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DE102017211226B4 - Method for operating an internal combustion engine and internal combustion engine - Google Patents

Method for operating an internal combustion engine and internal combustion engine Download PDF

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DE102017211226B4
DE102017211226B4 DE102017211226.3A DE102017211226A DE102017211226B4 DE 102017211226 B4 DE102017211226 B4 DE 102017211226B4 DE 102017211226 A DE102017211226 A DE 102017211226A DE 102017211226 B4 DE102017211226 B4 DE 102017211226B4
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Germany
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combustion
cycle
fuel
mixture
internal combustion
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German (de)
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Wolfgang FIMML
Manuel Boog
Jan Boyde
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Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1), wobei
- in einer Mehrstoffbetriebsart der Brennkraftmaschine (1)
- in einem ersten Verbrennungstakt ein erstes Gemisch aus Verbrennungsluft und einem ersten, gasförmigen Brennstoff in einem Brennraum (3) der Brennkraftmaschine (1) zu Verbrennungsgas umgesetzt wird, wobei
- das Verbrennungsgas zumindest teilweise in dem Brennraum (3) gehalten wird, wobei
- in einem zweiten Verbrennungstakt ein zweites Gemisch aus dem Verbrennungsgas und einem zweiten, von dem ersten Brennstoff verschiedenen Brennstoff zu Abgas umgesetzt wird, und wobei
- in dem ersten Verbrennungstakt eine homogene oder teilhomogene Verbrennung durchgeführt wird, und in dem zweiten Verbrennungstakt eine inhomogene oder geschichtete Verbrennung durchgeführt wird.

Figure DE102017211226B4_0000
Method for operating an internal combustion engine (1), wherein
in a multi-fuel mode of the internal combustion engine (1)
- In a first combustion cycle, a first mixture of combustion air and a first, gaseous fuel in a combustion chamber (3) of the internal combustion engine (1) is converted into combustion gas, wherein
- The combustion gas is at least partially held in the combustion chamber (3), wherein
- In a second combustion cycle, a second mixture of the combustion gas and a second, different from the first fuel fuel is converted to exhaust gas, and wherein
in the first combustion cycle a homogeneous or partially homogeneous combustion is carried out, and in the second combustion cycle an inhomogeneous or stratified combustion is carried out.
Figure DE102017211226B4_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine sowie eine Brennkraftmaschine.The invention relates to a method for operating an internal combustion engine and an internal combustion engine.

Bei Brennkraftmaschinen, die mit einem Brenngas betrieben werden, besteht das Problem, dass am Ende eines Verbrennungsereignisses unverbranntes Brenngas beispielsweise in Feuerstegbereichen, Spalten oder dergleichen in Brennräumen der Brennkraftmaschine verbleibt. Dies liegt insbesondere an Flammlöscheffekten, die an Brennraumwandungen auftreten können. Während der Expansion bei abnehmendem Druck im Laufe der Verbrennung tritt dieses unverbrannte Brenngas aus den Spalten aus und gelangt beim Ausschieben in einen Abgaspfad der Brennkraftmaschine. Dies erhöht in unerwünschter Weise die Kohlenwasserstoffemissionen derselben. Besonders problematisch ist dies bei der Verwendung methanhaltiger Brenngase, weil Methan eine hohe Klimarelevanz hat. Weiterhin sind in diesem Fall auch Formaldehydemissionen problematisch.In internal combustion engines, which are operated with a fuel gas, there is the problem that at the end of a combustion event unburned fuel gas remains, for example in Feuerstegbereichen, columns or the like in combustion chambers of the internal combustion engine. This is due in particular to flame-extinguishing effects that can occur on combustion chamber walls. During expansion with decreasing pressure in the course of combustion, this unburned fuel gas exits the gaps and when pushed out into an exhaust path of the internal combustion engine. This undesirably increases the hydrocarbon emissions thereof. This is particularly problematic when using methane-containing fuel gases, because methane has a high climate relevance. Furthermore, in this case, formaldehyde emissions are problematic.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2015 223 351 A1 geht ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine hervor, wobei eine Brenngasströmung und eine Verbrennungsluftströmung in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine erzeugt werden, wobei die Brenngasströmung in einem in radialer Richtung gesehen inneren Bereich des Brennraums konzentriert wird, wobei die Brenngasströmung von der Verbrennungsluftströmung umgriffen wird. Dadurch wird insbesondere ein Quenching einer Verbrennung in kälteren Bereichen des Brennraums vermieden und das Brenngas möglichst vollständig entflammt und verbrannt, sodass Kohlenwasserstoffemissionen, insbesondere ein Methanschlupf, deutlich reduziert werden können.From the German patent application DE 10 2015 223 351 A1 A method for operating an internal combustion engine, wherein a fuel gas flow and a combustion air flow are generated in a combustion chamber of an internal combustion engine, wherein the fuel gas flow is concentrated in a radially inner portion of the combustion chamber, wherein the fuel gas flow is encompassed by the combustion air flow. As a result, in particular a quenching of combustion in colder areas of the combustion chamber is avoided and the fuel gas is completely ignited and burnt so that hydrocarbon emissions, in particular a methane slip, can be significantly reduced.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 33 17 128 A1 geht eine Brennkraftmaschine hervor, die in einem Sechstakt-Betrieb arbeitet. Dabei schließt sich an einen Expansionshub eines normalen Viertakters ein Kompressionshub zum Verdichten der Verbrennungsprodukte an, dem ein Krafthub durch Expansion der verdichteten Verbrennungsprodukte folgt.From the German patent application DE 33 17 128 A1 goes out an internal combustion engine, which operates in a six-stroke operation. This is followed by an expansion stroke of a normal four-stroke compressor to compress the combustion products, followed by a power stroke by expansion of the compressed combustion products.

Auch aus der US-amerikanischen Patentanmeldung US 2014/0 158 087 A1 geht eine Brennkraftmaschine hervor, die in einem Sechstakt-Betrieb arbeitet.Also from the US patent application US 2014/0 158 087 A1 goes out an internal combustion engine, which operates in a six-stroke operation.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine sowie eine Brennkraftmaschine zu schaffen, wobei die genannten Nachteile nicht auftreten.The invention has for its object to provide a method for operating an internal combustion engine and an internal combustion engine, said disadvantages do not occur.

Die Aufgabe wird gelöst, indem die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche geschaffen werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.The object is achieved by providing the subject matters of the independent claims. Advantageous embodiments emerge from the subclaims.

Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine geschaffen wird, bei dem in einer Mehrstoffbetriebsart der Brennkraftmaschine in einem ersten Verbrennungstakt ein erstes Gemisch aus Verbrennungsluft und einem ersten, gasförmigen Brennstoff in einem Brennraum der Brennkraftmaschine zu einem Verbrennungsgas umgesetzt wird, wobei das Verbrennungsgas zumindest teilweise oder vollständig in dem Brennraum gehalten wird, und wobei in einem zweiten Verbrennungstakt ein zweites Gemisch aus dem Verbrennungsgas und einem zweiten, von dem ersten Brennstoff verschiedenen Brennstoff - in demselben Brennraum - zu Abgas umgesetzt wird. Somit ist es möglich, Anteile des ersten, gasförmigen Brennstoffs, die in dem ersten Verbrennungstakt nicht verbrannt wurden, in dem zweiten Verbrennungstakt zusammen mit dem zweiten Brennstoff zu verbrennen. Auf diese Weise kann eine Emission von Anteilen des ersten Brennstoffs vermindert, vorzugsweise vermieden werden, wodurch die Kohlenwasserstoffemissionen der Brennkraftmaschine gesenkt werden können. Erfindungsgemäß wird in dem ersten Verbrennungstakt eine homogene oder teilhomogene Verbrennung durchgeführt, und in dem zweiten Verbrennungstakt wird eine inhomogene oder geschichtete Verbrennung durchgeführt.The object is achieved in particular by providing a method for operating an internal combustion engine in which a first mixture of combustion air and a first, gaseous fuel in a combustion chamber of the internal combustion engine is converted into a combustion gas in a multi-fuel mode of the internal combustion engine in a first combustion cycle, wherein the combustion gas is at least partially or completely held in the combustion chamber, and wherein in a second combustion cycle, a second mixture of the combustion gas and a second, different from the first fuel fuel - is converted into exhaust gas in the same combustion chamber. Thus, it is possible to combust portions of the first gaseous fuel which were not burned in the first combustion stroke in the second combustion stroke together with the second fuel. In this way, an emission of portions of the first fuel can be reduced, preferably avoided, whereby the hydrocarbon emissions of the internal combustion engine can be reduced. According to the invention, a homogeneous or partially homogeneous combustion is carried out in the first combustion cycle, and in the second combustion cycle an inhomogeneous or stratified combustion is carried out.

Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise als Hubkolbenmotor ausgebildet. Der erste Verbrennungstakt und der zweite Verbrennungstakt sind vorzugsweise einem selben, gemeinsamen Arbeitszyklus der Brennkraftmaschine zugeordnet und nur durch einen Kompressionstakt - der vorzugsweise bei geschlossenen Ventilen des Brennraums durchgeführt wird - voneinander getrennt. Auf diese Weise wird verhindert, dass das noch Bestandteile des unverbrannten, ersten Brennstoffs aufweisende Verbrennungsgas aus dem Brennraum heraus und in der Folge in die Umwelt gelangt.The internal combustion engine is preferably designed as a reciprocating engine. The first combustion cycle and the second combustion cycle are preferably associated with a same, common operating cycle of the internal combustion engine and separated only by a compression stroke - which is preferably carried out with closed valves of the combustion chamber. In this way, the still unburned, the first fuel combustion gas is prevented from getting out of the combustion chamber and in the sequence in the environment.

Die Brennkraftmaschine weist bevorzugt eine Mehrzahl von Brennräumen auf, insbesondere vier, sechs, acht, zehn, zwölf, sechzehn, achtzehn oder zwanzig Brennräume. Auch andere oder größere oder kleinere Anzahlen von Brennräumen sind möglich.The internal combustion engine preferably has a plurality of combustion chambers, in particular four, six, eight, ten, twelve, sixteen, eighteen or twenty combustion chambers. Other or larger or smaller numbers of combustion chambers are possible.

Mit dem Begriff „Verbrennungsgas“ wird hier ein Produktgas des ersten Verbrennungstakts bezeichnet, das insbesondere ein Gasgemisch ist, welches sich aus den Verbrennungsprodukten aus der Verbrennungsluft und dem ersten, gasförmigen Brennstoff, sowie unverbranntem ersten, gasförmigen Brennstoff und nicht umgesetzter Verbrennungsluft zusammensetzt. Mit dem Begriff „Abgas“ wird ein Produktgas des zweiten Verbrennungstakts bezeichnet, welches insbesondere ein Gasgemisch aus den Verbrennungsprodukten der Verbrennung des Verbrennungsgases und des zweiten Brennstoffs ist. Das Verbrennungsgas kann Anteile von während der Verbrennung nicht umgesetzter Verbrennungsluft, insbesondere Sauerstoff und/oder Stickstoff, umfassen. Ebenfalls können Anteile unverbrauchter Verbrennungsluft in dem Abgas enthalten sein.The term "combustion gas" here refers to a product gas of the first combustion cycle, which is in particular a gas mixture, which consists of the combustion products of the combustion air and the first, gaseous fuel, and unburned first, gaseous fuel and unreacted Combustion air is composed. The term "exhaust gas" refers to a product gas of the second combustion cycle, which is in particular a gas mixture of the combustion products of the combustion of the combustion gas and the second fuel. The combustion gas may comprise portions of combustion air not converted during combustion, in particular oxygen and / or nitrogen. Also, portions of unconsumed combustion air may be contained in the exhaust gas.

Als erster, gasförmiger Brennstoff wird insbesondere ein Brenngas, besonders bevorzugt ein methanhaltiges Brenngas verwendet. Bei dem ersten Brennstoff kann es sich bevorzugt um Erdgas, verflüssigtes Erdgas (Liquefied Natural Gas - LNG), komprimiertes Erdgas (Compressed Natural Gas - CNG), oder ein anderes Brenngas, oder Gemische davon, handeln. Die Vorteile des hier vorgeschlagenen Verfahrens verwirklichen sich in besonderer Weise bei der Verwendung eines methanhaltigen Brenngases als erstem Brennstoff.As the first, gaseous fuel in particular a fuel gas, particularly preferably a methane-containing fuel gas is used. The first fuel may preferably be natural gas, liquefied natural gas (LNG), compressed natural gas (CNG), or other fuel gas, or mixtures thereof. The advantages of the method proposed here are realized in a special way when using a methane-containing fuel gas as the first fuel.

Der zweite, von dem ersten Brennstoff verschiedene Brennstoff ist vorzugsweise ein unter Normalbedingungen, das heißt insbesondere bei 1013 mbar und 25 °C, flüssiger Brennstoff. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass ein solcher Brennstoff bei Expansion keine auch nur annähernd der Volumenzunahme eines Brenngases vergleichbare Volumenzunahme erfährt, sodass allein deswegen das Problem erhöhter Kohlenwasserstoff-Emissionen mit Blick auf den zweiten Brennstoff in deutlich geringerem Maß - wenn überhaupt - besteht, wie mit Blick auf den ersten, gasförmigen Brennstoff. Die Kohlenwasserstoffemissionen der Brennkraftmaschine werden daher im Rahmen des hier vorgeschlagenen Verfahrens effektiv gesenkt, selbst wenn gegebenenfalls Anteile an unverbranntem zweiten Brennstoff nach dem zweiten Verbrennungstakt verbleiben.The second fuel other than the first fuel is preferably a liquid fuel under normal conditions, that is, especially at 1013 mbar and 25 ° C. This has the particular advantage that such a fuel undergoes no volume increase comparable to the increase in volume of a fuel gas during expansion, so that the problem of increased hydrocarbon emissions with regard to the second fuel is much less - if at all - such as looking at the first, gaseous fuel. The hydrocarbon emissions of the internal combustion engine are therefore effectively reduced in the context of the method proposed here, even if optionally remain shares of unburned second fuel after the second combustion cycle.

