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Hintergrund der Erfindung und Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren für einen Verbrennungsmotor nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 11.
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Der Typ Verbrennungsmaschinen, der allgemein als HCCI (homogene Kompressionszündung, Englisch: Homogenous Charge Compression Ignition) Motor bekannt ist, kann als eine Kombination eines Ottomotors und eines Dieselmotors betrachtet werden. In HCCI Motoren werden Kraftstoff und Luft in einem Verbrennungsraum vermischt, um ein homogenes mageres Gemisch auszubilden. Das Kraftstoffgemisch wird komprimiert, bis es sich durch die Kompressionswärme selbst entzündet. In dieser Situation findet die Verbrennung mit einer sogenannten vorgemischten Flamme statt, die zu einer sehr schnellen Verbrennung bei einer relativ niedrigen Verbrennungstemperatur führt, was zu einem niedrigen Gehalt von Stickoxiden NOx in den Abgasen führt. Die Tatsache, dass das Kraftstoffgemisch mager ist, führt auch zu einem niedrigen Gehalt von Rußpartikeln in den Abgasen. HCCI Motoren weisen den Nachteil auf, dass die entsprechenden Bauteile bzw. Komponenten relativ schweren Belastungen ausgesetzt sind, und dass eine derartig schnelle Verbrennung ein beträchtliches Geräusch bzw. Lärm verursacht. Ein anderer Nachteil von HCCI Motoren besteht darin, dass es schwierig ist, die Selbstentzündung so zu steuern, dass sie bei einem optimalen Kurbelwellenwinkel stattfindet.
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In Dieselmotoren wird Kraftstoff in einen Verbrennungsraum eingespritzt, wenn der Kolben dabei ist, den Luftkompressionshub zu vervollständigen. In dieser Phase ist die komprimierte Luft auf einer so hohen Temperatur, dass der Kraftstoff sich im Wesentlichen unmittelbar selbst entzündet, wenn er in den Verbrennungsraum eingespritzt wird. Es ist daher relativ leicht, den Verbrennungsvorgang so zu steuern, dass er bei einem optimalen Kurbelwellenwinkel stattfindet. Jedoch werden der Kraftstoff und die Luft nicht vorgemischt, bevor die Selbstentzündung des Kraftstoffs stattfindet. Die Verbrennung findet daher mit einer sogenannten Diffusionsflamme statt. In einer Diffusionsflamme findet die Verbrennung lokal statt, wo der Sauerstoff in der Luft und der Kraftstoff zusammen diffundieren (sich vermischen). Folglich verlängert sich der Verbrennungsvorgang. Der Vorteil eines solchen Verbrennungsvorgangs besteht darin, dass die entsprechenden Bauteile nicht den gleichen mechanischen Beanspruchungen unterliegen, wie bei einer schnellen Verbrennung. Jedoch führt eine Diffusionsflamme zu einem Verbrennungsvorgang, der zumindest anfänglich mit einem fetteren als einem stöchiometrischen Mischverhältnis stattfindet, was die Ausbildung relativ hoher Gehalte von Rußpartikeln in den Abgasen von Dieselmotoren bewirken kann. Eine Verbrennung mit einer Diffusionsflamme ist ein längerer Verbrennungsvorgang und es treten während Teilabschnitten dieses Vorgangs hohe Verbrennungstemperaturen auf. Dieselmotoren weisen daher relativ hohe Gehalte von Stickstoffoxiden in ihren Abgasen auf.
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US 6 820 587 B1 bezieht sich auf ein Verfahren zum Steuern der Einspritzung von Kraftstoff in einen Verbrennungsmotor, wobei der Kraftstoff bei einem sehr hohen Druck in einen Verbrennungsraum eingespritzt wird. Der Kraftstoff ist folglich auf einer so hohen Anfangsgeschwindigkeit, dass er nicht unmittelbar mit dem Sauerstoff in dem Verbrennungsraum reagiert, was es möglich macht, dass sich eine größere Luftmenge vor der Verbrennung mit dem Kraftstoff vermischt als in einem herkömmlichen Dieselmotor. Die verbesserte Mischung von Luft und Kraftstoff führt zu einer Verbrennung mit einer Diffusionsflamme mit einem magereren Kraftstoffgemisch, was zu einer kleineren Menge von Rußpartikeln in den Abgasen führt. Die ausgebildeten Rußpartikel verbrennen auch bis zu einem gewissen Grad, wenn sie durch den heißesten Bereich der Diffusionsflamme hindurchlaufen, in dem die Verbrennung bei einem stöchiometrischen Verhältnis stattfindet.
