitung 1018 abzweigt und stromaufwärts des Verdichters 1006 in die Ansaugleitung 1019 einmündet. In der zweiten Abgasrückführleitung 1018 ist weiters ein Abgasrückführkühler 1020 und ein Abgasrückführventil 1021 angeordnet. Zur Steuerung der Abgasrückführrate ist in der Abgasleitung 1016 stromabwärts der Abzweigung ein Abgasventil 1022 angeordnet.In addition to this high-pressure exhaust gas recirculation system 1008, a low-pressure exhaust gas recirculation system 1015 is provided downstream of the turbine 1005 and upstream of the compressor 1006, a second exhaust gas recirculation line 1018 branching off in the exhaust line 1016 downstream of a particle filter 1017 and opening into the intake line 1019 upstream of the compressor 1006. An exhaust gas recirculation cooler 1020 and an exhaust gas recirculation valve 1021 are also arranged in the second exhaust gas recirculation line 1018. To control the exhaust gas recirculation rate, an exhaust valve 1022 is arranged in the exhaust line 1016 downstream of the branch.
Stromaufwärts der Abzweigung der ersten Abgasrückführleitung 1009 ist im Abgasstrang 1010 ein Oxidationskatalysator 1023 angeordnet, welcher HC, CO und flüchtige Teile der Partikelemissionen entfernt. Ein Nebeneffekt ist, dass die Abgastemperatur dabei erhöht wird und somit zusätzliche Energie der Turbine 1005 zugeführt wird. Prinzipiell kann dabei der Oxidationskatalysators 1023 auch stromabwärts der Abzweigung der Abgasrückführleitung angeordnet sein. Die in Fig. 13 gezeigte Anordnung mit der Abzweigung stromabwärts des Oxidationskatalysators 1023 hat den Vorteil, dass der Abgaskühler 1012 einer geringeren Verschmutzung ausgesetzt ist, aber den Nachteil, dass aufgrund der höheren Abgastemperaturen eine höhere Kühlleistung durch den AbgasrückführkühlerAn upstream of the branch of the first exhaust gas recirculation line 1009, an oxidation catalytic converter 1023 is arranged in the exhaust line 1010, which removes HC, CO and volatile parts of the particle emissions. A side effect is that the exhaust gas temperature is increased and additional energy is supplied to the turbine 1005. In principle, the oxidation catalytic converter 1023 can also be arranged downstream of the branch of the exhaust gas recirculation line. The arrangement shown in FIG. 13 with the branch downstream of the oxidation catalytic converter 1023 has the advantage that the exhaust gas cooler 1012 is exposed to less pollution, but the disadvantage that, due to the higher exhaust gas temperatures, the exhaust gas recirculation cooler has a higher cooling capacity
1012 notwendig wird.1012 becomes necessary.
Pro Zylinder 1024 weist die Brennkraftmaschine 1001 zumindest ein direkt Diesel-Kraftstoff in den Brennraum einspritzendes Einspritzventil 1025 auf, welches in der Lage ist, mehrere Einspritzungen pro Arbeitszyklus vorzunehmen und deren jeweiliger Einspritzbeginn in einem Bereich zwischen 50° Kurbelwinkel CA vor dem oberen Totpunkt TDC bis 50° Kurbelwinkel CA nach dem oberen Totpunkt TDC verändert werden kann. Der maximale Einspritzdruck sollte dabei mindestens 1000 bar betragen.For each cylinder 1024, the internal combustion engine 1001 has at least one injection valve 1025 that directly injects diesel fuel into the combustion chamber, which is able to carry out several injections per working cycle and start their respective injection in a range between 50 ° crank angle CA before top dead center TDC to 50 ° crank angle CA after top dead center TDC can be changed. The maximum injection pressure should be at least 1000 bar.
Die Brennraumform und die Kraftstoffeinspritzkonfiguration sind für eine konventionelle Volllast-Diesel-Verbrennung auszulegen.The shape of the combustion chamber and the fuel injection configuration must be designed for conventional full-load diesel combustion.
Fig. 14 zeigt ein Diagramm, in welchem das lokale Luftverhältnis λ über der lokalen Verbrennungstemperatur TL aufgetragen ist. In dem mit SOOT bezeichneten Bereich tritt starke Rußbildung auf, mit NOx ist der Bereich starker Stickoxidbildung bezeichnet. Mit A, B, C sind erster, zweiter und dritter Betriebsbereich des hier beschriebenen Verfahrens eingetragen.14 shows a diagram in which the local air ratio λ is plotted against the local combustion temperature T L. Heavy soot formation occurs in the area labeled SOOT, and NOx denotes the area of high nitrogen oxide formation. A, B, C are the first, second and third operating areas of the method described here.
Der erste Betriebsbereich A ist dabei dem unteren bis mittleren Teillastbereich LL, der zweite Motorbetriebsbereich B dem mittleren bis oberen Teillastbereich LM und der dritte Motorbetriebsbereich C dem Hochlast- und Volllastbereich LH zugeordnet, wie aus dem in Fig. 15 dargestellten Last L-Drehzahl n-Diagramm zu entnehmen ist.The first operating area A is assigned to the lower to middle part-load area L L , the second engine operating area B to the middle to upper part-load area L M and the third engine operating area C to the high-load and full-load area L H , as shown in FIG. Speed n diagram can be seen.
