DE102005039713B4 - Apparatus and method for flushing the pre-combustion chamber of an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung zur Spülung des Vorbrennraumes (1) einer Verbrennungskraftmaschine, welche einen Vorbrennraum (1) und einen Hauptbrennraum (2) umfasst, wobei der Vorbrennraum (1) und der Hauptbrennraum (2) über mindestens einen Strömungskanal (3) miteinander in Strömungsverbindung stehen und der Hauptbrennraum (2) über mindestens ein Strömungsventil (4) mit der Ansaugleitung (5) und über mindestens ein weiteres Strömungsventil (6) mit der Abgasleitung (7) in Strömungsverbindung steht, wobei die Strömungsventile (4, 6) mit Mitteln zur Ventilbetätigung (8) in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorbrennraum (1) mit der Ansaugleitung (5) über einen Strömungskanal (12) und mit der Abgasleitung (7) über einen weiteren Strömungskanal (9) in Strömungsverbindung steht, wobei der weitere Strömungskanal (9) und der Strömungskanal (12) mit einem gemeinsamen Strömungsventil (10'') in Strömungsverbindung stehen, wobei das gemeinsame Strömungsventil (10'') mit Mitteln zur Steuerung und Regelung verbunden ist.Device for flushing the pre-combustion chamber (1) of an internal combustion engine, which comprises a pre-combustion chamber (1) and a main combustion chamber (2), wherein the pre-combustion chamber (1) and the main combustion chamber (2) via at least one flow channel (3) are in fluid communication with each other and the Main combustion chamber (2) via at least one flow valve (4) with the suction line (5) and via at least one further flow valve (6) in fluid communication with the exhaust pipe (7), wherein the flow valves (4, 6) with means for valve actuation (8 ) are in communication, characterized in that the pre-combustion chamber (1) with the suction line (5) via a flow channel (12) and with the exhaust pipe (7) via a further flow channel (9) in flow communication, wherein the further flow channel (9 ) and the flow channel (12) with a common flow valve (10 '') are in flow communication, wherein the common flow valve (10 '') with means n connected to the control and regulation.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie Verfahren zur Spülung des Vorbrennraumes einer Verbrennungskraftmaschine gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.The The present invention relates to an apparatus and method for rinsing the Vorbrennraumes an internal combustion engine according to the preambles the independent one Claims.
Die einzelnen Zylinder einer Verbrennungskraftmaschine verfügen allgemein über einen Hauptbrennraum, der durch das räumliche Zusammenwirken einer Zylinderbuchse, eines Kolbens und eines Zylinderkopfes gebildet wird. Entsprechend den ständigen Bemühungen der Betreiber, die Wirtschaftlichkeit und Umweltverträglichkeit von Verbrennungskraftmaschinen zu erhöhen, wurden weiterhin Verbrennungskraftmaschinen mit einem Vor- und einem Hauptbrennraum entwickelt, die in Strömungsverbindung miteinander stehen. Bei dem Betrieb einer solchen Verbrennungskraftmaschine, beispielsweise gemäß dem Otto-Verfahren, besteht die Möglichkeit, in dem Vor- und dem Hauptbrennraum unterschiedliche Kraftstoff-Luft-Gemische einzustellen. Vorzugsweise wird dabei in dem Vorbrennraum ein nahezu stöchiometrisches Kraftstoff-Luft-Gemisch und in dem Hauptbrennraum ein überstöchiometrisches Kraftstoff-Luft-Gemisch eingestellt. Infolge der Entflammung des nahezu stöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Gemisches in dem Vorbrennraum, mittels einer geeigneten Zündvorrichtung, treten Anteile des entflammten, nahezu stöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Gemisches durch die Strömungsverbindung zwischen Vor- und Hauptbrennraum vom Vor- in den Hauptbrennraum über und entflammen wiederum das in dem Hauptbrennraum befindliche überstöchiometrische Kraftstoff-Luft-Gemisch. Anteile von Verbrennungsgasen der vorherigen Arbeitsspiele in dem Vorbrennraum führen jedoch trotz einer korrekten Versorgung des Vorbrennraumes mit nahezu stöchiometrischem Kraftstoff-Luft-Gemisch zu einer Verschlechterung der Entflammungsbedingungen in dem Vorbrennraum. Der Anteil und die räumliche Verteilung des Anteils von Verbrennungsgasen der vorherigen Arbeitsspiele in dem Vorbrennraum sind zudem von Arbeitsspiel zu Arbeitsspiel unterschiedlich, so dass im Extremfall, infolge eines zu hohen Anteils oder einer ungünstigen räumlichen Verteilung des Anteils von Verbrennungsgasen der vorherigen Arbeitsspiele in dem Vorbrennraum, keine Ent flammung des nahezu stöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Gemisches in dem Vorbrennraum möglich ist. Für den sicheren Betrieb einer auf die oben beschriebene Weise betriebenen Verbrennungskraftmaschine ist daher neben einer korrekten Versorgung des Vorbrennraumes mit nahezu stöchiometrischem Kraftstoff-Luft-Gemisch eine möglichst vollständige Entfernung der Verbrennungsgase der vorherigen Arbeitsspiele aus dem Vorbrennraum von großer Bedeutung.The individual cylinder of an internal combustion engine generally have a Main burning space, which by the spatial Cooperation of a cylinder liner, a piston and a cylinder head is formed. According to the constant efforts of the operators, the profitability and environmental