AT517205B1 - Dual-Fuel-Brennkraftmaschine - Google Patents

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Abstract

Dual-Fuel-Brennkraftmaschine (1) mit -einer Regeleinrichtung (5) zum Regeln der Brennkraftmaschine (1), -wenigstens einer Kolben-Zylinder-Einheit (2), - wenigstens einem dieser Kolben-Zylinder-Einheit (2) zugeordneten Kraftstoffinjektor (3) für einen flüssigen Kraftstoff, - wenigstens einer dieser Kolben-Zylinder-Einheit (2) zugeordneten Gaszufuhreinrichtung für gasförmigen Kraftstoff (4), wobei die Regeleinrichtung (5) einen Pilotbetriebsmodus aufweist, in welchem der flüssige Kraftstoff als Pilotkraftstoff eingebracht wird, wobei die Regeleinrichtung (5) im Pilotbetriebsmodus einen Transientenmodus aufweist, in welchem in einer Expansionsphase der Kolben-Zylinder-Einheit (2) durch den Kraftstoffinjektor (3) der Kolben-Zylinder-Einheit (2) flüssiger Kraftstoff zugeführt wird.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Dual-Fuel-Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Dual-Fuel-Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 7.
[0002] Dual-Fuel-Brennkraftmaschinen werden typischerweise in zwei Betriebsmodi betrieben. Dabei unterscheidet man einen Betriebsmodus mit primär flüssiger Kraftstoffzufuhr (kurz „Flüssigbetrieb“; im Falle der Verwendung von Diesel als flüssigem Kraftstoff „Dieselbetrieb“ genannt) und einem Betriebsmodus mit primär gasförmiger Kraftstoffzufuhr, bei welchem der flüssige Kraftstoff als Pilotkraftstoff zum Initiieren der Verbrennung dient (auch als „Pilotbetrieb“, „Dual-Fuel-Betrieb“ oder „Zündstrahlbetrieb“ bezeichnet).
[0003] Im Pilotbetriebsmodus, in welchem der flüssige Kraftstoff als Pilotkraftstoff eingebracht wird, ist die Regeleinrichtung dazu ausgebildet, den Kraftstoffinjektor und die wenigstens eine Gaszufuhreinrichtung zur wahlweisen Dosierung der Menge an der wenigstens einen Kolben-Zylinder-Einheit zugeführtem flüssigen bzw. gasförmigen Kraftstoff anzusteuern.
[0004] Für den Dieselbetrieb ist es bekannt, über eine Variation von Voreinspritzungen, Haupteinspritzungen und Nacheinspritzungen den Verbrennungsverlauf zu moderieren. Solche Betriebsmodi mit Mehrfacheinspritzungen sind beispielsweise aus der DE 602 16 437 T2, der EP 2 806 140 A1, der US 2012/0325180 oder der WO 2003/027473 A1 bekannt.
[0005] Die US 7,305,972, die US 7,769,530, die DE 10 2014 000 326 A1, die DE 10 2014 004 976 A1 und die EP 1 730 394 offenbaren dazu geeignete Injektoren und Kontrollkonzepte.
[0006] Hinsichtlich der an eine Brennkraftmaschine gestellten Lastanforderung kann zwischen einem stationären Betrieb und transienten Phasen unterschieden werden. Wenn sich die Lastanforderung in einem relativen engen Band bewegt (z.B. wenn Änderungen der Lastanforderung unter ca. 10% der aktuellen Last liegen) spricht man von einem stationären Betrieb.
[0007] Treten größere Änderungen der Lastanforderung auf, so wird der Übergang von der ehemaligen zur neuen Lastanforderung als transiente Phase bezeichnet.
[0008] Im Dieselbetrieb der Brennkraftmaschine ist es möglich, rasche Änderungen der Lastanforderung abzubilden und die Brennkraftmaschine weist damit ein günstiges Verhalten in der transienten Phase (kurz: Transientenverhalten) auf.
Im Dieselbetrieb erfolgt die Leistungsanpassung über Anpassen der Kraftstoff menge (kraftstoffgeführtes System).
