DE102018211890A1 - Method for operating an internal combustion engine, device for carrying out the method and internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs mit Erdgas, das in flüssiger Form in einem Druckbehälter (1) an Bord des Kraftfahrzeugs bevorratet wird. Erfindungsgemäß wird zum Druckabbau im Druckbehälter (1) Erdgas aus dem Druckbehälter (1) oder aus einer mit dem Druckbehälter (1) verbundenen Kraftstoffleitung (2) entnommen und in einen Abgastrakt (3) des Verbrennungsmotors eingeleitet, insbesondere eingeblasen, und dort verbrannt.Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sowie einen Verbrennungsmotor.The invention relates to a method for operating an internal combustion engine of a motor vehicle with natural gas, which is stored in liquid form in a pressure container (1) on board the motor vehicle. According to the invention, natural gas is removed from the pressure vessel (1) or from a fuel line (2) connected to the pressure vessel (1) for pressure reduction in the pressure vessel (1) and introduced into an exhaust tract (3) of the internal combustion engine, in particular blown in, and burned there The invention further relates to an apparatus for performing the method and an internal combustion engine.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors mit Erdgas gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sowie einen Verbrennungsmotor mit einer solchen Vorrichtung.The invention relates to a method for operating an internal combustion engine with natural gas according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a device for carrying out the method and an internal combustion engine with such a device.
Stand der TechnikState of the art
Entwicklungen in der Motorentechnik beschäftigen sich mit der Direkteinblasung von Erdgas in den Brennraum von Verbrennungsmotoren und einer Zündung des Gas-Luft-Gemischs mit Dieselkraftstoff. Diese Art der Verbrennung verspricht Vorteile in Bezug auf geringere Schadstoffemissionen, insbesondere CO2-Emissionen, und geringere Kosten aufgrund der Verwendung von Erdgas als Kraftstoff. Das Erdgas kann dabei flüssig (LNG, d. h. „Liquefied Natural Gas“) und/oder gasförmig (CNG, d. h. „Compressed Natural Gas“) an Bord eines Kraftfahrzeugs bevorratet werden.Developments in engine technology deal with the direct injection of natural gas into the combustion chamber of internal combustion engines and the ignition of the gas-air mixture with diesel fuel. This type of combustion promises advantages in terms of lower pollutant emissions, in particular CO 2 emissions, and lower costs due to the use of natural gas as a fuel. The natural gas can be stored on board a motor vehicle in liquid (LNG, ie "liquefied natural gas") and / or gaseous (CNG, ie "compressed natural gas").
Die Bevorratung in flüssiger Form weist den Vorteil auf, dass das Volumen reduziert ist. Hierzu wird das Erdgas auf Temperaturen von etwa -160°C heruntergekühlt und in einem speziellen Druckbehälter („Kryotank“) bevorratet. Der initiale Druck im Druckbehälter wird beim Betanken durch den an der Tankstelle vorhandenen Druck festgelegt. Aufgrund externer Wärmezufuhr kann im Druckbehälter vorhandenes flüssiges Erdgas jedoch verdampfen, so dass sich oberhalb der Flüssigphase eine Gasphase ausbildet. Zugleich steigt der Druck im Druckbehälter an. Durch Gasleckagen und/oder Gasmengen, die gezielt in den Druckbehälter rückgeführt werden, beispielsweise beim Motorkaltstart bzw. Kaltfahren einer Kraftstoffförderpumpe, kann sich das im Druckbehälter vorhandene Erdgas weiter erwärmen. Um einen Überdruck im Druckbehälter zu verhindern, wird üblicherweise der Druckbehälter mit einem Überdruckventil abgesichert. Dieses öffnet, wenn der Druck im Druckbehälter einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt. Über das geöffnete Überdruckventil wird dann das überschüssige Gas an die Umwelt abgegeben.The storage in liquid form has the advantage that the volume is reduced. For this purpose, the natural gas is cooled down to temperatures of around -160 ° C and stored in a special pressure container ("cryogenic tank"). The initial pressure in the pressure tank is determined during refueling by the pressure at the gas station. However, due to the external supply of heat, liquid natural gas present in the pressure vessel can evaporate, so that a gas phase forms above the liquid phase. At the same time, the pressure in the pressure vessel rises. Gas leaks and / or amounts of gas that are specifically returned to the pressure vessel, for example when starting the engine cold or driving a fuel feed pump cold, can further heat up the natural gas present in the pressure vessel. In order to prevent overpressure in the pressure vessel, the pressure vessel is usually secured with a pressure relief valve. This opens when the pressure in the pressure vessel exceeds a predetermined limit. The excess gas is then released to the environment via the open pressure relief valve.
