AT506472B1 - Brennkraftmaschine - Google Patents

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AT506472B1 AT0025608A AT2562008A AT506472B1 AT 506472 B1 AT506472 B1 AT 506472B1 AT 0025608 A AT0025608 A AT 0025608A AT 2562008 A AT2562008 A AT 2562008A AT 506472 B1 AT506472 B1 AT 506472B1
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Description

österreichisches Patentamt AT 506 472 B1 2011-01-15
Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einer Verdichtungseinrichtung, wobei in der Verdichtungseinrichtung ein Luft/Brennstoffgemisch verdichtet wird, wobei in Abhängigkeit der Last der Brennkraftmaschine das einem Zylinder der Brennkraftmaschine zugeführte Luft/Brennstoffverhältnis λ2 des Luft-/Brennstoffgemisches verändert wird, wobei das Luft/Brennstoffverhältnis des in der Verdichtungseinrichtung verdichteten Luft/Brennstoffgemisches höher ist, als das Luft/Brennstoffverhältnis λ2 des Luft/ Brennstoffgemisches das dem Zylinder zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Luft/ Brennstoffverhältnis λι des Luft/Brennstoffgemischs, welches in der Verdichtungseinrichtung verdichtet wird, so gewählt wird, dass es unter den Bedingungen in der Verdichtungseinrichtung und/oder stromaufwärts der Verdichtungseinrichtung nicht zündfähig ist.
[0002] Bei gemischaufgeladenen Brennkraftmaschinen, d.h., solchen Brennkraftmaschinen, insbesondere Gasmotoren, bei denen ein Luft/Brennstoffgemisch verdichtet wird, bevor es in den Brennraum eines Zylinders eingelassen wird, besteht die Gefahr, dass z.B. durch Rückzündungen aus dem Brennraum das Luft/Brennstoffgemisch in den Gemischleitungen bis hin zur Zusammenführung von Brennstoff und Luft vor dem Verdichter entflammt wird. Dadurch können, insbesondere in Folge des hohen Ladedruckes bei Volllast der Brennkraftmaschine hohe Explosionsdruckwellen entstehen. Vor allem bei großen Gasmotoren mit großvolumigen Gemischführenden Leitungen ist damit ein hohes Schadenspotenzial und Gefahrenpotential gegeben. Eine gattungsgemäße Brennkraftmaschine offenbart z.B. die DE 103 39 854 A1. Als Aufgabenstellung wird in der DE 103 39 854 A1 formuliert, dass eine verbesserte Gemischaufbereitung mit einfachen Maßnahmen erzielt werden soll. Als Problem im Stand der Technik wird ein Ladedruckverlust bei Lastwechsel beschrieben. Zur Lösung dieser Aufgabe wird in der Saugrohreinrichtung gasförmiger Brennstoff zusätzlich eingebracht.
[0003] Große Gasmotoren ab etwa 3 MW Motorleistung werden aus diesem Grund in der Regel nicht mit Gemischaufladung sondern mit Port-Injection betrieben. Unter Port-Injection versteht man dabei eine Treibstoffeinlasseinrichtung in die Ansaugleitung unmittelbar vor den Zylinderköpfen oder den Einlassventilen des Motors. Über diese Treibstoffeinlasseinrichtungen kann der komplette Brennstoff zylinderindividuell je nach Erfordernissen zugeführt werden.
[0004] Einer der Nachteile der Port-Injection gegenüber der Gemischaufladung besteht in der Schwierigkeit, ein möglichst homogenes Gemisch im Brennraum der Brennkraftmaschine zu gewährleisten. Ein anderer gravierender Nachteil besteht darin, dass insbesondere bei Brennstoffen mit geringem Heizwert, große Volumina bei hohem Druck eingeblasen werden müssen. Dies erfordert große Treibstoffeinlassventile und große Kompressorleistung zur Erzeugung des erforderlichen Treibstoffdrucks.