Im ersten Betriebsbereich A, welcher auch als HCLI-Bereich bezeichnet wird (Homogenous Charge Late Injection) liegt der Beginn der Einspritzung relativ früh im Kompressionstakt, also etwa bei 50° bis 5° Kurbelwinkel CA vor dem oberen Totpunkt TDC nach dem Kompressionstakt, wodurch ein langer Zündverzug zur Ausbildung eines teilhomogenen Gemisches für eine vorgemischte Verbrennung zur Verfügung steht. Durch die ausgeprägte Vormischung und Verdünnung können extrem niedrige Ruß- und NOx-Emissionswerte erreicht werden. Wie aus Fig. 14 hervorgeht, liegt der erste Betriebsbereich A deutlich über der für die Rußentstehung maßgeblichen Grenze für das lokale Luftverhältnis λLS. Durch eine hohe Abgasrückführrate EGR zwischen 50% bis 70% wird erreicht, dass die lokale Verbrennungstemperatur TL stets unter der minimalen Stickoxid- bildungstemperatur TN0 bleibt. Die Einspritzung erfolgt bei einem Druck zwischen 400 und 1000 bar. Der lange Zündverzug bewirkt, dass die Verbrennungsphase in die wirkungsgradoptimale Lage um den oberen Totpunkt TDC geschoben wird. Der Verbrennungsschwerpunkt liegt in einem Bereich zwischen -10° bis 10° Kurbelwinkel CA nach dem oberen Totpunkt TDC, wodurch ein hoher Wirkungsgrad erreicht werden kann. Die hohe Abgasrückführrate EGR, welche für den ersten Betriebsbereich A erforderlich ist, kann entweder durch externe Abgasrückführung alleine, oder durch Kombination externer mit interner Abgasrückführung durch variable Ventilsteuerung erzielt werden.In the first operating area A, which is also referred to as the HCLI area (Homogeneous Charge Late Injection), the start of injection is relatively early in the compression stroke, i.e. at about 50 ° to 5 ° crank angle CA before top dead center TDC after the compression stroke, which means that a long ignition delay to form a partially homogeneous mixture for premixed combustion is available. Due to the pronounced premixing and dilution, extremely low soot and NOx emission values can be achieved. As can be seen from FIG. 14, the first operating range A is clearly above the limit for the local air ratio λ LS which is decisive for the formation of soot. A high exhaust gas recirculation rate EGR of between 50% and 70% ensures that the local combustion temperature T L always remains below the minimum nitrogen oxide formation temperature T N0 . The injection takes place at a pressure between 400 and 1000 bar. The long ignition delay causes the combustion phase to be shifted to the most efficient position around top dead center TDC. The center of combustion is in a range between -10 ° to 10 ° crank angle CA after the top dead center TDC, whereby a high efficiency can be achieved. The high exhaust gas recirculation rate EGR, which is required for the first operating range A, can be achieved either by external exhaust gas recirculation alone, or by combining external with internal exhaust gas recirculation through variable valve control.
Im zweiten Betriebsbereich B wird die Brennkraftmaschine nach dem sogenannten HPLI-Verfahren (Highly Premixed Late Injection) betrieben. Dabei liegt der Hauptanteil der Einspritzphase nach dem oberen Totpunkt TDC. Im zweiten Be- triebsbereich B wird die Brennkraftmaschine mit einer Abgasrückführrate zwischen 20% bis 40% betrieben, wobei der Beginn der Einspritzung in einem Bereich zwischen 2° Kurbelwinkel CA vor dem oberen Totpunkt bis 20° Kurbelwinkel CA nach dem oberen Totpunkt liegt. Durch die vollständige Trennung des Endes der Einspritzung und des Beginnes der Verbrennung wird eine teilweise Homogenisierung des Gemisches mit vorgemischter Verbrennung erreicht. Wegen des verglichen mit der konventionellen Einspritzung vor dem oberen Totpunkt sinkenden Temperaturniveaus und der gegenüber konventioneller Betriebsweise erhöhten Menge rückgeführten Abgase ist der Zündverzug länger. Zur Verlängerung des Zündverzuges können auch andere Mittel, wie eine Absenkung des effektiven Kompressionsverhältnisses ε und/oder der Einlasstemperatur sowie zur Verkürzung der Einspritzdauer eine Erhöhung des Einspritzdruckes und/oder eine Vergrößerung der Spritzlochquerschnitte der Einspritzdüse herangezogen werden. Die kurze Einspritzdauer ist erforderlich, damit das Einspritzende noch vor dem Verbrennungsbeginn liegt. In diesem Fall kann die Rußemission auf sehr niedrigem Niveau gehalten werden. Dies kann dadurch erklärt werden, dass dabei das gleichzeitige Auftreten von flüssigem Kraftstoff im Kraftstoffstrahl und der den Strahl konventionellerweise umhüllenden Flamme vermieden wird, wodurch auch die sonst zur Rußbildung führenden, unter Luftmangel ablaufenden Oxidationsreaktionen in Strahlnähe unterbunden werden. Die späte Lage des Einspritzzeitpunktes führt zusammen mit dem relativ langen Zündverzug zu einer Spätverlagerung des gesamten Verbrennungsablaufes, wodurch auch der Zylinderdruckverlauf nach spät verschoben und die Maximaltemperatur abgesenkt wird, was zu einer niedrigen NOx-Emission führt.In the second operating area B, the internal combustion engine is operated according to the so-called HPLI process (Highly Premixed Late Injection). The main part of the injection phase is after TDC. In the second loading Drive range B, the internal combustion engine is operated with an exhaust gas recirculation rate between 20% and 40%, the start of injection being in a range between 2 ° crank angle CA before top dead center and 20 ° crank angle CA after top dead center. By completely separating the end of the injection and the start of the combustion, a partial homogenization of the mixture with premixed combustion is achieved. Because of the decreasing temperature level compared to conventional injection before top dead center and the increased amount of recirculated exhaust gases compared to conventional operation, the ignition delay is longer. To extend the ignition delay, other means, such as a lowering of the effective compression ratio ε and / or the inlet temperature, as well as a shortening of the injection period, an increase in the injection pressure and / or an increase in the cross-sectional area of the injection nozzle can be used. The short injection period is necessary so that the end of injection is before the start of combustion. In this case, soot emissions can be kept at a very low level. This can be explained by the fact that the simultaneous occurrence of liquid fuel in the fuel jet and the flame which conventionally envelops the jet is avoided, as a result of which the oxidation reactions in the vicinity of the jet, which otherwise lead to soot formation and occur due to lack of air, are also prevented. The late position of the injection time, together with the relatively long ignition delay, leads to a late shift in the entire combustion process, as a result of which the cylinder pressure curve is also shifted late and the maximum temperature is lowered, which leads to low NOx emissions.