Da durch die Abgabe von Gas an die Umwelt Ressourcen verschwendet werden, gilt es die Abgabe so gering wie möglich zu halten. In einzelnen Ländern ist die Abgabe des Gases sogar durch Gesetzgebung reglementiert. Denn das Gas, wobei es sich vorrangig um Methan handelt, trägt zur globalen Erwärmung bei und ist somit schädlich für die Umwelt.Since resources are wasted by releasing gas to the environment, the aim is to keep the levies as low as possible. In some countries, the supply of gas is even regulated by legislation. Because the gas, which is primarily methane, contributes to global warming and is therefore harmful to the environment.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Betrieb eines Verbrennungsmotors mit Erdgas effizienter und zugleich schonender für die Umwelt zu gestalten.The invention has for its object to make the operation of an internal combustion engine with natural gas more efficient and at the same time more environmentally friendly.
Zur Lösung der Aufgabe werden das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, die Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 sowie der Verbrennungsmotor mit den Merkmalen des Anspruchs 11 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.To achieve the object, the method with the features of claim 1, the device with the features of claim 9 and the internal combustion engine with the features of
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Vorgeschlagen wird ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs mit Erdgas, das in flüssiger Form in einem Druckbehälter an Bord des Kraftfahrzeugs bevorratet wird. Erfindungsgemäß wird zum Druckabbau im Druckbehälter Erdgas aus dem Druckbehälter oder aus einer mit dem Druckbehälter verbundenen Kraftstoffleitung entnommen und in einen Abgastrakt des Verbrennungsmotors eingeleitet, insbesondere eingeblasen, und dort verbrannt.A method is proposed for operating an internal combustion engine of a motor vehicle with natural gas, which is stored in liquid form in a pressure vessel on board the motor vehicle. According to the invention, natural gas is extracted from the pressure vessel or from a fuel line connected to the pressure vessel for pressure reduction in the pressure vessel and introduced, in particular blown, into an exhaust tract of the internal combustion engine and burned there.
Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird demnach eine zum Druckabbau dem Druckbehälter unmittelbar oder mittelbar entnommene Erdgasmenge nicht einfach an die Umwelt abgegeben, sondern einem Abgastrakt des Verbrennungsmotors zugeführt und im Abgastrakt verbrannt. Auf diese Weise gelangt kein schädliches Gas in die Umwelt, so dass die Umwelt geschont wird.In the proposed method, therefore, a quantity of natural gas that is taken directly or indirectly from the pressure vessel for pressure reduction is not simply released into the environment, but is instead fed to an exhaust tract of the internal combustion engine and burned in the exhaust tract. In this way, no harmful gas is released into the environment, so that the environment is protected.
Das Verfahren trägt ferner dazu bei, dass der thermodynamische Zustand des Zweiphasengemischs aus flüssigem und gasförmigem Kraftstoff im Druckbehälter, das heißt der Druck und die Temperatur, möglichst weit unterhalb der Siedelinie des flüssigen Kraftstoffs liegt.The method also contributes to the thermodynamic state of the two-phase mixture of liquid and gaseous fuel in the pressure vessel, that is to say the pressure and the temperature, being as far as possible below the boiling line of the liquid fuel.
