DE102008048970A1

DE102008048970A1 - Additivzugabesystem für einen Ottomotor

Info

Publication number: DE102008048970A1
Application number: DE102008048970A
Authority: DE
Inventors: Matthias Devers; Wilhelm Vos
Original assignee: Voß Wilhelm
Current assignee: Voß Wilhelm
Priority date: 2008-09-25
Filing date: 2008-09-25
Publication date: 2010-04-01

Abstract

Additivzugabesystem (20; 20') für mit Erdgas oder Autogas zu betreibende Ottomotoren,
mit wenigstens einer Gasdüse (12) an einer Ansaugeinheit jedes Zylinders (10) des Ottomotors, umfassend
– einen Additivvorratsbehälter (26),
– eine Additivsteuereinheit (25),
– eine Additivfördereinrichtung (23), und
– einer Einspritzsteuereinheit (30) für die Steuerung der Kraftstoffeinspritz- (17) und/oder Gasdüsen (12),
dadurch gekennzeichnet, dass die Additivfördereinrichtung (23) eine Verteilereinheit mit jeweils wenigstens einem Förder- und/oder Ventilelement (23.1) je Zylinder (10) enthält und jeweils wenigstens eine Additivzuführleitung (21; 21') von dem Förderelement und/oder dem Ventilelement zu den Ansaugeinheiten der Zylinder (10) mündet,
wobei die Additivsteuereinheit (25) mit der Einspritzeinheit (30) verbunden ist und die Förder- und/oder Ventilelemente in Abhängigkeit von den Steuersignalen der Einspritzsteuereinheit (30) für die Kraftstoffeinspritzdüsen (17) und/oder Gaszuführdüsen (12) betätigt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Additivzugabesystem für mit Erdgas oder Autogas zu betreibende Ottomotoren, mit wenigstens einer Gasdüse an einer Ansaugeinheit jedes Zylinders des Ottomotors, umfassend

– einen Additivvorratsbehälter,
– eine Additivsteuereinheit,
– eine Additivfördereinrichtung, und
– einer Einspritzsteuereinheit für die Steuerung der Kraftstoffeinspritz- und/oder Gasdüsen.