Die Spätverschiebung des Brennverlaufes bewirkt eine Absenkung der Maximaltemperatur, führt aber gleichzeitig zu einer Anhebung der Temperatur bei einem gegebenen späteren Kurbelwinkel CA, was den Rußabbrand wiederum verstärkt.The late shift in the combustion process causes a lowering of the maximum temperature, but at the same time leads to an increase in the temperature at a given later crank angle CA, which in turn increases the soot burnup.
Die Verschiebung der Verbrennung in den Expansionstakt führt darüber hinaus wieder im Zusammenwirken mit der hohen Abgasrückführrate EGR trotz der wegen des langen Zündverzugs größeren vorgemischten Kraftstoffmenge und folglich höheren maximalen Brennrate zu einer das zulässige Maß nicht übersteigenden Druckanstiegsrate in Zylinder. Die hohe maximale Brennrate, die zu einem hohen Gleichraumgrad führt, ist in der Lage, den Wirkungsgradverlust durch Spätverlagerung der Verbrennungsphase zum Teil auszugleichen. Zur Erzielung eines hohen Wirkungsgrades sollte der Verbrennungsschwerpunkt möglichst nahe am oberen Totpunkt TDC sein.The shift of the combustion in the expansion stroke, in addition to the high exhaust gas recirculation rate EGR, leads to a pressure increase rate in cylinders which does not exceed the permissible level, despite the larger amount of premixed fuel due to the long ignition delay and consequently higher maximum combustion rate. The high maximum burning rate, which leads to a high degree of uniformity, is able to partially compensate for the loss of efficiency due to late shifting of the combustion phase. In order to achieve a high degree of efficiency, the center of combustion should be as close as possible to the top dead center TDC.
Der Vorteil des im zweiten Betriebsbereich B verwendenden HPLI-Verfahrens ist, dass sehr geringe NOx- und Partikelemissionen entstehen und dass eine hohe Abgastemperatur erreicht werden kann, welche für die Regeneration eines Parti- kelfilters von Vorteil ist. Wie aus der Fig. 14 hervorgeht, liegt die lokale Verbrennungstemperatur TL im zweiten Betriebsbereich B zu einem kleinen Teil über der unteren NOx-Bildungstemperatur TN0x- Das lokale Luftverhältnis λ liegt dabei großteils über der Rußbildungsgrenze λ s- Im zweiten Betriebsbereich B wird zwar Ruß zu Beginn des Verbrennungsprozesses gebildet, durch die starken Turbulenzen zu Folge der Hochdruckeinspritzung und durch hohe Temperaturen ist der Ruß aber gegen Ende des Verbrennungsprozesses oxidiert, wodurch insgesamt sehr geringe Rußemissionen entstehen.The advantage of the HPLI process used in the second operating area B is that very low NOx and particle emissions occur and that a high exhaust gas temperature can be reached, which is necessary for the regeneration of a part. kelfilters is an advantage. As can be seen from FIG. 14, the local combustion temperature T L in the second operating area B is to a small extent above the lower NOx formation temperature T N0x . The local air ratio λ is largely above the soot formation limit λ s Soot is formed at the beginning of the combustion process, but due to the strong turbulence resulting from the high-pressure injection and high temperatures, the soot is oxidized towards the end of the combustion process, resulting in very low soot emissions overall.
Im dritten Betriebsbereich C wird die Brennkraftmaschine konventionell mit Ab- gasrückführraten EGR zwischen 0% bis 30% betrieben, wobei Mehrfacheinspritzungen möglich sind. Dadurch kann eine vorgemischte und eine Diffusionsverbrennung durchgeführt werden. Für die Abgasrückführung kann auch eine Kombination aus externer und interner Abgasrückführung verwendet werden.In the third operating area C, the internal combustion engine is operated conventionally with exhaust gas recirculation rates EGR between 0% and 30%, multiple injections being possible. This enables premixed and diffusion combustion to be carried out. A combination of external and internal exhaust gas recirculation can also be used for exhaust gas recirculation.
Zu Vergleichszwecken ist in Fig. 14 der Betriebsbereich D punktiert eingezeichnet. Dieser Betriebsbereich D wird beispielsweise in der US 6,338,245 Bl im mittleren bis hohen Teillastbereich gefahren. Dies hat aber den Nachteil, dass infolge niedriger Temperaturen der Wirkungsgrad schlecht ist. Beim vorliegenden erfindungsgemäßen Verfahren kann dieser Bereich generell vermieden werden.For comparison purposes, the operating range D is shown in dotted lines in FIG. 14. This operating range D is operated, for example, in US Pat. No. 6,338,245 B1 in the medium to high partial load range. However, this has the disadvantage that the efficiency is poor as a result of low temperatures. In the present method according to the invention, this area can generally be avoided.