Darüber hinaus wird das überschüssige Gas einer Nutzung zugeführt. Denn mit Einleiten bzw. Einblasen des entnommenen Gases in den Abgastrakt kann die Abgasreinigung optimiert werden. Insbesondere kann die bei der Verbrennung des Gases freiwerdende Wärme zur Erwärmung des Abgases im Abgastrakt genutzt werden. Auf diese Weise kann die Effizienz der Komponenten einer nachgeschalteten Abgasreinigungsanlage des Verbrennungsmotors gesteigert werden. Beispielsweise kann im Leerlauf-nahen-Betrieb des Verbrennungsmotors (im Stau oder zeitweise im Stadtverkehr) die Abgastemperatur auf mehr als 180°C, 200°C oder 250°C angehoben werden, so dass die Konvertierungsrate in einem nachgeschalteten Katalysator, insbesondere NOx-Speicherkatalysator oder SCR-Katalysator, auf einen Wert über 80% steigt. Bei einem Kaltstart kann ferner die Startzeit des Katalysators verkürzt werden. Das vorgeschlagene Verfahren trägt demnach zur Einhaltung der gesetzlich vorgegebenen Emissionsgrenzwerte (z. B. Euro 6 Norm) bei. Wird die Abgastemperatur durch die Verbrennung des Gases im Abgastrakt auf mehr als 600°C angehoben, trägt dies zur Partikelfilterregeneration bei. Dies kann dazu führen, dass andere Maßnahmen zur Regeneration des Partikelfilters, wie beispielsweise die Einspritzung von Dieselkraftstoff in den Abgastrakt, verzichtbar sind.In addition, the excess gas is used. Exhaust gas cleaning can be optimized by introducing or blowing the extracted gas into the exhaust tract. In particular, the heat released during the combustion of the gas can be used to heat the exhaust gas in the exhaust tract. In this way, the efficiency of the components of a downstream exhaust gas cleaning system of the internal combustion engine can be increased. For example, when the internal combustion engine is operating close to idle (in a traffic jam or temporarily in city traffic), the exhaust gas temperature can be raised to more than 180 ° C, 200 ° C or 250 ° C, so that the conversion rate in a downstream catalytic converter, in particular a NOx storage catalytic converter or SCR catalytic converter, increases to a value above 80%. In the event of a cold start, the starting time of the catalytic converter can also be shortened. The proposed procedure therefore contributes to compliance with the legally prescribed emission limit values (e.g. Euro 6 standard). If the exhaust gas temperature is raised to more than 600 ° C by the combustion of the gas in the exhaust tract, this contributes to particle filter regeneration. This can lead to the fact that other measures for the regeneration of the particle filter, such as the injection of diesel fuel into the exhaust system, can be dispensed with.
Vorteilhafterweise wird bei einem thermodynamischen Zustand nahe der Siededrucklinie Erdgas aus dem Druckbehälter oder einer mit dem Druckbehälter verbundenen Kraftstoffleitung entnommen. Ein solcher Zustand kann durch Wärmeeintrag von außen und/oder durch eine gezielte Rückführung von Erdgas in den Druckbehälter eintreten. Bei der in den Druckbehälter rückgeführten Menge kann es sich insbesondere um eine Kaltfahrmenge handeln, mittels welcher zumindest eine Pumpe einer mit dem Druckbehälter über die Kraftstoffleitung verbundenen Kraftstofffördereinrichtung bei einem Kaltstart gespült wird. Dabei erwärmt sich der ursprünglich tiefkalte flüssige Kraftstoff, so dass er verdampft und als Gas zurück in den Druckbehälter gelangt.In the case of a thermodynamic state near the boiling pressure line, natural gas is advantageously removed from the pressure vessel or from a fuel line connected to the pressure vessel. Such a condition can occur due to heat input from the outside and / or through a targeted return of natural gas into the pressure vessel. The quantity returned to the pressure container can in particular be a cold run quantity, by means of which at least one pump of a fuel delivery device connected to the pressure container via the fuel line is flushed during a cold start. The originally cryogenic liquid fuel heats up so that it evaporates and returns as gas to the pressure vessel.