Wird hingegen die Brennkraftmaschine primär mit gasförmigem Kraftstoff versorgt, ist eine rasche Anpassung der Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine an geänderte Lastanforderungen nicht möglich. Einfach mehr gasförmigen Kraftstoff zuzuführen ist ausgeschlossen, da die Brennkraftmaschine dann ins Klopfen gerät. Eine Brennkraftmaschine im Pilotbetrieb weist daher ein ungünstiges Transientenverhalten auf.
[0009] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Dual-Fuel-Brennkraftmaschine bzw. ein Verfahren zum Betreiben einer Dual-Fuel-Brennkraftmaschine mit verbessertem Transientenverhalten anzugeben.
[0010] Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Dual-Fuel-Brennkraftmaschine mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Dual-Fuel-Brennkraftmaschine mit den Merkmalen von Anspruch 7. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
[0011] Indem die Regeleinrichtung im Pilotbetriebsmodus einen Betriebsmodus aufweist, in welchem in einer Expansionsphase der Kolben-Zylinder-Einheit durch den Kraftstoff!njektor der Kolben-Zylinder-Einheit flüssiger Kraftstoff zugeführt wird, wird ein besseres Transienten-Verhalten der Brennkraftmaschine erreicht. Damit kann die Brennkraftmaschine weiterhin im Betriebsmodus mit vorwiegend gasförmigem Kraftstoff betrieben werden, das heißt es muss nicht in den Dieselbetrieb gewechselt werden, wie das im Stand der Technik zum Realisieren schneller Transienten der Fall ist.
[0012] Gerade bei sog. Schnellläufern (Brennkraftmaschinen mit Drehzahlen > ca. 1200 U.min" 1) mit einem zentralen Gasmischer kann allein wegen der Transportverzögerung durch die großen Wege gar nicht schnell zwischen den Betriebsmodi gewechselt werden.
[0013] Durch die Erfindung ist es möglich Dual-Fuel-Brennkraftmaschinen im Betriebsmodus mit primärer Zufuhr an gasförmigem Kraftstoff mit einem Transientenverhalten zu betreiben, welches jenem von Dieselmotoren bzw. Dual- Fuel-Brennkraftmaschinen im Dieselbetrieb nahe kommt.
Das so erzielte Transientenverhalten ist dem eines konventionellen Gasmotors (Gas-Otto-Brennkraftmaschine ohne die Möglichkeit einer Einspritzung flüssigen Kraftstoffes) deutlich überlegen, mit den Emissionsvorteilen gegenüber einem Dieselmotor bzw. einer Dual-Fuel-Brennkraftmaschine im Dieselbetrieb.
[0014] Die Erfindung ist besonders relevant für den Einsatz bei ortsfesten Brennkraftmaschinen und für marine Anwendungen. Die Brennkraftmaschinen können als mechanische Antriebe dienen, etwa zum Betreiben von Verdichteranlagen, oder mit einem Generator zu Gensets gekoppelt sein.
[0015] Bevorzugt ist die Regeleinrichtung derart ausgebildet, dass sie im Pilotbetriebsmodus solange im stationären Betriebsmodus bleibt, bis die Lastanforderung über einen vorgegebenen Schwellwert hinaus (z. B. mehr als 10 % der bisherigen bzw. aktuellen Lastanforderung) betragsmäßig geändert wird. Wird der Schwellwert betragsmäßig überschritten, wechselt die Regeleinrichtung in den Transientenmodus, bis die von der Brennkraftmaschine erbrachte Leistung einen vorgegebenen Abstand (z. B. weniger als 10 % der neuen Lastanforderung) zur neuen Lastanforderung betragsmäßig unterschreitet. Sobald dies der Fall ist, wechselt die Regeleinrichtung in den stationären Betriebsmodus zurück. Die sich durch die oben definierten Schwellwerte ergebenden Bänder können natürlich von dem Betrag der aktuellen oder der neuen Lastanforderung abhängig gewählt werden.