Das Abgas wird insbesondere aus dem Brennraum ausgebracht. Insbesondere wird das Abgas bevorzugt über einen hierfür vorgesehenen Abgaspfad in eine Umgebung der Brennkraftmaschine geleitet, wobei in dem Abgaspfad in für sich genommen bekannter Weise Einrichtungen zur Abgasnachbehandlung und insbesondere Abgasreinigung vorgesehen sein können, beispielsweise Partikelfilter, Katalysatoren und/oder dergleichen.The exhaust gas is in particular discharged from the combustion chamber. In particular, the exhaust gas is preferably passed through an exhaust path provided for this purpose in an environment of the internal combustion engine, wherein in the exhaust path in per se known manner means for exhaust aftertreatment and in particular exhaust gas purification can be provided, for example, particle filters, catalysts and / or the like.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass als zweiter Brennstoff ein Zündöl verwendet wird. Der zweite Brennstoff kann dann zugleich verwendet werden, um die Verbrennung in dem zweiten Verbrennungstakt zu zünden. Besonders bevorzugt wird als zweiter Brennstoff Diesel, Dimethylether oder Polyoxymethylendimethylether (OME) verwendet.According to one embodiment of the invention, it is provided that an ignition oil is used as the second fuel. The second fuel may then be used at the same time to ignite the combustion in the second combustion stroke. It is particularly preferable to use diesel, dimethyl ether or polyoxymethylene dimethyl ether (OME) as the second fuel.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das erste Gemisch in dem ersten Verbrennungstakt durch eine Zugabe einer Zündmenge des zweiten Brennstoffs in den Brennraum gezündet wird. Unter einer Zündmenge wird dabei eine Menge des zweiten Brennstoffs verstanden, die so bemessen ist, dass sie eine Zündung des ersten Gemischs in dem Brennraum bewirkt, wobei sie jedoch höchstens in vernachlässigbarem Umfang zum gesamten energetischen Umsatz in dem Brennraum beiträgt. Der Anteil der in den Brennraum über die Zündmenge des zweiten Brennstoffs eingebrachten Energie ist also in dem ersten Verbrennungstakt im Vergleich zu dem Anteil an in Form des ersten, gasförmigen Brennstoffs in den Brennraum eingebrachter Energie vernachlässigbar. Eine solche Zündung mithilfe einer Zündmenge des zweiten Brennstoffs wird auch als Zündstrahlzündung bezeichnet. Wird das erste Gemisch durch Zugabe der Zündmenge des zweiten Brennstoffs gezündet, bedarf es in dem Brennraum keiner zusätzlichen Zündeinrichtung. Insbesondere auf eine Zündkerze oder dergleichen kann somit in vorteilhafter Weise verzichtet werden, sodass die Brennkraftmaschine weniger Bauteile aufweist, wobei sie kostengünstiger und wartungsärmer ausgebildet ist.According to a development of the invention, it is provided that the first mixture in the first combustion cycle is ignited by an addition of an ignition quantity of the second fuel into the combustion chamber. In this case, an ignition quantity is understood as meaning an amount of the second fuel which is dimensioned such that it causes an ignition of the first mixture in the combustion chamber, but contributes at most to a negligible extent to the overall energy conversion in the combustion chamber. The proportion of energy introduced into the combustion chamber via the ignition quantity of the second fuel is thus negligible in the first combustion cycle in comparison with the proportion of energy introduced into the combustion chamber in the form of the first, gaseous fuel. Such ignition by means of an ignition amount of the second fuel is also referred to as ignition spark ignition. If the first mixture is ignited by adding the ignition quantity of the second fuel, no additional ignition device is required in the combustion chamber. In particular, a spark plug or the like can thus be dispensed with in an advantageous manner, so that the internal combustion engine has fewer components, being less expensive and less maintenance.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Brennkraftmaschine mit einem Arbeitszyklus betrieben wird, der sechs Takte umfasst, wobei ein erster Takt eine Kompression des ersten Gemischs umfasst, wobei ein zweiter Takt, der sich an den ersten Takt anschließt, der erste Verbrennungstakt ist, wobei ein dritter Takt, der sich an den zweiten Takt anschließt, eine Kompression des aus dem ersten Verbrennungstakt resultierenden Verbrennungsgases umfasst, wobei ein vierter Takt, der sich an den dritten Takt anschließt, der zweite Verbrennungstakt ist, wobei ein fünfter Takt, der sich an den vierten Takt anschließt, das Ausbringen des in dem vierten Takt gebildeten Abgases aus dem Brennraum umfasst, und wobei ein sechster Takt, der sich an den fünften Takt anschließt, das Einbringen des ersten Gemischs in den Brennraum umfasst. An den sechsten Takt schließt sich dann wiederum der erste Takt an, sodass die Brennkraftmaschine zyklisch mit einer Abfolge aufeinanderfolgender Arbeitszyklen, die jeweils die hier beschriebenen sechs Takte umfassen, betrieben wird. Zusätzlich zu der Umsetzung der unverbrannten Anteile des ersten Brennstoffs in dem zweiten Verbrennungstakt, was wiederum zusätzlich zu der Senkung der Kohlenwasserstoff-Emissionen der Brennkraftmaschine auch deren Wirkungsgrad erhöht, da der erste Brennstoff vollständig oder zumindest nahezu vollständig genutzt wird, ergibt sich bei dem hier beschriebenen Arbeitszyklus von sechs Takten der Vorteil, dass dieser zwei Arbeitstakte auf insgesamt sechs Takte aufweist, was einem Anteil der Arbeitstakte am Arbeitszyklus von 1:3 entspricht. Dies ist vorteilhaft im Vergleich zu einem herkömmlichen Arbeitszyklus mit vier Takten, bei dem der Anteil des einzigen Arbeitstakts am gesamten Arbeitszyklus nur 1:4 beträgt. Der hier beschriebene Arbeitszyklus mit sechs Takten liegt somit zwischen dem herkömmlichen Viertaktbetrieb einer Brennkraftmaschine und einem Betrieb mit einem nur zwei Takte umfassenden Arbeitszyklus, bei dem der Anteil des Arbeitstakts am gesamten Arbeitszyklus 1:2 beträgt. Gegenüber einem Arbeitszyklus mit zwei Takten weist der hier vorgeschlagene Arbeitszyklus mit sechs Takten jedoch einen deutlich effizienteren Betrieb im Sinne einer verbesserten Nutzung des eingesetzten Brennstoffs und deutlich verringerten Kohlenwasserstoff-Emissionen auf.According to one embodiment of the invention, it is provided that the internal combustion engine is operated with a duty cycle comprising six cycles, wherein a first cycle comprises a compression of the first mixture, wherein a second cycle, which adjoins the first cycle, is the first combustion cycle wherein a third clock following the second clock comprises compression of the combustion gas resulting from the first combustion clock, a fourth clock following the third clock being the second combustion clock, a fifth clock being adjoining the fourth stroke, comprising discharging the exhaust gas formed in the fourth stroke from the combustion chamber, and wherein a sixth stroke following the fifth stroke comprises introducing the first mixture into the combustion chamber. The first cycle then in turn joins the sixth cycle, so that the internal combustion engine is operated cyclically with a succession of successive working cycles, each comprising the six cycles described here. In addition to the conversion of the unburned portions of the first fuel in the second combustion stroke, which in turn increases the efficiency of the combustion of the engine in addition to reducing the hydrocarbon emissions, since the first fuel is fully or at least almost fully utilized, then as described herein The advantage of the six-stroke cycle is that it has a total of six strokes, which corresponds to a 1: 3 work cycle share on the duty cycle. This is beneficial in the Compared to a conventional four-stroke cycle, where the ratio of the single cycle to the entire cycle is only 1: 4. The six-stroke duty cycle described here thus lies between the conventional four-stroke operation of an internal combustion engine and operation with a two-stroke cycle in which the fraction of the work cycle over the entire cycle is 1: 2. However, compared to a two stroke cycle, the six stroke cycle proposed herein has significantly more efficient operation in terms of improved utilization of the fuel employed and significantly reduced hydrocarbon emissions.

Der Vollständigkeit wegen wird darauf hingewiesen, dass die Zählung oder Zuordnung der einzelnen Takte auch in anderer als der beschriebenen Weise vorgenommen werden kann. Es muss also nicht zwingend der Takt, in welchem das erste Gemisch komprimiert wird, als erster Takt gezählt werden. Vielmehr kann die Zählung bei jedem beliebigen Takt des Arbeitszyklus begonnen werden. Eine besonders intuitive Zählweise kann beispielsweise vorgenommen werden, indem der Takt, in dem das erste Gemisch in den Brennraum eingebracht wird, als erster Takt bezeichnet wird.For the sake of completeness it is pointed out that the counting or assignment of the individual clocks can also be carried out in a manner other than that described. It does not necessarily have the clock in which the first mixture is compressed, counted as the first clock. Rather, the count can be started at any clock of the duty cycle. A particularly intuitive counting method can be carried out, for example, by designating the cycle in which the first mixture is introduced into the combustion chamber as the first cycle.

Das erste Gemisch wird in dem sechsten Takt vorzugsweise angesaugt. Es ist auch möglich, dass die Brennkraftmaschine wenigstens einen Verdichter aufweist, mit welchem Verbrennungsluft oder ein vorgemischtes Verbrennungsluft-Brennstoff-Gemisch aus der Verbrennungsluft und dem ersten Brennstoff, mithin das erste Gemisch, verdichtet wird. Insbesondere ist es also möglich, dass das erste Gemisch vorgemischt in den Brennraum eingebracht wird. Der erste Brennstoff kann insbesondere mittels einer Mehrpunkteinspritzung oder einer Einpunkteinspritzung in einen Ladepfad der Brennkraftmaschine eingebracht werden. Es ist auch eine Zumischung des ersten Brennstoffs stromaufwärts des Verdichters möglich, sodass die Brennkraftmaschine als gemischaufgeladene Brennkraftmaschine betrieben wird. Es ist aber auch eine Direkteindüsung des ersten Brennstoffs in den Brennraum möglich, wobei das erste Gemisch dann in dem Brennraum erzeugt wird, sodass über wenigstens ein dem Brennraum zugeordnetes Einlassventil nur Verbrennungsluft in den Brennraum eingebracht wird.The first mixture is preferably aspirated in the sixth cycle. It is also possible that the internal combustion engine has at least one compressor with which combustion air or a premixed combustion air-fuel mixture from the combustion air and the first fuel, thus the first mixture, is compressed. In particular, it is thus possible that the first mixture is premixed introduced into the combustion chamber. In particular, the first fuel can be introduced into a charging path of the internal combustion engine by means of multipoint injection or single-point injection. It is also an admixture of the first fuel upstream of the compressor possible, so that the internal combustion engine is operated as a mixture supercharged internal combustion engine. But it is also a direct injection of the first fuel into the combustion chamber possible, wherein the first mixture is then generated in the combustion chamber, so that only at least one of the combustion chamber associated intake valve combustion air is introduced into the combustion chamber.

Der zweite Brennstoff wird vorzugsweise mittels Direkteinspritzung in den Brennraum eingebracht. Somit kann insbesondere durch den für den zweiten Brennstoff gewählten Einspritzzeitpunkt zugleich ein Zündzeitpunkt festgelegt werden. Dies gilt insbesondere für den zweiten Verbrennungstakt, aber - bei Zündstrahlzündung - auch für den ersten Verbrennungstakt.The second fuel is preferably introduced by direct injection into the combustion chamber. Thus, in particular by the injection timing selected for the second fuel at the same time an ignition timing can be set. This is especially true for the second combustion cycle, but - in Zündstrahlzündung - also for the first combustion cycle.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in dem ersten Verbrennungstakt eine homogene oder teilhomogene Verbrennung des ersten Gemischs durchgeführt wird. Dieses kann insbesondere - wie bereits beschrieben - vorgemischt in den Brennraum eingebracht werden oder in diesem homogen oder zumindest teilhomogen erzeugt werden. Insbesondere ist die Verbrennung in dem ersten Verbrennungstakt als ottomotorische Verbrennung mit vorgemischter Flammenfront ausgestaltet.According to the invention, it is provided that a homogeneous or partially homogeneous combustion of the first mixture is carried out in the first combustion cycle. In particular, as already described, this can be introduced premixed into the combustion chamber or generated homogeneously or at least partially homogeneous in it. In particular, the combustion in the first combustion cycle is configured as a pre-mixed flame front Otto engine combustion.