[0005] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher einerseits ein Verfahren bereitzustellen, bei dem die Nachteile des Standes der Technik vermieden werden. Insbesondere sollen Rückzündungen aus dem Brennraum in den Bereich des Brennstoffeinlasses, der Verdichtungseinrichtung und gegebenenfalls der Luft/Brennstoffmischeinrichtung vermieden werden. Außerdem soll eine Brennkraftmaschine sowie eine Regeleinrichtung zum Betrieb einer Brennkraftmaschine, mit der diese Aufgabe gelöst wird, bereitgestellt werden.
[0006] Diese Aufgabe wird mit den unabhängigen Ansprüchen gelöst.
[0007] Bei einem Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einer Verdichtungseinrichtung, wobei in der Verdichtungseinrichtung ein Luft/Brennstoffgemisch verdichtet wird, wobei in Abhängigkeit der Last der Brennkraftmaschine das einem Zylinder der Brennkraftmaschine zugeführte Luft/Brennstoffverhältnis des Luft/Brennstoffgemisches verändert wird ist daher vorgesehen, dass das dem Zylinder zugeführte Luft/Brennstoffgemisch ein niedrigeres Luft/Brennstoffverhältnis λ2 aufweist, als das Luft/Brennstoffgemisch welches in der Verdichtungseinrichtung verdichtet wird. Es ist vorgesehen, dass das Luft/Brennstoffverhältnis λί des Luft/Brennstoffgemisch welches in der Verdichtungseinrichtung verdichtet wird so gewählt wird, dass es unter den Bedingungen in der Verdichtungseinrichtung und/oder stromaufwärts der 1/9 österreichisches Patentamt AT 506 472 B1 2011-01-15
Verdichtungseinrichtung nicht zündfähig ist. Der genaue ArWert des Luft/Brennstoffgemisches hängt dabei vom gewählten Brennstoff und den vorherrschenden Druck und Temperaturbedingungen ab. Bei (großen) Gasmotoren mit magerer Betriebsweise (λ bei ca. 1,7), die das bevorzugte Einsatzgebiet der Erfindung darstellen, könnte man bei den üblicherweise auftretenden Bedingungen beim Einsatz von CH4 als Brennstoff λ-Werte im Bereich von > 2 ansiedeln, um das Rückzündungsrisiko praktisch auf 0 zu minimieren. Bei anderen Brennstoffen, wie z.B. Biogas könnte der λ-Wert deutlich niedriger ausfallen (z.B. ca. 1.8), während bei H2 Verbrennung λ-Werte von über 2,1 günstig wären. Dennoch sollte der ArWert so hoch angesiedelt sein, dass die Vorteile der Gemischaufladung nicht verloren gehen. In der Praxis wird man daher in Abhängigkeit des jeweiligen Brennstoffes knapp den ArWert knapp oberhalb des kritischen Wertes ansiedeln.
[0008] Indem das Luft/Brennstoffgemisch in Richtung stromaufwärts des Einlasstraktes ein höheres Luft/Brennstoffverhältnis Ai aufweist als im Brennraum eines Zylinders λ2, kann eine Rückzündung in den Einlasstrakt beinahe vollständig ausgeschlossen werden.
[0009] Dabei ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass das Luft/Brennstoffverhältnis λ2 des dem Zylinder zugeführten Luft/Brennstoffgemisches dadurch verringert wird, indem dem verdichtetem. Luft/Brennstoffgemisch nach der Verdichtungseinrichtung Brennstoff oder ein Brenn-stoff/Luftgemisch mit niedrigerem λ3 zugeführt wird. Dies kann im bevorzugten Fall beispielsweise dadurch erfolgen, dass im Einlasstrakt direkt an einem Einlassventil entweder reiner Brennstoff oder ein Brennstoff/Luftgemisch mit niedrigerem λ3 zugeführt wird um so das Brenn-stoff/Luftgemisch für die Verbrennung im Brennraum aufzufetten. Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass nach der Verdichtungseinrichtung zugeführter Brennstoff oder zugeführtes Brennstoff/Luftgemisch mit niedrigerem λ3 direkt in den Zylinder bzw. in den Brennraum des Zylinders eingelassen wird.
