火花点火式四冲程内燃机的操作方法与流程

本发明涉及一种操作火花点火式四冲程内燃机的方法，其中在工作冲程期间，通过至少一次燃料喷射事件将燃料直接喷射进主燃烧室，其中在燃料/空气混合物燃烧之前，通过至少一个预点火火花在预燃室中形成自由基，并且通过至少一个主点火火花在所述预燃室中点燃所述燃料/空气混合物。本发明还涉及一种火花点火式四冲程内燃机，其具有至少一个主燃烧室，至少一个用于直接燃料喷射的燃料喷射装置与所述主燃烧室连通，且所述火花点火式四冲程内燃机具有点火单元，所述点火单元具有与所述主燃烧室通流连接的被动预燃室，点火装置与所述预燃室连通。

背景技术：

1、在火花点火式内燃机中，预燃室点火的先进燃烧系统的燃烧特性会发生变化，因此，特别是在发动机未完全预热的情况下，在催化剂加热运行和低负载运行中应用已知的喷射和点火策略不足以可靠地实现稳定运行。

2、在火花点火式内燃机中，已知的方案是通过预点火火花在预燃室中产生自由基。

3、de 2843119 a1揭示过一种具有预燃室的火花点火式内燃机，火花塞与此预燃室连通。在进气冲程结束时，通过预点火火花由燃料/空气混合物产生自由基。

4、ep 2020503 a2揭示过一种火花点火式内燃机，其中产生多个预点火火花以由燃料/空气混合物形成自由基。

5、de 102015016772 a1描述过一种具有预燃室的内燃机，此预燃室中布置有火花塞，其中通过热方式产生自由基。其中，通过火花点火装置离解出羟基自由基。

技术实现思路

1、本发明的目的是以尽可能简单的方式实现内燃机特别是在预热阶段的稳定运行。

2、根据本发明，上述目的例如通过以下方式实现：在所述工作循环的压缩冲程期间，通过将所述主燃烧室中的燃料/空气混合物引入来压缩构建为被动预燃室的所述预燃室中的残余气体，并且减小所述预燃室内的空气比，在预点火火花时间窗口期间，在所述被动预燃室中引发至少一个预点火火花，并且在所述预燃室内部产生自由基，含有自由基的气体部分量从所述预燃室移入与所述预燃室通流连接的自由基存储体积，通过在主点火火花时间窗口内引发主点火火花来开始在所述预燃室中燃烧含有所述自由基的燃料/空气混合物。

3、此处的被动预燃室是指不与燃料喷射装置连通的预燃室。

4、根据本发明，所述点火单元具有与预燃室通流连接和/或集成在这个预燃室中的自由基存储体积。

5、将所产生的自由基的一部分暂存在自由基存储体积中。在工作冲程期间，暂存在自由基存储体积中的自由基延迟进入预燃室以及进一步进入主燃烧室，且特别是对燃烧过程有稳定和加速的作用。与已知的现有技术相比，附加的自由基存储体积能够在用于主燃烧的主燃烧室中提供量更大的自由基。其特别是在内燃机的预热运行中对燃烧有加速和稳定的作用。

6、内燃机的点火装置有利地与点火电路连接，该点火电路适于在每个工作循环中产生多个点火火花。

7、有利地，预点火火花时间窗口对应于至少一个工作循环的压缩冲程，优选对应于点火上止点之前的180°至30°的曲轴转角范围，特别优选对应于点火上止点之前的120°至80°的曲轴转角范围。主点火火花时间窗口有利地对应于相对于点火上止点而言的-30°至+30°的曲轴转角范围。

8、在本发明的一个实施变体中，至少一个预点火火花可以与燃料喷射事件相关联，其中在燃料喷射事件之后的定义的延迟时长之后引发至少一个预点火火花，其中延迟时长优选在40°至10°的曲轴转角之间。这样就能优化自由基的形成。

9、其中，有利地，在进气冲程中，在点火上止点之前的340°至180°的曲轴转角范围内实施至少一次燃料喷射，以及/或者在压缩冲程中，在点火上止点之前的180°至30°的曲轴转角范围内实施至少一次燃料喷射。

10、在本发明的一个实施变体中，至少两个燃料喷射装置与主燃烧室连通，其中燃料喷射装置可以以不同的喷射参数和/或相互独立地工作。这样就能实现特别有效的预激活。

11、根据本发明的一个实施变体，在点火上止点之前的140°至120°的曲轴转角范围内引发第一预点火火花。优选地，在点火上止点之前的100°至80°的曲轴转角范围内引发第二预点火火花。这样就能形成特别多的自由基。

12、根据本发明的一个实施变体，预燃室通过多个(优选四至十二个)例如由钻孔形成的溢流通道与主燃烧室流体连接。有利地，溢流通道可以分别具有一个直径为0.4mm至3.0mm的圆形横截面，或相当于这个圆形横截面的横截面面积的等效横截面。实验证明，这个结构性设计对主燃烧室中的起燃特别有利。

13、有利地，自由基存储体积比点火装置的电极到溢流通道的距离更远。自由基存储体积有利地通过至少一个，例如二至八个连接通道与预燃室通流连接，其中连接通道优选分别具有一个直径为0.4mm至3.0mm的圆形横截面，或相当于这个圆形横截面的横截面面积的等效横截面。这个布局和结构性设计有利于迅速且稳定的燃烧。