compatibility from internal combustion engines, were still internal combustion engines designed with a pilot and a main combustion chamber, which are in fluid communication standing together. In the operation of such an internal combustion engine, for example, according to the Otto method, there is a possibility in the pre and the main combustion chamber different fuel-air mixtures adjust. Preferably, in the pre-combustion chamber, a nearly stoichiometric Fuel-air mixture and in the main combustion chamber, a stoichiometric fuel-air mixture set. As a result of the inflammation of the nearly stoichiometric Fuel-air mixture in the Vorbrennraum, by means of a suitable igniter occur proportions of the inflamed, nearly stoichiometric fuel-air mixture through the flow connection between pre-combustion chamber and main combustion chamber from the pre- to the main combustion chamber above and In turn, the superstoichiometric gas in the main combustion chamber is inflamed Fuel-air mixture. Proportions of combustion gases of the previous one However, work cycles in the pre-combustion chamber lead despite a correct Supplying the pre-combustion chamber with a nearly stoichiometric fuel-air mixture to a deterioration of the ignition conditions in the Vorbrennraum. The proportion and the spatial Distribution of the proportion of combustion gases of previous cycles in the Vorbrennraum are also from work to play different, so that in extreme cases, as a result of too high a proportion or an unfavorable one spatial Distribution of the proportion of combustion gases of previous cycles in the Vorbrennraum, no flames of the almost stoichiometric Fuel-air mixture in the pre-combustion chamber is possible. For the safe Operation of an operating in the manner described above internal combustion engine is therefore in addition to a correct supply of Vorbrennraumes with almost stoichiometric Fuel-air mixture one possible full Removal of the combustion gases from previous work cycles the pre-combustion chamber of large Importance.
Vorbekannt
aus der
Dem oben genannten Dokument ist nicht zu entnehmen, zu welchem Zeitpunkt und für welche Zeitdauer oder, bezogen auf den Kurbelwinkel, ab welchem Kurbelwinkel und für welchen Kurbelwinkelbereich eine Ansteuerung des Ventils im Kanal zwischen Gasmischer und Vorbrennraum zum Zweck des Durchspülens des Vorbrennraumes in Bezug auf die aufeinanderfolgenden Verfahrenstakte der Verbrennungskraftmaschine erfolgt. Eine Einbringung des Spülgases in den Vorbrennraum ist offensichtlich lediglich auf einen Zeit- oder Kurbelwinkelbereich während des Ansaughubes bei geöffnetem Ventil im Kanal zwischen Gasmischer und Vorbrennraum beschränkt. Allein während des Ansaughubes ist ein ausreichendes Druckgefälle zwischen der Ansaugleitung und dem Vorbrennraum zur Einbringung des Spülgases in den Vorbrennraum der Verbrennungskraftmaschine zu erwarten.the The above document does not indicate at what time and for which period or, based on the crank angle, from which Crank angle and for which crank angle range a control of the valve in the channel between gas mixer and Vorbrennraum for the purpose of purging the Pre-combustion chamber with respect to the successive process cycles the internal combustion engine takes place. An introduction of the purge gas in the Vorbrennraum is obviously only on a time or Crank angle range during the intake stroke when open Valve in the channel between gas mixer and pre-combustion chamber limited. Alone while the suction stroke is a sufficient pressure gradient between the intake pipe and the pre-combustion chamber for introducing the purge gas in the pre-combustion chamber to expect the internal combustion engine.
Weiterhin
vorbekannt aus der
Der
Gegenstand der
Vorbekannt
aus der
Weiterhin
vorbekannt aus der
Darüber hinaus
ist aus der
Ausserdem
ist es aus der
Aufgabetask
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung sowie Verfahren zur Spülung des Vorbrennraumes einer Verbrennungskraftmaschine bereitzustellen, die eine möglichst vollständige Entfernung der Verbrennungsgase der vorherigen Arbeitsspiele aus dem Vorbrennraum einer Verbrennungskraftmaschine unter Ausnutzung eines möglichst großen zeitlichen Bereiches in Bezug auf die aufeinanderfolgenden Verfahrenstakte der Verbrennungskraftmaschine ermöglicht, ohne dabei aufwendige Mittel zur Druckerzeugung des jeweiligen Spülmediums bereitstellen zu müssen.Of the The present invention is based on the object, a device as well as methods for rinsing to provide the pre-combustion chamber of an internal combustion engine, the most complete removal the combustion gases of the previous cycles from the pre-combustion chamber an internal combustion engine taking advantage of a possible huge time range with respect to the successive stages of the procedure Internal combustion engine allows without consuming means for generating pressure of the respective flushing medium to have to provide.
Lösungsolution
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 6 bis 12 gelöst, wobei weitere vorteilhafte Ausgestaltungen in den Unteransprüchen beschrieben sind.These The object is achieved by the Features of the claims 1 and 6 to 12 solved, wherein further advantageous embodiments described in the subclaims are.
Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zur Spülung des Vorbrennraumes einer Verbrennungskraftmaschine bereitgestellt, bei welcher der Vorbrennraum mit der Ansaugleitung über einen Strömungskanal und der Vorbrennraum mit der Abgasleitung über einen weiteren Strömungskanal in Strömungsverbindung steht, wobei die Strömungskanäle mit einem gemeinsamen Strömungsventil in Strömungsverbindung stehen. Das gemeinsame Strömungsventil ist außerdem mit Mitteln zur Steuerung und Regelung verbunden, welche dieses öffnen oder schließen. Die Mittel zur Steuerung und Regelung umfassen wiederum Mittel zur Erfassung des Drehwinkels der Kurbel- und/oder der Nockenwelle. Durch die geeignete Verknüpfung der Mittel zur Steuerung und Regelung und der Mittel zur Erfassung des Drehwinkels der Kurbel- und/oder der Nockenwelle sind beim Betrieb der Verbrennungskraftmaschine die jeweilige Stellung der Kurbel- und Nockenwelle, die Stellung des Kolbens und die Zeitpunkte oder die Kurbelwinkel des Öffnens und Schließens der Einlass- und Auslassventile, welche den Hauptbrennraum und die Ansaug- und Abgasleitung voneinander abgrenzen, jederzeit bestimmbar. Es ist möglich, in Abhängigkeit der jeweiligen Stellung der Kurbel- und Nockenwelle, des Kolbens sowie der Zeitpunkte oder der Kurbelwinkel des Öffnens und Schließens der Einlass- und Auslassventile das gemeinsame Strömungsventil zwischen Ansaug-, Abgasleitung und Vorbrennraum zu öffnen und zu schließen. Die Mittel zur Steuerung und Regelung des gemeinsamen Strömungsventils zwischen Ansaug-, Abgasleitung und Vorbrennraum erzeugen ein dafür geeignetes Ansteuersignal, welches von den entsprechenden Stellgliedern umgesetzt ein Öffnen bzw. Schließen des gemeinsamen Strömungsventils zur Folge hat.According to the invention, a device for purging the pre-combustion chamber of an internal combustion engine is provided, in which the pre-combustion chamber is in flow communication with the intake line via a flow channel and the pre-combustion chamber with the exhaust pipe via a further flow channel, the flow channels are in flow communication with a common flow valve. The common flow valve is also connected to means for control and regulation, which open or close this. The means for controlling and regulating in turn comprise means for detecting the angle of rotation of the crankshaft and / or the camshaft. By the appropriate combination of the means for control and the means for detecting the angle of rotation of the crankshaft and / or the camshaft during operation of the internal combustion engine, the respective position of the crankshaft and camshaft, the position of the piston and the times or the crank angle of Opening and closing of the intake and exhaust valves, which delimit the main combustion chamber and the intake and exhaust pipe from each other, determinable at any time. It is possible, depending on the respective position of the crank and Camshaft, the piston and the timing or the crank angle of the opening and closing of the intake and exhaust valves to open and close the common flow valve between the intake, exhaust pipe and Vorbrennraum. The means for controlling and regulating the common flow valve between intake, exhaust pipe and pre-combustion chamber generate a suitable drive signal, which has implemented by the corresponding actuators opening or closing the common flow valve result.
Von besonderem Vorteil ist es, dass mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung der zeitliche Bereich zur Spülung des Vorbrennraumes nicht auf den Zeitbereich während des Ansaughubes beschränkt ist. Dadurch, dass der Vorbrennraum mit der Ansaugleitung über einen Strömungskanal und der Vorbrennraum mit der Abgasleitung über einen weiteren Strömungskanal in Strömungsverbindung steht, kann sowohl während des Ansaughubes als auch während des Kompressionshubes einer Viertakt-Verbrennungskraftmaschine eine Spülung des Vorbrennraumes durchgeführt werden. D. h. es ist von Vorteil, dass der Vorbrennraum sowohl mit der Ansaugleitung als auch mit der Abgasleitung in Strömungsverbindung steht, da zur Spülung des Vorbrennraumes das gemeinsame Strömungsventil in Bezug auf die aufeinanderfolgenden Verfahrenstakte der Verbrennungskraftmaschine geöffnet und geschlossen werden kann. Auf diese Weise wird besonders gezielt und vollständig eine Entfernung der Verbrennungsgase der vorherigen Arbeitsspiele aus dem Vorbrennraum einer Verbrennungskraftmaschine ermöglicht.From It is particularly advantageous that by means of the device according to the invention the temporal area for flushing of the pre-combustion chamber is not limited to the time range during the intake stroke. The fact that the pre-combustion chamber with the intake via a flow channel and the pre-combustion chamber with the exhaust pipe via a further flow channel in fluid communication can stand both during the suction stroke as well as during the Kompressionshubes a four-stroke internal combustion engine a flush performed the pre-combustion chamber become. Ie. It is advantageous that the pre-combustion chamber both with the suction line as well as with the exhaust pipe in flow communication is there to flush the pre-combustion chamber, the common flow valve with respect to the successive Process cycles of the internal combustion engine are opened and closed can. In this way, is particularly targeted and complete one Removal of the combustion gases from previous work cycles allows the pre-combustion chamber of an internal combustion engine.