Die Entnahme kann unmittelbar aus dem Druckbehälter oder mittelbar über eine mit dem Druckbehälter verbundene Kraftstoffleitung erfolgen, wobei vorzugsweise die Kraftstoffleitung den Druckbehälter mit einer Kraftstofffördereinrichtung verbindet. In Abhängigkeit vom thermodynamischen Zustand im Druckbehälter kann sich in der Kraftstoffleitung ein undefiniertes Zweiphasengemisch (LNG und Methan) befinden, das die Effizienz der Kraftstofffördereinrichtung beeinträchtigt. Durch Entnahme des Zweiphasengemischs aus der Kraftstoffleitung kann somit eine Effizienzsteigerung bewirkt werden. Das heißt aber auch, dass nicht zwingend nur gasförmiges Erdgas entnommen und der Verbrennung im Abgastrakt zugeführt wird.The removal can take place directly from the pressure vessel or indirectly via a fuel line connected to the pressure vessel, the fuel line preferably connecting the pressure vessel to a fuel delivery device. Depending on the thermodynamic condition in the pressure tank, there may be an undefined two-phase mixture (LNG and methane) in the fuel line, which affects the efficiency of the fuel delivery system. By removing the two-phase mixture from the fuel line, an increase in efficiency can thus be brought about. However, this also means that it is not only mandatory to withdraw gaseous natural gas and to incinerate it in the exhaust system.
Bevorzugt wird das aus dem Druckbehälter oder aus der Kraftstoffleitung entnommene Erdgas stromaufwärts eines im Abgastrakt angeordneten Katalysators, insbesondere stromaufwärts eines Dieseloxidationskatalysators, in den Abgastrakt eingeleitet, insbesondere eingeblasen. „Stromaufwärts“ bezieht sich dabei auf die Hauptströmungsrichtung des Abgases im Abgastrakt. Das Erdgas steht somit zur Oxidation und zur Wärmefreisetzung in einer nachgeschalteten Abgasnachbehandlungsanlage zur Verfügung, so dass die Effizienz der Abgasnachbehandlungsanlage gesteigert wird. Das Einleiten bzw. Einblasen des Erdgases in den Abgastrakt erfolgt weiterhin vorzugsweise stromabwärts eines Abgasturboladers des Verbrennungsmotors.The natural gas removed from the pressure vessel or from the fuel line is preferably introduced into the exhaust tract upstream of a catalytic converter arranged in the exhaust tract, in particular upstream of a diesel oxidation catalytic converter. “Upstream” refers to the main flow direction of the exhaust gas in the exhaust tract. The natural gas is thus available for oxidation and heat release in a downstream exhaust gas aftertreatment system, so that the efficiency of the exhaust gas aftertreatment system is increased. The introduction or injection of the natural gas into the exhaust tract is preferably carried out downstream of an exhaust gas turbocharger of the internal combustion engine.
Des Weiteren bevorzugt wird das in den Abgastrakt eingeleitete, insbesondere eingeblasene, Erdgas - zumindest bei einem Kaltstart des Verbrennungsmotors - mit Hilfe eines elektrischen Heizelements, beispielsweise mit Hilfe einer Zündkerze oder einer Glühstiftkerze, gezündet. Auf diese Weise wird die Verbrennung des Gases auch in einer kalten, nicht reaktiven Umgebung sichergestellt, beispielsweise bei inaktivem Dieseloxidationskatalysator. Das elektrische Heizelement ist hierzu bevorzugt stromabwärts der Stelle angeordnet, an der das Erdgas eingeleitet bzw. eingeblasen wird.Furthermore, the natural gas introduced, in particular blown, into the exhaust tract is preferably ignited - at least when the internal combustion engine is cold started - with the aid of an electrical heating element, for example with the aid of a spark plug or a glow plug. In this way, the combustion of the gas is ensured even in a cold, non-reactive environment, for example in the case of an inactive diesel oxidation catalytic converter. For this purpose, the electric heating element is preferably arranged downstream of the point at which the natural gas is introduced or blown in.