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Das Dokument
DE 199 53 932 C2 offenbart ein Verfahren zum Betrieb einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, bei der Kraftstoff mit unterschiedlichen Einspritzdrücken in den Arbeitsraum während verschiedener Einspritzphasen in einem Arbeitsspiel eingespritzt wird, um eine bevorzugte Gemischbildung zu erreichen.
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Das Dokument
WO 2004/ 057 167 A1 lehrt ein Verfahren zum Betreiben einer direkteinspritzenden Diesel-Brennkraftmaschine, bei dem die Kraftstoffeinspritzung nach Maßgabe eines Kurbelwellenwinkelbereiches und eine Abgasrückführrate derart gewählt sind, dass besonders geringe Stickoxid- und Rußemissionen erreicht werden.
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Das Dokument
EP 1 045 136 A1 offenbart ein Verfahren zum Betrieb einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, bei dem mittels der Wahl eines Einspritzwinkels von Kraftstoff in eine Kolbenmulde eine bevorzugte Gemischbildung erreicht wird.
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Aus dem Dokument
DE 100 48 238 A1 ist ferner ein Verfahren zum Betrieb einer Dieselbrennkraftmaschine bekannt, bei dem die Verbrennungsluft in einer bezüglich der Drallstärke über ein Stellglied einstellbaren Drallströmung um eine Längsachse eines Zylinders in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingelassen wird.
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Das Dokument
DE 10 2004 037 971 A1 offenbart einen Verbrennungsmotor, insbesondere für Gasbetrieb, mit einem Lufteinblasventil, über das Luft unmittelbar in einen Zylinder des Verbrennungsmotors einblasbar ist.
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Dokument
DE 103 54 839 A1 offenbart eine Kraftstoffeinspritzung in eine Verbrennungskammer. Die Einspritzung geschieht derart, dass der Kraftstoff von der Zylinderwand beanstandet ist. Dazu ist eine Düse mit einer Vielzahl von Löchern vorgesehen, die ein Soll-Muster aufweist, womit ein vorbestimmtes Sprühmuster erzeugt wird. Die Löcher besitzen eine Mikrogröße.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung und ein Verfahren für einen Verbrennungsmotor bereitzustellen, wobei die guten Eigenschaften eines HCCI Motors hinsichtlich eines niedrigen Ausstoßes von Stickoxiden NOx und Rußpartikeln mit der leichten Steuerbarkeit und den kürzeren Belastungen auf den entsprechenden Komponenten bzw. Bauteilen eines Dieselmotors kombiniert werden kann.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch die Vorrichtung der Eingangs erwähnten Art, die durch die in dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gekennzeichnet ist. Wenn Kraftstoff bei einer sehr hohen Geschwindigkeit in ein gasförmiges Medium, das Sauerstoff enthält, eingespritzt wird, dann treten die chemischen Reaktionen, die normalerweise zu einer Verbrennung des Kraftstoffs führen, nicht auf. Jedoch ist der in einen Verbrennungsraum eingespritzte Kraftstoff einer schnellen Verlangsamung durch das gasförmige Medium ausgesetzt. Der Kraftstoff muss folglich mit einer Anfangsgeschwindigkeit eingespritzt werden, die die niedrigste Geschwindigkeit, bei der eine solche Verbrennung nicht stattfindet, deutlich übersteigt, um zu ermöglichen, dass ein homogenes Gemisch von Kraftstoff und dem gasförmigen Medium erzeugt wird, bevor sich das Gemisch selbst entzündet. Das Erzeugen eines homogenen mageren Gemisches, bevor die Selbstentzündung stattfindet, führt folglich zu einer Verbrennung mit einer vorgemischten Flamme und nicht mit einer Diffusionsflamme. Die Verbrennung wird daher im Wesentlichen in der gleichen Weise wie in einem HCCI Motor stattfinden, was zu einem niedrigen Gehalt von Stickstoffoxiden und Rußpartikeln in den Abgasen führt.