Gemäß den aufeinanderfolgenden Verfahrenstakten einer Viertakt-Verbrennungskraftmaschine erstreckt sich der Ansaughub über einen Kurbelwinkelbereich nach Beendigung des Auslasshubes zwischen dem oberen Totpunkt des Ladungswechsels und dem unteren Totpunkt des Ladungswechsels, wobei der untere Totpunkt des Ladungswechsels 180 Grad Kurbelwinkel nach dem oberen Totpunkt des Ladungswechsels beendet ist. Nach dem unteren Totpunkt des Ladungswechsels schließt sich über die weiterhin folgenden 180 Grad Kurbelwinkel nach dem unteren Totpunkt des Ladungswechsels der Kompressionshub an, wobei der Kompressionshub im dem oberen Totpunkt beendet ist, in dessen Bereich allgemein eine Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches erfolgt. Dem Kompressionshub folgt über die weiteren 180 Grad Kurbelwinkel der Expansions- oder Arbeitshub. Dem Expansions- oder Arbeitshub schließt sich über die weiteren 180 Grad Kurbelwinkel der Auslasshub an, wobei der Auslasshub am oberen Totpunkt des Ladungswechsels endet, wo der Ansaughub erneut beginnt.According to the consecutive Process cycles of a four-stroke internal combustion engine the intake stroke extends over a crank angle range after completion of the exhaust stroke between the top dead center of the charge cycle and the bottom dead center the change of charge, wherein the bottom dead center of the charge exchange 180 degrees crank angle after the top dead center of the charge cycle finished. After the bottom dead center of the charge cycle closes on the continue following 180 degrees crank angle after bottom dead center the charge cycle of the compression stroke, wherein the compression stroke is finished in the top dead center, in the area general an ignition of the fuel-air mixture takes place. The compression stroke follows over another 180 degree crank angle of expansion or power stroke. The expansion or working stroke includes over the other 180 degrees crank angle the exhaust stroke, the Exhaust stroke ends at top dead center of the charge cycle, where the Suction stroke starts again.
Es ist erfindungsgemäß vorteilhaft vorgesehen, dass die Strömungsventile, die mit den Strömungskanälen zwischen dem Vorbrennraum, der Abgas- und der Ansaugleitung in Strömungsverbindung stehen, elektromagnetisch betätigte Ventile sind, die mindestens die Schaltstellung „Schließen” des jeweiligen Strömungskanals und die Schaltstellung „Öffnen” des jeweiligen Strömungskanals umfassen. Die Strömungsventile können jedoch ebenfalls von der Bauart sein, dass die Strömungsventile zum Zweck einer weiter differenzierten Spülung des Vorbrennraumes den Querschnitt des jeweiligen Strömungskanals kontinuierlich freigeben oder verschließen.It is advantageous according to the invention provided that the flow valves, the one with the flow channels between the pre-combustion chamber, the exhaust and suction are in flow communication, electromagnetically actuated Valves are at least the switching position "closing" of the respective flow channel and the switch position "open" of the respective flow channel include. The flow valves can however, also be of the type that the flow valves for the purpose of a further differentiated flushing of the pre-combustion chamber the Cross section of the respective flow channel continuously release or close.
Es ist in einer weiteren vorteilhaften Ausführung vorgesehen, dass die Strömungskanäle zwischen dem Vorbrennraum, der Abgas- und der Ansaugleitung auf der dem Vorbrennraum zugewandten Seite einen gemeinsamen Strömungskanal bilden. Bei dieser Ausführungsform ist zunächst jeweils ein Strömungskanal zwischen Abgas- und Ansaugleitung vorgesehen, wobei die Strömungskanäle in ihrem Verlauf zum Vorbrennraum mit einem gemeinsamen Strömungsventil in Strömungsverbindung stehen. Der weitere Verlauf nach dem gemeinsamen Strömungsventil zum Vorbrennraum erfolgt über einen gemeinsamen Strömungskanal. Das gemeinsame Strömungsventil ist vorzugsweise ein elektromagnetisch betätigtes Ventil, das mindestens die Schaltstellung „Schließen” beider Strömungskanäle, die Schaltstellung „Öffnen” des einen Strömungskanals bei geschlossenem anderen Strömungskanal, die Schaltstellung „Schließen” des einen Strömungskanals bei geöffnetem anderen Strömungskanal sowie „Öffnen” beider Strömungskanäle umfasst.It is provided in a further advantageous embodiment that the Flow channels between the pre-combustion chamber, the exhaust and the intake pipe on the pre-combustion chamber facing side form a common flow channel. At this embodiment is first each a flow channel between exhaust and Intake duct provided, wherein the flow channels in their course to Vorbrennraum with a common flow valve in fluid communication stand. The further course after the common flow valve to Vorbrennraum via a common flow channel. The common flow valve is preferably an electromagnetically operated valve, the at least the switch position "Close" both Flow channels, the switching position "open" of the one Flow channel at closed other flow channel, the switch position "Close" of the one flow channel when open another flow channel as well as "opening" both Includes flow channels.
