DE10161551A1 - Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer mit sowohl fremd- als auch selbstzündbaren Kraftstoff, insbesondere Benzin, betriebenen direkteinspritzenden Brennkraftmaschine, wobei dem Motorbetriebsbereich Selbst- und Fremdzündungsbereiche (CI, SI) zugeordnet werden, in Selbstzündungsbereichen (CI) ein zumindest annähernd homogenes Kraftstoff-Luftgemisch im Brennraum erzeugt wird, ein für eine Selbstzündung des Kraftstoffes geeignetes hohes Verdichtungsverhältnis bereitgestellt wird und die Verbrennung im Selbstzündungsbereich (CI) überwiegend durch Selbstzündung erfolgt, und wobei in Fremdzündungsbereichen (SI) die Verbrennung durch Fremdzündung dieses Luft-Kraftstoffgemisches eingeleitet wird, und wobei ein Fremdzündungsbereich (SI) dem Volllastbereich (VL) und ein Selbstzündungsbereich (CI) zumindest einem Teil des Teillastbereichs (TL) zugeordnet wird, und wobei das effektive Verdichtungsverhältnis in Fremdzündungsbereichen (SI) abgesenkt und in Selbstzündungsbereichen (CI) die Verbrennung durch Einstellung des Restgasgehaltes gesteuert wird. Um auf möglichst einfache Weise bei hohem Wirkungsgrad die Abgasqualität zu verbessern, ist vorgesehen, dass dem Motorbetriebsbereich Zweitakt- und Viertaktbetriebsbereiche (SI¶2¶, CI¶2¶, SI¶4¶, CI¶4¶) zugeordnet werden und die Brennkraftmaschine in Zweitaktbetriebsbereichen (SI¶2¶, CI¶2¶) nach dem Zweitakt-Verfahren und in Viertaktbetriebsbereichen (SI¶4¶, CI¶4¶) nach dem Viertakt-Verfahren betrieben wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer mit sowohl fremd- als auch selbstzündbaren Kraftstoff, insbesondere Benzin, betriebenen direktein­ spritzenden Brennkraftmaschine, wobei dem Motorbetriebsbereich Selbst- und Fremdzündungsbereiche zugeordnet werden, in Selbstzündungsbereichen ein zumindest annähernd homogenes Kraftstoff-Luftgemisch im Brennraum erzeugt wird, ein für eine Selbstzündung des Kraftstoffes geeignetes hohes Verdichtungs­ verhältnis bereitgestellt wird und die Verbrennung im Selbstzündungsbereich überwiegend durch Selbstzündung erfolgt, und wobei in Fremdzündungsberei­ chen die Verbrennung durch Fremdzündung dieses Luft-Kraftstoffgemisches ein­ geleitet wird, und wobei ein Fremdzündungsbereich dem Volllastbereich und ein Selbstzündungsbereich zumindest einem Teil des Teillastbereiches zugeordnet wird, und wobei das effektive Verdichtungsverhältnis in Fremdzündungsbereichen abgesenkt und in Selbstzündungsbereichen die Verbrennung durch Einstellung des Restgasgehaltes gesteuert wird.
Aus der Veröffentlichung "Homogeneous Charge Compression Ignition (HCCI) of Diesel Fuel", Allen W. Gray et al., SAE 971676, ist es bekannt, dass bei der Verbrennung eines durch Selbstzündung entflammten mageren Kraftstoff-Luft­ gemisches wegen der homogenen Konzentrations- und Temperaturverteilung äußerst niedrige Emissionswerte für NOx und Ruß erzielt werden. Dieses Verfah­ ren wird im englischen Sprachraum als HCCI-Verfahren (Homogeneous Charge Compression Ignition) bezeichnet. Weiters ist bekannt, dass Dieselkraftstoff bei diesem Verbrennungsverfahren Schwierigkeiten bereitet, da der Zeitpunkt der Entflammung wegen seiner hohen Zündwilligkeit nur bei niedrigem Verdich­ tungsverhältnis und niedrigem effektivem Mitteldruck in erwünschter Weise kurz vor dem oberen Totpunkt fixiert werden kann. Das erforderliche niedrige Ver­ dichtungsverhältnis von etwa 10 führt zu erheblichen Nachteilen hinsichtlich des spezifischen Kraftstoffverbrauches und der erreichbaren Leistungsausbeute ge­ genüber dem konventionellen Dieselverfahren, die die breite Nutzung dieses an sich sehr emissionsgünstigen Verbrennungsverfahren bisher verhindert haben. Als weitere dieselkraftstoffspezifische Schwierigkeit ist die für die Verdampfung und damit für die Homogenisierung der Zylinderladung hinderliche Lage des Sie­ debereichs zwischen etwa 170°C bis 360°C anzusehen, die zu hohen Emissionen von NOx, Ruß und unverbrannten Kohlenwasserstoffen führen kann und die Ge­ fahr der Anreicherung von Dieselkraftstoff im Schmieröl mit sich bringt.