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Einspritzmittel dazu ausgebildet, den Kraftstoff während einer Zeitspanne in den Verbrennungsraum einzuspritzen, die von einer solchen Länge ist, dass Kraftstoff auch in den Verbrennungsraum eingespritzt wird, wenn sich der zuerst während dieser Zeitspanne eingespritzte Kraftstoff bereits mit dem gasförmigen Medium vermischt hat, um ein im Wesentlichen homogenes Gemisch auszubilden, und verbrannt ist. Weil sich ein homogenes Gemisch im Wesentlichen unmittelbar entzündet und verbrennt, ist es wünschenswert, einen längeren Verbrennungsvorgang zu erzielen, um die Beanspruchungen und Abnutzungen der entsprechenden Bauteile zu verringern. Das Zuführen des Kraftstoffs zu zwei oder mehreren separaten Zeitpunkten in schneller Aufeinanderfolge innerhalb einer spezifizierten Zeitspanne macht es möglich, die Verbrennungsenergie während dieser Zeitspanne über eine Vielzahl vorgemischter Flammen (engl.: premixed flames) zu verteilen. Die Belastung und Abnutzung der entsprechenden Bauteile kann folglich verringert werden. In vorteilhafter Weise ist jedoch das Einspritzmittel dazu ausgebildet, Kraftstoff während dieser Zeitspanne kontinuierlich einzuspritzen. Der Kraftstoff kann folglich kontinuierlich eingespritzt und mit dem gasförmigen Medium vermischt werden, um ein im Wesentlichen homogenes Gemisch auszubilden, das sich während dieser Zeitspanne im Wesentlichen kontinuierlich entzündet und verbrennt. Eine kontinuierliche Verbrennung von Kraftstoff mit vorgemischten Flammen ist im Wesentlichen genau so leicht zu steuern, wie die Verbrennung in einem Dieselmotor, indem sie im Prinzip durch den Zeitpunkt, zu dem der Kraftstoff in den Verbrennungsraum eingespritzt wird, gesteuert wird.
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Nach einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Vorrichtung eine Hochdruckpumpe, die dazu ausgebildet ist, dem Kraftstoff einen Druck von einem solchen Betrag zu verleihen, dass es möglich ist, den Kraftstoff bei der Anfangsgeschwindigkeit in den Verbrennungsraum einzuspritzen. Eine herkömmliche Hochdruckpumpe kann dem Kraftstoff einen erforderlichen Druck verleihen, um die Einspritzung bei der Anfangsgeschwindigkeit zu ermöglichen. Kraftstoff mit dem erforderlichen hohen Druck kann im Wesentlichen direkt von einer Hochdruckpumpe oder indirekt über einen Akkumulatortank („Common Rail“) erhalten werden. In vorteilhafter Weise umfasst das Einspritzmittel mindestens eine Öffnung mit einer solchen Größe und Form, dass ein Kraftstoffstrahl mit einem so dünnen Querschnitt erzeugt wird, dass sich der Kraftstoff in dem Strahl mit dem gasförmigen Medium vermischt, um ein im Wesentlichen homogenes Gemisch auszubilden, bevor es sich entzündet. Je dünner der in den Verbrennungsraum eingespritzte Kraftstoffstrahl ist, desto schneller kann sich das gasförmige Medium mit dem Kraftstoff in dem am wenigsten leicht zugänglichen mittleren Bereich des Strahls vermischen und ein im Wesentlichen homogenes Gemisch des Kraftstoffs und des gasförmigen Mediums ausbilden.