Optionen kann im ersten, zweiten und/oder dritten Betriebsbereich A, B, C auch ein Drall im Brennraum generiert werden. Die Drallbildung ist von Vorteil, um die Rußbildung weiter zu verringern. Drall und hoher Wirkungsgrad müssen dabei aufeinander abgestimmt werden.Options can also be generated in the combustion chamber in the first, second and / or third operating range A, B, C. The swirl formation is advantageous in order to further reduce the soot formation. Swirl and high efficiency must be coordinated.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn sich bei der Brennkraftmaschine 1001 die Ventilsteuerzeiten variabel verstellen lassen. Dadurch kann genau und schnell die Abgasrückführrate EGR zwischen den Betriebsbereichen A, B, C bei Laständerungen gestellt werden. Durch Kombination von externer und interner Abgasrückführung ist eine besonders schnelle und genaue Steuerung der Abgasrückführrate EGR möglich. Schließlich kann mittels variabler Ventilsteuerung auch eine Regelung des effektiven Kompressionsverhältnisses ε erfolgen, wodurch sich mit verringerter Abgasrückführrate EGR niedrigere Stickoxid- und Rußemissionen erreichen lassen.It is particularly advantageous if the valve timing in the internal combustion engine 1001 can be variably adjusted. As a result, the EGR rate between the operating ranges A, B, C can be set precisely and quickly in the event of load changes. The combination of external and internal exhaust gas recirculation enables particularly fast and precise control of the EGR exhaust gas recirculation rate. Finally, the effective compression ratio ε can also be regulated by means of variable valve control, as a result of which lower nitrogen oxide and soot emissions can be achieved with a reduced exhaust gas recirculation rate EGR.
Fig. 16 zeigt ein Ventilerhebungsdiagramm, bei dem die Ventilerhebungen l zumindest eines Auslassventiles A und zumindest eines Einlassventiles E über dem Kurbelwinkel CA aufgetragen sind. Durch Verschiebung der Einlassventilkurve E nach spät, beispielsweise mit einem Phasenschieber, können das effektive Kompressionsverhältnis ε und die erforderliche Abgasrückführrate EGR reduziert werden. Dies kann in allen drei Betriebsbereichen A, B und C erfolgen. Mit E0 bzw. Ec sind Öffnungs- und Schließzeitpunkt des Einlassventiles bezeichnet. Mit E0s und Eoc sind Öffnungsbeginn und Schließzeitpunkt der verschobenen Einlassventiler- hebungskurve Es angedeutet.16 shows a valve lift diagram, in which the valve lifts l of at least one exhaust valve A and at least one intake valve E are plotted against the crank angle CA. By shifting the intake valve curve E late, for example with a phase shifter, the effective compression ratio ε and the required EGR rate can be reduced. This can be done in all three operating areas A, B and C. With E 0 or E c are the opening and closing times of the intake valve. E 0 s and E oc indicate the opening and closing times of the shifted intake valve lifting curve E s .
Alternativ dazu kann lediglich auch nur die Schließflanke der Einlassventilerhe- bungskurve E verändert werden, wodurch der Schließzeitpunkt früher oder später liegt, wie durch die Linien Es' und Es" in Fig. 17 angedeutet ist. Es lässt sich im Wesentlichen der gleiche Effekt erzielen, wie durch Verschiebung der gesamten Ventilerhebungskurve (Fig. 16).Alternatively, only the closing flank of the intake valve lift curve E can be changed, as a result of which the closing time is sooner or later, as indicated by the lines E s ' and E s "in FIG. 17. Essentially the same effect can be achieved achieve, as by shifting the entire valve lift curve (Fig. 16).
Interne Abgasrückführung kann bewirkt werden durch erneutes Öffnen des Auslassventils während des Einlasshubes, wie die Linie A' in Fig. 18 zeigt, oder durch erneutes Öffnen des Einlassventiles während des Auslasshubes, siehe Linie E' in Fig. 19. Dadurch kann eine schnelle Steuerung der Abgasrückführrate EGR in allen Betriebsbereichen A, B, C bewirkt werden. Es ist möglich, den Übergang zwischen dem zweiten Betriebsbereich B mit 20% bis 40%iger Abgasrückführrate EGR zum ersten Betriebsbereich A mit 50% bis 70%iger Abgasrückführrate EGR nur durch interne Abgasrückführung und durch Vorverlegen des Beginnes αi der Kraftstoffeinspritzung I durchzuführen. Der entgegengesetzte Wechsel vom ersten Betriebsbereich A zum zweiten Betriebsbereich B ist ebenfalls möglich.Internal exhaust gas recirculation can be accomplished by reopening the exhaust valve during the intake stroke, as line A 'in Fig. 18 shows, or by reopening the intake valve during the exhaust stroke, see line E' in Fig. 19. This allows quick control of the Exhaust gas recirculation rate EGR can be effected in all operating areas A, B, C. It is possible to carry out the transition between the second operating area B with a 20% to 40% EGR rate to the first operating area A with a 50% to 70% EGR rate only by internal exhaust gas recirculation and by advancing the start αi of fuel injection I. The opposite change from the first operating area A to the second operating area B is also possible.
Wird keine variable Ventilsteuerung verwendet, so kann der Übergang zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebsbereich A, B durch Reduzierung der externen Abgasrückführrate EGR und gleichzeitiger Vorverlegung des Beginnes α der Kraftstoffeinspritzung I durchgeführt werden, wie aus Fig. 20 ersichtlich ist. Durch die gleichzeitige Reduzierung der Abgasrückführrate EGR und Vorverlegung des Beginnes der Kraftstoffeinspritzung I können Fehlzündungen vermieden werden. Umgekehrt kann ein Übergang zwischen dem zweiten Betriebsbereich B zum ersten Betriebsbereich A durch gleichzeitige Erhöhung der internen Abgasrückführrate EGR und durch Vorverlegung des Beginnes αi der Einspritzung I durchgeführt werden.If no variable valve control is used, the transition between the first and the second operating range A, B can be carried out by reducing the external exhaust gas recirculation rate EGR and at the same time advancing the start α ∑ of the fuel injection I, as can be seen from FIG. 20. By simultaneously reducing the EGR rate and advancing the start of fuel injection I, misfires can be avoided. Conversely, a transition between the second operating area B and the first operating area A can be carried out by simultaneously increasing the internal exhaust gas recirculation rate EGR and by bringing the start αi of the injection I forward.