[0016] Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert. Dabei zeigt: [0017] Fig. 1 ein Schema einer Brennkraftmaschine der Erfindung, [0018] Fig. 2a, 2b Diagramme einer Einspritzrate und einer Wärmefreisetzungsrate über dem
Kurbelwinkel im stationären Betriebsmodus (Fig. 2a) sowie im Transientenmodus (Fig. 2b) [0019] Figur 1 zeigt schematisch eine Brennkraftmaschine 1 mit einer Kolben-Zylinder-Einheit 2 und einem Kraftstoff!njektor 3 zur Einspritzung von flüssigem Kraftstoff. Gezeigt ist exemplarisch nur eine Kolben-Zylinder-Einheit 2. In der Praxis weisen gattungsgemäße Brennkraftmaschinen eine Vielzahl von Kolben-Zylinder-Einheiten 2 auf.
Eine Regeleinrichtung 5 kann die der Kolben-Zylinder-Einheit 2 zugeführte Menge an flüssigem Kraftstoff (über den Kraftstoff!njektor 3) bzw. die zugeführte Menge an gasförmigen Kraftstoff (über eine Gaszufuhreinrichtung 4) regeln. Signalleitungen sind strichliert angedeutet. Der Übersichtlichkeit halber sind nicht sämtliche zur Regeleinrichtung 5 führenden Signalleitungen eingetragen.
Abgase der Kolben-Zylinder-Einheit 2 strömen auf eine Abgasturbine 8 eines Turboladers 7. Mit der Abgasturbine 8 verbunden ist ein Verdichter 9. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine Gaszufuhreinrichtung 4 stromabwärts des Verdichters 9 angeordnet. An dieser Stelle kann die Gaszufuhreinrichtung 4 beispielsweise als Port-Injection-Ventil zur zylinderindividuellen Dosierung von gasförmigem Kraftstoff ausgeführt sein.
In einer Variante ist die Gaszufuhreinrichtung 4 stromaufwärts des Verdichters 9 angeordnet. An dieser Stelle kann die Gaszufuhreinrichtung 4 beispielsweise als Gasmischer ausgeführt sein.
[0020] Die Brennkraftmaschine 1 bzw. die Regeleinrichtung 5 ist so konfiguriert, dass in dem Expansionstakt (der Expansionsphase) der Kolben-Zylinder-Einheit 2 durch den Kraftstoff!njek-tor 3 zusätzlich flüssiger Kraftstoff eingespritzt werden kann.
In dieser Phase ist der Kolben 6 der Kolben-Zylinder-Einheit 2 bereits über den oberen Totpunkt hinaus und somit die Gefahr von Klopfen stark reduziert.
[0021] In der Praxis wird der sichere Abstand (wie früh nach dem Oberen Totpunkt darf eingespritzt werden) zur Klopfgrenze durch Versuche ermittelt. Der sichere Abstand in Abhängigkeit der Last kann z. B. als Look-Up-Table in der Regeleinrichtung hinterlegt werden.
Der Abstand zur Klopfgrenze hängt auch von der Qualität des als gasförmiger Kraftstoff verwendeten Gases ab. Speziell bei Marine-Anwendungen kann sich die Gasqualität durch Entmischungen im mitgeführten Gas ändern. Es kann eine Routine vorgesehen sein, um den Abstand zur Klopfgrenze zu ermitteln.
[0022] Die zusätzliche Einbringung von Energie im Transientenmodus in Form von flüssigem Kraftstoff in der Expansionsphase bewirkt neben einer höheren Leistungsentfaltung (und dadurch unmittelbar vergrößertes Drehmoment) durch Verlängern der Druckphase in der Kol-ben-Zylinder-Einheit 2 weiters eine Erhöhung der Enthalpie des Abgases. Somit gelangt mehr Energie auf Abgasturbine 8 des Turboladers 7, die Verdichtungsleistung des Turboladers 7 steigt rascher an, was wiederum erlaubt, eine Gaszufuhr rascher nachzuziehen.
Ein gegebenenfalls höherer Kraftstoffverbrauch und verringerter Wirkungsgrad beim Durchfahren der Transienten-Phase wird in Kauf genommen.