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Einlassventil dazu ausgebildet, ein gasförmiges Medium, das Luft enthält, in den Verbrennungsraum hineinzuführen. Luft ist leicht verfügbar und enthält einen relativ großen Anteil an Sauerstoff. Um die Leistung des Verbrennungsmotors zu vergrößern, kann Luft in komprimierter Form in den Verbrennungsraum geleitet werden, in welchem Fall die Vorrichtung in vorteilhafter Weise ein Kühlelement zum Kühlen der Luft, bevor sie in den Verbrennungsraum hineingeleitet wird, umfasst. Ein sogenannter Ladeluftkühler kann hier benutzt werden, um die Luft nach der Kompression auf eine Temperatur nahe der Umgebungstemperatur und bevor sie in den Verbrennungsraum eingeleitet wird zu kühlen. Je niedriger die Temperatur der Luft ist, desto niedriger ist die Verbrennungstemperatur und desto niedriger ist der Gehalt von Stickstoffoxiden in den Abgasen.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Einlassventil dazu ausgebildet, ein gasförmiges Medium, das rezirkulierende bzw. zurückgeführte Abgase enthält, in den Verbrennungsraum hineinzuführen. Die Anwesenheit von Abgasen verringert den Sauerstoffgehalt in dem Verbrennungsraum, was es möglich macht dass der Kraftstoff, bei einer etwas niedrigeren Geschwindigkeit eingespritzt wird, bevor er mit dem umgebenden Sauerstoff in dem Verbrennungsraum reagiert, wodurch die Möglichkeit zum Erzeugen eines homogenen Gemischs vor der Selbstentzündung verbessert wird. Abgase in dem Verbrennungsraum verringern auch die Verbrennungstemperatur, wodurch der Gehalt von Stickoxiden in den Abgasen weiter verringert wird. Die Vorrichtung umfasst vorzugsweise ein Kühlelement zum Kühlen der rezirkulierenden Abgase, bevor diese in den Verbrennungsraum hineingeleitet werden. Ein sogenannter EGR (engl.: Exhaust Gas Recirculation) Kühler kann die Temperatur der rezirkulierenden Abgase deutlich verringern, bevor sie in den Verbrennungsraum hineingeleitet werden. Eine niedrige Anfangstemperatur der Abgase führt zu einer niedrigen Verbrennungstemperatur und zu einem verringerten Anteil von Stickstoffoxiden in den Abgasen. Eine Alternative zur Rezirkulation der Abgase besteht darin, eine verbleibende Menge von Abgasen in dem Verbrennungsraum aus einem vorhergehenden Verbrennungsvorgang zurückzuhalten.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Vorrichtung ein Kühlelement zum Kühlen des Kraftstoffs, bevor dieser in den Verbrennungsraum eingespritzt wird. Der Kraftstoff ist auf einer erhöhten Temperatur, wenn er in einer Hochdruckpumpe unter Druck gesetzt worden ist. Eine Kühlung des Kraftstoffs, bevor er in den Verbrennungsraum eingespritzt wird, wird die Verbrennungstemperatur erniedrigen und bis zu einem gewissen Grad auch die Tendenz verringern, mit dem Sauerstoff in dem Verbrennungsraum zu reagieren. Folglich kann der Gehalt an Stickstoffoxiden in den Abgasen weiter verringert werden und kann die Möglichkeit, ein im Wesentlichen homogenes Gemisch zu erzielen, bevor sich der Kraftstoff selbst entzündet, weiter verbessert werden.
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Die Aufgabe der Erfindung wird auch gelöst durch das Verfahren der eingangs genannten Art, das durch die im kennzeichnenden Teils des Anspruchs 11 erwähnten Merkmale gekennzeichnet ist.
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Figurenliste
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird im Folgenden beispielhaft mit Verweis auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Für die Zeichnungen gilt:
- 1 zeigt eine Vorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach der vorliegenden Erfindung, und
- 2 zeigt die Einspritzung des Kraftstoffs in 1 in größerer Einzelheit.