Benzin hat für das HCCI-Verfahren wegen seiner sehr niedrigen Selbstzündungs­ willigkeit und des niedriger liegenden Siedebereiches zwischen etwa 30°C und 190°C große Vorteile. Das Verdichtungsverhältnis kann hier, ähnlich wie beim Dieselmotor, auf Werte von etwa 15 bis 17 angehoben werden. Allerdings ist auch hier der erreichbare effektive Mitteldruck in nachteiliger Weise auf den Teillastbereich beschränkt, wie aus der Veröffentlichung "An Experimental Study on Premixed-Charge Compression Ignition Gasoline Engine", Taro Aoyama et al., SAE 960081, hervorgeht.
Weiters ist aus der DE 36 32 579 C2 eine fremdgezündete, luftverdichtende, mit dieselmotorähnlich hohem Verdichtungsverhältnis arbeitende Brennkraftma­ schine bekannt, bei der zur Sicherstellung der Entflammung des Luft-Kraftstoff­ gemisches eine Ladungsschichtung erzeugt wird. Dieses Schichtlade-Brennver­ fahren kann auch als SCSI-Verfahren (Stratified Charge Spark Ignition) bezeich­ net werden. Mit dem Schichtladeprinzip wird erreicht, dass die Gemischzusam­ mensetzung im Bereich der Zündquelle während des Funkenüberschlages lange genug innerhalb der Zündgrenzen liegt, um eine für das Weiterbrennen der Zy­ linderladung ausreichend große Flamme zu erzeugen. Ein derartiges Schichtlade- Brennverfahren mit Fremdzündung ist allerdings im Teillastbereich nicht so emis­ sionsgünstig wie das HCCI-Verfahren, kann aber mit sehr viel höheren Mitteldrücken betrieben werden und ist bezüglich der Rußemission besser als der Dieselmotor.
Aus der DE 28 51 504 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftma­ schine mit variablem Verdichtungsverhältnis bekannt, wobei die Brennkraftma­ schine mit einer Kraftstoffsorte fremdgezündet und selbstgezündet betrieben wird. Bei dieser Brennkraftmaschine wird im Teillastbereich das Verdichtungsver­ hältnis zur Durchführung einer Selbstzündung vergrößert und im Volllastbereich für einen Fremdzündungsbetrieb verkleinert. Über eine in den Hauptbrennraum oder in eine Vorkammer mündende Einspritzdüse wird Kraftstoff für den Diesel­ betrieb zugeführt, wodurch ein inhomogenes Kraftstoff-Luftgemisch im Brenn­ raum entsteht. Es liegt somit kein HCCI-Betrieb vor. Die Zuführung des Kraft­ stoffes für den Fremdzündungsbetrieb erfolgt in einer Ausführung über einen Vergaser und in einer anderen Ausführung über eine in einen Nebenbrennraum mündende weitere Einspritzdüse. Die Verbrennung wird im Fremdzündungsbe­ trieb über eine in den Nebenbrennraum mündende Zündkerze eingeleitet. Bei Fremdzündung mit Kraftstoffeinspritzung und Luftansaugung im Vollastbetrieb liegt eine Ladungskonzentration im Nebenbrennraum relativ zum Hauptbrenn­ raum vor. Das bekannte Verfahren erlaubt ein stabiles Betriebsverhalten und ei­ nen guten Wirkungsgrad. Die vom HCCI-Verfahren bekannten extrem niedrigen Emissionswerte können aber nicht erreicht werden.