Durch die Einspritzung des flüssigen Kraftstoffs in der Expansionsphase ist nur ein geringer Anstieg der NOx-Emissionen festzustellen, da in dieser Periode Temperatur- und Druckverhältnisse vorherrschen, bei denen kaum NOx gebildet wird.
[0023] Besonders geeignet ist die Erfindung für einen Magerbetrieb mit einem Verbrennungsluftverhältnis Lambda von beispielsweise 1,7 bis 1,8. Auch nach einer Verbrennung eines mageren Gemisches mit hohem Luftüberschuss ist ein ausreichend hoher Gehalt an Sauerstoff zur Oxidation des flüssigen Kraftstoffs vorhanden. Dieser Rest-Sauerstoffgehalt ist auch der limitierende Faktor für die Menge an zusätzlich eingespritztem flüssigen Kraftstoff.
Als zusätzliche Maßnahme kann der Rest-Sauerstoffgehalt in der wenigstens einen Kolben-Zylinder-Einheit 2 durch Betätigung eines durch die Regeleinrichtung 5 betätigbaren Waste-gates 10 kurzfristig erhöht werden, wodurch die Menge an im Transientenmodus umsetzbaren flüssigen Kraftstoffes erhöht werden kann. Statt eines Wastegates 10 könnte hierfür auch eine durch die Regeleinrichtung 5 betätigbare Verdichterumblasung (engl, compressor bypass) 11 vorgesehen sein. Unter Betätigung ist hier eine Veränderung der Stellung von Wastegate 10 bzw. Verdichterumblasung 11 in Richtung geringerer Öffnung verstanden. Eine verringerte Öffnungsstellung erhöht kurzfristig das Lambda.
[0024] Figur 2a zeigt eine Einspritzrate sowie eine Wärmefreisetzungsrate über den Kurbelwinkel aufgetragen für den stationären Betriebsmodus. Der obere Totpunkt bei 0° Kurbelwinkel ist über eine strichlierte vertikale Hilfslinie markiert. Der im Verlauf der Einspritzrate erkennbare Peak markiert die Piloteinspritzung.
[0025] Figur 2b zeigt die Einspritzrate sowie die resultierende Wärmefreisetzungsrate über den Kurbelwinkel gemäß der Erfindung im Transientenmodus. Erkennbar ist im Verlauf der Einspritzrate neben dem Peak der Piloteinspritzung auch die Einspritzung in der Expansionsphase. Man erkennt, dass durch diese gegenüber der Piloteinspritzung zusätzliche Einspritzung von flüssigem Kraftstoff in der Expansionsphase der Verlauf der Wärmefreisetzungsrate weniger abfällt als in dem in Figur 2a geschilderten Fall.
Die Fläche unter der Kurve der Wärmefreisetzungsrate kann als umgesetzte Wärme interpretiert werden. Daraus wird klar, dass durch die erfinderische Maßnahme der Zusatzeinspritzung in der Expansionsphase der Brennkraftmaschine 1 im Dual-Fuel-Betrieb mit Gas als Hauptkraftstoff deutlich mehr Energie umgesetzt wird, die wie oben ausgeführt zu einem rascheren Ansprechen des Turboladers 7 beiträgt. BEZUGSZEICHENLISTE: 1 Brennkraftmaschine 2 Kolben-Zylinder-Einheit 3 Kraftstoffinjektor 4 Gaszufuhreinrichtung 5 Regeleinrichtung 6 Kolben 7 Turbolader 8 Abgasturbine 9 Verdichter 10 Wastegate 11 Verdichterumblasung

Claims (8)

  1. Patentansprüche
    1. Dual-Fuel-Brennkraftmaschine (1) mit - einer Regeleinrichtung (5) zum Regeln der Brennkraftmaschine (1), - wenigstens einer Kolben-Zylinder-Einheit (2), - wenigstens einem dieser Kolben-Zylinder-Einheit (2) zugeordneten Kraftstoffinjektor (3) für einen flüssigen Kraftstoff, - wenigstens einer dieser Kolben-Zylinder-Einheit (2) zugeordneten Gaszufuhreinrichtung für gasförmigen Kraftstoff (4), wobei die Regeleinrichtung (5) einen Pilotbetriebsmodus aufweist, in welchem der flüssige Kraftstoff als Pilotkraftstoff eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung (5) im Pilotbetriebsmodus einen Transientenmodus aufweist, in welchem in einer Expansionsphase der Kolben-Zylinder-Einheit (2) durch den Kraftstoffinjektor (3) der Kolben-Zylinder-Einheit (2) flüssiger Kraftstoff zugeführt wird.