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Ausführliche Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
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1 zeigt einen Zylinder 2 eines abgasturboaufgeladenen Verbrennungsmotors 1. Der Zylinder 2 umfasst einen Verbrennungsraum 3, der nach unten von einem beweglichen Kolben 4 begrenzt ist. Der Kolben 4 ist durch einen Verbindungsstab 6 mit einer Kurbelwelle 5 verbunden. Die Bewegungen des Kolbens 4 in dem Zylinder 2 werden durch die Kurbelwelle 5 in eine Drehbewegung umgewandelt. Der Verbrennungsmotor 1 kann jede gewünschte Anzahl derartiger Zylinder 2 umfassen. Eine Einlassleitung 7 ist über eine Öffnung 8 mit dem Verbrennungsraum 3 verbunden, um es möglich zu machen, komprimierte Luft in den Verbrennungsraum 3 einzuspeisen. Ein Einlassventil 9 ist in der Öffnung 8 angeordnet, um die Zufuhr von Luft zu dem Verbrennungsraum 3 zu steuern. Ein Ladeluftkühler ist in der Luftleitung angeordnet, um die Luft zu kühlen, bevor sie in den Verbrennungsraum 3 hineingeführt wird. Die Einlassleitung 7 ist mit einer Rückführungsleitung 12 zur Rückführung von Abgasen verbunden. Die Rückführungsleitung 12 umfasst ein EGR Ventil 13, durch das es möglich ist, eine gewünschte Menge von Abgasen in die Einlassleitung 7 zurückzuführen. Die Rückführungsleitung 12 weist auch einen EGR Kühler 15 auf, durch das es möglich ist, die rezirkulierten Abgase zu kühlen, bevor sie in die Einlassleitung 7 hineingeführt werden.
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Eine Steuereinheit 14 ist dazu ausgebildet, ein Einspritzmittel 11 so zu steuern, dass dieses zu gewünschten Zeitpunkten eine optimale Menge Kraftstoff einspritzt. Eine Hochdruckpumpe 18 ist dazu ausgebildet, dem Kraftstoff einen sehr hohen Druck zu verleihen, und ein Kühlelement ist dazu ausgebildet, den Kraftstoff zu kühlen, bevor er in den Verbrennungsraum 3 eingespritzt wird. Das Einspritzmittel 11 ist versehen mit einer Vielzahl von Öffnungen zum Einspritzen von Kraftstoff in den Verbrennungsraum 3 bei einem hohen Druck in der Form einer Vielzahl von Strahlen. Die Steuereinheit 14 ist auch dazu ausgebildet, das EGR Ventil 13 zu steuern, so dass es der Luft in der Einlassleitung 7 eine gewünschte Menge von Abgasen hinzufügt. Die Steuereinheit 14 kann eine Computereinheit sein, die mit geeigneter Software zum Ausführen dieser Funktionen ausgestattet ist. Eine Abgasleitung 16 ist dazu vorgesehen, die Abgase von dem Verbrennungsprozess in dem Verbrennungsraum 3 wegzuführen. Der Ausstoß von Abgasen aus dem Verbrennungsraum 3 wird durch ein Auslassventil 17 geregelt. Die Rückführungsleitung 12 weist eine solche Größe auf, dass sie Abgase von der Abgasleitung 16 zurück in die Einlassleitung 7 führen kann.
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Während des Betriebs des Verbrennungsmotors 1 steuert die Steuereinheit 14 das EGR Ventil 13 so, dass eine gewünschte Menge von Abgasen in die Einlassleitung 7 geführt wird. Wenn sich der Kolben 4 in dem Zylinder 2 abwärts bewegt, öffnet die Steuereinheit 14 das Einlassventil 9, so dass Luft und Abgase aus der Einlassleitung 7 in den sich ausdehnenden Verbrennungsraum 3 hineingesaugt werden. Zu dem Zeitpunkt, wenn der Kolben 4 bei der äußersten unteren Position umkehrt, schließt das Einlassventil 9. Die anschließende Aufwärtsbewegung des Kolbens 4 bewirkt eine Kompression der Luft und der Abgase in dem Verbrennungsraum 3. Die Luft und die Abgase in dem Verbrennungsraum 3 sind folglich einem Temperaturanstieg ausgesetzt, der in Beziehung zum Grad der Kompression steht. Zu dem Zeitpunkt, wenn der Kolben 4 eine äußerste obere Position erreicht, aktiviert die Steuereinheit 14 das Einspritzmittel 11, um Kraftstoff mit einem hohen Druck in den Verbrennungsraum einzuspritzen. Der Kraftstoff entzündet sich und verbrennt in dem Verbrennungsraum 3. Der durch die Verbrennung des Kraftstoffs bewirkte Druckanstieg führt dazu, dass der Kolben 4 nach unten gedrückt wird. Wenn der Kolben 4 die äußerste untere Position erreicht hat, öffnet die Steuereinheit 14 das Auslassventil 17. Während seiner Aufwärtsbewegung drückt der Kolben 4 die während des Verbrennungsprozesses gebildeten Abgase hinaus in die Abgasleitung 16.