In Kombination mit einem Ventiltrieb einer Verbrennungskraftmaschine, bei dem die Dauer der Öffnung eines Einlassventils und die Höhe des Einlassventilhubes eingestellt sowie auch der Zeitpunkt des Öffnens des Einlassventils in Richtung spät verschoben werden kann oder einer Vorrichtung zur Einstellung der Höhe des Einlassventilhubes in Stufen, ergeben sich in Bezug auf die erfindungsgemäße Vorrichtung besonders vorteilhafte Verfahrensvarianten zur Spülung des Vorbrennraumes einer Verbrennungskraftmaschine. So ist es möglich, dass der Strömungskanal, welcher die Ansaugleitung und den Vorbrennraum miteinander verbindet, während des Ansaughubes, jedoch vor dem Öffnen des mindestens einen Einlassventils geöffnet wird. Durch die Bewegung des Kolbens vom oberen Totpunkt des Ladungswechsels zum unteren Totpunkt des Ladungswechsels vergrößert sich das Volumen des Hauptbrennraumes, infolgedessen der Druck in dem Haupt- und dem Vorbrennraum sinkt. Sowohl das mindestens eine Einlass- als auch das mindestens eine Auslassventil im Hauptbrennraum bleibt zunächst geschlossen. Dadurch, dass das Strömungsventil in dem Strömungskanal frühestens mit Beginn der Abwärtsbewegung des Kolbens zu Beginn des Ansaughubes wenigstens teilweise geöffnet wird und die Einlass- und Auslassventile zunächst geschlossen bleiben, wird ein erster Anteil Frischluft oder Kraftstoff-Luft-Gemisch aus der Ansaugleitung in den Vorbrennraum eingesaugt, wobei die Frischluft oder das Kraftstoff-Luft-Gemisch die Verbrennungsgase der vorherigen Arbeitsspiele aus dem Vorbrennraum in den Hauptbrennraum verdrängen. Im weiteren Verlauf des Ansaughubes wird das mindestens eine Einlassventil geöffnet, so dass ein weiterer Anteil an Frischluft oder Kraftstoff-Luft-Gemisch aus der Ansaugleitung in den Hauptbrennraum eingesaugt wird, welcher sich mit dem Anteil an Verbrennungsgasen der vorherigen Arbeitsspiele aus dem Vorbrennraum vermischt bzw. diese verdünnt und somit örtliche Konzentrationen von Verbrennungsgasen der vorherigen Arbeitsspiele in Hinblick auf die folgenden Verfahrenstakte verhindert.In combination with a valve train of an internal combustion engine in which the duration of the opening of an intake valve and the height of the intake valve stroke can be adjusted as well as the timing of opening the intake valve can be moved late or a device for adjusting the height of the intake valve in stages, resulting in relation to the device according to the invention particularly advantageous process variants for flushing the pre-combustion chamber of an internal combustion engine. Thus, it is possible for the flow channel, which connects the intake pipe and the pre-combustion chamber, to be opened during the intake stroke, but before the at least one intake valve is opened. The movement of the piston from the top dead center of the charge cycle to the bottom dead center of the charge cycle increases the volume of the main combustion chamber, as a result of which the pressure in the main and pre-combustion chambers decreases. Both the at least one inlet valve and the at least one outlet valve in the main combustion chamber initially remain closed. Characterized in that the flow valve in the flow channel at the earliest with the beginning of the downward movement of the piston at the beginning of the Suction stroke is at least partially opened and the inlet and exhaust valves initially remain closed, a first portion of fresh air or fuel-air mixture is sucked from the intake into the Vorbrennraum, wherein the fresh air or the fuel-air mixture, the combustion gases from the previous work cycles displace the pre-combustion chamber into the main combustion chamber. In the further course of the intake stroke, the at least one inlet valve is opened, so that a further proportion of fresh air or fuel-air mixture is sucked from the intake into the main combustion chamber, which mixes with the proportion of combustion gases of the previous cycles from the pre-combustion chamber or diluted and thus prevents local concentrations of combustion gases of the previous cycles with respect to the following process cycles.
Es ist ebenfalls denkbar, auf die oben beschriebene Weise den Einlassventilhub und die Dauer des Einlassventilhubes beispielsweise auf ein Minimum zu reduzieren und die für den Betrieb der Verbrennungskraftmaschine in dem individuellen Betriebspunkt erforderliche Luftmenge bzw. Menge an Kraftstoff-Luft-Gemisch hauptsächlich über den Strömungskanal in den Vor- und somit in den Hauptbrennraum einzubringen. Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist es unwesentlich, auf welche Entscheidungsgrundlage sich eine Aufteilung der jeweiligen Teilströme stützt. Ein derartiges Verfahren ist bevorzugt beim Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine an einem Betriebspunkt bei Teillast anwendbar.It is also conceivable, in the manner described above the intake valve and the duration of the intake valve lift, for example, to a minimum reduce and for the operation of the internal combustion engine in the individual operating point required amount of air or amount of fuel-air mixture mainly on the flow channel in the pre-and thus bring into the main combustion chamber. For the purpose of It is immaterial on the basis of the decision on the basis of the present invention a division of the respective partial flows is based. Such a procedure is preferred when operating an internal combustion engine on a Operating point applicable at partial load.