  2. 2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, wobei die Regeleinrichtung (5) dazu ausgebildet ist, im Pilotbetriebsmodus bei einer Änderung der aktuellen Lastanforderung über einen betragsmäßigen Schwellwert hinaus aus einem stationären Betriebsmodus in den Transientenmodus zu wechseln.
  3. 3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, wobei die Regeleinrichtung (5) dazu ausgebildet ist, im Pilotbetriebsmodus bei Annäherung an eine neue Lastanforderung bis an einen vorgegebenen Abstand aus dem Transientenmodus in den stationären Betriebsmodus zu wechseln.
  4. 4. Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Brennkraftmaschine in einem Magerbetrieb betreibbar ist, mit einem Verbrennungsluftverhältnis Lambda von vorzugsweise ca. 1,7 bis ca. 1,8.
  5. 5. Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Brennkraftmaschine ortsfest ausgebildet ist, vorzugsweise als Teil eines Gensets oder zum Antreiben einer mechanischen Verdichteranlage.
  6. 6. Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Brennkraftmaschine in einem marinen Fahrzeug angeordnet ist.
  7. 7. Verfahren zum Betreiben einer Dual-Fuel-Brennkraftmaschine, insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei flüssiger Kraftstoff als Pilotkraftstoff eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass die in einer transienten Phase in einer Expansionsphase einer Kolben-Zylinder-Einheit (2) der Brennkraftmaschine der Kolben-Zylinder-Einheit (2) flüssiger Kraftstoff zugeführt wird.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei zusätzlich zur Zuführung von flüssigem Kraftstoff eine Stellung eines Wastegate 10 und / oder einer Verdichterumblasung 11 in Richtung geringerer Öffnung verändert wird. Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7213929B1 (ja) * 2021-09-21 2023-01-27 ヤンマーホールディングス株式会社 エンジンシステム及び気体燃料燃焼方法

Family Cites Families (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2767691A (en) * 1955-02-07 1956-10-23 Phillips Petroleum Co Dual-fuel engines and processes of operating same
US5365902A (en) * 1993-09-10 1994-11-22 General Electric Company Method and apparatus for introducing fuel into a duel fuel system using the H-combustion process
JP2001090594A (ja) * 1999-09-22 2001-04-03 Mazda Motor Corp エンジンの制御装置
AU2001233533A1 (en) 2000-02-11 2001-08-20 Westport Research Inc. Method and apparatus for dual fuel injection into an internal combustion engine
JP2003532828A (ja) * 2000-05-08 2003-11-05 カミンス インコーポレイテッド 点火後噴射を用いてｐｃｃｉモードで動作可能な内燃機関及び動作方法
US7040281B2 (en) * 2000-10-22 2006-05-09 Westport Research Inc. Method of injecting a gaseous fuel into an internal combustion engine
US6598584B2 (en) * 2001-02-23 2003-07-29 Clean Air Partners, Inc. Gas-fueled, compression ignition engine with maximized pilot ignition intensity
US6526939B2 (en) 2001-04-27 2003-03-04 Wisconsin Alumni Research Foundation Diesel engine emissions reduction by multiple injections having increasing pressure
DE10145580A1 (de) 2001-09-15 2003-04-17 Bosch Gmbh Robert Verfahren zum Vermeiden einer Spritzlochinnenverkokung von Spritzlöchern eines Mehrloch-Einspritzventils
DE10160057A1 (de) * 2001-12-06 2003-06-26 Daimler Chrysler Ag Brennkraftmaschine mit Kompressionszündung
JP2005048751A (ja) * 2003-07-31 2005-02-24 Nissan Motor Co Ltd エンジンの制御装置
DE102004006896A1 (de) 2004-02-12 2005-09-15 Mtu Friedrichshafen Gmbh Verfahren zur Steuerung und Regelung einer Brennkraftmaschine