Fig. 21 zeigt ein Messdiagramm eines Ausführungsbeispieles für den ersten Betriebsbereich A, wobei Einspritzung I, Wärmefreisetzungsrate Q, kumulierte Wärmefreisetzungsrate ΣQ und Zylinderdruck p über dem Kurbelwinkel CA aufgetragen sind. Fig. 22 zeigt ein analoges Messdiagramm für den zweiten Betriebsbereich B. Dünne und dicke Linien repräsentieren verschiedene Parameterkonfigurationen. Deutlich ist der relativ lange Zündverzug zwischen der Einspritzung I und der Verbrennung zu erkennen.FIG. 21 shows a measurement diagram of an exemplary embodiment for the first operating range A, with injection I, heat release rate Q, cumulative heat release rate ΣQ and cylinder pressure p being plotted against the crank angle CA. 22 shows an analog measurement diagram for the second operating range B. Thin and thick lines represent different parameter configurations. The relatively long ignition delay between injection I and combustion can be clearly seen.
Die Fig. 23 und Fig. 24 zeigen Einspritzventile 1025 mit Doppelnadeldüsen 1100, 1200 aufweisenden Düsenhaltern 1110, 1210. Die Doppelnadeldüse 1100 aus Fig. 23 weist eine erste Düsennadel 1101 auf, welche in einer hohl ausgeführten zweiten Düsennadel 1102 verschiebbar angeordnet ist. Die erste Düsennadel 1101 steuert erste Einspritzöffnungen 1103, und die zweite Düsennadel 1102 steuert zweite Einspritzöffnungen 1104 an, welche in der Düsenkuppe 1106 angeordnet sind. Die Summe der Durchmesser di der ersten Einspritzöffnungen 1103 ist dabei kleiner als die Summe der Durchmesser d2 der zweiten Einspritzöffnungen 1104. Die Mittelachsen 1103a, 1104a der ersten Einspritzöffnungen 1103 und der zweiten Einspritzöffnungen 1104 sind auf jeweils einer Kegelfläche 1107, 1108 angeordnet, deren Kegelöffnungswinkel mit αi und α2 bezeichnet ist. Dabei ist der Kegelöffnungswinkel αi der ersten Einspritzöffnungen 1103 etwas kleiner als der Kegelöffnungswinkel α2 der zweiten Einspritzöffnungen 1104.23 and 24 show injection valves 1025 with double needle nozzles 1100, 1200 having nozzle holders 1110, 1210. The double needle nozzle 1100 from FIG. 23 has a first nozzle needle 1101, which is arranged displaceably in a hollow second nozzle needle 1102. The first nozzle needle 1101 controls first injection openings 1103, and the second nozzle needle 1102 controls second injection openings 1104, which are arranged in the nozzle tip 1106. The sum of the diameters di of the first injection openings 1103 is smaller than the sum of the diameters d 2 of the second injection openings 1104. The central axes 1103a, 1104a of the first injection openings 1103 and the second injection openings 1104 are each arranged on a conical surface 1107, 1108, the cone opening angle of which is designated by αi and α 2 . Here, the cone angle is .alpha..sub.i the first injection ports 1 103 α smaller slightly than the cone angle 2 of the second injection ports 1104th
Das in Fig. 24 gezeigte Einspritzventil 1025 weist eine Doppelnadeldüse 1200 mit einer ersten Düsennadel 1201 und einer zweiten Düsennadel 1202 auf, wobei beide Düsennadeln 1201, 1202 nebeneinander parallel angeordnet sind. Die Düsenachsen 1201' und 1202' sind voneinander beabstandet. Die erste Düsennadel 1201 steuert erste Einspritzöffnungen 1203 und die zweite Düsennadel 1202 steuert zweite Einspritzöffnungen 1204 an, welche jeweils in einer Düsenkuppe 1206a, 1206b angeordnet sind. Die ersten und zweiten Einspritzöffnungen 1203, 1204 sind entlang einer Kegelmantelfläche 1207, 1208 angeordnet, deren Kegelöffnungswinkel mit αi bzw. α2 bezeichnet ist. Die Durchmesser der ersten und zweiten Einspritzöffnungen 1203, 1204 sind mit di und mit d2 bezeichnet. Die Summe der Durchtrittsquerschnitte der ersten Einspritzöffnungen 1203 ist kleiner als die Summe der Durchtrittsquerschnitte der zweiten Einspritzöffnungen 1204. Die Mündungen der Einspritzöffnungen 1203 in den Brennraum der ersten Düsenkuppe 1206a und die Mündungen der Einspritzöffnungen 1204 der zweiten Düsenkuppe 1206b sind jeweils in voneinander beabstandeten Normalebenen 1209a, 1209b auf die Düsennadelachsen 1201', 1202' angeordnet. Der Abstand zwischen den Normalebenen 1209a, 1209b ist mit a bezeichnet. Dieser Abstand bewirkt, dass sich die Strahlen der ersten und zweiten Einspritzöffnungen 1203, 1204 bei Volllast nicht gegenseitig behindern, also nicht aufeinander treffen. Vorteilhafterweise sind beide Düsenkuppen 1206a, 1206b mit der gleichen Lochanzahl, vorzugsweise drei, ausgeführt.The injection valve 1025 shown in FIG. 24 has a double needle nozzle 1200 with a first nozzle needle 1201 and a second nozzle needle 1202, wherein both nozzle needles 1201, 1202 are arranged side by side in parallel. The nozzle axes 1201 'and 1202' are spaced apart. The first nozzle needle 1201 controls first injection openings 1203 and the second nozzle needle 1202 controls second injection openings 1204, which are each arranged in a nozzle tip 1206a, 1206b. The first and second injection openings 1203, 1204 are arranged along a conical surface 1207, 1208, the cone opening angle of which is denoted by αi and α 2, respectively. The diameters of the first and second injection openings 1203, 1204 are denoted by di and by d 2 . The sum of the passage cross sections of the first injection openings 1203 is smaller than the sum of the passage cross sections of the second injection openings 1204. The openings of the injection openings 1203 into the combustion chamber of the first nozzle tip 1206a and the openings of the injection openings 1204 of the second nozzle tip 1206b are in normal planes 1209a, spaced apart from one another. 1209b arranged on the nozzle needle axes 1201 ', 1202'. The distance between the normal planes 1209a, 1209b is denoted by a. This distance has the effect that the jets of the first and second injection openings 1203, 1204 do not interfere with one another at full load, that is to say do not strike one another. Both nozzle tips 1206a, 1206b are advantageously designed with the same number of holes, preferably three.