[0010] Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass das Verfahren die bekannte Gemischaufladung mit der Port-Injection kombiniert.
[0011] Im bevorzugten Fall werden mindestens ca. 2/3 des Brennstoffes mit der Verbrennungsluft über die Verdichtungseinrichtung mitverdichtet (Gemischaufladung) während der restliche Brennstoff unmittelbar vor oder in der Nähe der Einlassventile der Zylinder beispielsweise über eine Port-Injectionsvorrichtung zugeführt wird.
[0012] Eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine sieht zumindest vor: einen Lufteinlass, einen ersten Brennstoffeinlass, eine Brennstoff/Luftmischeinrichtung, wobei Lufteinlass und erster Brennstoffeinlass in die Brennstoff/Luftmischeinrichtung münden, eine der Brenn-stoff/Luftmischeinrichtung nachgeschaltete Verdichtungseinrichtung, einen zweiten Brennstoffeinlass, der der Verdichtungseinrichtung nachgeschaltet ist, eine Ansaugverteilleitung, einen Zylinder in dem ein Brennraum gebildet wird sowie eine Regeleinrichtung oder eine Steuereinrichtung, wobei die Regeleinrichtung oder Steuereinrichtung in Abhängigkeit des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine die Brennstoffzufuhr in den Brennraum über die zumindest zwei Brennstoffeinlässe regelt oder steuert.
[0013] Dabei kann im bevorzugten Fall weiters vorgesehen sein, dass die Regeleinrichtung das über den ersten Brennstoffeinlass zugeführte Luft/Treibstoffverhältnis λί im Wesentlichen konstant hält und in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine die Brennstoffzufuhr beispielweise über Stellglieder über den zweiten Brennstoffeinlass regelt. Entsprechende Stellglieder könnten Ventile sein, die die Brennstoffmenge regeln.
[0014] Die bereits oben geschilderten günstigen Verfahrensmerkmale lassen sich natürlich strukturell auf die nachfolgend ausführlicher beschriebenen günstigen Ausführungsvarianten der Brennkraftmaschine übertragen, sodass aus Übersichtsgründen nicht alle günstigen Ausführungsvarianten erneut beschrieben werden.
[0015] Günstigerweise kann vorgesehen sein, dass der zweite Brennstoffeinlass in die Ansaugverteilleitung mündet oder dass der zweite Brennstoffeinlass als Port-Injector ausgebildet ist bzw. dass der zweite Brennstoffeinlass direkt in den Brennraum des Zylinders mündet. 2/9 österreichisches Patentamt AT 506 472 B1 2011-01-15 [0016] Neben dem zuvor beschriebenen Verfahren und der zuvor beschriebenen Brennkraftmaschine ist selbstverständlich auch ein Regeleinrichtung für ein solchen Verfahren sowie für eine solche Brennkraftmaschine erfindungsgemäß vorgesehen.
[0017] Weitere Vorteile und Details ergeben sich aus der Figur und der dazu gehörigen Figurenbeschreibung.