DE102007045606B3 (de) 2007-09-25 2009-02-26 Mtu Friedrichshafen Gmbh Verfahren zur Steuerung und Regelung einer Brennkraftmaschine mit Common-Railsystem einschließlich Einzelspeichern
WO2010104985A2 (en) * 2009-03-10 2010-09-16 Sturman Digital Systems, Llc Dual fuel compression ignition engines and methods
US8275538B2 (en) * 2009-06-12 2012-09-25 Ford Global Technologies, Llc Multi-fuel engine starting control system and method
US8844497B2 (en) * 2009-07-03 2014-09-30 Volvo Technology Corporation Method of operating a dual fuel combustion engine of the diesel-type and a dual fuel combustion engine of the diesel-type operable according to such method
US8607549B2 (en) * 2009-07-31 2013-12-17 Ford Global Technologies, Llc Controlling regeneration of an emission control device
CA2698342A1 (en) 2010-04-20 2010-06-29 Westport Power Inc. Method of controlling a direct-injection gaseous-fuelled internal combustion engine system with a selective catalytic reduction converter
CA2702246C (en) * 2010-04-20 2012-01-17 Westport Power Inc. Method of controlling a direct-injection gaseous-fuelled internal combustion engine system with a selective catalytic reduction converter
FI20106325A0 (fi) * 2010-12-15 2010-12-15 Waertsilae Finland Oy Menetelmä mäntämoottorin käyttämiseksi, ohjausjärjestelmä polttomoottorin toiminnan ohjaamiseksi ja mäntämoottori
US8944027B2 (en) 2011-06-21 2015-02-03 Caterpillar Inc. Dual fuel injection compression ignition engine and method of operating same
EP2742224A4 (de) * 2011-08-09 2015-12-23 Clean Air Power Inc Verfahren und vorrichtung zur steuerung einer vormischungsverbrennung in einem multimodusmotor
EP2562399A1 (de) * 2011-08-26 2013-02-27 Caterpillar Motoren GmbH & Co. KG Voreinspritzung für Zweistoffmotor
US9920683B2 (en) * 2014-02-26 2018-03-20 General Electric Company Systems and method for controlling auto-ignition
WO2013180830A1 (en) * 2012-05-30 2013-12-05 Clean Air Power, Inc. Method and apparatus for sequential control of air intake components of a gas-fueled compression ignition engine
EP2706214A1 (de) * 2012-09-07 2014-03-12 Caterpillar Motoren GmbH & Co. KG Gasventilbetrieb in einem dualen Verbrennungsmotor
CA2799952C (en) * 2012-12-20 2014-04-29 Westport Power Inc. Mid-cycle fuel injection strategies
WO2014094156A1 (en) * 2012-12-22 2014-06-26 Westport Power Inc. Air-fuel ratio control in a multi-fuel internal combustion engine
US9157384B2 (en) 2013-01-15 2015-10-13 Caterpillar Inc. In-cylinder dynamic gas blending fuel injector and dual fuel engine
US9518518B2 (en) * 2013-04-19 2016-12-13 Caterpillar Inc. Dual fuel common rail transient pressure control and engine using same
US9777646B2 (en) * 2013-05-07 2017-10-03 Ford Global Technologies, Llc Direct injection of diluents or secondary fuels in gaseous fuel engines
EP2806140B1 (de) * 2013-05-24 2016-03-23 Caterpillar Motoren GmbH & Co. KG Zweistoffmotor und Betriebsverfahren dafür
US9382863B2 (en) * 2013-09-18 2016-07-05 Ford Global Technologies, Llc Systems and methods for controlling ignition energy during exhaust stroke combustion of gaseous fuel to reduce turbo lag
US9464583B2 (en) * 2014-02-06 2016-10-11 Cummins Inc. Cylinder pressure based control of dual fuel engines
US20150315957A1 (en) * 2014-04-30 2015-11-05 Caterpillar Inc. Compression Ignition Engine with Staged Ignition

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