Auch die US 4,126,106 A beschreibt eine Brennkraftmaschine, die sowohl nach dem Otto-, als auch nach dem Dieselverfahren betreibbar ist. Dabei wird wäh­ rend der Startphase und des Teilllastbetriebes unter direkter Kraftstoffeinsprit­ zung in den Brennraum eine Schichtladung erzeugt und die Verbrennung durch Fremdzündung dieser geschichteten Ladung eingeleitet. Bei Volllast hingegen wird der Kraftstoff direkt in den Brennraum gegen die heißen Brennraumwände gespritzt, wobei der Kraftstoff verdampft und die Zündung durch Kompression nach dem Dieselverfahren erfolgt. Der Motor wird dabei bei einem Verdichtungs­ verhältnis von weniger als 16 : 1 betrieben. Bei höherer Motorlast reicht allerdings die Zeit zwischen Einspritzbeginn und dem Zeitpunkt der Selbstzündung für eine gute Gemischaufbereitung nicht mehr aus, weshalb es zu einer Verschlechterung des Verbrennungsablaufes und der Emissionen kommt.
Ferner ist aus der US 3,125,079 A eine Vielzweck-Brennkraftmaschine bekannt, welche sowohl selbstzündend, als auch fremdzündend mit einem festen Verdich­ tungsverhältnis von 15 : 1 betreibbar ist. Der Kraftstoff wird dabei über eine Vielstrahl-Einspritzdüse direkt radial in den Brennraum eingespritzt. Dies ist zur Erzeugung eines hohen Ladungsschichtungsgrades nicht geeignet.
Um bei einer Brennkraftmaschine für fremd- und selbstzündbarem Kraftstoff die Abgasqualität bei gleichzeitig hohem Wirkungsgrad zu verbessern, wird in der AT 003135 U vorgeschlagen, im Selbstzündungsbereich ein zumindest annähernd homogenes Kraftstoff-Luftgemisch im Brennraum zu erzeugen. Dieses Verfahren weist die Vorteile des HCCI-Verfahrens auf und vermeidet durch die Umschaltung auf Fremdzündung dessen Nachteile bei hoher Motorlast. Das Verfahren vereinigt somit die Vorteile des HCCI-Verfahrens mit dem des SCSI-Verfahrens. Um im Teillastbereich ein höheres Verdichtungsverhältnis einstellen zu können als im Volllastbereich, ist eine variable Ventilsteuerungseinrichtung vorgesehen, mit welcher der Öffnungszeitpunkt zumindest eines Einlassventiles veränderbar ist. Durch die variable Ventilsteuerungseinrichtung wird auch der Schließzeitpunkt zumindest eines Auslassventiles in Abhängigkeit von Motorbetriebsparametern verändert, um die Menge des Restgases im Sinne einer inneren Abgasrückfüh­ rung zur Anhebung der Ladungstemperatur im Teillastbereich steuern zu können.
Eine HCCI-Brennkraftmaschine muss ihre Zündbedingungen zyklustreu auf un­ terschiedliche Kraftstoffeigenschaften, Umgebungsbedingungen und motorische Randbedingungen einstellen. Eine nach dem Viertakt-Verfahren arbeitende HCCI- Brennkraftmaschine hat darüber hinaus den Nachteil, dass zur Erzielung der Selbstzündbedingungen ein hohes Verdichtungsverhältnis erforderlich ist, was im Volllastbereich zu Nachteilen führt. Andererseits weist eine nach dem Zweitakt- Verfahren arbeitende Brennkraftmaschine einen geringeren Fülligkeitsgrad auf als eine Viertakt-Brennkraftmaschine.
Brennkraftmaschinen, welche sowohl nach dem Zweitakt-Verfahren als auch nach dem Viertakt-Verfahren arbeiten können, sind bekannt, allerdings nicht in Zusammenhang mit HCCI-Verfahren. Die US 4,907,544 A beschreibt beispiels­ weise eine Zweitakt-Brennkraftmaschine, welche im Leerlauf nach dem Viertakt-Verfahren arbeitet.
Aufgabe der Erfindung ist es, die genannten Nachteile zu vermeiden und bei ei­ ner direkt einspritzenden Brennkraftmaschine für fremd- und selbstzündbarem Kraftstoff eine hohe Abgasqualität bei gleichzeitig hohem Wirkungsgrad zu errei­ chen.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass dem Motorbetriebsbereich Zweitakt- und Viertaktbetriebsbereiche zugeordnet werden und die Brennkraft­ maschine in Zweitaktbetriebsbereichen nach dem Zweitakt-Verfahren und in Viertaktbetriebsbereichen nach dem Viertakt-Verfahren betrieben wird. Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, dass ein Zweitakt-Betriebsbereich einem Selbstzün­ dungsbereich zwischen niedriger und mittlerer Motordrehzahl zugeordnet wird. Weiters ist vorgesehen, dass ein Zweitakt-Betriebsbereich einem Fremdzün­ dungsbereich bei Volllast zwischen niedriger und mittlerer Motordrehzahl zuge­ ordnet wird.