[0018] Es zeigen [0019] Fig. 1 eine Übersichtsdarstellung einer Brennkraftmaschine mit Regeleinrichtung zur
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, [0020] Fig. 2 ein Diagramm Luft/Treibstoffverhältnis λ in Abhängigkeit von der Motorlast P als
Ausführungsbeispiel zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie [0021] Fig. 3 ein Diagramm gemäß Fig. 2 als alternatives Ausführungsbeispiel zur Durchfüh rung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
[0022] In Fig. 1 ist in einer Übersichtsdarstellung eine Brennkraftmaschine 1 umfassend einen Lufteinlass 4, einen ersten Brennstoffeinlass 5 und eine Brennstoff/Luftmischeinrichtung 6 gezeigt. Lufteinlass 4 und erster Brennstoffeinlass 5 münden in die Brennstoff/Luftmisch-einrichtung 6. Stromabwärts folgt eine Verdichtungseinrichtung 2, die von einer Abgasturbine 12 betrieben wird. Die Abgasturbine 12 wird von Abgasen 16 der Verbrennung von Luft/Brenn-stoffgemischen in den Zylindern 3 der Brennkraftmaschine 1 angetrieben. Die gezeigte Brennkraftmaschine 1 umfasst sechzehn Zylinder 3, die mit Luft/Brennstoffgemisch aus der Brenn-stoff/Luftmischeinrichtung 6 über eine Ansaugverteilleitung 9 gespeist werden. Bevor das Luft/Brennstoffgemisch in die Ansaugverteilleitung 9 einströmt, wird das in der Verdichtungseinrichtung 2 verdichtete Luft/Brennstoffgemisch in einem Gemischkühler 7 auf die gewünschte Temperatur gekühlt. Die tatsächliche Menge an Luft/Brennstoffgemisch wird über die Drosseleinrichtung 8 reguliert. Ein zweiter Brennstoffeinlass 15, der der Verdichtungseinrichtung (2) nachgeschaltet ist mündet über eine Verteilleitung 11 zu den einzelnen Zylindern 3. Über den zweiten Brennstoffeinlass 15 wird im gezeigten Ausführungsbeispiel reiner Brennstoff zugeführt der über Stellglieder 10 in der Form von Ventilen oder so genannten Port-Injektoren in den Bereich der Einlassventile eingelassen wird. Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass der Brennstoff aus den zweiten Brennstoffeinlass 15 direkt in den Zylinder 3 eingelassen wird. Eine Regeleinrichtung 14 regelt nun das Verfahren indem in Abhängigkeit der Motorlast P an einer Antriebswelle 13 die Menge an Luft/Brennstoffgemisch aus der Verdichtungseinrichtung 2 mit niedrigem ArWert über die Drosseleinrichtung 8 reguliert wird und zusätzlich Brennstoff je nach Last P über die Stellglieder 10 zugeführt wird. Zwei Ausführungsbeispiele für das erfindungsgemäße Verfahren sind in den Fig. 2 und 3 ausführlicher beschrieben.
[0023] Eine weitere Alternative kann vorsehen, dass über die zweiten Brennstoffzufuhr 15 anstelle von reinem Brennstoff ein Luft/Brennstoffgemisch mit einem A*-eingeleitet wird, das niedriger ist, als der ArWert des verdichteten Luft/Brennstoffgemisches. In diesem Fall wäre es möglich eine weitere Brennstoff/Luftmischeinrichtung im Bereich der zweiten Brennstoffzufuhr 15 vorzusehen. Auch in diesem Fall kann das Luft/Brennstoffgemisch mit einem A*-Wert, der niedriger ist, als der ArWert des verdichteten Luft/Brennstoffgemisches beispielsweise direkt in den Zylinder 3 oder in den Bereich der Einlassventile (also kurz vor den Zylindern 3) eingelassen werden.
[0024] Da das beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel einen Gasmotor beschreibt, handelt es sich beim Brennstoff um einen gasförmigen Brennstoff wie z.B. Methan, der vorher nicht z.B. über einen Vergaser vorbehandelt werden muss. Als zweiter Brennstoff, der über die zweite Brennstoffzufuhr 15 zugeführt wird, kann dabei ein anderer Brennstoff verwendet werden, als jener Brennstoff, der über die erste Brennstoffzufuhr 5 zugeführt wird. Beispielsweise kann ein anderes Treibgas (z.B. H2 als zweiter Brennstoff, CH4 als erster Brennstoff) oder ein flüssiger Brennstoff verwendet werden. Abhängig vom Brennstoff kann der zweite Brennstoff in flüssiger Form wie z.B. durch Druck verflüssigter Wasserstoff, verflüssigtes CH4 oder höhere Kohlenwasserstoffverbindungen zugeführt werden. Gegebenenfalls ist dann noch ein Vergaser 3/9 österreichisches Patentamt AT 506 472 B1 2011-01-15 für den Brennstoff vorgesehen.