Erfindungsgemäß ist weiter vorgesehen, dass in dem zweiten Verbrennungstakt eine inhomogene oder geschichtete Verbrennung durchgeführt wird. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung wird eine Verbrennung mit Diffusionsflamme durchgeführt. Die zweite Verbrennung in dem zweiten Verbrennungstakt wird insbesondere als dieselmotorische Verbrennung mit Diffusionsflamme durchgeführt.According to the invention, it is further provided that an inhomogeneous or stratified combustion is carried out in the second combustion cycle. According to a preferred embodiment, a combustion with diffusion flame is performed. The second combustion in the second combustion cycle is particularly performed as a diffusion engine diesel engine combustion.

Während in dem ersten Verbrennungstakt unverbrannter, erster Brennstoff insbesondere in Spalten des Brennraums verbleibt, verteilt sich dieser während der Expansion durch den fallenden Druck in dem Brennraum. In dem zweiten Verbrennungstakt erfolgt dann vorteilhaft eine Einbringung des zweiten Brennstoffs in die vorhandene Brennraumfüllung, die aus Verbrennungsluft, Verbrennungsprodukten aus der ersten Verbrennung, die auch als Restgas bezeichnet werden, und unverbranntem ersten Brennstoff besteht. Der unverbrannte erste Brennstoff wird dann während des zweiten Verbrennungstakts verbrannt, sodass er zum Energieumsatz beiträgt, wobei sein Energiegehalt als Arbeit genutzt werden kann. Zugleich wird die Restmenge des unverbrannten ersten Brennstoffs verbrannt, wobei der Brennraum quasi als Thermoreaktor für die Restmenge des ersten Brennstoffs wirkt.While in the first combustion cycle unburned, first fuel remains in particular in columns of the combustion chamber, this is distributed during the expansion by the falling pressure in the combustion chamber. In the second combustion cycle then advantageously takes place a contribution of the second fuel in the existing combustion chamber filling, which consists of combustion air, combustion products from the first combustion, which are also referred to as residual gas, and unburned first fuel. The unburned first fuel is then burned during the second combustion stroke so that it contributes to energy expenditure, and its energy content can be used as work. At the same time, the residual amount of unburned first fuel is burned, wherein the combustion chamber acts quasi as a thermal reactor for the residual amount of the first fuel.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass dem Brennraum zugeordnete Ventile zwischen dem zweiten Takt und dem dritten Takt sowie während des dritten Takts geschlossen gehalten werden. Zwischen dem ersten Verbrennungstakt und dem zweiten Verbrennungstakt findet also kein Gasaustausch zwischen dem Brennraum und dessen Umgebung statt, vielmehr wird das Verbrennungsgas vollständig in dem Brennraum gehalten und für den zweiten Verbrennungstakt, mithin den vierten Takt, genutzt. Insbesondere wird wenigstens ein dem Brennraum zugeordnetes Auslassventil geschlossen gehalten. Vorzugsweise werden alle dem Brennraum zugeordneten Auslassventile geschlossen gehalten. Zusätzlich wird bevorzugt wenigstens ein dem Brennraum zugeordnetes Einlassventil geschlossen gehalten. Vorzugsweise werden alle dem Brennraum zugeordneten Einlassventile geschlossen gehalten. Besonders bevorzugt werden überhaupt alle dem Brennraum zugeordneten Ventile zwischen dem zweiten Takt und dem dritten Takt sowie während des dritten Takts geschlossen gehalten. Insbesondere in diesem Fall wird das Verbrennungsgas vollständig in dem Brennraum gehalten.According to one embodiment of the invention, it is provided that the combustion chamber associated valves be kept closed between the second clock and the third clock and during the third clock. Between the first combustion cycle and the second combustion cycle therefore no gas exchange takes place between the combustion chamber and its surroundings, but the combustion gas is completely held in the combustion chamber and used for the second combustion cycle, thus the fourth cycle. In particular, at least one exhaust valve associated with the combustion chamber is kept closed. Preferably, all the exhaust valves associated with the combustion chamber are kept closed. In addition, at least one inlet valve assigned to the combustion chamber is preferably kept closed. Preferably, all intake valves associated with the combustion chamber are kept closed. Particularly preferably, all valves associated with the combustion chamber are kept closed between the second clock and the third clock as well as during the third clock. Especially in this case, the combustion gas is completely held in the combustion chamber.

Es ist aber auch möglich, dass zumindest ein dem Brennraum zugeordnetes Ventil, vorzugsweise wenigstens ein Auslassventil, in dem dritten Takt zeitweise, insbesondere zu Beginn des dritten Takts, geöffnet wird. Auf diese Weise können Druckspitzen im Brennraum abgebaut werden, wobei kaum eine relevante Kohlenwasserstoffemission aus dem Brennraum auftritt, da zum Zeitpunkt der Öffnung des Ventils in dessen Bereich zumindest nahezu kohlenwasserstoff- und insbesondere methanfreies Abgas angeordnet ist. Die Expansion der unverbrannten Kohlenwasserstoffe erfolgt nämlich hauptsächlich aus einem Ringspalt um einen Kolben herum, der zu Beginn des dritten Taktes in der Nähe seines unteren Totpunkts und damit von dem Ventil entfernt angeordnet ist. Das Ventil wird vorzugsweise zwischen einem dem unteren Totpunkt zu Beginn des dritten Taktes zugeordneten Kurbelwellenwinkel, der im Folgenden als Totpunkt-Kurbelwinkel bezeichnet wird, und 120 Grad Kurbelwellenwinkel (°KW) nach dem Totpunkt-Kurbelwinkel, bevorzugt zwischen dem Totpunkt-Kurbelwinkel und 90 °KW nach dem Totpunkt-Kurbelwinkel, bevorzugt zwischen dem Totpunkt-Kurbelwinkel und 60 °KW nach dem Totpunkt-Kurbelwinkel, bevorzugt zwischen dem Totpunkt-Kurbelwinkel und 30 °KW nach dem Totpunkt-Kurbelwinkel, bevorzugt zwischen dem Totpunkt-Kurbelwinkel und 15 °KW nach dem Totpunkt-Kurbelwinkel, geöffnet, vorzugsweise jeweils für den gesamten hier angegebenen Kurbelwellenwinkelbereich, oder nur zeitweise innerhalb dieses Bereichs. In diesen Fällen wird das Verbrennungsgas zumindest teilweise in dem Brennraum gehalten.However, it is also possible for at least one valve assigned to the combustion chamber, preferably at least one outlet valve, to be opened temporarily in the third cycle, in particular at the beginning of the third cycle. In this way, pressure peaks in the combustion chamber can be reduced, with hardly any relevant hydrocarbon emission from the combustion chamber occurs, since at the time of opening of the valve in its area at least almost hydrocarbon and especially methane-free exhaust gas is arranged. Namely, the expansion of the unburned hydrocarbons occurs mainly from an annular gap around a piston which is located at the beginning of the third stroke near its bottom dead center and thus away from the valve. The valve is preferably between a crankshaft angle associated with bottom dead center at the beginning of the third stroke, referred to below as the dead center crank angle, and crankshaft angle 120 ° (° CA) after the dead center crank angle, preferably between the dead center crank angle and 90 ° KW after the dead center crank angle, preferably between the dead center crank angle and 60 ° CA after the dead center crank angle, preferably between the dead center crank angle and 30 ° CA after the dead center crank angle, preferably between the dead center crank angle and 15 ° CA after the dead center crank angle, open, preferably for the entire crankshaft angle range given here, or only temporarily within this range. In these cases, the combustion gas is at least partially held in the combustion chamber.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass als erstes Gemisch in dem ersten Verbrennungstakt ein mageres Gemisch umgesetzt wird. Die Brennkraftmaschine arbeitet dann insbesondere als Magergasmotor, wodurch ihr Wirkungsgrad besonders hoch sein kann. Besonders bevorzugt wird das erste Gemisch mit einem Verbrennungsluft-Brennstoff-Verhältnis, das auch als Lambdawert bezeichnet wird, von mindestens zwei, vorzugsweise von zwei, erzeugt. Dadurch, dass in dem ersten Verbrennungstakt ein mageres Gemisch verbrannt wird, ist zugleich gewährleistet, dass auch für die Verbrennung in dem zweiten Verbrennungstakt noch ausreichend Verbrennungsluft in dem Brennraum vorliegt, obwohl bevorzugt kein Gasaustausch zwischen dem Brennraum und der Umwelt zwischen dem ersten Verbrennungstakt und dem zweiten Verbrennungstakt stattfindet.According to one embodiment of the invention, it is provided that a lean mixture is reacted as the first mixture in the first combustion cycle. The internal combustion engine then works in particular as a lean-burn gas engine, whereby its efficiency can be particularly high. Particularly preferably, the first mixture with a combustion air-fuel ratio, which is also referred to as lambda value, of at least two, preferably generated by two. The fact that a lean mixture is burned in the first combustion cycle, it is also ensured that even for the combustion in the second combustion cycle is still sufficient combustion air in the combustion chamber, although preferably no gas exchange between the combustion chamber and the environment between the first combustion cycle and the second combustion cycle takes place.