14、在本发明的有利实施变体中，自由基存储体积通常为预燃室的体积的10％至75％，优选20％至40％。

技术特征：

1.一种操作火花点火式四冲程内燃机的方法，其中在至少一个工作循环的工作冲程(at)期间，通过至少一次燃料喷射事件(ke)将燃料直接喷射进主燃烧室(5)，其中在燃料/空气混合物燃烧之前，通过至少一个预点火火花(vzf)在预燃室(7)中形成自由基(oh)，并且通过至少一个主点火火花(hzf)在所述预燃室(7)中点燃所述燃料/空气混合物，其特征在于，在所述工作循环的压缩冲程(vt)期间，通过将所述主燃烧室(5)中的燃料/空气混合物引入来压缩构建为被动预燃室的所述预燃室(7)中的残余气体，并且减小所述预燃室(7)内的空气比(λ)，在预点火火花时间窗口(vzf)期间，在所述被动预燃室(7)中引发至少一个预点火火花(vz)，并且在所述预燃室(7)内部产生自由基(oh)，含有自由基(oh)的气体部分量从所述预燃室(7)移入与所述预燃室(7)通流连接的自由基存储体积(10)，以及，通过在主点火火花时间窗口(hzf)内引发主点火火花(hz)来开始在所述预燃室(7)中点燃含有所述自由基(oh)的燃料/空气混合物。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预点火火花时间窗口(vzf)对应于至少一个工作循环的压缩冲程(vt)，优选对应于所述点火上止点(otc)之前的180°至30°的曲轴转角(kw)的曲轴转角范围，特别优选对应于所述点火上止点(otc)之前的120°至80°的曲轴转角(kw)的曲轴转角范围。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述主点火火花时间窗口(hzf)对应于相对于所述点火上止点(otc)而言的-30°至+30°的曲轴转角(kw)的曲轴转角范围。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，至少一个预点火火花(vz)与燃料喷射事件(ke)相关联，其中在所述燃料喷射事件(ke)之后的定义的延迟时长(tv)之后引发至少一个预点火火花(vz)，其中所述延迟时长(tv)优选在40°至10°的曲轴转角之间。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，在进气冲程(et)中，在所述点火上止点(otc)之前的340°至180°的曲轴转角(kw)的曲轴转角范围内实施至少一次燃料喷射事件(ke)。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，在压缩冲程(vt)中，在所述点火上止点(otc)之前的180°至30°的曲轴转角(kw)的曲轴转角范围内实施至少一次燃料喷射事件(ke)。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，在所述点火上止点(otc)之前的140°至120°的曲轴转角(kw)的曲轴转角范围内引发第一预点火火花(vz)。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述点火上止点(otc)之前的100°至80°的曲轴转角(kw)的曲轴转角范围内引发第二预点火火花。

9.一种火花点火式四冲程内燃机，其具有：至少一个主燃烧室(5)，至少一个用于直接燃料喷射的燃料喷射装置(11)与所述主燃烧室连通；点火单元(6)，所述点火单元具有与所述主燃烧室(5)通流连接的被动预燃室(7)，点火装置与(8)所述预燃室连通，所述火花点火式四冲程内燃机特别是用于实施根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，所述点火单元(6)具有与所述预燃室(7)通流连接和/或集成在所述预燃室中的自由基存储体积(10)。

10.根据权利要求9所述的内燃机，其特征在于，所述点火单元(6)与高压点火电路连接，所述高压点火电路适于在每个工作循环中产生多个点火火花(vz，hz)。

11.根据权利要求9或10所述的内燃机，其特征在于，至少两个燃料喷射装置(11)与所述主燃烧室(5)连通，其中所述燃料喷射装置(11)可以以不同的喷射参数和/或相互独立地工作。

12.根据权利要求9至11中任一项所述的内燃机，其特征在于，所述预燃室(7)通过多个(优选四至十二个)溢流通道(9)与所述主燃烧室(5)流体连接。

13.根据权利要求12所述的内燃机，其特征在于，所述溢流通道(9)分别具有一个直径为0.4mm至3.0mm的圆形横截面，或相当于所述圆形横截面的横截面面积的等效横截面。

14.根据权利要求9至13中任一项所述的内燃机，其特征在于，所述自由基存储体积(10)比所述点火装置(8)的电极(8a，8b)到所述溢流通道(9)的距离更远。

15.根据权利要求9至14中任一项所述的内燃机，其特征在于，所述自由基存储体积(10)通过至少一个，优选二至八个连接通道(12)与所述预燃室(7)通流连接。

16.根据权利要求15所述的内燃机，其特征在于，所述连接通道(12)分别具有一个直径为0.4mm至3.0mm的圆形横截面，或相当于所述圆形横截面的横截面面积的等效横截面。

17.根据权利要求1至16中任一项所述的内燃机，其特征在于，所述自由基存储体积(10)为所述预燃室(7)的体积的10％至75％，优选20％至40％。

技术总结
一种操作火花点火式四冲程内燃机的方法，其中在至少一个工作循环的工作冲程期间，通过至少一次燃料喷射事件将燃料直喷进主燃烧室，在燃料/空气混合物燃烧之前，通过至少一个预点火火花在预燃室中形成自由基，通过至少一个主点火火花在预燃室中点燃混合物。为了内燃机稳定运行，在压缩冲程期间，通过将主燃烧室中的混合物引入来压缩构建为被动预燃室的预燃室中的残余气体，减小预燃室内的空气比，在预点火火花时间窗口期间，在被动预燃室中引发至少一个预点火火花，在预燃室内部产生自由基，含有自由基的气体部分量从预燃室移入与其通流连接的自由基存储体积，通过在主点火火花时间窗口内引发主点火火花来开始在预燃室中燃烧含有自由基的混合物。

技术研发人员：N·A·D·内托,M·塞蒂克,P·卡布斯,A·费哈普特
受保护的技术使用者：AVL李斯特有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31