[0025] Anhand der Fig. 2 und 3 werden bevorzugte Ausführungsbeispiele erläutert. Der überwiegende Teil des Brennstoffs wird, in gleicher Weise wie bei den gemischaufgeladenen Gasmotoren, vor der Verdichtungseinrichtung 2 einer Abgasturbine 12 der Verbrennungsluft zudosiert bzw. zugemischt. Diese Luft/Treibstoffgemisch weist einen ersten ArWert auf. In der Brennkraftmaschine 1 wird ein Luft/Treibstoffgemisch mit einem zweiten A2-Wert verbrannt. λ2 wird in Abhängigkeit von der Motorlast P verändert. Bei Leerlaufdrehzahl n0 ist der A2-Wert niedriger als bei Volllast P=100% des Motors. A^ stellt den oberen Grenzwert für die Rückzündung in die gemischführenden Leitungen vor den Einlassventilen dar. Der Unterschied Δλ von hi zu λ2 sinkt also mit steigender Last P. Im Gegensatz zur reinen Gemischaufladung wird das Mischungsverhältnis von Brennstoff zu Luft dabei so mager gehalten, dass das Luft/Brennstoffgemisch unter den Bedingungen in den Gemischleitungen (das ist also jener Bereich stromaufwärts der Zylinder bzw. dem Bereich stromaufwärts der Einslassventile) nicht zündfähig ist. Bei Verwendung von Brennstoffen mit extrem weiten Zündgrenzen, kann das Mischungsverhältnis so gewählt werden, dass die laminare Brenngeschwindigkeit sehr gering ist und sich damit keine Explosionswellen mehr ausbilden können. Beispielsweise können hochaufgeladene Erdgas-Magermotoren bei Volllast mit einem A2-Wert von etwa 1,7-1,9 betrieben werden. Die magere Zündgrenze Acrit. von Luft/Erdgasgemischen unter den Bedingungen, wie sie in den Gemischleitungen vorherrschen, beträgt etwa Acrit. = 2,1. In diesem Fall könnte etwa 80 % des Brennstoffs mit der Verbrennungsluft mitverdichtet werden und nur ca. 20 % des Brennstoffes würden über die Port-Injection-Ventile 10 vor den Einlassventilen zugeführt werden. Bei Brennstoffen mit hohem Wasserstoffanteil (> 50 %) liegt das minimale Acrit., bei dem die Rückzündungsgefahr unkritisch wird, bei etwa 3. In diesem Fall ergibt sich folgende Aufteilung der Brennstoffmenge: Vor der Verdichtungseinrichtung ca. 77 %; über Port-Injection-Ventile 10 ca. 23 %. Die Regelung bzw. Steuerung bzw. die Aufteilung der Brennstoffmenge auf die zwei Zuführungen 5, 15 kann dabei so erfolgen, dass für die Gaszuführung 4 vor der Verdichtungseinrichtung 2 (Vormischung) beispielsweise über bekannte Gasmischeinrichtungen 6 ein fest vorgegebenes Mischungsverhältnis eingestellt wird, das dem geringsten erlaubten Ai > Acrit-Wert entspricht, bei dem noch keine Rückzündungsgefahr überden gesamten Leistungsbereich P gegeben ist. Beispielsweise kann ein über den gesamten Lastbereich P konstantes Mischungsverhältnis Ai eingestellt werden. Üblicherweise verwendet man dazu Gasmischer mit definierten Mischquerschnitten.
[0026] In Fig. 2 ist beispielhaft der A^Verlauf einer Vormischung mit Erdgas als Brennstoff dargestellt, das über dem Lastbereich P der Brennkraftmaschine konstant ist. Das in der Brennkammer der Brennkraftmaschine verbrannte λ2 steigt mit steigender Leistung kontinuierlich an. Dies stellt den einfachsten Fall einer Kombinationslösung von Gemischaufladung und Port-Injection dar. Über die Port-Injection-Einrichtung strömen bei Leerlaufdrehzahl des Motors (n0) ca. 3% und bei 100 % Last P ca. 15% der Volllastgasmenge und stellt so den A2-Wert für die Verbrennung auf den gewünschten Wert ein.