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2 stellt den Kraftstoffeinspritzungsvorgang detaillierter dar. Das Einspritzmittel 11 weist eine geeignet geformte Oberfläche mit einer Vielzahl von Öffnungen 11a auf. Das Einspritzmittel 11 ist dazu ausgebildet, Kraftstoff mit einem hohen Druck durch jede der Öffnungen 11a hinauszusprühen, so dass der Kraftstoff in dem Verbrennungsraum 3 in einer optimalen Weise verteilt wird. Ein Kraftstoffstrahl 20 wird aus bzw. von einer jeweiligen der Öffnungen 11a ausgebildet. Ein solcher Kraftstoffstrahl 20 ist in 2 dargestellt. Weil die Hochdruckpumpe 18 dem Kraftstoff einen sehr hohen Druck verleiht, während gleichzeitig die Öffnung 11a kleine Abmessungen aufweist, weist der Kraftstoff in den Strahlen 20 eine sehr hohe Anfangsgeschwindigkeit auf, wenn diese in den Verbrennungsraum 3 eingespritzt werden. Wenn er in den Verbrennungsraum 3 eintritt, wird der Kraftstoff in eine Vielzahl von kleinen Kraftstofftropfen, die den Kraftstoffstrahl ausbilden, fein zerteilt. Der Kraftstoff wird folglich in Form eines Sprays bzw. Sprühnebels in den Verbrennungsraum 3 eingespeist. Die Anfangsgeschwindigkeit des Kraftstoffs ist so, dass der Kraftstoff mit dem umgebenden Sauerstoff in dem Verbrennungsraum 3 nicht reagiert, sondern so, dass die Geschwindigkeit des Kraftstoffs durch die komprimierte warme Mischung von Luft und Abgasen in dem Verbrennungsraum 3 zunehmend verlangsamt wird. Wenn sich der Kraftstoff in dem Verbrennungsraum 3 über eine Strecke d bewegt hat, dann ist er auf eine Geschwindigkeit verlangsamt worden, bei der er durch den umgebenden Sauerstoff entzündet werden kann. Die Entzündung findet in einer Verbrennungszone 21 an einem Ende des Kraftstoffstrahls 20 statt.
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Während der Bewegung des Kraftstoffs über die Strecke d findet eine zunehmende Vermischung von Luft in dem Kraftstoffstrahl 20 statt. Der Kraftstoffstrahl 20 wird folglich eine zunehmende Menge zugefügter Luft umfassen. Das Einspritzmittel 11 ist dazu ausgebildet, dem Kraftstoff eine Anfangsgeschwindigkeit zu verleihen, so dass sich der Kraftstoff und die Luft über die Strecke d zu einem im Wesentlichen homogenen Gemisch vermischen. Das Ergebnis ist ein vorgemischtes, mageres Kraftstoffgemisch, das sich in der Verbrennungszone 21 mit einer sogenannten vorgemischten Flamme (engl.: premixed flame) entzündet und verbrennt. Ein Verbrennungsvorgang mit einer vorgemischten Flamme findet im Wesentlichen gleichzeitig überall in der Verbrennungszone 21 statt. Verbrennungsvorgänge mit einer vorgemischten Flamme finden schnell und bei einer relativ niedrigen Verbrennungstemperatur statt, wodurch niedrige Gehalte von Stickoxiden in den Abgasen ausgebildet werden. Weil das Kraftstoffgemisch mager ist, gibt es in den Abgasen im Wesentlichen keine Rußpartikel aus dem Verbrennungsvorgang.