Die Verbrennung in dem zweiten Verbrennungstakt findet bevorzugt oberhalb einer Rußgrenze statt. Hierdurch wird die Brennraumleistung - insbesondere auch abhängig von dem Verbrennungsluft-Brennstoff-Verhältnis des ersten Gemischs - unter Umständen reduziert. Diese spezifische Leistungsreduktion ist allerdings nicht stark ausgeprägt, insbesondere da eine Mitteldruckabsenkung selbst auf 50 % in dem zweiten Verbrennungstakt durch den Magergasbetrieb in dem ersten Verbrennungstakt noch ausgeglichen wird.The combustion in the second combustion cycle preferably takes place above a soot boundary. As a result, the combustion chamber performance - in particular also depending on the combustion air-fuel ratio of the first mixture - may be reduced. However, this specific power reduction is not pronounced, especially since a mean pressure reduction is compensated even for 50% in the second combustion cycle by the lean gas operation in the first combustion cycle.

Dass die Verbrennung in dem zweiten Verbrennungstakt oberhalb der Rußgrenze stattfindet, bedeutet insbesondere, dass die Menge des in dem zweiten Verbrennungstakt in den Brennraum eingebrachten, zweiten Brennstoffs so bemessen wird, dass eine Rußbildung bei der zweiten Verbrennung vernachlässigbar ist, vorzugsweise verhindert wird.The fact that the combustion takes place in the second combustion cycle above the soot boundary means, in particular, that the amount of second fuel introduced into the combustion chamber in the second combustion cycle is such that soot formation in the second combustion is negligible, preferably prevented.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Brennkraftmaschine in einer Einstoffbetriebsart mit einem vier Takte umfassenden Arbeitszyklus betrieben wird, wobei in dem einzigen Verbrennungstakt der vier Takte ein drittes Gemisch aus Verbrennungsluft und nur dem zweiten Brennstoff, oder aus Verbrennungsluft und nur dem ersten Brennstoff, umgesetzt wird. Auf diese Weise kann die Brennkraftmaschine insbesondere auch dann, wenn die Versorgung mit einem der beiden Brennstoffe ausfällt, mit dem anderen der beiden Brennstoffe weiterbetrieben werden. Insbesondere wenn die Brenngasversorgung, mithin die Versorgung mit dem ersten Brennstoff, ausfällt, kann die Brennkraftmaschine mit dem vier Takte umfassenden Arbeitszyklus allein auf Basis des zweiten Brennstoffs, insbesondere im Dieselbetrieb, betrieben werden. Auch eine Versorgung allein mit dem ersten Brennstoff ist aber möglich, wobei es dann gegebenenfalls einer zusätzlichen Zündeinrichtung in dem Brennraum bedarf, um das Verbrennungsluft-Brennstoff-Gemisch, welches nur den ersten Brennstoff umfasst, zu zünden. Allerdings ist insbesondere bei großen Brennkraftmaschinen mit hohen Mitteldrücken auch eine Kompressionszündung des ersten, gasförmigen Brennstoffs durchaus möglich.According to one embodiment of the invention it is provided that the internal combustion engine is operated in a single-component mode with a four-stroke cycle, wherein in the single combustion cycle of the four strokes a third mixture of combustion air and only the second fuel, or combustion air and only the first fuel , is implemented. In this way, the internal combustion engine can continue to be operated with the other of the two fuels even if the supply of one of the two fuels fails. In particular, if the fuel gas supply, thus the supply of the first fuel fails, the internal combustion engine with the four-stroke cycle can be operated solely on the basis of the second fuel, in particular in diesel mode. Also, a supply only with the first fuel is possible, which then possibly requires an additional ignition device in the combustion chamber to ignite the combustion air-fuel mixture, which comprises only the first fuel. However, especially in large internal combustion engines with high mean pressures and compression ignition of the first, gaseous fuel is quite possible.

Die vier Takte des vier Takte umfassenden Arbeitszyklus sind in für sich genommen bekannter, herkömmlicher Weise ein Kompressionstakt, ein sich daran anschließender Verbrennungstakt oder Arbeitstakt, ein sich daran anschließender Ausschiebe- oder Ausbringtakt zum Ausstoßen von Abgas, und ein sich an diesen wiederum anschließender Ansaugtakt oder Einbringtakt zum Erzeugen des brennbaren Gemischs in dem Brennraum.The four bars of the four-stroke cycle are known per se in a conventional compression stroke, a subsequent combustion cycle or power stroke, an adjoining Ausschiebe- or Ausbringtakt to expel exhaust gas, and this in turn subsequent intake stroke or Einbringtakt for generating the combustible mixture in the combustion chamber.

Dass das dritte Gemisch nur den zweiten Brennstoff oder nur den ersten Brennstoff aufweist, bedeutet insbesondere, dass das dritte Gemisch frei ist von dem ersten Brennstoff, wenn es nur den zweiten Brennstoff aufweist, wobei es frei ist von dem zweiten Brennstoff, wenn es nur den ersten Brennstoff aufweist.Specifically, the fact that the third mixture has only the second fuel or only the first fuel means that the third mixture is free from the first fuel when it has only the second fuel while being free from the first fuel second fuel, if it has only the first fuel.

Alternativ ist es auch möglich, dass die Brennkraftmaschine in einer Einstoffbetriebsart mit einem sechs Takte umfassenden Arbeitszyklus betrieben wird, wobei jedoch in dem ersten Verbrennungstakt und in dem zweiten Verbrennungstakt der sechs Takte nur der zweite Brennstoff - und nicht der erste Brennstoff - oder nur der erste Brennstoff - und nicht der zweite Brennstoff - verbrannt wird. Insbesondere wenn in dem ersten Verbrennungstakt eine magere Verbrennung stattfindet, kann die verbleibende Verbrennungsluft für eine zweite Verbrennung in dem zweiten Verbrennungstakt genutzt werden, auch wenn nur ein Brennstoff eingesetzt wird.Alternatively, it is also possible for the engine to be operated in a single-fuel mode with a six-stroke duty cycle, but in the first combustion stroke and the second combustion stroke of the six strokes only the second fuel - not the first fuel - or only the first Fuel - and not the second fuel - is burned. In particular, if lean combustion occurs in the first combustion cycle, the remaining combustion air may be used for a second combustion in the second combustion cycle, even if only one fuel is used.

Mithilfe der hier beschriebenen Einstoffbetriebsarten der Brennkraftmaschine kann insbesondere ein Weiterbetrieb gewährleistet werden, auch wenn die Versorgung mit einem der Brennstoffe ausfällt. Somit kann insbesondere eine „limp home“-Funktion bereitgestellt werden. So kann beispielsweise ein mit einer entsprechenden Brennkraftmaschine betriebenes Schiff auch dann noch sicher in einen Hafen gebracht werden, wenn eine Versorgung mit einem der verwendeten Brennstoffe ausfällt.With the aid of the single-substance operating modes of the internal combustion engine described here, in particular further operation can be ensured, even if the supply of one of the fuels fails. Thus, in particular, a "limp home" function can be provided. Thus, for example, a ship operated with a corresponding internal combustion engine can still be safely brought to a port even if a supply of one of the fuels used fails.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist schließlich vorgesehen, dass zwischen der Mehrstoffbetriebsart und der Einstoffbetriebsart durch Ansteuerung eines dem Brennraum zugeordneten, variablen Ventiltriebs umgeschaltet wird. Dies betrifft insbesondere die Ansteuerung der Gaswechselventile des Brennraums, insbesondere der Auslassventile und Einlassventile. Mithilfe eines solchen variablen Ventiltriebs kann insbesondere zwischen einem sechs Takte umfassenden Arbeitszyklus und einem vier Takte umfassenden Arbeitszyklus umgeschaltet werden.According to one embodiment of the invention, it is finally provided that switching between the multi-fuel mode and the single-fuel operating mode by triggering a variable valve drive assigned to the combustion chamber. This relates in particular to the control of the gas exchange valves of the combustion chamber, in particular of the exhaust valves and intake valves. In particular, such a variable valve train can be used to switch between a six-stroke cycle and a four-cycle cycle.