[0027] Fig. 3 ist ein alternativer Verlauf des „Vormischlambdas" Ai dargestellt, wobei das Gemisch bei Teillast magerer ist, als bei Volllast hi (Teillast) > hi (Volllast). Diese Verfahrensweise wird vorteilhaft dann angewendet, wenn insbesondere bei hohem Gasheizwert die Gasmenge bei Leerlauf bzw. niedriger Teillast für die Port-Injection-Ventile zu gering werden, und dadurch die Empfindlichkeit und Genauigkeit der Dosiereinrichtungen problematisch werden.
[0028] Konzepte, die von Leerlauf n0 nach Volllast P=100% ein Abmagern der „Vormischlambdas" hi vorsehen, sind zwar grundsätzlich möglich, aus den dargelegten Überlegungen heraus jedoch weniger vorteilhaft.
[0029] Veränderte Randbedingungen, beispielsweise Veränderungen in der Treibgaszusammensetzung, können, wie bei gemischaufgeladenen Gasmotoren üblich, durch Regeleingriffe in die Verstellvorrichtung für den Gaszuführquerschnitte im Gasmischer kompensiert werden, sodass eine jederzeit korrekte Betriebsweise gewährleistet ist.
[0030] Im Gegensatz zur Brennstoffmenge, die über die Port-Injection-Einrichtung der Brenn- 4/9 österreichisches Patentamt AT 506 472 B1 2011-01-15 kraftmaschine zugeführt wird, sind an die Dynamik der Brennstoffzuführung vor der Verdichtungseinrichtung 2 keine hohen Anforderungen gestellt. Rasche Veränderungen im Mischungsverhältnis von Brennstoff und Luft vor der Verdichtungseinrichtung 2 sind bei kombinierter Anwendung von Gemischaufladung und Port-Injection nicht erforderlich. Dies erleichtert die Aufgaben für das Motormanagement und hat einen stabilisierenden Einfluss auf das λ-Regelsystem.
[0031] Die Steuerung und Regelung der Port-Injection-Gasmenge erfolgt hochdynamisch nach Anforderung des aktuellen bzw. transienten Motorbetriebes. Die Sollwertvorgaben kommen beispielsweise von der λ-Regeleinrichtung für den Motor unter Berücksichtigung weitere Randbedingungen und Anforderungskriterien, beispielsweise, wenn bei Lastabwürfen oder -zuschaltungen rasch und problemspezifisch reagiert werden muss. Weiters kann die Gasmenge überdas Port-Injection-System für jeden Zylinder individuell angepasst bzw. eingestellt werden.
[0032] Die beiden Brennstoffzufuhreinrichtungen sind im gezeigten Ausführungsbeispiel entkoppelt und beeinflussen sich gegenseitig nicht. Beispielsweise haben dynamische Vorgänge (z.B. schnelle Änderungen in der über die Portinjektion zugeführten Brennstoffmenge) dadurch keinen Einfluss auf das Vormisch-λϊ.
[0033] Grundsätzlich wäre auch ein Alternativbetrieb in der Art und Weise möglich, dass z.B. eine Umschaltung von reiner Port-Injection zu reiner Gemischaufladung bzw. umgekehrt vorgesehen ist. Weiters ist ein Verfahrenskonzept möglich, wo von der kombinierten Gemischaufla-dung/Port-Injection zur alleinigen Port-Injection oder zur alleinigen Gemischaufladung bzw. umgekehrt realisiert wird. Solche Konzepte können sinnvoll sein, bei alternativer Nutzung verschiedener Treibgase mit sehr unterschiedlichen Eigenschaften (z. B. bei Treibgas-Um- oder Zuschaltung bei Zumischung von alternativen Treibgasen). Nachfolgend sind die Vorteile des Lösungsvorschlages gegenüber den jeweiligen Standardverfahren in kurzer Form zusammengefasst: [0034] Vorteile gegenüber reiner Portinjection: [0035] - bessere Homogenisierung des Gemisches, [0036] - geringere Empfindlichkeit gegenüber Ungenauigkeiten in der Port-Injection-Einrichtung, größere Fehlertoleranz) [0037] - kleiner Einblaseventile erforderlich [0038] - geringere Gas-Kompressorleistungen erforderlich (insbesondere für Treibgase mit geringem Heizwert bzw. Treibgase, die nicht mit ausreichend hohem Druck verfügbar sind [0039] - geringere Unterschiede in der Gaseinblasemenge zwischen Leerlauf und Volllast, und damit höhere Genauigkeit des Port-Injection-Systems bei Leerlauf und im Niedriglastbereich.