Die Viertakt-Betriebsbereiche werden dem Selbstzündungsbereich und dem Fremdzündungsbereich bei Volllast ab einer mittleren Motordrehzahl zugeordnet. Weiters ist es zur Erzielung eines guten Startverhaltens vorteilhaft, wenn ein Viertaktbetriebsbereich dem Kaltstart- und Warmlaufbereich zugeordnet wird. Dies führt in der Start- und Warmlaufphase zu zusätzlicher Verbrauchsabsenkung und Emissionsminimierung.
Durch Kombination der nach dem HCCI-Verfahren arbeitenden Brennkraftma­ schine mit einem voll variablen Ventiltrieb wird eine Absenkung des effektiven Verdichtungsverhältnisses und eine zyklustreue Restgassteuerung für die Selbst­ zündbedingungen ermöglicht. Die Einstellung des effektiven Verdichtungsver­ hältnisses kann dabei durch vorzugsweise mechanische Verstellung des geomet­ rischen Verdichtungsverhältnisses und/oder mittels einer variablen Ventilsteue­ rungseinrichtung erfolgen. Das niedrige Verdichtungsverhältnis erhöht gleichzei­ tig das Volllastpotential, wodurch Auslegungsreserven in der Motorenentwicklung bestehen. Außerhalb des Selbstzündungsbereiches, in welchem kein HCCI-Be­ trieb möglich oder sinnvoll ist, wird die Brennkraftmaschine als direkt einsprit­ zender Ottomotor mit voll variablem Ventiltrieb und Aufladung mit einem Luft- Kraftstoffverhältnis λ ≦ 1 betrieben. Die zyklustreue Steuerung der Selbstzünd­ bedingungen durch den voll variablen Ventiltrieb ermöglicht eine optimale zyk­ lussynchrone Einstellung des Motors auf Kraftstoffeigenschaften, Umgebungsbe­ dingungen und motorischer Randbedingungen. Bei Volllast kann durch den voll variablen Ventiltrieb des aufgeladenen Motors zusätzlich das Volllastpotential ge­ genüber konventionell aufgeladenen Motoren durch die Volllast optimale Steue­ rung der Ventilsteuerzeiten und Verlustleistungen erhöht werden. Dabei ist ins­ besondere im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass ein Vier­ taktbetriebsbereich einem mitteldruckunabhängigen Fremdzündungsbereich bei höchster Motordrehzahl zugeordnet wird.
Mit dem voll variablen Ventiltrieb lässt sich insbesondere eine zyklustreue Wahl der Steuerzeiten, der Ventilhübe sowie eine variable Flankenfunktion der Ventil­ erhebungskurven erreichen. Dies ermöglicht beispielsweise eine Enddrosselung und eine Hochdruckwirkungsgradsteigerung im Viertaktbetriebsbereich. Zur La­ dungsbewegungsgenerierung kann mit dem voll variablen Ventiltrieb eine Ventil­ deaktivierung durchgeführt werden. Darüber hinaus kann zur Verringerung der Verlustleistung und zur Absenkung der Ladungswechselverluste sowie zur Hoch­ druckwirkungsgradsteigerung eine Zylinderabschaltung erfolgen. Die variable Ventilsteuerung ermöglicht die Absenkung des effektiven Verdichtungsverhältnis­ ses und somit eine Anhebung des Volllastpotentiales. Zur Anhebung des Volllast­ potentiales trägt auch die mögliche Minimierung des internen Restgasgehaltes bei.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figur näher erläutert. Die Figur zeigt ein Diagramm, in welchem der mittlere effektive Druck pe über der Motordreh­ zahl n aufgetragen ist.