Es ist auch möglich, dass der Strömungskanal, welcher die Ansaugleitung und den Vorbrennraum miteinander verbindet, während des Ansaughubes, jedoch nach dem Öffnen des mindestens einen Einlassventils im Hauptbrennraum geöffnet wird. Durch die Bewegung des Kolbens vom oberen Totpunkt des Ladungswechsels zum unteren Totpunkt des Ladungswechsels vergrößert sich das Volumen des Hauptbrennraumes, infolgedessen der Druck in dem Haupt- und dem Vorbrennraum sinkt. Dadurch, dass das Strömungsventil in dem Strömungskanal mit Beginn der Abwärtsbewegung des Kolbens zu Beginn des Ansaughubes zunächst geschlossen bleibt und das mindestens eine Einlassventil im Hauptbrennraum geöffnet wird, strömt ein erster Anteil an Frischluft oder Kraftstoff-Luft-Gemisch aus der Ansaugleitung in den Hauptbrennraum. Im weiteren Verlauf des Ansaughubes wird das mindestens eine Einlassventil im Hauptbrennraum geschlossen und das Strömungsventil in dem Strömungskanal geöffnet, so dass ein weiterer Anteil an Frischluft oder Kraftstoff-Luft-Gemisch aus der Ansaugleitung in den Vorbrennraum eingesaugt wird, wobei die Frischluft oder das Kraftstoff-Luft-Gemisch die Verbrennungsgase der vorherigen Arbeitsspiele aus dem Vorbrennraum in den Hauptbrennraum verdrängen. In dem Hauptbrennraum vermischt sich der Anteil an Verbrennungsgasen der vorherigen Arbeitsspiele aus dem Vorbrennraum mit dem ersten Anteil an Frischluft oder Kraftstoff-Luft-Gemisch bzw. wird der Anteil an Verbrennungsgasen der vorherigen Arbeitsspiele verdünnt und somit örtliche Konzentrationen von Verbrennungsgasen der vorherigen Arbeitsspiele in Hinblick auf die folgenden Verfahrenstakte verhindert.It is possible, too, that the flow channel, which connects the intake pipe and the pre-combustion chamber, while the suction stroke, but after opening the at least one inlet valve opened in the main burning room becomes. By the movement of the piston from top dead center of the charge cycle to the bottom dead center of the charge exchange increases the volume of the main combustion chamber, as a result, the pressure in the main and pre-combustion chambers decreases. Thereby, that the flow valve in the flow channel with Beginning of the downward movement the piston initially remains closed at the beginning of the intake stroke and the at least one inlet valve is opened in the main combustion chamber, flows a first proportion of fresh air or fuel-air mixture from the intake pipe into the main combustion chamber. In the further course of the Suction stroke is the at least one inlet valve in the main combustion chamber closed and the flow valve in the flow channel open, allowing another proportion of fresh air or fuel-air mixture from the intake manifold is sucked into the Vorbrennraum, the fresh air or the Fuel-air mixture the combustion gases of previous work cycles displace from the pre-combustion chamber in the main combustion chamber. In the main burning room the proportion of combustion gases from the previous work cycles mixes the pre-combustion chamber with the first portion of fresh air or fuel-air mixture or the proportion of combustion gases of the previous work cycles dilute and thus local Concentrations of combustion gases from previous work cycles prevented with regard to the following process cycles.
Besonders vorteilhaft ist eine Kombination zweier Öffnungen des Strömungsventils in dem Strömungskanal mit einer wenigstens teilweisen Öffnung des mindestens einen Einlassventils in dem Hauptbrennraum während des Ansaughubes. Dabei erfolgt ein erstes Öffnen des Strömungsventils in dem Strömungskanal vor und ein weiteres Öffnen nach der wenigstens teilweisen Öffnung des mindestens einen Einlassventils in dem Hauptbrennraum während des Ansaughubes. Überlappungen des Öffnens des Strömungsventils in dem Strömungskanal und des mindestens einen Einlassventils in dem Hauptbrennraum während des Ansaughubes sind erfindungsgemäß ebenfalls denkbar.Especially advantageous is a combination of two openings of the flow valve in the flow channel with an at least partial opening of the at least one inlet valve in the main combustion chamber during the Intake stroke. In this case, a first opening of the flow valve takes place in the flow channel before and another opening after the at least partial opening the at least one inlet valve in the main combustion chamber during the intake stroke. overlaps of opening of the flow valve in the flow channel and the at least one inlet valve in the main combustion chamber during the Suction strokes are also according to the invention conceivable.
In einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausführung wird der Strömungskanal, welcher den Vorbrennraum und die Abgasleitung miteinander verbindet, während des Kompressionshubes, nach erfolgtem Ansaugen von Frischluft oder Kraftstoff-Luft-Gemisch in den Hauptbrennraum, geöffnet, wobei das mindestens eine Einlass- und das mindestens eine Auslassventil im Hauptbrennraum entweder noch geöffnet oder schon geschlossen ist. Durch die Aufwärtsbewegung des Kolbens vom unteren Totpunkt des Ladungswechsels zu Beginn des Kompressionshubes zum oberen Totpunkt, in dessen Bereich allgemein eine Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches erfolgt, wird das Volumen des Hauptbrennraumes verkleinert, infolgedessen der Druck in dem Haupt- und dem Vorbrennraum steigt. Durch das Öffnen des Strömungskanals, welcher den Vorbrennraum und die Abgasleitung miteinander verbindet, wird der Anteil der Verbrennungsgase der vorherigen Arbeitsspiele aus dem Vorbrennraum in die Abgasleitung geschoben. Hierbei kann der Beginn und die Dauer der Öffnung des Strömungskanals, welcher den Vorbrennraum und die Abgasleitung miteinander verbindet, derart gewählt werden, dass sich sowohl eine optimale Spülung des Vorbrennraumes, als auch ein möglichst geringer Verlust an Frischluft oder Kraftstoff-Luft-Gemisch einstellt.In a further, particularly advantageous embodiment of the flow channel, which connects the pre-combustion chamber and the exhaust pipe, while the compression stroke, after the intake of fresh air or Fuel-air mixture in the main burning room, opened, taking the at least one inlet and the at least one outlet valve either still open or already closed in the main firebox is. By the upward movement of the piston from the bottom dead center of the charge cycle at the beginning of the Compression stroke to top dead center, in the area general an ignition of the fuel-air mixture, the volume of the main combustion chamber becomes as a result, the pressure in the main and pre-combustion chambers is reduced increases. By opening the flow channel, which connects the pre-combustion chamber and the exhaust pipe together the proportion of combustion gases from previous work cycles pushed the pre-combustion chamber in the exhaust pipe. Here, the Start and duration of opening the flow channel, which connects the pre-combustion chamber and the exhaust pipe, chosen like that be that both an optimal flushing of Vorbrennraumes, as well one possible low loss of fresh air or fuel-air mixture sets.
Es ist ebenfalls möglich, sowohl den Strömungskanal, welcher den Vorbrennraum und die Ansaugleitung miteinander verbindet, als auch den Strömungskanal, welcher den Vorbrennraum und die Abgasleitung miteinander verbindet während des Kompressionshubes, nach erfolgtem Ansaugen von Frischluft oder Kraftstoff-Luft-Gemisch über das mindestens eine Einlassventil in den Hauptbrennraum zu öffnen, wobei das mindestens eine Einlass- und das mindestens eine Auslassventil im Hauptbrennraum entweder noch geöffnet oder schon geschlossen ist. Durch die Aufwärtsbewegung des Kolbens vom unteren Totpunkt des Ladungswechsels zu Beginn des Kompressionshubes zum oberen Totpunkt, in dessen Bereich allgemein eine Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches erfolgt, wird das Volumen des Hauptbrennraumes verkleinert, infolgedessen der Druck in dem Haupt- und dem Vorbrennraum steigt. Durch das Öffnen sowohl des Strömungskanals, welcher den Vorbrennraum und die Ansaugleitung miteinander verbindet, als auch des Strömungskanals, welcher den Vorbrennraum und die Abgasleitung miteinander verbindet, wird der Anteil der Verbrennungsgase der vorherigen Arbeitsspiele aus dem Vorbrennraum in die Ansaug- und die Abgasleitung geschoben. Hierbei kann der Beginn und die Dauer der Öffnung der Strömungskanäle derart gewählt werden, dass sich sowohl eine optimale Spülung des Vorbrennraumes, als auch ein möglichst geringer Verlust an Frischluft oder Kraftstoff-Luft-Gemisch einstellt. Der Anteil an Verbrennungsgasen der vorherigen Arbeitsspiele aus dem Vorbrennraum, welcher in die Ansaugleitung geschoben wird, wird idealerweise bei dem nächsten Ansaughub bei geöffnetem Einlassventil in den Hauptbrennraum eingesaugt.It is also possible, both the flow channel, which connects the pre-combustion chamber and the intake manifold with each other, and the flow channel, which connects the pre-combustion chamber and the exhaust pipe together during the compression stroke, after the intake of fresh air or fuel-air mixture over the min At least one inlet valve to open in the main combustion chamber, wherein the at least one inlet and the at least one outlet valve in the main combustion chamber is either still open or already closed. By the upward movement of the piston from the bottom dead center of the charge cycle at the beginning of the compression stroke to top dead center, in the area generally ignition of the fuel-air mixture, the volume of the main combustion chamber is reduced, as a result, the pressure in the main and the pre-combustion chamber increases , By opening both the flow channel, which connects the pre-combustion chamber and the intake manifold with each other, as well as the flow channel, which connects the pre-combustion chamber and the exhaust pipe together, the proportion of combustion gases of previous cycles is pushed from the pre-combustion chamber in the intake and the exhaust pipe. In this case, the beginning and the duration of the opening of the flow channels can be selected such that both optimal flushing of the pre-combustion chamber and the lowest possible loss of fresh air or fuel-air mixture are established. The proportion of combustion gases of the previous cycles from the pre-combustion chamber, which is pushed into the intake, is ideally sucked into the main combustion chamber on the next intake stroke with the inlet valve open.