Zum Umstellen zwischen der Mehrstoffbetriebsart und der Einstoffbetriebsart wird vorzugsweise außerdem eine Brennstoffzufuhr für den Brennraum der Brennkraftmaschine umgeschaltet, sodass einerseits dem Brennraum in der Mehrstoffbetriebsart der erste Brennstoff und der zweite Brennstoff zugeführt werden, wobei andererseits in der Einstoffbetriebsart dem Brennraum nur einer der beiden Brennstoffe zugeführt wird.For switching between the Mehrstoffbetriebsart and the Einstoffbetriebsart preferably also a fuel supply for the combustion chamber of the internal combustion engine is switched so that on the one hand the combustion chamber in the Mehrstoffbetriebsart the first fuel and the second fuel are supplied, on the other hand supplied in the single-fuel mode of the combustion chamber only one of the two fuels becomes.

Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Brennkraftmaschine geschaffen wird, die eingerichtet ist zur Durchführung einer Ausführungsform des zuvor beschriebenen Verfahrens. In Zusammenhang mit der Brennkraftmaschine verwirklichen sich dabei insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben wurden.The object is also achieved by providing an internal combustion engine which is set up for carrying out an embodiment of the method described above. In connection with the internal combustion engine, in particular the advantages that have already been described in connection with the method are realized.

Der Brennkraftmaschine ist vorzugsweise eine erste Brennstoffzufuhr für den ersten Brennstoff sowie eine zweite Brennstoffzufuhr für den zweiten Brennstoff zugeordnet. Weiter weist die Brennkraftmaschine bevorzugt einen variablen Ventiltrieb auf.The internal combustion engine is preferably associated with a first fuel supply for the first fuel and a second fuel supply for the second fuel. Furthermore, the internal combustion engine preferably has a variable valve drive.

Die Brennkraftmaschine weist vorzugsweise eine Steuereinrichtung auf, die eingerichtet ist, um die Brennkraftmaschine in der Mehrstoffbetriebsart und vorzugsweise auch in der Einstoffbetriebsart zu betreiben, insbesondere anzusteuern.The internal combustion engine preferably has a control device, which is set up to operate the internal combustion engine in the multi-fuel mode and preferably also in the single fuel mode, in particular to control it.

Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise als Hubkolbenmotor ausgebildet. Es ist möglich, dass die Brennkraftmaschine zum Antrieb eines Personenkraftwagens, eines Lastkraftwagens oder eines Nutzfahrzeugs eingerichtet ist. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel dient die Brennkraftmaschine dem Antrieb insbesondere schwerer Land- oder Wasserfahrzeuge, beispielsweise von Minenfahrzeugen, Zügen, wobei die Brennkraftmaschine in einer Lokomotive oder einem Triebwagen eingesetzt wird, oder von Schiffen. Auch ein Einsatz der Brennkraftmaschine zum Antrieb eines der Verteidigung dienenden Fahrzeugs, beispielsweise eines Panzers, ist möglich. Ein Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine wird vorzugsweise auch stationär, beispielsweise zur stationären Energieversorgung im Notstrombetrieb, Dauerlastbetrieb oder Spitzenlastbetrieb eingesetzt, wobei die Brennkraftmaschine in diesem Fall vorzugsweise einen Generator antreibt. Auch eine stationäre Anwendung der Brennkraftmaschine zum Antrieb von Hilfsaggregaten, beispielsweise von Feuerlöschpumpen auf Bohrinseln, ist möglich. Weiterhin ist eine Anwendung der Brennkraftmaschine im Bereich der Förderung fossiler Roh- und insbesondere Brennstoffe, beispielswiese Öl und/oder Gas, möglich. Auch eine Verwendung der Brennkraftmaschine im industriellen Bereich oder im Konstruktionsbereich, beispielsweise in einer Konstruktions- oder Baumaschine, zum Beispiel in einem Kran oder einem Bagger, ist möglich.The internal combustion engine is preferably designed as a reciprocating engine. It is possible that the internal combustion engine is arranged to drive a passenger car, a truck or a commercial vehicle. In a preferred embodiment, the internal combustion engine is used to drive in particular heavy land or water vehicles, such as mine vehicles, trains, the internal combustion engine is used in a locomotive or a railcar, or ships. It is also possible to use the internal combustion engine to drive a defense vehicle, for example a tank. An exemplary embodiment of the internal combustion engine is preferably also stationary, for example, used for stationary power supply in emergency operation, continuous load operation or peak load operation, the internal combustion engine in this case preferably drives a generator. A stationary application of the internal combustion engine for driving auxiliary equipment, such as fire pumps on oil rigs, is possible. Furthermore, an application of the internal combustion engine in the field of promoting fossil raw materials and in particular fuels, for example oil and / or gas, possible. It is also possible to use the internal combustion engine in the industrial sector or in the field of construction, for example in a construction or construction machine, for example in a crane or an excavator.

Bei dem hier beschriebenen Verfahren und der Brennkraftmaschine ist insbesondere vorteilhaft, dass in dem zweiten Verbrennungstakt hohe Temperaturen zur direkten Oxidation insbesondere von Methan bereitgestellt werden können, ohne dass es der Verwendung von Methanoxidationskatalysatoren oder zusätzlichen Thermoreaktoren bedarf. Weiterhin werden die in dem ersten Verbrennungstakt nicht verbrannten Kohlenwasserstoffe im zweiten Arbeitstakt genutzt, wobei deren chemische Energie in Arbeit umgewandelt wird, wobei der Anteil unverbrannter Kohlenwasserstoffe insbesondere bei Magergasmotoren 1 % bis 2 % der eingebrachten Brennstoffenergie betragen kann. Im Rahmen des Verfahrens entstehen geringe Stickoxidanteile im Abgas durch die sehr magere Verbrennung in dem ersten Verbrennungstakt sowie die geringe Stickoxidbildung im zweiten Verbrennungstakt aufgrund der inhärent sehr hohen Abgasrückführraten - das in dem Brennraum für den zweiten Verbrennungstakt verbleibende Verbrennungsgas der ersten Verbrennung enthält einen hohen Abgasanteil - wobei zugleich ein hoher Wasseranteil im Brennraum während der zweiten Verbrennung aus der ersten Verbrennung vorliegt. Die intrinsisch realisierten, hohen Abgasrückführraten für die zweite Verbrennung haben weiterhin zur Folge, dass es keiner externen Abgasrückführung bedarf.In the method and the internal combustion engine described here, it is particularly advantageous that in the second combustion cycle high temperatures can be provided for the direct oxidation, in particular of methane, without requiring the use of methane oxidation catalysts or additional thermoreactors. Furthermore, the hydrocarbons not combusted in the first combustion cycle are used in the second working cycle, their chemical energy being converted into work, the fraction of unburned hydrocarbons, in particular in the case of lean gas engines, being 1% to 2% of the introduced fuel energy. In the context of the process, small quantities of nitrogen oxide are formed in the exhaust gas due to the very lean combustion in the first combustion cycle and the low level of nitrogen oxide formation in the exhaust gas second combustion cycle due to the inherently very high exhaust gas recirculation rates - the remaining in the combustion chamber for the second combustion cycle combustion gas of the first combustion contains a high proportion of exhaust gas - at the same time there is a high water content in the combustion chamber during the second combustion from the first combustion. The intrinsically realized, high exhaust gas recirculation rates for the second combustion also have the consequence that there is no need for external exhaust gas recirculation.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Brennkraftmaschine sowie einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Betreiben der Brennkraftmaschine.The invention will be explained in more detail below with reference to the drawing. The single figure shows a schematic representation of an embodiment of an internal combustion engine and an embodiment of a method for operating the internal combustion engine.

Die einzige Fig. zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Brennkraftmaschine 1, die als Hubkolbenmotor ausgebildet ist, wobei die Brennkraftmaschine 1 einen Brennraum 3 aufweist, der einerseits von einer Zylinderwandung 5 und andererseits von einem Kolben 7 begrenzt ist, wobei das Volumen des Brennraums 3 in herkömmlicher Weise durch periodische Bewegung des Kolbens 7 in einem die Zylinderwandung 5 aufweisenden Zylinder 9 variierbar ist.The only Fig. Shows a schematic representation of an embodiment of an internal combustion engine 1 , which is designed as a reciprocating engine, wherein the internal combustion engine 1 a combustion chamber 3 on the one hand by a cylinder wall 5 and on the other hand from a piston 7 is limited, the volume of the combustion chamber 3 in a conventional manner by periodic movement of the piston 7 in one the cylinder wall 5 having cylinder 9 is variable.