Vorteilhafterweise wird das aus dem Druckbehälter oder aus der Kraftstoffleitung entnommene Erdgas vor dem Einleiten, insbesondere Einblasen, in den Abgastrakt erwärmt. Die Erwärmung verhindert bei großen Methanmassenströmen eine Unterkühlung des Systems und damit die Eisbildung. Bevorzugt beträgt die Temperatur des Erdgases beim Einleiten bzw. Einblasen in den Abgastrakt 20°C bis 80°C. Zur Erwärmung kann das dem Druckbehälter oder der Kraftstoffleitung entnommene Erdgas zwecks Wärmeaustauschs an einer Komponente des Abgassystems des Verbrennungsmotors vorbeigeführt werden. Alternativ kann die Erwärmung auch mit Hilfe eines externen Wärmetauschers bewirkt werden, beispielsweise mit Hilfe eines AGR-Kühlers. Auf diese Weise kann zugleich die Kühlleistung des AGR-Kühlers gesteigert werden.Advantageously, the natural gas removed from the pressure vessel or from the fuel line is heated before being introduced, in particular blown, into the exhaust gas tract. In the case of large methane mass flows, the heating prevents the system from undercooling and thus ice formation. The temperature of the natural gas when it is introduced or blown into the exhaust tract is preferably from 20 ° C. to 80 ° C. For heating, the natural gas removed from the pressure vessel or the fuel line can be passed past a component of the exhaust system of the internal combustion engine for the purpose of heat exchange. Alternatively, the heating can also be effected with the aid of an external heat exchanger, for example with the aid of an EGR cooler. In this way, the cooling capacity of the EGR cooler can be increased at the same time.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass vor dem Einleiten, insbesondere Einblasen, von Erdgas in den Abgastrakt die Temperatur im Abgastrakt erhöht wird, beispielsweise durch eine Nacheinblasung von Erdgas in einen Brennraum des Verbrennungsmotors während der Verbrennung oder durch eine Dieseleinspritzung in den Abgastrakt. Diese Maßnahmen fördern eine optimale Verbrennung des Gases im Abgastrakt. Idealerweise wird das Erdgas immer erst dann in den Abgastrakt eingeleitet bzw. eingeblasen, wenn der Betriebszustand des Verbrennungsmotors in Bezug auf Motordrehzahl und Last günstige Voraussetzungen für die Verbrennung des Gases im Abgastrakt schafft. Das heißt, dass das Gas kontrolliert eingeleitet bzw. eingeblasen wird, und zwar vorzugsweise unabhängig von der jeweils aus dem Druckbehälter oder der Kraftstoffleitung entnommenen Menge. Gegebenenfalls muss diese Menge zwischengespeichert werden. In Weiterbildung der Erfindung wird daher vorgeschlagen, dass das dem Druckbehälter oder der Kraftstoffleitung entnommene Erdgas vor dem Einleiten, insbesondere Einblasen, in den Abgastrakt in einem Zwischenspeicher zwischengespeichert wird.Furthermore, it is proposed that the temperature in the exhaust tract be increased before natural gas is introduced, in particular, into the exhaust tract, for example by post-blowing natural gas into a combustion chamber of the internal combustion engine during combustion or by diesel injection into the exhaust tract. These measures promote optimal combustion of the gas in the exhaust system. Ideally, the natural gas is only introduced or blown into the exhaust tract when the operating state of the internal combustion engine in terms of engine speed and load creates favorable conditions for the combustion of the gas in the exhaust tract. This means that the gas is introduced or blown in in a controlled manner, preferably independently of the amount removed from the pressure vessel or the fuel line. This quantity may have to be temporarily stored. In a development of the invention, it is therefore proposed that the natural gas withdrawn from the pressure vessel or the fuel line is temporarily stored in an intermediate store before being introduced, in particular blown, into the exhaust gas tract.
