DE102006051791A1

DE102006051791A1 - Fremdgezündete, mit gasförmigem Kraftstoff betreibbare Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102006051791A1
Application number: DE102006051791A
Authority: DE
Inventors: Christoph Dr. Bertram; Normann Dipl.-Ing. Freisinger (FH); Günter Dr. Karl; Klaus Dipl.-Ing. Rößler
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2006-11-03
Filing date: 2006-11-03
Publication date: 2008-05-08

Abstract

Für fremdgezündete Brennkraftmaschinen, die mit gasförmigem Kraftstoff betreibbar sind, sind Injektoren im Ansaugkanal bekannt. Die Erfindung betrifft eine fremdgezündete, mit gasförmigem Kraftstoff betreibbare Brennkraftmaschine, mit einem Ansaugkanal (1) für Ansaugluft stromauf eines Brennraums der Brennkraftmaschine. Ein Injektor (5) ist am Ansaugkanal (1) angeordnet und bläst gasförmigen Kraftstoff in den Ansaugkanal (1). Eine Lochblende (2) ist im Ansaugkanal (1) angeordnet und der Injektor (5) bläst den gasförmigen Kraftstoff auf die Lichblende (2). Die Erfindung wird bei fremdgezündeten Brennkraftmaschinen, die mit gasförmigem Kraftstoff betreinbbar sind, angewandt.