Im Diagramm sind Selbstzündungsbereiche CI und Fremdzündungsbereiche SI angegeben. Der Selbstzündungsbereich CI, der im Wesentlichen dem Teillastbe­ reich TL bei niedriger, mittlerer und hoher Drehzahl zugeordnet ist, ist in einem Zweitaktbetriebsbereich SI2 bei niedriger Motordrehzahl n und einem Viertaktbe­ triebsbereich SI4 bei höherer Motordrehzahl n - etwa ab einer mittleren Motor­ drehzahl nM - unterteilt. Der Fremdzündungsbereich SI ist dem Volllastbereich VL und dem Höchstdrehzahlbereich nH sowie dem Kaltstart- und Warmlaufbereich KL zugeordnet. Der Fremdzündungsbereich SI ist dabei unterteilt in Zweitaktbe­ triebsbereiche SI2 bei hohem effektiven Mitteldruck pe und niedriger Motordreh­ zahl n und in Viertaktbetriebsbereiche SI4 im restlichen Volllastbereich VL, im Höchstdrehzahlbereich nH und im Kaltstart- und Warmlaufbereich KL. Zwischen jeweils benachbarten Bereichen können im Kennfeld Überlappungen bestehen, was mit schraffierten Linien angedeutet ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren vereint die Vorzüge einer nach dem HCCI-Ver­ fahren arbeitenden Brennkraftmaschine mit einer Brennkraftmaschine mit voll variablem Ventiltrieb mit Aufladung. Dadurch können einerseits in Selbstzün­ dungsbereichen CI als auch in Fremdzündungsbereichen SI, in welchen ebenfalls ein homogenes Kraftstoff-Luftgemisch erzeugt wird, minimale Abgasemissionen bei hohem Luftüberschuss erreicht werden. Dadurch entfällt eine komplizierte Abgasnachbehandlung, wie sie bei konventionellen direkt einspritzenden Otto- Brennkraftmaschinen erforderlich ist und es kann ein einfacher Oxidationskataly­ sator eingesetzt werden. Durch die Umschaltung zwischen Zweitakt- und Vier­ takt-Verfahren werden die Vorzüge dieser Verfahren bei den jeweiligen Betriebs­ bedingungen ausgenützt, ohne dass deren Nachteile in anderen Betriebsberei­ chen in Kauf genommen werden müssen.

Claims (9)

1. Verfahren zum Betreiben einer mit sowohl fremd- als auch selbstzündbaren Kraftstoff, insbesondere Benzin, betriebenen direkteinspritzenden Brenn­ kraftmaschine, wobei dem Motorbetriebsbereich Selbst- und Fremdzün­ dungsbereiche (CI, SI) zugeordnet werden, in Selbstzündungsbereichen (CI) ein zumindest annähernd homogenes Kraftstoff-Luftgemisch im Brennraum erzeugt wird, ein für eine Selbstzündung des Kraftstoffes geeig­ netes hohes Verdichtungsverhältnis bereitgestellt wird und die Verbrennung im Selbstzündungsbereich (CI) überwiegend durch Selbstzündung erfolgt, und wobei in Fremdzündungsbereichen (SI) die Verbrennung durch Fremd­ zündung dieses Luft-Kraftstoffgemisches eingeleitet wird, und wobei ein Fremdzündungsbereich (SI) dem Volllastbereich (VL) und ein Selbstzün­ dungsbereich (CI) zumindest einem Teil des Teillastbereiches (TL) zugeord­ net wird, und wobei das effektive Verdichtungsverhältnis in Fremdzün­ dungsbereichen (SI) abgesenkt und in Selbstzündungsbereichen (CI) die Verbrennung durch Einstellung des Restgasgehaltes gesteuert wird, da­ durch gekennzeichnet, dass dem Motorbetriebsbereich Zweitakt- und Viertaktbetriebsbereiche (SI2, CI2, SI4, CI4) zugeordnet werden und die Brennkraftmaschine in Zweitaktbetriebsbereichen (SI2, CI2) nach dem Zweitakt-Verfahren uns in Viertaktbetriebsbereichen (SI4, CI4) nach dem Viertakt-Verfahren betrieben wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstel­ lung des effektiven Verdichtungsverhältnisses durch vorzugsweise mechani­ sche Verstellung des geometrischen Verdichtungsverhältnisses erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zweitakt-Betriebsbereich (CI2) einem Selbstzündungsbereich (CI) zwischen niedriger und mittlerer Motordrehzahl (nM) zugeordnet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zweitakt-Betriebsbereich (SI2) einem Fremdzündungsbereich (SI) bei Volllast (VL) zwischen niedriger und mittlerer Motordrehzahl (nM) zuge­ ordnet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Viertaktbetriebsbereich (CI4) einem Selbstzündungsbereich (CI) bei und oberhalb der mittleren Motordrehzahl (nM) zugeordnet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Viertaktbetriebsbereich (SI4) einem Fremdzündungsbereich (SI) bei Volllast (VL) bei und oberhalb der mittleren Motordrehzahl (nM) zugeordnet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei ein Kaltstart- und Warmlaufbereich (KL) einem Fremdzündungsbereich (SI) zugeordnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Viertaktbetriebsbereich (SI4) dem Kaltstart- und Warmlaufbereich (KL) zugeordnet wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Viertaktbetriebsbereich (SI4) einem mitteldruckunabhängigen Fremdzündungsbereich (SI) bei höchster Motordrehzahl (nH) zugeordnet wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine in Selbstzündungsbereichen (CI) und/oder in Fremdzündungsbereichen (SI) aufgeladen betrieben wird.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10354428A1 (de) * 2003-11-21 2005-06-23 Bayerische Motoren Werke Ag Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine
DE102010047795A1 (de) * 2010-10-07 2012-04-12 Daimler Ag Betriebsverfahren für eine Brennkraftmaschine
DE102011015627A1 (de) * 2010-10-07 2012-04-12 Daimler Ag Betriebsverfahren für eine Brennkraftmaschine mit NOx-armer Verbrennung (NAV)
DE112008001007B4 (de) * 2007-04-17 2015-10-29 GM Global Technology Operations LLC (n. d. Ges. d. Staates Delaware) Verfahren und Vorrichtung zum Auswählen eines Verbrennungsmodus für einen Verbrennungsmotor
DE10350798B4 (de) * 2003-10-29 2016-03-24 Daimler Ag Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine

Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2391262B (en) * 2002-07-26 2005-08-03 Ford Global Tech Inc Internal combustion engine
SE524802C2 (sv) * 2002-11-04 2004-10-05 Cargine Engineering Ab Styrmetod för modulering av vridmoment i en kolvförbränningsmotor
JP4066851B2 (ja) * 2003-03-03 2008-03-26 トヨタ自動車株式会社 可変サイクルエンジンおよび運転モードの切り替え方法
JP2004332717A (ja) * 2003-04-16 2004-11-25 Honda Motor Co Ltd ２サイクルと４サイクルを切り替え可能な圧縮着火式内燃機関
US7231892B2 (en) * 2003-06-03 2007-06-19 Robert Bosch Gmbh Method for extending HCCI load range using a two-stroke cycle and variable valve actuation
DE102004031231B4 (de) * 2004-06-29 2007-11-08 Audi Ag Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einer Stelleinrichtung zum Verändern der Ventilöffnung während des Betriebes
US7059281B2 (en) * 2004-07-12 2006-06-13 General Motors Corporation Four stroke engine auto-ignition combustion
US7080613B2 (en) * 2004-07-12 2006-07-25 General Motors Corporation Method for auto-ignition combustion control
US7128062B2 (en) * 2004-07-12 2006-10-31 General Motors Corporation Method for mid load operation of auto-ignition combustion
US20060048981A1 (en) * 2004-08-23 2006-03-09 Bychkovski Vitali N High output and efficiency internal combustion engine
DE102005012306A1 (de) * 2005-03-17 2006-09-28 Daimlerchrysler Ag Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine und Brennkraftmaschine hierzu
JP4365812B2 (ja) * 2005-09-15 2009-11-18 株式会社日立製作所 内燃機関の制御装置及び制御方法
US7478620B2 (en) * 2006-05-25 2009-01-20 Gm Global Technology Operations, Inc. Method and apparatus to control a transition between HCCI and SI combustion in a direct-injection gasoline engine
DE102006053254B4 (de) 2006-11-08 2009-12-17 Iav Gmbh Ingenieurgesellschaft Auto Und Verkehr Verfahren zur Betriebsartenumschaltung für eine Brennkraftmaschine