Die ersten und zweiten Düsennadeln 1101, 1102, 1201, 1202 können separat in bekannter Weise angesteuert werden, wie beispielsweise in der DE 100 40 738 AI beschrieben ist. Dabei wird im ersten Motorbetriebsbereich A die erste Düsennadel 1101, 1201 betätigt und dabei die ersten Einspritzöffnungen 1103, 1203 geöffnet, während die zweiten Einspritzöffnungen 1104, 1204 geschlossen bleiben. Im zweiten Betriebsbereich B wird die zweite Düsennadel 1102, 1202 betätigt, wodurch die zweiten Einspritzöffnungen 1104, 1204 geöffnet werden, während wiederum die ersten Einspritzöffnungen 1103, 1203 verschlossen bleiben. Dadurch, dass in den Betriebsbereichen A, B jeweils separate Einspritzöffnungen 1103, 1104, 1203, 1204 zur Anwendung kommen, können die Einspritzcharakteristiken für den HCLI-Betrieb im ersten Betriebsbereich A und dem HPLI-Betrieb im zweiten Motorbetriebsbereich B optimal realisiert werden. Im dritten Betriebsbereich C werden beide Düsennadeln 1101, 1102; 1201, 1202 betätigt, wodurch die Einspritzung durch alle Einspritzöffnungen 1103, 1104; 1203, 1204 erfolgt.The first and second nozzle needles 1101, 1102, 1201, 1202 can be controlled separately in a known manner, as described for example in DE 100 40 738 AI. In the first engine operating area A, the first nozzle needle 1101, 1201 is actuated and the first injection openings 1103, 1203 are opened, while the second injection openings 1104, 1204 remain closed. In the second operating area B, the second nozzle needle 1102, 1202 actuated, whereby the second injection openings 1104, 1204 are opened, while in turn the first injection openings 1103, 1203 remain closed. Because separate injection openings 1103, 1104, 1203, 1204 are used in operating areas A, B, the injection characteristics for HCLI operation in first operating area A and HPLI operation in second engine operating area B can be optimally implemented. In the third operating area C, both nozzle needles 1101, 1102; 1201, 1202 actuated, whereby the injection through all injection openings 1103, 1104; 1203, 1204.
Durch das beschriebene Verfahren lässt sich sowohl im ersten, zweiten und dritten Betriebsbereich A, B, C die Brennkraftmaschine mit hohem Wirkungsgrad und niedrigen NOx- und Rußemissionen betreiben.The described method allows the internal combustion engine to be operated with high efficiency and low NOx and soot emissions in both the first, second and third operating ranges A, B, C.
Die mit der Anmeldung eingereichten Patentansprüche sind Formulierungsvorschläge ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Patentschutzes. Die Anmelderin behält sich vor, noch weitere, bisher nur in der Beschreibung und/oder Zeichnungen offenbarte Merkmale zu beanspruchen.The patent claims submitted with the application are proposals for formulation without prejudice for the achievement of further patent protection. The applicant reserves the right to claim further features previously only disclosed in the description and / or drawings.
In Unteransprüchen verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hautanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin; sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen.References used in the subclaims indicate the further development of the subject matter of the skin claim through the features of the respective subclaim; they are not to be understood as a waiver of the achievement of independent, objective protection for the characteristics of the related subclaims.
Die Gegenstände dieser Unteransprüche bilden jedoch auch selbständige Erfindungen, die eine von den Gegenständen der vorhergehenden Unteransprüche unabhängige Gestaltung aufweisen.However, the subjects of these subclaims also form independent inventions which have a design which is independent of the subjects of the preceding subclaims.