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Das Einspritzmittel 11 ist dazu ausgebildet, Kraftstoff in den Verbrennungsraum 3 während einer spezifizierten Zeitspanne kontinuierlich einzuspritzen, welche Zeitspanne mindestens ausreichend lang ist, so dass der Kraftstoff immer noch in den Verbrennungsraum 3 eingespritzt wird, wenn sich der erste während dieses Zeitraums eingespritzte Kraftstoff bereits vermischt hat, um ein im Wesentlichen homogenes Gemisch auszubilden und verbrannt ist. Eine derartige kontinuierliche Zufuhr von Kraftstoff erhält einen Kraftstoffstrahl 20 mit einem kontinuierlichen Zustrom von Kraftstoff für eine spezifizierte Zeitspanne aufrecht. Der Kraftstoff in dem Kraftstoffstrahl 20 vermischt sich zunehmend mit der umgebenden Luft in dem Verbrennungsraum 3, um ein im Wesentlichen homogenes Gemisch auszubilden, bevor die Entzündung und Verbrennung in der Verbrennungszone 21 stattfindet. Das Ergebnis ist ein kontinuierlicher Verbrennungsvorgang mit vorgemischten Flammen in der Verbrennungszone 21 während dieser Zeitspanne. Eine derartige längere Verbrennung bewirkt eine relativ geringe Beanspruchung der entsprechenden Bauteile. Die Steuerung des Verbrennungsmotors ist nicht komplizierter als in einem herkömmlichen Dieselmotor, weil sie im Wesentlichen durch den Zeitpunkt zur Einspritzung des Kraftstoffs bestimmt ist.
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Um es möglich zu machen, Luft zu dem Kraftstoffstrahl hinzuzufügen, so dass ein im Wesentlichen homogenes Gemisch über der Strecke d erzielt werden kann, bevor die Selbstentzündung des Kraftstoffs stattfindet, ist es folglich erforderlich, dass der Kraftstoff mit einer sehr hohen Anfangsgeschwindigkeit eingespritzt wird. Es ist auch erforderlich, dass die Größe und Form der Öffnungen 11a des Einspritzmittels so sind, dass sie zu einem Kraftstoffstrahl 20 mit einer relativ dünnen Querschnittsfläche führen. Je dünner der Strahl 20 ist, desto schneller kann die Luft eindringen und sich mit dem Kraftstoff in den am wenigsten leicht zugänglich mittleren Bereichen des Strahls vermischen, so dass ein homogenes Gemisch erzeugt wird. Das Hinzufügen von Abgasen zu der Luft verringert den Sauerstoffanteil in dem Verbrennungsraum 3, was es möglich macht, dass der Kraftstoff eine etwas niedrigere Geschwindigkeit hat, bevor er mit dem umgebenden Sauerstoff in dem Verbrennungsraum 3 reagiert. Die Strecke d bevor sich das Kraftstoffgemisch selbst entzündet wird folglich etwas länger, was die Möglichkeit zum Erzeugen eines homogenen Gemisches verbessert, bevor die Selbstentzündung stattfindet. Das Vorhandensein von Abgasen in dem Verbrennungsraum 3 verringert auch die Verbrennungstemperatur. Der Anteil von Stickoxiden in den Abgasen wird dadurch weiter verringert. Die Kühlung der Abgase in dem EGR Kühler 15 bevor diese in den Verbrennungsraum 3 geleitet werden, verringert die Verbrennungstemperatur und den Gehalt von Stickstoffoxiden in den Abgasen weiter. Eine weitere Maßnahme, um die Erzeugung eines homogenen Gemisches vor der Selbstentzündung zu erleichtern, besteht darin, die Luft in einem Kühlelement 10 zu kühlen, bevor sie in den Verbrennungsraum 3 hineingeführt wird. Insbesondere muss dies ausgeführt werden, wenn komprimierte Luft verwendet wird, die während der Kompression einem Temperaturanstieg ausgesetzt war. Schließlich kann der Kraftstoff gekühlt werden, bevor er in den Verbrennungsraum eingespritzt wird, was in dem Kühlelement 10 stattfindet.
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Die Erfindung ist keinesfalls auf die beschriebene Ausführungsform beschränkt, sondern kann innerhalb des Schutzumfangs der Patentansprüche frei verändert werden. Die Anfangsgeschwindigkeit, bei der der Kraftstoff in den Verbrennungsraum eingespritzt wird, und die Geschwindigkeit, bei der sich der Kraftstoff selbst entzündet, sind keine konstanten Werte. Diese Geschwindigkeiten variieren mit der Kraftstoffart, dem Druck in dem Verbrennungsraum zum Zeitpunkt der Selbstentzündung, der Zusammensetzung des gasförmigen Mediums in dem Verbrennungsraum, usw.