US7481185B1 (en) * 2007-08-14 2009-01-27 Robert Bosch Gmbh Multi-mode 2-stroke/4-stroke internal combustion engine
US8109092B2 (en) 2009-05-28 2012-02-07 Ford Global Technologies, Llc Methods and systems for engine control
US8439002B2 (en) * 2009-05-28 2013-05-14 Ford Global Technologies, Llc Methods and systems for engine control
US8776762B2 (en) * 2009-12-09 2014-07-15 GM Global Technology Operations LLC HCCI mode switching control system and method
US9151240B2 (en) 2011-04-11 2015-10-06 GM Global Technology Operations LLC Control system and method for a homogeneous charge compression ignition (HCCI) engine
KR101704064B1 (ko) * 2011-12-15 2017-02-08 현대자동차주식회사 복합 착화방식의 디젤-가솔린 혼합연소엔진과 그 제어방법 및 복합 착화방식의 디젤-가솔린 혼합연소시스템
KR101509955B1 (ko) * 2013-10-29 2015-04-07 현대자동차주식회사 혼합 연소 모드를 갖는 엔진의 연소 제어 방법 및 장치
KR101491335B1 (ko) * 2013-10-29 2015-02-06 현대자동차주식회사 혼합 연소 모드를 갖는 엔진의 연소 제어 방법 및 장치
US20190226419A1 (en) * 2014-10-23 2019-07-25 Xiangjin Zhou Hybrid combustion mode of internal combustion engine and controller thereof, internal combustion engine, and automobile

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3125079A (en) * 1964-03-17 Multi-purpose internal combustion engine
US4126106A (en) * 1977-09-06 1978-11-21 Southwest Research Institute Mixed cycle internal combustion engine
DE2851504C2 (de) * 1978-11-29 1982-02-11 Audi Nsu Auto Union Ag, 7107 Neckarsulm Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung und variablem Verdichtungsverhältnis
ZA823438B (en) * 1981-05-22 1983-03-30 Daimler Benz Ag Four-stroke internal combustion engine
DE3408215A1 (de) * 1984-02-01 1985-08-01 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart Steuer- und regelverfahren fuer die betriebskenngroessen einer brennkraftmaschine
US4765293A (en) 1986-05-07 1988-08-23 The Cessna Aircraft Company Hybrid internal combustion reciprocating engine
DE3632579A1 (de) * 1986-09-25 1988-04-07 Man Nutzfahrzeuge Gmbh Fremdgezuendete, luftverdichtende brennkraftmaschine
US4907544A (en) * 1989-04-06 1990-03-13 Southwest Research Institute Turbocharged two-stroke internal combustion engine with four-stroke capability
US5322043A (en) 1992-08-05 1994-06-21 Shriner Robert D Spiral spin charge or sheathing system
AT315U1 (de) * 1994-01-17 1995-08-25 Blum Gmbh Julius Beschlag
JPH10339215A (ja) 1997-06-09 1998-12-22 Nissan Motor Co Ltd エンジンのｅｇｒ制御装置
AT3135U1 (de) 1998-06-18 1999-10-25 Avl List Gmbh Verfahren zum betreiben einer mit sowohl fremd-, als auch selbstzündbarem kraftstoff, insbesondere benzin betriebenen brennkraftmaschine
US6295973B1 (en) * 1999-12-22 2001-10-02 Ford Global Technologies, Inc. Air-fuel charge controller for a homogeneous-charge, compression-ignition engine
JP2002256911A (ja) * 2001-02-23 2002-09-11 Fuji Heavy Ind Ltd エンジンの燃焼制御装置

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10350798B4 (de) * 2003-10-29 2016-03-24 Daimler Ag Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine
DE10354428A1 (de) * 2003-11-21 2005-06-23 Bayerische Motoren Werke Ag Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine
DE112008001007B4 (de) * 2007-04-17 2015-10-29 GM Global Technology Operations LLC (n. d. Ges. d. Staates Delaware) Verfahren und Vorrichtung zum Auswählen eines Verbrennungsmodus für einen Verbrennungsmotor
DE102010047795A1 (de) * 2010-10-07 2012-04-12 Daimler Ag Betriebsverfahren für eine Brennkraftmaschine
DE102011015627A1 (de) * 2010-10-07 2012-04-12 Daimler Ag Betriebsverfahren für eine Brennkraftmaschine mit NOx-armer Verbrennung (NAV)
DE102011015627B4 (de) 2010-10-07 2023-02-02 Mercedes-Benz Group AG Betriebsverfahren für eine Brennkraftmaschine mit NOx-armer Verbrennung (NAV)

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