Die Erfindung ist auch nicht auf das (die) Ausführungsbeispiel(e) der Beschreibung beschränkt. Vielmehr sind im Rahmen der Erfindung zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche Varianten, Elemente und Kombinationen und/oder Materialien, die zum Beispiel durch Kombination oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den in der allgemeinen Beschreibung Ausführungsformen sowie den Ansprüchen beschriebenen und in den Zeichnungen enthaltenen Merkmalen bzw. Elementen oder Verfahrensschritten erfinderisch sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand oder zu neuen Verfahrensschritten bzw. Verfahrensschrittfolgen führen, auch soweit sie Herstell-, Prüf- und Arbeitsverfahren betreffen. The invention is also not restricted to the exemplary embodiment (s) of the description. Rather, numerous changes and modifications are possible within the scope of the invention, in particular such variants, elements and combinations and / or materials, for example by combining or modifying individual ones in conjunction with the embodiments described in the general description and the claims and in the drawings Features or elements or process steps contained therein are inventive and, by means of combinable features, lead to a new object or to new process steps or process step sequences, also insofar as they relate to manufacturing, testing and working processes.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E PATENT CLAIMS
1. Brennkraftmaschine, insbesondere Diesel-Brennkraftmaschine, mit zumindest einer Kolbeneinspritzpumpe zur Kraftstoffförderung mit einem Zylinder zur Aufnahme eines hin- und hergehenden Druckkolbens, dessen Stirnfläche an einen Druckraum grenzt, wobei der Rand der Stirnfläche eine umlaufende erste Steuerkante bildet und wobei der Zylinder zumindest eine radiale Absteuerbohrung in einem Kolbenführungsabschnitt des Zylinders aufweist, welche zumindest von einer durch eine Ausformung in der Mantelfläche des Druckkolbens gebildeten zweiten Steuerkante des Druckkolbens überfahrbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder zumindest zwei, vorzugsweise diametral zueinander angeordnete, Druckausgleichskanäle zum Druckausgleich zwischen zwei unterschiedlichen Umfangsberei- chen des Kolbenführungsabschnittes des Zylinders aufweist.1. Internal combustion engine, in particular a diesel internal combustion engine, with at least one piston injection pump for fuel delivery with a cylinder for receiving a reciprocating pressure piston, the end face of which borders a pressure chamber, the edge of the end face forming a circumferential first control edge and the cylinder having at least one has radial control bore in a piston guide section of the cylinder, which can be run over at least by a second control edge of the pressure piston formed by a shape in the outer surface of the pressure piston, characterized in that the cylinder has at least two, preferably diametrically arranged, pressure compensation channels for pressure compensation between two different circumferential areas - Chen of the piston guide portion of the cylinder.
2. Brennkraftmaschine, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckausgleichskanäle zumindest in einer Förderstellung des Druckkolbens den Druckraum mit einem etwa in Höhe der Absteuerbohrung liegenden Bereich des Kolbenführungsabschnittes des Zylinders strömungsverbinden.2. Internal combustion engine, in particular according to claim 1, characterized in that the pressure compensation channels at least in a conveying position of the pressure piston fluidly connect the pressure chamber with a region of the piston guide section of the cylinder which is approximately at the level of the control bore.
3. Brennkraftmaschine, insbesondere nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Druckausgleichskanal durch zumindest eine Ausnehmung des Zylinders, vorzugsweise durch eine parallel zur Zylinderachse verlaufende Längsnut gebildet ist.3. Internal combustion engine, in particular according to claim 1 or 2, characterized in that at least one pressure compensation channel is formed by at least one recess in the cylinder, preferably by a longitudinal groove running parallel to the cylinder axis.
4. Brennkraftmaschine, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Druckausgleichskanal zumindest zwei, mit axialem Abstand etwa radial in den Zylinder mündende Querbohrungen aufweist, die durch zumindest eine vorzugsweise etwa parallel zur Zylinderachse verlaufende Längsbohrung miteinander strömungs- verbunden sind.4. Internal combustion engine, in particular according to one of claims 1 to 3, characterized in that at least one pressure equalization channel has at least two transverse bores opening at an axial distance approximately radially into the cylinder, which are fluidically connected to one another by at least one longitudinal bore which runs approximately parallel to the cylinder axis are.
5. Brennkraftmaschine, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei radiale Querbohrungen in axialer Richtung des Zylinders unmittelbar übereinander im Kolbenführungsabschnitt, vorzugsweise in Höhe der Absteuerbohrung, angeordnet sind.5. Internal combustion engine, in particular according to one of claims 1 to 4, characterized in that at least two radial transverse bores in the axial direction of the cylinder are arranged directly one above the other in the piston guide section, preferably at the level of the control bore.
6. Brennkraftmaschine, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Druckausgleichskanäle punktsymmetrisch bezüglich der Zylinderachse angeordnet sind. 6. Internal combustion engine, in particular according to one of claims 1 to 5, characterized in that at least two pressure compensation channels are arranged point-symmetrically with respect to the cylinder axis.
7. Brennkraftmaschine, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Druckausgleichskanäle in Umfangsrichtung beidseits und vorzugsweise symmetrisch zur Absteuerbohrung angeordnet sind.7. Internal combustion engine, in particular according to one of claims 1 to 6, characterized in that at least two pressure compensation channels in the circumferential direction are arranged on both sides and preferably symmetrically to the control bore.
8. Brennkraftmaschine, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet:, dass die Druckausgleichskanäle im Bereich des Kolbenführungsabschnittes des Zylinders von der Absteuerbohrung beabstandet ist, so dass um die Absteuerbohrung des Zylinders eine vom Druckkolben überstreichbare Dichtfläche ausgebildet wird.8. Internal combustion engine, in particular according to one of claims 1 to 7, characterized in that the pressure compensation channels in the region of the piston guide section of the cylinder are spaced from the control bore, so that a sealing surface which can be painted over by the pressure piston is formed around the control bore of the cylinder.
