[发明专利]用于压缩点火燃烧的内燃机和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种按权利要求1前序部分的内燃机、尤其是汽油机，该内燃机至少在一定的运行条件下能在压缩点火燃烧模式中运行；以及涉及一种按权利要求9前序部分的用于控制相应构成的内燃机的方法。

背景技术

现在在部分负荷时同时在保持极低的有害物质排放的情况下致力于降低油耗。无节流的汽油机的分层燃烧方法在此在降低油耗方面展示很大潜能。在此在分层燃烧方法或稀薄混合物运行时，在点火时间点前不久才将燃料喷入到气缸内，以便在点火时间点尽管非常少量喷入的燃料仍在火花塞周围形成可点燃的可燃混合物。借助于火花塞产生的火焰前锋从那里扩展到整个燃烧室。因此转化速度取决于火焰速度。然而这种分层稀薄混合物的方案的问题在于，为了降低氮氧化物，耗费的废气后处理装置是必需的。

通过所谓的压缩点火燃烧方法-也称为HCCI燃烧方法(均质压燃)-能避开上述问题，该方法能在内燃机的一定的运行条件下使用。在HCCI燃烧方法中在内燃机的压缩点火燃烧模式时，点火不是如传统方法那样点状地在火花塞上实现，而是在整个燃烧室内几乎同时通过可燃混合物的自燃实现，因为气缸充气在压缩过程或流程(Prozessablauf)中达到自燃条件并且自燃。因此燃烧不是通过点状的外界点火源启动，而是仅仅由燃烧室内的点火条件确定。为此必需的点火条件例如通过热残余气体的回流、通过预热进气或通过提高压缩比确保。这种燃烧方法一方面具有高的油耗潜能，并且另一方面在大的运行范围内显著降低NOx的未处理排放，使得在没有耗费的废气后处理装置的情况下稀薄混合物运行也成为可能。

然而通过如下方式产生上述燃烧方法的问题，即与外界点火的以点火时间点作为主导控制参数的燃烧相比不能借助于可单一应用的参数控制在压缩点火燃烧模式时的燃烧。由于在借助于传统的火花塞点燃可燃混合物时相对慢地扩展的燃烧前锋，只能在边上影响借助于这种点火系统的HCCI燃烧方法的过程，也就是说这种点火系统不适用于在该燃烧方法的整个运行范围中用于燃烧过程控制。

由US6986342B2已经已知一种用于控制压缩点火燃烧模式的装置和方法，其中借助于电晕放电装置能电离可燃混合物，该电晕放电装置能设置在气缸的进气道内或者能设置在气缸的燃烧室内。通过电离度能影响燃烧时间点。此外公开触发单元，该触发单元使触发自燃成为可能。

发明内容

本发明的目的是，给出一种内燃机和一种相应的方法，其中能实现在压缩点火燃烧模式中受控制的且快速的点火。

所述目的通过按权利要求1的内燃机以及按权利要求9的方法解决。有利的进一步拓展在从属权利要求中阐明。

本发明以内燃机、尤其是也许带有增压装置的直喷式(汽油)内燃机为出发点，该内燃机至少在一定的运行条件下能在压缩点火燃烧模式中运行。如开头已经描述过的，在此存在于燃烧室内或在燃烧室内形成的可燃混合物通过压缩以及进行的化学过程达到自燃条件，以便同时或者典型地按快速的时间顺序在整个燃烧室内发生化学转化。

为了在压缩点火燃烧模式之外能主动点燃可燃混合物，在汽油机中必须设有点火系统，该点火系统取决于希望的点火时间点触发可燃混合物的转化。按现有技术，为此使用传统的火花塞，所述火花塞产生点火火花，该点火火花在火花的直接邻近处点燃可燃混合物。取决于火焰前锋扩展速度，逐渐点燃整个燃烧室内的可燃混合物。

本发明以下述认识为基础，除了传统的火花塞点火系统外已经已知所谓的电晕放电点火系统。在电晕放电点火系统中例如通过泰斯拉线圈在燃烧室内的电极尖端上产生与强烈不均匀的电场分布相关联的非常高的电压，该泰斯拉线圈通过高频交流电进入共振。因此局部电场足够高，以便在燃烧室内产生不完全的火花击穿即电晕，在该电晕内电子从原子主体或分子主体内脱出或冲出。因此产生从高频/高压电极直到接地极的不完全的导电的离子通道。根据激励频率，只是略微加热产生的所谓不热的电晕放电等离子体。形成自由基，通过自由基在燃烧室内进行化学链式反应。

为了在至少在一定的运行条件下能在压缩点火燃烧模式中运行的内燃机中在压缩点火燃烧方式中实现控制的点火而建议，电晕放电点火系统用作为用于在达到自燃条件之前触发或激活自燃的触发单元。通过产生的电晕放电在时间上有针对性地启动空间自燃，即沿着电晕线形成自由基，由此局部提高可燃混合物的反应性。由此沿着电晕线启动非常快速的燃烧，并且从而触发在燃烧室的其余区域内的自燃(例如通过压力导致的温度升高和自由基链式爆炸)。