Bevorzugt wird das in den Abgastrakt eingeleitete, insbesondere eingeblasene, Erdgas in einer in den Abgastrakt integrierten, separaten Brennkammer verbrannt. Durch die Brennkammer wird ein geschützter Raum geschaffen, der die Verbrennung des Gases lokal begrenzt und zu einer Stabilisierung des Verbrennungsvorgangs beiträgt. Beispielsweise wird die Gefahr eines Flammenverlöschens aufgrund Flammenstreckung durch eine im Abgastrakt vorhandene Abgasströmung verringert. Angestrebt wird zudem eine Verbrennung, die ohne Verbrennungsrückstände (z. b: Asche und/oder Ablagerungen) und ohne Verbrennungszwischenprodukte (z.B. UHC) unter allen vorhersehbaren Betriebsbedingungen des Gesamtsystems abläuft.The natural gas introduced, in particular blown, into the exhaust tract is preferably burned in a separate combustion chamber integrated into the exhaust tract. The combustion chamber creates a protected space that locally limits the combustion of the gas and helps to stabilize the combustion process. For example, the risk of flame extinguishing due to flame extension is reduced by an exhaust gas flow present in the exhaust tract. The aim is in addition, combustion that takes place without combustion residues (e.g. ash and / or deposits) and without combustion intermediates (e.g. UHC) under all foreseeable operating conditions of the overall system.
Vorteilhafterweise ist der Brennkammer ein Strömungsgleichrichter vorgeschaltet. Dieser trägt ebenfalls zu einer Stabilisierung des Verbrennungsvorgangs bei, da er ein möglichst gleichmäßiges, vorzugsweise eindimensionales Strömungsfeld stromabwärts der Stelle erzeugt, an der das dem Druckbehälter oder der Kraftstoffleitung entnommene Gas eingeleitet bzw. eingeblasen wird. Bevorzugt weist der Strömungsgleichrichter einen sich konisch erweiternden Eintrittsbereich zur Beruhigung der Gasströmung auf, an den sich ein zylinderförmiger Bereich anschließt, der vorzugsweise die Brennkammer ausbildet. Der zylinderförmige Bereich schließt vorzugsweise mit einem sich konisch verjüngenden Austrittsbereich ab, der in den Abgastrakt mündet.A flow straightener is advantageously connected upstream of the combustion chamber. This also contributes to stabilizing the combustion process, since it generates a flow field that is as uniform as possible, preferably one-dimensional, downstream of the point at which the gas removed from the pressure vessel or the fuel line is introduced or blown in. The flow straightener preferably has a conically widening entry area for calming the gas flow, which is adjoined by a cylindrical area, which preferably forms the combustion chamber. The cylindrical region preferably terminates with a conically tapering outlet region which opens into the exhaust tract.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Erdgas aus dem Druckbehälter oder aus der Kraftstoffleitung über ein erstes Ventil, insbesondere ein Proportionalventil oder ein Druckbegrenzungsventil, entnommen und über ein zweites Ventil in den Abgastrakt eingeleitet, insbesondere eingeblasen. Die beiden Ventile ermöglichen eine kontrollierte Entnahme bzw. ein kontrolliertes Einleiten/Einblasen des Gases.According to a preferred embodiment of the invention, the natural gas is withdrawn from the pressure vessel or from the fuel line via a first valve, in particular a proportional valve or a pressure relief valve, and introduced, in particular blown, into the exhaust tract via a second valve. The two valves enable a controlled removal or a controlled introduction / injection of the gas.
Die darüber hinaus vorgeschlagene Vorrichtung zum Druckabbau in einem Druckbehälter, welcher der Bevorratung von Erdgas in flüssiger Form an Bord eines Kraftfahrzeugs dient, umfasst ein erstes Ventil, insbesondere ein Proportionalventil oder ein Druckbegrenzungsventil, zur Verbindung mit dem Druckbehälter oder einer mit dem Druckbehälter verbundenen Kraftstoffleitung sowie ein zweites Ventil zur Verbindung mit einem Abgastrakt eines Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeugs. Das erste Ventil und das zweite Ventil sind dabei über eine Kraftstoffleitung verbunden.The device also proposed for pressure reduction in a pressure vessel, which is used to store natural gas in liquid form on board a motor vehicle, comprises a first valve, in particular a proportional valve or a pressure relief valve, for connection to the pressure vessel or a fuel line connected to the pressure vessel, and a second valve for connection to an exhaust tract of an internal combustion engine of the motor vehicle. The first valve and the second valve are connected via a fuel line.