Die Brennkraftmaschine 1 wird in einer Mehrstoffbetriebsart so betrieben, dass in einem ersten Verbrennungstakt ein erstes Gemisch aus Verbrennungsluft und einem ersten, gasförmigen Brennstoff, insbesondere einem bevorzugt methanhaltigen Brenngas, in dem Brennraum 3 zu Verbrennungsgas umgesetzt wird, wobei das Verbrennungsgas zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, in dem Brennraum 3 gehalten wird, wobei in einem zweiten Verbrennungstakt ein zweites Gemisch aus dem Verbrennungsgas und einem zweiten, von dem ersten Brennstoff verschiedenen, vorzugsweise flüssigen Brennstoff, zu Abgas umgesetzt wird. Das Abgas wird anschließend aus dem Brennraum 3 ausgebracht. Auf diese Weise können unverbrannte Anteile des ersten Brennstoffs aus dem ersten Verbrennungstakt in dem zweiten Verbrennungstakt umgesetzt werden, wobei deren Energieanteil in Arbeit gewandelt werden kann, und wobei die Kohlenwasserstoffemissionen der Brennkraftmaschine 1 in vorteilhafter Weise und zugleich auf einfache und kostengünstige Art reduziert werden.The internal combustion engine 1 is operated in a Mehrstoffbetriebsart so that in a first combustion cycle, a first mixture of combustion air and a first, gaseous fuel, in particular a preferably methane-containing fuel gas, in the combustion chamber 3 is converted to combustion gas, wherein the combustion gas at least partially, preferably completely, in the combustion chamber 3 is held, wherein in a second combustion cycle, a second mixture of the combustion gas and a second, different from the first fuel, preferably liquid fuel, is converted to exhaust gas. The exhaust gas is then removed from the combustion chamber 3 applied. In this way, unburned portions of the first fuel from the first combustion cycle in the second combustion cycle can be converted, wherein the proportion of energy can be converted into work, and wherein the hydrocarbon emissions of the internal combustion engine 1 be reduced in an advantageous manner and at the same time in a simple and cost-effective manner.

Als zweiter Brennstoff wird vorzugsweise ein Zündöl, insbesondere Diesel, Dimethylether oder Polyoxymethylendimethylether (OME), verwendet.The second fuel used is preferably an ignition oil, in particular diesel, dimethyl ether or polyoxymethylene dimethyl ether (OME).

Das erste Gemisch wird in dem ersten Verbrennungstakt bevorzugt durch eine Zugabe einer Zündmenge des zweiten Brennstoffs in den Brennraum 3 gezündet.The first mixture is preferred in the first combustion cycle by adding an ignition amount of the second fuel into the combustion chamber 3 ignited.

Bevorzugt wird in dem ersten Verbrennungstakt als erstes Gemisch ein mageres Gemisch, vorzugsweise mit einem Verbrennungsluft-Brennstoff-Verhältnis von mehr als 2 oder gleich 2, verbrannt.Preferably, in the first combustion cycle as a first mixture, a lean mixture, preferably with a combustion air-fuel ratio of more than 2 or equal to 2, burned.

In der Figur ist dargestellt, dass die Brennkraftmaschine 1 in der Mehrstoffbetriebsart in einem Arbeitszyklus betrieben wird, der sechs Takte umfasst, die hier von a) bis f) dargestellt sind.In the figure it is shown that the internal combustion engine 1 in the multi-fuel mode is operated in a duty cycle comprising six strokes, which are shown here from a) to f).

Dabei wird in einem ersten Takt - dargestellt bei a) - das vorzugsweise magere, erste Gemisch komprimiert. In einem bei b) dargestellten zweiten Takt wird das erste Gemisch - vorzugsweise durch Zugabe einer Zündmenge des zweiten Brennstoffs in den Brennraum 3 - gezündet und zu dem Verbrennungsgas umgesetzt. Aufgrund des fallenden Drucks im Brennraum 3 expandiert dabei der unverbrannte erste Brennstoff und verteilt sich in dem Brennraum 3.In this case, in a first cycle - shown at a) - the preferably lean, first mixture is compressed. In a second cycle shown at b), the first mixture is - preferably by adding an ignition amount of the second fuel in the combustion chamber 3 - ignited and converted to the combustion gas. Due to the falling pressure in the combustion chamber 3 The unburned first fuel expands and distributes itself in the combustion chamber 3 ,

In einem bei c) dargestellten dritten Takt erfolgt eine Kompression des in dem zweiten Takt gebildeten Verbrennungsgases, wobei der unverbrannte, erste Brennstoff nicht mehr in Spalten des Brennraums 3 gesammelt vorliegt, sondern vielmehr in dem Brennraum 3 verteilt.In a third cycle, shown at c), compression of the combustion gas formed in the second cycle takes place, the unburned, first fuel no longer being present in gaps of the combustion chamber 3 collected, but rather in the combustion chamber 3 distributed.

In einem bei d) dargestellten, vierten Takt erfolgt schließlich die Umsetzung des zweiten Gemischs aus dem Verbrennungsgas und dem zweiten Brennstoff zu Abgas, wobei bevorzugt eine Dieselverbrennung durchgeführt wird. Der zweite Brennstoff wird dabei insbesondere durch Direkteinspritzung in den Brennraum 3 eingebracht. In dem zweiten Verbrennungstakt wird zugleich der Energieinhalt des unverbrannten, ersten Brennstoffs genutzt und in Arbeit umgewandelt. Die Dieselverbrennung in dem vierten Takt findet vorzugsweise oberhalb einer Rußgrenze statt, sodass die Brennkraftmaschine 1 rußarm betrieben werden kann.Finally, in a fourth cycle represented at d), the conversion of the second mixture of the combustion gas and the second fuel to exhaust gas takes place, wherein preferably a diesel combustion is carried out. The second fuel is in particular by direct injection into the combustion chamber 3 brought in. In the second combustion cycle, the energy content of the unburned, first fuel is used at the same time and converted into work. The diesel combustion in the fourth cycle preferably takes place above a soot limit, so that the internal combustion engine 1 can be operated soot poor.

In einem bei e) dargestellten fünften Takt wird das in dem vierten Takt gebildete Abgas aus dem Brennraum 3 ausgeschoben.In a fifth cycle shown at e), the exhaust gas formed in the fourth cycle is removed from the combustion chamber 3 ejected.

In einem bei f) dargestellten sechsten Takt wird schließlich das erste Gemisch in den Brennraum 3 eingebracht, insbesondere vorgemischt angesaugt oder direkt in dem Brennraum 3 erzeugt.In a sixth cycle shown at f), finally, the first mixture in the combustion chamber 3 introduced, in particular sucked in premixed or directly in the combustion chamber 3 generated.

In dem ersten Verbrennungstakt erfolgt insbesondere eine homogene oder teilhomogene Verbrennung, besonders bevorzugt eine ottomotorische Verbrennung mit vorgemischter Flammenfront. In dem zweiten Verbrennungstakt erfolgt bevorzugt eine inhomogene oder geschichtete Verbrennung, insbesondere eine dieselmotorische Verbrennung mit Diffusionsflamme.In the first combustion cycle, in particular a homogeneous or partially homogeneous combustion takes place, particularly preferably an Otto engine combustion with premixed flame front. In the second combustion cycle, preference is given to inhomogeneous or stratified combustion, in particular a diesel engine combustion with a diffusion flame.

Dem Brennraum 3 zugeordnete Ventile, insbesondere Gaswechselventile, insbesondere Auslassventile und Einlassventile, werden zwischen dem zweiten Takt und dem dritten Takt sowie während des dritten Takts geschlossen gehalten. Somit findet insbesondere kein Gasaustausch zwischen dem Brennraum 3 und dessen Umgebung zwischen dem zweiten Takt, mithin der ersten Verbrennung, und dem vierten Takt, mithin der zweiten Verbrennung, statt. Allein der zweite Brennstoff wird für die Verbrennung in dem zweiten Verbrennungstakt, mithin dem vierten Takt, vorzugsweise mittels Direkteinspritzung, in den Brennraum eingebracht.The combustion chamber 3 associated valves, in particular gas exchange valves, in particular exhaust valves and intake valves are kept closed between the second clock and the third clock and during the third clock. Thus, in particular no gas exchange between the combustion chamber 3 and its environment between the second clock, thus the first combustion, and the fourth clock, thus the second combustion, instead. Only the second fuel is introduced into the combustion chamber for combustion in the second combustion cycle, thus the fourth cycle, preferably by direct injection.