VORTEILE GEGENÜBER REINER GEMISCHAUFLADUNG
[0040] - Reduktion der Rückzündungsgefahr sowie Verringerung des Gefahrenpotenziales bei Rückzündungen (geringere Gemischenergie, Gemisch außerhalb der Zündgrenzen oder sehr geringe Brenngeschwindigkeit) - schnelleres Ansprechverhalten durch Vermeidung von Totzeiten (wichtig insbesondere für Inselbetriebsanwendungen) [0041] - Möglichkeit, Zylinder ab- und zuzuschalten, ohne dass Rückzündungen und Verpuffungen befürchtet werden müssen.
[0042] - Möglichkeit einer zylinderindividuellen Gemischregelung (z.B. Gleichstellung der Zylinder) [0043] Den Vorteilen steht nur ein geringer Zusatzaufwand gegenüber den reinen Verfahren entgegen. Dabei ist grundsätzlich der Aufwand für Port-Injection-Konzepte wesentlich größer als für Gemischaufladung. Insbesondere bei großen Motoren ist die reine Gemischaufladung aus Sicherheitsgründen nicht mehr Vertretbar. Solche Motoren werden in der Regel mit Port-Injection-Konzepten ausgeführt. Der Zusatzaufwand für ein Kombinationsverfahren (Port- 5/9

Claims (12)

  1. österreichisches Patentamt AT 506 472 B1 2011-01-15 Injection + Gemischaufladung) ist in solchen Fällen relativ gering, der Nutzen hingegen wie oben dargestellt erheblich. Patentansprüche 1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1) mit einer Verdichtungseinrichtung (2), wobei in der Verdichtungseinrichtung (2) ein Luft/Brennstoffgemisch verdichtet wird, wobei in Abhängigkeit der Last (P) der Brennkraftmaschine (1) das einem Zylinder (3) der Brennkraftmaschine (1) zugeführte Luft/Brennstoffverhältnis λ2 des Luft/Brennstoffgemi-sches verändert wird, wobei das Luft/Brennstoffverhältnis λι des in der Verdichtungseinrichtung (2) verdichteten Luft/Brennstoffgemisches höher ist, als das Luft/Brennstoffverhältnis Ä2des Luft/Brennstoffgemisches das dem Zylinder (3) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Luft/Brennstoffverhältnis λί des Luft/Brennstoffgemischs, welches in der Verdichtungseinrichtung (2) verdichtet wird, so gewählt wird, dass es unter den Bedingungen in der Verdichtungseinrichtung (2) und/oder stromaufwärts der Verdichtungseinrichtung (2) nicht zündfähig ist.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Luft/Brennstoffverhältnis λ2 des Luft/Brennstoffgemisches das dem Zylinder (3) zugeführt wird verringert wird, indem dem verdichtetem Luft/Brennstoffgemisch nach der Verdichtungseinrichtung (2) Brennstoff oder ein Brennstoff/Luftgemisch mit niedrigerem Luft/Brennstoffverhältnis λ* zugeführt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Verdichtungseinrichtung (2) zugeführter Brennstoff oder zugeführtes Brennstoff/Luftgemisch mit niedrigerem Luft/Brennstoffverhältnis λ* direkt in den Zylinder (3) eingelassen wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Verdichtungseinrichtung (2) zugeführter Brennstoff oder zugeführtes Brennstoff/Luftgemisch mit niedrigerem λ* im Bereich der Einlassventile des Zylinders (2) eingelassen wird.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Luft/Brennstoffverhältnis k^ des Luft/Brennstoffgemisch welches in der Verdichtungseinrichtung (2) verdichtet wird so hoch (k^ > Acrit) gewählt wird, dass es unter den Bedingungen im Bereich vor der Zufuhr von Brennstoff oder Brennstoff/Luftgemisch mit niedrigerem λ* nicht zündfähig ist.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der nach der Verdichtungseinrichtung (2) zugeführte Brennstoff ein anderer Brennstoff ist als der in der Verdichtungseinrichtung verdichtet Brennstoff.