Das erste Ventil, insbesondere in der Ausführung als Proportionalventil, ermöglicht eine Mengensteuerung bzw. -regelung, so dass eine kontrollierte Entnahme von Erdgas aus dem Druckbehälter oder aus der Kraftstoffleitung möglich ist. Das erste Ventil muss für Gas als auch für Zweiphasengemische geeignet sein. Als geeignet erwiesen hat sich beispielsweise ein Proportionalventil, das analog einer Zumesseinheit einer Dieselkraftstoffpumpe ausgeführt ist.The first valve, in particular in the version as a proportional valve, enables quantity control or regulation, so that a controlled removal of natural gas from the pressure vessel or from the fuel line is possible. The first valve must be suitable for gas as well as for two-phase mixtures. A proportional valve, for example, which is designed analogously to a metering unit of a diesel fuel pump, has proven to be suitable.
Das zweite Ventil der erfindungsgemäßen Vorrichtung dient der kontrollierten Einleitung bzw. Einblasung von Erdgas in den Abgastrakt. Aufgrund der Anordnung unmittelbar am Abgastrakt, muss das Ventil die erforderliche Temperaturbeständigkeit aufweisen. Das zweite Ventil kann daher analog einem Dosierventil ausgeführt sein, das der Einspritzung einer wässrigen Harnstofflösung in den Abgastrakt dient.The second valve of the device according to the invention is used for the controlled introduction or injection of natural gas into the exhaust system. Due to the arrangement directly on the exhaust tract, the valve must have the required temperature resistance. The second valve can therefore be designed analogously to a metering valve which is used to inject an aqueous urea solution into the exhaust tract.
Die Kraftstoffleitung, die beide Ventile verbindet, ist bevorzugt als druckfeste Verbindungleitung ausgeführt. Idealerweise ermöglicht sie einen Wärmeaustausch zwischen dem Gas bzw. Zweiphasengemisch in der Leitung und der Umgebung, um das Gas bzw. Zweiphasengemisch vorzuwärmen. In diesem Fall kann die Kraftstoffleitung an Komponenten des Abgassystems des Kraftfahrzeugs vorbeigeführt werden, so dass sich das Gas bzw. Zweiphasengemisch noch stärker erwärmt.The fuel line that connects both valves is preferably designed as a pressure-resistant connection line. Ideally, it enables heat exchange between the gas or two-phase mixture in the line and the environment in order to preheat the gas or two-phase mixture. In this case, the fuel line can be guided past components of the exhaust system of the motor vehicle, so that the gas or two-phase mixture heats up even more.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist in der Kraftstoffleitung ein Zwischenspeicher angeordnet. Der Zwischenspeicher ermöglicht ein Zurückhalten des Gases, so dass dieses gezielt zu Zeitpunkten in den Abgastrakt eingeleitet bzw. eingeblasen werden kann, in denen der Betriebszustand des Verbrennungsmotors eine optimale Verbrennung des Gases gewährleistet.According to a preferred embodiment of the invention, an intermediate store is arranged in the fuel line. The intermediate store enables the gas to be retained, so that it can be introduced or blown into the exhaust tract specifically at times at which the operating state of the internal combustion engine ensures optimal combustion of the gas.
Die vorgeschlagene Vorrichtung zum Druckabbau in einem Druckbehälter kommt insbesondere bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Einsatz.The proposed device for reducing pressure in a pressure vessel is used in particular when carrying out the method according to the invention.
Darüber hinaus wird ein Verbrennungsmotor für ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie einem Druckbehälter und einem Abgastrakt vorgeschlagen. Das erste Ventil der Vorrichtung ist dabei am Druckbehälter oder einer mit dem Druckbehälter verbunden Kraftstoffleitung und das zweite Ventil ist am Abgastrakt, vorzugsweise stromaufwärts eines Katalysators, insbesondere eines Dieseloxidationskatalysators, angeordnet. Der Verbrennungsmotor kann somit nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben werden. Das heißt, dass die Vorteile des Verfahrens auch durch den vorgeschlagenen Verbrennungsmotor realisiert werden. Es wird insofern auf die Beschreibung des Verfahrens verwiesen.In addition, an internal combustion engine for a motor vehicle with a device according to the invention and a pressure vessel and an exhaust tract is proposed. The first valve of the device is arranged on the pressure vessel or a fuel line connected to the pressure vessel and the second valve is arranged on the exhaust tract, preferably upstream of a catalytic converter, in particular a diesel oxidation catalytic converter. The internal combustion engine can thus be operated using the method according to the invention. This means that the advantages of the method are also realized by the proposed internal combustion engine. In this respect, reference is made to the description of the method.