Description

Die Erfindung betrifft eine fremdgezündete, mit gasförmigem Kraftstoff betreibbare Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Aus der gattungsbildenden Patentanmeldung WO 96/28647 ist eine fremdgezündete, mit gasförmigem Kraftstoff betreibbare Brennkraftmaschine bekannt. Bei dieser Brennkraftmaschine wird das Brenngas mittels eines Injektors in den Ansaugkanal der Brennkraftmaschine eingeblasen. Der Einblasestrahl verläuft in einer Krümmung des Ansaugkanals ungefähr in Strömungsrichtung der Kanalströmung. Der Einblasestrahl zielt auf das Einlassventil und einen bei geöffnetem Ventil dahinter angeordneten Brennraum der Brennkraftmaschine. Die Vermischung des Brenngases mit der angesaugten Luft erfolgt erst im Brennraum der Brennkraftmaschine und ist abhängig von der Strömungsgeschwindigkeit und der Turbulenz der Ansaugluft.
Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine fremdgezündete, mit gasförmigem Kraftstoff betreibbare Brennkraftmaschine bereit zu stellen, die eine gute Vermischung des Brenngases mit der Ansaugluft bereits im Ansaugkanal bei allen dort herrschenden Strömungsgeschwindigkeiten ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße, fremdgezündete, mit gasförmigem Kraftstoff betreibbare Brennkraftmaschine, die einen Ansaugkanal für Ansaugluft stromauf eines Brennraums der Brennkraftmaschine aufweist, wobei ein Injektor gasförmigen Kraftstoff in den Ansaugkanal abgibt, zeichnet sich dadurch aus, dass im Ansaugkanal eine Lochblende angeordnet ist, auf die der Injektor den gasförmigen Kraftstoff abgibt. Durch das Blasen des gasförmigen Kraftstoffs auf die Lochblende wird der Kraftstoff besonders gut mit der Ansaugluft im Ansaugkanal vermischt. Auf diese Weise entsteht bereits im Ansaugkanal ein homogenes Gemisch, das für eine gute Verbrennung förderlich ist. Weiterhin ist das Vermischen des gasförmigen Kraftstoffs im Ansaugkanal auf diese Weise nahezu unabhängig von der Strömungsgeschwindigkeit der Ansaugluft, so dass in unterschiedlichsten Drehzahl- und Lastbereichen eine gute Vermischung erfolgt.
In Ausgestaltung der Erfindung weist die Lochblende ein Loch auf, in dessen Richtung der Injektor den gasförmigen Kraftstoff abgibt. Auf diese Weise kann eine Teilmenge des gasförmigen Kraftstoffs durch die Lochblende durchtreten und eine Teilmenge verbleibt diesseits der Lochblende. Dadurch wird die Vermischung des gasförmigen Kraftstoffs mit der Ansaugluft erleichtert.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung gibt der Injektor den gasförmigen Kraftstoff in einem kegelförmigen Kraftstoffstrahl auf das Loch der Lochblende ab. Durch die Verteilung des gasförmigen Kraftstoffs in einen kegelförmigen Kraftstoffstrahl ist es auf einfache Weise möglich, eine Teilmenge des gasförmigen Kraftstoffs durch die Lochblende abzutrennen, im Gegensatz zu einem linienförmigen Kraftstoffstrahl, der eine derartige Verteilung nicht ermöglicht.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Lochblende im Ansaugkanal so angeordnet, dass eine von einer Ebene der Lochblende ausgehende Normale etwa quer zur Strömungsrichtung im Ansaugkanal verläuft. Auf diese Weise ist die Lochblende so im Ansaugkanal angeordnet, dass der Strömungswiderstand der Lochblende möglichst gering wird, weil sie auf Grund ihrer flächigen Ausdehnung nur einen geringen Strömungswiderstand aufweist und ähnlich wie ein Strömungsleitapparat wirkt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung bildet eine von einer Ebene der Lochblende ausgehende Normale mit einer Mittellinie des kegelförmigen Kraftstoffstrahls einen Winkel von in etwa 15° oder weniger einschließt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung verläuft eine von einer Ebene der Lochblende ausgehende Normale parallel zu einer Mittellinie des kegelförmigen Kraftstoffstrahls. Das heißt, der Kraftstoffstrahl trifft senkrecht oder mit einem Winkel von weniger als ungefähr 15° auf die Lochblende. Durch das nahezu senkrechte Auftreffen des Kraftstoffstrahls auf die Lochblende, die ihrerseits strömungsgünstig im Ansaugkanal angeordnet ist, ergibt sich ein besonders günstiger Winkel, um eine Teilung des Kraftstoffstrahls durch die Lochblende zu erwirken. Bei einem nahezu senkrechten Auftreffen des Kraftstoffstrahls auf die Lochblende machen sich Toleranzen in den einzelnen Bauteilen und der Montage bei der Aufteilung der Kraftstoffmenge durch die Lochblende am wenigsten bemerkbar.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Lochblende ungefähr in der Mitte des Strömungsquerschnitts im Ansaugkanal angeordnet. Dadurch ergeben sich auf beiden Seiten der Lochblende im Ansaugkanal für die Ansaugluft ungefähr gleiche Strömungsverhältnisse und eine gleichmäßige Verteilung des gasförmigen Kraftstoffs wird ermöglicht.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Lochgröße der Lochblende so gestaltet, dass das eingeblasene Volumen des gasförmigen Kraftstoffs, das durch das Loch der Lochblende tritt, ungefähr dem von der Lochblende zurückgehaltenen Volumen des gasförmigen Kraftstoffs entspricht. Dadurch, dass die Lochblende ungefähr die Hälfte des eingeblasenen Gasvolumens durchlässt und die andere Hälfte zurückhält, wird der gasförmige Kraftstoff beiderseits der Lochblende im Ansaugluftstrom gleichmäßig verteilt. Dadurch ergibt sich eine gute Vermischung und das Kraftstoff-Luft-Gemisch strömt bereits als homogene Mischung in den Brennraum.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind mehrere Lochblenden in etwa parallel angeordnet, wobei die Größen der Löcher in den Lochblenden so gestuft sind, dass das Verhältnis der Volumenströme des von der Lochblende zurückgehaltenen gasförmigen Kraftstoffs den Volumenströmen der entsprechenden Ansaugluft entspricht. In Richtung des Kraftstoffstrahls nimmt die Lochgröße der einzelnen Lochblenden ab, so dass an jeder Lochblende ein Teil des gasförmigen Kraftstoffs zurückgehalten wird. Die Menge des zurückgehaltenen Kraftstoffs entspricht im Verhältnis der Menge an Ansaugluft, die vorbeiströmt. Eine derartige Anordnung bietet bei etwas größerem Bauaufwand und Strömungswiderstand eine weitere Verbesserung der Durchmischung des gasförmigen Kraftstoffs mit der Ansaugluft.
Weitere Vorteile, Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Dabei zeigt die einzige Figur einen Ansaugkanal 1 einer nicht näher gezeigten Brennkraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Lochblende 2 in einer stark vereinfachten Darstellung. Die Lochblende 2 ist senkrecht zur Zeichenebene angeordnet. Die Lochblende 2 ist flächig ausgebildet und weist ein in etwa mittig vorgesehenes Loch 7 auf. Das Loch 7 ist vorzugsweise als kreisförmige Öffnung ausgeführt. Die Lochblende 2 ist mit ihrer Ebene 9 so im Ansaugkanal 1 angeordnet, dass sie der Strömung 3 der Ansaugluft mit ihrer Schmalseite ausgerichtet nur mit einem sehr geringen Widerstand entgegensteht. Die Richtung der Strömung 3 liegt in der Ebene 9 der Lochblende 2 und verläuft senkrecht zu einer Normalen 4 auf der Lochblende 2.
Weiterhin ist am Ansaugkanal 1 ein Injektor 5 zur Abgabe gasförmigen Kraftstoffs vorgesehen. Der Injektor 5 bläst den gasförmigen Kraftstoff in einem kegelförmigen Kraftstoffstrahl 6 ab, senkrecht zur Richtung der Strömung 3 der Ansaugluft und senkrecht auf die Ebene 9 Lochblende 2. Die Normale 4 auf der Ebene 9 der Lochblende 2 verläuft parallel zu einer gedachten Mittellinie 8 des kegelförmigen Kraftstoffstrahls 6. Die Mittellinie 8 entspricht einer Längsachse des Injektors 5.
Die Lochblende 2 und der Injektor 5 sind so zueinander ausgerichtet, dass eine von der Lochblende 2 aufgespannte Schnittebene durch den kegelförmigen Kraftstoffstrahl 6 eine kreisförmige Schnittfläche erzeugt. Die kreisförmige Schnittfläche durch den kegelförmigen Kraftstoffstrahl 6 und das Loch 7 der Lochblende 2 bilden in etwa konzentrische Kreise. Die Größe des Lochs 7 und des kegelförmigen Kraftstoffstrahls 6 sind so aufeinander abgestimmt, dass eine Hälfte des Volumens des Kraftstoffstrahls 6 von der Lochblende 2 abgehalten wird und die andere Hälfte durch das Loch 7 hindurch durchtreten kann. Auf diese Weise wird der gasförmige Kraftstoff gleichmäßig diesseits und jenseits der Lochblende 2 auf die Ansaugluft verteilt, was zur Bildung eines homogenen Kraftstoff-Luft-Gemischs im Ansaugkanal 1 führt. Durch die Lochblende 2 wird verhindert, dass die gesamte Kraftstoffmenge in den Ansaugkanal 1 eingeblasen wird und sich sofort an der dem Injektor 5 gegenüberliegenden Wand niederschlägt, wodurch ein inhomogenes Gemisch entstehen würde.
Kleine Abweichungen bis ungefähr 15° von der Normalen 4 auf die Lochblende 2 bei der Richtung der Mittellinie 8 des Kraftstoffstrahls 6 sind unschädlich für die homogene Vermischung des gasförmigen Kraftstoffs mit der Ansaugluft. Solche Abweichungen sind durch Fertigungstoleranzen oder durch eine Anordnung der Lochblende 2 und des Injektors 5 in einem gekrümmten Ansaugkanal 1 gegeben.