  7. 7. Brennkraftmaschine (1) umfassend zumindest a. einen Lufteinlass (4), b. einen ersten Brennstoffeinlass (5), c. eine Brennstoff/Luftmischeinrichtung (6), wobei Lufteinlass (4) und erster Brennstoffeinlass (5) in die Brennstoff/Luftmischeinrichtung (6) münden, d. eine der Brennstoff/Luftmischeinrichtung (6) nachgeschaltete Verdichtungseinrichtung (2), e. einen zweiten Brennstoffeinlass (15), der der Verdichtungseinrichtung (2) nachgeschaltet ist, f. eine Ansaugverteilleitung (9), g. einen Zylinder (3) in dem ein Brennraum gebildet wird sowie h. eine Regeleinrichtung (14) oder Steuereinrichtung wobei die Regeleinrichtung (14) oder Steuereinrichtung in Abhängigkeit des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine die Brennstoffzufuhr in den Brennraum über die zumindest zwei Brennstoffeinlässe (5, 15) regelt oder steuert, wobei die Regeleinrichtung (14) oder Steuereinrichtung das Luft/Brennstoffverhältnis k^ des Luft/Brennstofffgemisches, welches in der Verdichtungseinrichtung (2) verdichtet wird, so einstellt, dass es unter den Bedingungen in der Verdichtungseinrichtung (2) und/oder stromaufwärts der Verdichtungseinrichtung (2) nicht zündfähig ist. 6/9 österreichisches Patentamt AT 506 472 B1 2011-01-15
  8. 8. Brennkraftmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung (14) das über den ersten Brennstoffeinlass (5) zugeführte Luft/Brennstoffverhältnis λί im Wesentlichen konstant hält und in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine (1) die Brennstoffzufuhr überden zweiten Brennstoffeinlass (15) regelt.
  9. 9. Brennkraftmaschine nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Brennstoffeinlass (15) in die Ansaugverteilleitung mündet.
  10. 10. Brennkraftmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Brennstoffeinlass (15) als Port-Injector (10) ausgebildet ist.
  11. 11. Brennkraftmaschine nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Brennstoffeinlass (15) direkt in den Brennraum des Zylinders (3) mündet.
  12. 12. Regeleinrichtung für eine Brennkraftmaschine (1) umfassend zumindest a. einen Lufteinlass (4), b. einen ersten Brennstoffeinlass (5), c. eine Brennstoff/Luftmischeinrichtung (6), wobei Lufteinlass (4) und erster Brennstoffeinlass (5) in die Brennstoff/Luftmischeinrichtung (6) münden, d. eine der Brennstoff/Luftmischeinrichtung (6) nachgeschaltete Verdichtungseinrichtung (2), e. einen zweiten Brennstoffeinlass (15), der der Verdichtungseinrichtung (2) nachgeschaltet ist, f. eine Ansaugverteilleitung (9) und g. einen Zylinder (3) in dem ein Brennraum gebildet wird, welcher dadurch gekennzeichnet ist, dass er in Abhängigkeit des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine die Brennstoffzufuhr in den Brennraum über die zumindest zwei Brennstoffeinlässe (5, 15) regelt, wobei die Regeleinrichtung (14) das Luft/Brennstoffverhältnis Ä! des Luft/Brenn-stoffgemisches, welches in der Verdichtungseinrichtung (2) verdichtet wird, so einstellt, dass es unter den Bedingungen in der Verdichtungseinrichtung (2) und/oder stromaufwärts der Verdichtungseinrichtung (2) nicht zündfähig ist. Hierzu 2 Blatt Zeichnungen 7/9
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