Bevorzugt ist im Abgastrakt stromabwärts des zweiten Ventils ein elektrisches Heizelement, beispielsweise eine Zündkerze oder eine Glühstiftkerze, zum Zünden des in den Abgastrakt eingeblasenen Erdgases angeordnet. „Stromabwärts“ bezieht sich auch hier auf die Hauptströmungsrichtung des Abgases. Das elektrische Heizelement gewährleistet ein sicheres Zünden und damit die Verbrennung des Erdgases im Abgastrakt, und zwar selbst dann, wenn im Agastrakt eine kalte und nichtreaktive Umgebung vorherrscht, beispielsweise bei einem Kaltstart des Verbrennungsmotors.An electrical heating element, for example a spark plug or a glow plug, is preferably arranged in the exhaust tract downstream of the second valve for igniting the natural gas blown into the exhaust tract. “Downstream” here also refers to the main flow direction of the exhaust gas. The electrical heating element ensures reliable ignition and thus the combustion of the natural gas in the exhaust tract, even if the cold and non-reactive environment prevails in the tract, for example when the internal combustion engine is cold started.
Des Weiteren bevorzugt ist im Abgastrakt stromabwärts des zweiten Ventils eine separate Brennkammer in den Abgastrakt integriert. Die Brennkammer bildet einen geschützten Raum aus, der eine Stabilisierung des Verbrennungsvorgangs bewirkt. Als weiterbildende Maßnahme wird vorgeschlagen, dass der Brennkammer ein Strömungsgleichrichter zur Beruhigung der Gasströmung vorgeschaltet ist. Auch diese Maßnahme trägt zu einer Stabilisierung des Verbrennungsvorgangs bei.Furthermore, a separate combustion chamber is preferably integrated into the exhaust tract in the exhaust tract downstream of the second valve. The combustion chamber forms a protected space that stabilizes the combustion process. As a further development measure, it is proposed that the combustion chamber be preceded by a flow straightener for calming the gas flow. This measure also helps to stabilize the combustion process.
Die vorstehend beschriebene Erfindung ist in vielen Gasantrieben/Applikationen anwendbar. Insbesondere eignet sie sich für den Einsatz in einer Dual-Fuel-Powertrain-Anwendung im Nutzfahrzeugbereich.The invention described above can be used in many gas drives / applications. It is particularly suitable for use in a dual-fuel powertrain application in the commercial vehicle sector.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in Verbindung mit einem Kraftstoffsystem und einem Abgassystem eines Verbrennungsmotors.The invention is explained in more detail below with reference to the accompanying drawing. This shows a schematic representation of a device according to the invention in connection with a fuel system and an exhaust system of an internal combustion engine.
Ausführliche Beschreibung der ZeichnungDetailed description of the drawing
Der dargestellte Verbrennungsmotor umfasst einen Motorblock
Im Druckbehälter
Der dargestellte Verbrennungsmotor weist daher eine Vorrichtung
Die Verbrennung des Erdgases im Abgastrakt
Claims (13)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE102018211890.6A DE102018211890A1 (en) | 2018-07-17 | 2018-07-17 | Method for operating an internal combustion engine, device for carrying out the method and internal combustion engine |
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DE102018211890A1 true DE102018211890A1 (en) | 2020-01-23 |
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ID=69148267
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2022000013A1 (en) * | 2020-07-03 | 2022-01-06 | Avl List Gmbh | Gas-operated internal combustion engine and exhaust gas cleaning therefor |
US11459926B2 (en) | 2020-09-24 | 2022-10-04 | Miratech Group, Llc | Apparatus, system, and method for oxidizing methane in a lean-burn engine exhaust |
-
2018
- 2018-07-17 DE DE102018211890.6A patent/DE102018211890A1/en active Pending
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