Es ist aber auch möglich, dass zumindest ein dem Brennraum 3 zugeordnetes Ventil, vorzugsweise wenigstens ein Auslassventil, in dem dritten Takt zeitweise, insbesondere zu Beginn des dritten Takts, geöffnet wird.But it is also possible that at least one of the combustion chamber 3 associated valve, preferably at least one outlet valve, in the third clock temporarily, in particular at the beginning of the third clock, is opened.

Die Brennkraftmaschine 1 kann in einer Einstoffbetriebsart bevorzugt mit einem vier Takte umfassenden Arbeitszyklus betrieben werden, wobei in dem einzigen Verbrennungstakt der vier Takte ein drittes Gemisch aus Verbrennungsluft und nur dem zweiten Brennstoff, oder aus Verbrennungsluft und nur dem ersten Brennstoff umgesetzt wird. Alternativ ist es möglich, dass die Brennkraftmaschine in der Einstoffbetriebsart mit einem sechs Takte umfassenden Arbeitszyklus betrieben wird, wobei sowohl in dem ersten Verbrennungstakt als auch in dem zweiten Verbrennungstakt nur der zweite Brennstoff, oder nur der erste Brennstoff verbrannt wird. Auf diese Weise kann die Brennkraftmaschine 1 auch weiter betrieben werden, wenn eine Versorgung mit einem der beiden Brennstoffe ausfällt. Insbesondere kann so eine „limp home“-Funktion für die Brennkraftmaschine 1 bereitgestellt werden.The internal combustion engine 1 For example, in a single-component mode, it may be preferred to operate with a four-stroke duty cycle wherein in the single combustion stroke of the four strokes, a third mixture of combustion air and only the second fuel, or combustion air and only the first fuel, is reacted. Alternatively, it is possible that the internal combustion engine is operated in the single-fuel mode with a six-stroke duty cycle, wherein both the first combustion stroke and the second combustion stroke only the second fuel, or only the first fuel is burned. In this way, the internal combustion engine 1 continue to be operated if a supply of one of the two fuels fails. In particular, so can a "limp home" function for the internal combustion engine 1 to be provided.

Zwischen der Mehrstoffbetriebsart und der Einstoffbetriebsart wird bevorzugt durch Ansteuerung eines dem Brennraum 3 zugeordneten variablen Ventiltriebs umgeschaltet.Between the multi-fuel mode and the single-fuel mode is preferably by controlling a combustion chamber 3 switched associated variable valve train.

Mit dem hier vorgeschlagenen Verfahren sowie der Brennkraftmaschine 1 ist es möglich, auf wenig aufwändige, kostengünstige Weise nicht nur die Kohlenwasserstoffemissionen insbesondere der als Gasmotor ausgebildeten Brennkraftmaschine 1 zu senken, sondern auch den Energiegehalt eines gasförmigen Brennstoffs besser als in bekannten Gasmotoren auszunutzen und in Arbeit umzusetzen.With the method proposed here and the internal combustion engine 1 It is possible, in a low-cost, cost-effective manner, not only the hydrocarbon emissions, in particular of the designed as a gas engine internal combustion engine 1 but also exploit the energy content of a gaseous fuel better than in known gas engines and put into work.

Claims (10)

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1), wobei - in einer Mehrstoffbetriebsart der Brennkraftmaschine (1) - in einem ersten Verbrennungstakt ein erstes Gemisch aus Verbrennungsluft und einem ersten, gasförmigen Brennstoff in einem Brennraum (3) der Brennkraftmaschine (1) zu Verbrennungsgas umgesetzt wird, wobei - das Verbrennungsgas zumindest teilweise in dem Brennraum (3) gehalten wird, wobei - in einem zweiten Verbrennungstakt ein zweites Gemisch aus dem Verbrennungsgas und einem zweiten, von dem ersten Brennstoff verschiedenen Brennstoff zu Abgas umgesetzt wird, und wobei - in dem ersten Verbrennungstakt eine homogene oder teilhomogene Verbrennung durchgeführt wird, und in dem zweiten Verbrennungstakt eine inhomogene oder geschichtete Verbrennung durchgeführt wird.Method for operating an internal combustion engine (1), wherein in a multi-fuel mode of the internal combustion engine (1) - In a first combustion cycle, a first mixture of combustion air and a first, gaseous fuel in a combustion chamber (3) of the internal combustion engine (1) is converted into combustion gas, wherein - The combustion gas is at least partially held in the combustion chamber (3), wherein - In a second combustion cycle, a second mixture of the combustion gas and a second, different from the first fuel fuel is converted to exhaust gas, and wherein in the first combustion cycle a homogeneous or partially homogeneous combustion is carried out, and in the second combustion cycle an inhomogeneous or stratified combustion is carried out. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als zweiter Brennstoff ein Zündöl, insbesondere Diesel, Dimethylether oder Polyoxymethylendimethylether, verwendet wird.Method according to Claim 1 , characterized in that an ignition oil, in particular diesel, dimethyl ether or polyoxymethylene dimethyl ether, is used as the second fuel. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gemisch in dem ersten Verbrennungstakt durch eine Zugabe einer Zündmenge des zweiten Brennstoffs in den Brennraum (3) gezündet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the first mixture is ignited in the first combustion cycle by an addition of an ignition amount of the second fuel into the combustion chamber (3). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (1) mit einem sechs Takte umfassenden Arbeitszyklus betrieben wird, wobei: - ein erster Takt eine Kompression des ersten Gemischs umfasst; - ein zweiter Takt der erste Verbrennungstakt ist; - ein dritter Takt eine Kompression des Verbrennungsgases aus dem zweiten Takt umfasst; - ein vierter Takt der zweite Verbrennungstakt ist; - ein fünfter Takt das Ausbringen des in dem vierten Takt gebildeten Abgases aus dem Brennraum (3) umfasst, und wobei - ein sechster Takt das Einbringen des ersten Gemischs in den Brennraum (3) umfasst.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the internal combustion engine (1) is operated with a six-stroke duty cycle, wherein: - a first clock comprises a compression of the first mixture; a second cycle is the first combustion cycle; a third clock comprises a compression of the combustion gas from the second clock; a fourth stroke is the second combustion stroke; - A fifth cycle comprises the discharge of the exhaust gas formed in the fourth cycle from the combustion chamber (3), and wherein - a sixth cycle comprises the introduction of the first mixture in the combustion chamber (3). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zweiten Verbrennungstakt eine Verbrennung mit Diffusionsflamme durchgeführt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the second combustion cycle, a combustion with diffusion flame is performed. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass dem Brennraum (3) zugeordnete Ventile zwischen dem zweiten Takt und dem dritten Takt des sechs Takte umfassenden Arbeitszyklus sowie während des dritten Taktes geschlossen gehalten werden, oder dass zumindest ein dem Brennraum (3) zugeordnetes Ventil in dem dritten Takt zeitweise, insbesondere zu Beginn des dritten Takts, geöffnet wird. Method according to one of the preceding Claims 4 or 5 , characterized in that the combustion chamber (3) associated with valves between the second clock and the third clock of the six-stroke cycle and during the third cycle are kept closed, or that at least one of the combustion chamber (3) associated valve in the third cycle temporarily , in particular at the beginning of the third cycle, is opened. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als erstes Gemisch in dem ersten Verbrennungstakt ein mageres Gemisch umgesetzt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a lean mixture is reacted as the first mixture in the first combustion cycle. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (1) in einer Einstoffbetriebsart a) mit einem vier Takte umfassenden Arbeitszyklus betrieben wird, wobei in dem einzigen Verbrennungstakt der vier Takte ein drittes Gemisch aus Verbrennungsluft und nur dem zweiten Brennstoff, oder aus Verbrennungsluft und nur dem ersten Brennstoff umgesetzt wird, oder b) mit einem sechs Takte umfassenden Arbeitszyklus betrieben wird, wobei sowohl in dem ersten Verbrennungstakt als auch in dem zweiten Verbrennungstakt nur der zweite Brennstoff oder nur der erste Brennstoff verbrannt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the internal combustion engine (1) in a single-fuel mode a) is operated with a four-stroke duty cycle, wherein in the single combustion cycle of the four cycles, a third mixture of combustion air and only the second fuel, or b) is operated with a six-stroke cycle, both in the first combustion cycle and in the second combustion cycle, only the second fuel or only the first fuel is burned. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Mehrstoffbetriebsart und der Einstoffbetriebsart der Brennkraftmaschine (1) durch Ansteuerung eines dem Brennraum (3) zugeordneten variablen Ventiltriebs umgeschaltet wird.Method according to Claim 8 , characterized in that between the multi-fuel mode and the single-fuel mode of the internal combustion engine (1) by switching a combustion chamber (3) associated variable valve train is switched. Brennkraftmaschine (1) eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9.Internal combustion engine (1) adapted to carry out a method according to one of Claims 1 to 9 ,
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