Eine Einstellung des Beginns und der Dauer der Öffnung der Strömungskanäle erfolgt vorzugsweise betriebspunktabhängig. Dabei werden Vorsteuerwerte einer Speicheranordnung entnommen, die idealerweise Bestandteil der Mittel zur Steuerung und Regelung ist. Eine Anpassung der aktuellen Vorsteuerwerte kann jedoch ebenfalls durch betriebsabhängige Parameter erfolgen. Ein derartiger Parameter kann beispielsweise ein Parameter sein, der die Drehgleichförmigkeit des Kurbeltriebes einer Verbrennungskraftmaschine beschreibt. Steigt beispielsweise die Drehungleichförmigkeit des Kurbeltriebes der betreffenden Verbrennungskraftmaschine, wird die Einstellung des Beginns und der Dauer der Öffnung der Strömungskanäle derart korrigiert, dass eine stärkere Spülung des Vorbrennraumes erfolgt.A Adjustment of the beginning and the duration of the opening of the flow channels takes place preferably operating point dependent. In this case, pilot control values are taken from a memory arrangement which ideally part of the control and regulation means. However, an adjustment of the current pilot value can also by company-dependent Parameters take place. Such a parameter may be, for example a parameter that determines the rotational uniformity of the crank mechanism describes an internal combustion engine. Increase, for example the rotational irregularity the crank mechanism of the relevant internal combustion engine, the Adjustment of the beginning and the duration of the opening of the flow channels such corrected that a stronger flush the pre-combustion chamber takes place.
In Bezug auf eine möglichst korrekte Versorgung des Vorbrennraumes mit nahezu stöchiometrischem Kraftstoff-Luft-Gemisch ist es außerdem erfindungsgemäß vorgesehen, in der Ansaugleitung nahe der Mündung des Strömungskanals, welcher die Ansaugleitung und den Vorbrennraum miteinander verbindet, Mittel zur Kraftstoffdosierung anzuordnen. Dabei umfassen die Mittel zur Kraftstoffdosierung mindestens die Schaltstellung „Öffnen” und „Schließen”. Weiterhin sind die Mittel zur Kraftstoffdosierung mit den Mitteln zur Steuerung und Regelung verbunden. In Bezug auf diese Anordnung ist es möglich, die Schaltstellungen „Öffnen” und „Schließen” der in der Ansaugleitung angeordneten Mittel zur Kraftstoffdosierung in Abhängigkeit der Schaltstellung des Strömungsventils, welches in dem Strömungskanal angeordnet ist und die Ansaugleitung und den Vorbrennraum miteinander verbindet, einzustellen.In Regards one as possible correct supply of pre-combustion chamber with almost stoichiometric Fuel-air mixture, it is also provided according to the invention, in the intake pipe near the mouth the flow channel, which connects the intake pipe and the pre-combustion chamber, To arrange means for fuel metering. This includes the funds for fuel metering at least the switching position "open" and "close". Farther are the means of fuel metering with the means of control and regulation connected. With respect to this arrangement, it is possible to Switch positions "Open" and "Close" in the Suction line arranged means for fuel metering in dependence the switching position of the flow valve, which is arranged in the flow channel is and connects the intake pipe and the pre-combustion chamber, adjust.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst der Begriff Vorbrennraum ebenfalls so genannte Kammerkerzen. Außerdem sind die Merkmale der vorliegenden Erfindung ebenfalls auf jede Art von Verbrennungskraftmaschinen und Verfahren zu deren Betrieb übertragbar. Weiterhin ist die Art der jeweils verwendeten Kraftstoffe ohne Bedeutung. Vorzugsweise sollten gasförmige Kraftstoffe wie etwa Erdgas oder Gemische aus Propan und Butan beim Betrieb der Verbrennungskraftmaschine zum Einsatz kommen.in the For purposes of the present invention, the term precombustion includes also called chamber candles. In addition, the features of the present Invention also to any type of internal combustion engines and method transferable to their operation. Furthermore, the type of fuel used in each case without meaning. Preferably, gaseous should Fuels such as natural gas or mixtures of propane and butane in operation the internal combustion engine are used.
Ausführungsbeispielembodiment
Beispielhaft wird hier die Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. In den dazugehörigen Figuren zeigen:exemplary Here is the application of the device according to the invention and the method according to the invention shown. In the corresponding Figures show:
Entsprechend
Die
Strömungsventile
Das
in
Gemäß der
- 11
- Vorbrennraumprecombustion
- 22
- HauptbrennraumMain combustion chamber
- 33
- Strömungskanalflow channel
- 44
- Strömungsventil, EinlassventilFlow valve, intake valve
- 55
- Ansaugleitungsuction
- 66
- Strömungsventil, AuslassventilFlow valve, outlet valve
- 77
- Abgasleitungexhaust pipe
- 88th
- Mittel zur Ventilbetätigungmedium for valve actuation
- 99
- Strömungskanalflow channel
- 1010
- Strömungsventilflow valve
- 10'10 '
- Strömungsventilflow valve
- 10''10 ''
- Strömungsventilflow valve
- 1212
- Strömungskanalflow channel
- 1313
- gemeinsamer Strömungskanalcommon flow channel
- 1414
- Mittel zur Kraftstoffdosierungmedium for fuel metering
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