9. Verfahren zum Betreiben einer insbesondere direkteinspritzenden Brennkraftmaschine, insbesondere einer Diesel-Brennkraftmaschine, mit folgenden Schritten:9. Method for operating an internal combustion engine, in particular a direct injection engine, in particular a diesel internal combustion engine, with the following steps:
Betreiben der Brennkraftmaschine in einem ersten, der niedrigen Teillast zugeordneten Betriebsbereich mit weitgehend homogener Gemischverbrennung und später Kraftstoffeinspritzung, wobei die Kraftstoffeinspritzung in einem Bereich zwischen etwa 50° bis 5° Kurbelwinkel vor dem oberen Totpunkt der Kompressionsphase begonnen wird;Operating the internal combustion engine in a first operating range assigned to the low partial load with largely homogeneous mixture combustion and later fuel injection, the fuel injection being started in a range between approximately 50 ° and 5 ° crank angle before top dead center of the compression phase;
Betreiben der Brennkraftmaschine in einem zweiten, der mittleren Teillast zugeordneten Betriebsbereich mit Niedrigtemperatur-Gemischverbrennung und noch späterer Einspritzung als im ersten Betriebsbereich, wobei die Kraftstoffeinspritzung in einem Bereich zwischen 2° Kurbelwinkel vor dem oberen Totpunkt und etwa 20° Kurbelwinkel nach dem oberen Totpunkt der Kompressionsphase begonnen wird,Operating the internal combustion engine in a second operating range associated with the medium partial load with low-temperature mixture combustion and even later injection than in the first operating range, the fuel injection in a range between 2 ° crank angle before top dead center and about 20 ° crank angle after top dead center of the compression phase is started
wobei der Kraftstoff im ersten Betriebsbereich über erste Einspritzöffnungen und im zweiten Betriebsbereich zumindest über zweite Einspritzöffnungen eines vorzugsweise als Doppelnadeldüse ausgeführten Einspritzventils in den Brennraum eingespritzt wird.wherein the fuel is injected into the combustion chamber in the first operating region via first injection openings and in the second operating region at least via second injection openings of an injection valve, which is preferably designed as a double needle nozzle.
10. Verfahren, insbesondere nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Betriebsbereich der Kraftstoff bei geringerer Durchflussmenge als im zweiten Betriebsbereich eingespritzt wird.10. The method, in particular according to claim 9, characterized in that in the first operating area the fuel is injected at a lower flow rate than in the second operating area.
11. Verfahren, insbesondere nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoff im ersten und im zweiten Betriebsbereich in entlang einer Kegelmantelfläche angeordneten Kraftstoffstrahlen eingespritzt wird, wobei der Kraftstoff im ersten Betriebsbereich mit unterschiedlichem, vorzugsweise kleinerem Kegelöffnungswinkel eingespritzt wird als im zweiten Betriebsbereich. 11. The method, in particular according to claim 9 or 10, characterized in that the fuel is injected in the first and in the second operating area in fuel jets arranged along a conical surface, the fuel being injected in the first operating area with a different, preferably smaller, cone opening angle than in the second operating area ,
12. Verfahren, insbesondere nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in einem dritten, der oberen Teillast und der Volllast zugeordneten Betriebsbereich der Hauptanteil der Kraftstoffeinspritzung in einem Bereich zwischen 10° vor bis 10° Kurbelwinkel nach dem oberen Totpunkt erfolgt.12. The method, in particular according to one of claims 9 to 11, characterized in that in a third operating range assigned to the upper partial load and the full load, the main part of the fuel injection takes place in a range between 10 ° before and 10 ° crank angle after the top dead center.
13. Verfahren, insbesondere nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch ge- k@nns©ichn@t, dass im dritten Betriebsbereich der Kraftstoff durch die ersten und/oder durch die zweiten Einspritzöffnungen eingespritzt wird.13. The method, in particular according to one of claims 9 to 12, characterized in that in the third operating range the fuel is injected through the first and / or through the second injection openings.
14. Vorrichtung, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 9 bis 13, mit einem Einspritzventil zur direkten Kraftstoffeinspritzung in den Brennraum, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspritzventil als Doppelnadeldüse ausgeführt ist, welche erste und zweite Einspritzöffnungen aufweist, wobei erste und zweite Einspritzöffnungen separat voneinander ansteuerbar sind.14. The device, in particular for performing the method according to one of claims 9 to 13, with an injection valve for direct fuel injection into the combustion chamber, characterized in that the injection valve is designed as a double needle nozzle which has first and second injection openings, wherein first and second injection openings can be controlled separately.
15. Vorrichtung, insbesondere nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Einspritzöffnungen in Summe einen kleineren Durchflussquerschnitt aufweisen, als die zweiten Einspritzöffnungen.15. The device, in particular according to claim 14, characterized in that the first injection openings have a smaller flow cross-section than the second injection openings.
16. Vorrichtung, insbesondere nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelachsen der ersten Einspritzöffnungen entlang einer ersten Kegelmantelfläche und/oder die Mittelachsen der zweiten Einspritzöffnungen entlang einer zweiten Kegelmantelfläche angeordnet sind, wobei vorzugsweise der Kegelöffnungswinkel der ersten Kegelmantelfläche kleiner ist als der Kegelöffnungswinkel der zweiten Kegelmantelfläche.16. The device, in particular according to claim 14 or 15, characterized in that the central axes of the first injection openings are arranged along a first conical surface and / or the central axes of the second injection openings are arranged along a second conical surface, preferably the cone opening angle of the first conical surface being smaller than that Cone opening angle of the second surface of the cone.
17. Vorrichtung, insbesondere nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Düsennadel koaxial angeordnet sind, wobei vorzugsweise die erste Düsennadel in der als Hohlnadel ausgebildeten zweiten Düsennadel geführt ist.17. The device, in particular according to one of claims 14 to 16, characterized in that the first and the second nozzle needle are arranged coaxially, the first nozzle needle preferably being guided in the second nozzle needle designed as a hollow needle.
18. Vorrichtung, insbesondere nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Düsennadel parallel nebeneinander in einem Düsenhalter angeordnet sind. 18. The device, in particular according to one of claims 14 to 16, characterized in that the first and the second nozzle needle are arranged parallel next to one another in a nozzle holder.
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