Claims

Fremdgezündete, mit gasförmigem Kraftstoff betreibbare Brennkraftmaschine, mit einem Ansaugkanal (1) für Ansaugluft stromauf eines Brennraums der Brennkraftmaschine, wobei ein Injektor (5) gasförmigen Kraftstoff in den Ansaugkanal (1) abgibt, dadurch gekennzeichnet, dass im Ansaugkanal (1) eine Lochblende (2) angeordnet ist und der Injektor (5) den gasförmigen Kraftstoff auf die Lochblende (2) abgibt.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lochblende (2) ein Loch (7) aufweist, in dessen Richtung der Injektor (5) den gasförmigen Kraftstoff abgibt.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Injektor (5) den gasförmigen Kraftstoff in einem kegelförmigen Kraftstoffstrahl (6) auf das Loch (7) der Lochblende (2) abgibt.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine von einer Ebene (9) der Lochblende (2) ausgehende Normale (4) etwa quer zur Richtung der Strömung (3) im Ansaugkanal (1) verläuft.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine von einer Ebene (9) der Lochblende (2) ausgehende Normale (4) mit einer Mittellinie (8) des kegelförmigen Kraftstoffstrahls (6) einen Winkel von in etwa 15° oder weniger einschließt.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine von einer Ebene (9) der Lochblende (2) ausgehende Normale (4) parallel zu einer Mittellinie (8) des kegelförmigen Kraftstoffstrahls (6) verläuft.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lochblende (2) ungefähr in der Mitte des. Strömungsquerschnitts im Ansaugkanal (1) angeordnet ist.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lochgröße der Lochblende (2) so gestaltet ist, dass das eingeblasene Volumen des gasförmigen Kraftstoffs, das durch das Loch (7) der Lochblende (2) tritt, ungefähr dem von der Lochblende (2) zurückgehaltenen Volumen des gasförmigen Kraftstoffs entspricht.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Lochblenden (2) in etwa parallel angeordnet sind, wobei die Größen der Löcher (7) in den Lochblenden (2) so gestuft sind, dass das Verhältnis der Volumenströme des von der Lochblende (2) zurückgehaltenen gasförmigen Kraftstoffs den Volumenströmen der entsprechenden Ansaugluft entspricht.