Ottomotoren sind von ihrer Bauart her grundsätzlich geeignet, sowohl das als „Benzin” bezeichnete Gemisch von leichten Kohlenwasserstoffen zu verarbeiten wie auch kürzerkettige Alkane wie Ethan, Propan, Butan und Methan, welche das sogenannte Erdgas bilden oder in anderen Zusammensetzungen als Autogas bzw. liquified Petroleum gas (LPG) bezeichnet werden. Trotz der chemischen Verwandtschaft unterscheidet sich ein Betrieb mit Benzin von dem Betrieb mit Gas, weil Automobilkraftstoffe mit Additiven versetzt sind, die Motorschutzfunktionen übernehmen. Außerdem liegt die Verbrennungstemperatur im Gasbetrieb um ca. 5°C höher als im Betrieb mit Benzin. Aufgrund der höheren Temperatur und der fehlenden Additive belastet der Gasbetrieb insbesondere den Bereich der Ventile und Ventilsitze stärker. Möglich ist der Austausch dieser Baugruppen gegen Bauteile, die aus Stahl höherer Güte gefertigt sind und als gasfest bezeichnet werden. Der Austausch zieht jedoch erhebliche Kosten nach sich.
Bekannt ist es weiterhin, für Gasmotoren Additive in das zentrale Ansaugrohr einzuspritzen, wo sie verwirbeln und unspezifisch den einzelnen Zylindern zugeführt werden. Dabei ist jedoch die Verteilung in der zugeführten Luftportion nicht konstant; auch variiert sie von Zylinder zu Zylinder. Schließlich kann das Additiv nur im Überschuss eingesetzt werden, um überhaupt wirksam zu sein, sodass es zur Additivablagerung im Bereich des Saugrohrs bis hin zur Drosselklappe kommt.
Aufgabe der Erfindung ist es somit, ein Additivzugabesystem für Ottomotoren anzugeben, mit dem Motoren ohne Austausch von Motorenbaugruppen betrieben werden können, bei dem aber die o. g. Nachteile durch Additivverschmutzung und dergleichen nicht auftreten.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Additivzugabesystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Durch die gesteuerte Zugabe pro Zylinder werden wesentliche Additiveinsparungen erzielt. Es werden maximal während der Öffnungszeit der jeweiligen Gasdüse Additive in den Verbrennungsraum eingeführt, unter Umständen sind auch kürzere Zeiträume ausreichend. Die Einspeisung in unmittelbarer örtlicher Nähe des zylindereigenen Ansaugrohrs stellt sicher, dass jeder Zylinder im Takt der Verbrennung das Additiv zugeführt bekommt. Durch die getaktete Zuführung ist auch sichergestellt, dass das in den Luftstrom eingespritzte Additiv in den Verbrennungsraum mitgerissen wird und sich nicht außerhalb davon im Ansaugtrakt anreichert und ablagert.
Erfindungsgemäß ist eine eigene Fördereinrichtung je Zylinder vorgesehen, die mit einem Überdruck gegenüber dem im Verbrennungstrakt herrschenden Druck während der Ansaugphase arbeitet, so dass sichergestellt ist, dass kein Rückschlag von Gas in das Additivzuführungssystem erfolgt.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Additivzuführungsleitung unmittelbar zwischen Gasdüse und Verbrennungsraum mündet.
Um im Falle des Ausfalls der Fördereinrichtung ein Eindringen von Gasgemisch in das Additivzuführungssystem zu vermeiden, ist es vorteilhaft, ein Rückschlagventil unmittelbar im Bereich der Mündung der Additivzuführungsleitung vorzusehen.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Die Figuren zeigen im Einzelnen:
1 ein erfindungsgemäßes Additivzugabesystem als schematisches Blockschaltbild in einer ersten Ausführungsform und
2 ein erfindungsgemäßes Additivzugabesystem als schematisches Blockschaltbild in einer zweiten Ausführungsform.
1 zeigt rechts einen Schnitt durch einen Zylinder 10 eines Ottomotors mit Kolben 18 und einem Verbrennungsraum 19, der durch Ein- und Auslassventile 14, 15, die von No ckenwellen 16 gesteuert sind, verschließbar ist. Am Einlassventil 14 mündet ein Ansaugrohr 11, durch das ein Frischluftstrom angesaugt wird, in den während der herkömmlichen Betriebsart Kraftstoff eingespritzt wird und im Gasbetrieb über eine Gasdüse 12 Gas eingeleitet wird.
Ein Additiv ist in einem Additivvorratsbehälter 26 gelagert und wird über eine Additivsteuereinheit 25 und eine Additivfördereinrichtung 23 in eine Additivzuführleitung 12 gefördert, die ausgangsseitig der Gasdüse 12 in einer Gaszuführleitung 13 mündet. Somit wird das Additiv direkt mit dem bereits vernebelten Gas zusammen in den Zylinder eingebracht.
Additivvorratsbehälter 26 und Additivsteuereinheit 25 sind für alle Zylinder 10 gemeinsam vorgesehen, wobei die Additivsteuereinheit 25 im gezeigten Ausführungsbeispiel nicht nur als elektronische Steuerung ausgebildet ist, sondern auch als Grundmodul zur Verteilung des Additivs auf die einzelnen Stränge. Die Additivfördereinrichtung 23.1 und die Additivzuführleitung 12 sind für jeden Zylinder 10 wenigstens einmal vorhanden.
Die Ansteuerung der je Zylinder eingesetzten Additivfördereinrichtungen 23.1 ... erfolgen über je einen Steueranschluss 24.1, der über eine Signalleitung 32 mit einer Einspritzsteuereinheit 30 verbunden ist, die über eine Impulsleitung 31 die Steuerung der Kraftstoffeinspritzdüsen 17 und/oder der Gasdüsen 12 vornimmt. Das dort abgegriffene Signal wird der Additivsteuereinheit 25 zugeführt. Dadurch kann in Relation zur Einspritzzeit des Gases die Einspritzung des Additivs in den Verbrennungsraum 19 bewirkt werden. Vorzugsweise erfolgt die Additivzugabe über einen etwas kürzeren Zeitraum als die Einspritzung, so dass sichergestellt ist, dass die gesamte Additivmenge im Gasstrom mitgerissen wird und sich im Zylinder verteilen kann, bevor die Zündung erfolgt.
2 zeigt ein fast gleich aufgebautes Additivzugabesystem 20', bei dem die Additivzuführleitung 21 allerdings nicht in der Gaszuführleitung 13 hinter der Gasdüse 12 mündet, sondern im Saugrohr 11'.

Claims

Additivzugabesystem (20; 20') für mit Erdgas oder Autogas zu betreibende Ottomotoren, mit wenigstens einer Gasdüse (12) an einer Ansaugeinheit jedes Zylinders (10) des Ottomotors, umfassend – einen Additivvorratsbehälter (26), – eine Additivsteuereinheit (25), – eine Additivfördereinrichtung (23), und – einer Einspritzsteuereinheit (30) für die Steuerung der Kraftstoffeinspritz- (17) und/oder Gasdüsen (12), dadurch gekennzeichnet, dass die Additivfördereinrichtung (23) eine Verteilereinheit mit jeweils wenigstens einem Förder- und/oder Ventilelement (23.1) je Zylinder (10) enthält und jeweils wenigstens eine Additivzuführleitung (21; 21') von dem Förderelement und/oder dem Ventilelement zu den Ansaugeinheiten der Zylinder (10) mündet, wobei die Additivsteuereinheit (25) mit der Einspritzeinheit (30) verbunden ist und die Förder- und/oder Ventilelemente in Abhängigkeit von den Steuersignalen der Einspritzsteuereinheit (30) für die Kraftstoffeinspritzdüsen (17) und/oder Gaszuführdüsen (12) betätigt werden.
Additivzugabesystem (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Additivzuführleitung (21) in den Gaszuführungsleitungen (13) ausgangsseitig der Gasdüse (12) mündet.
Additivzugabesystem (20') nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede Additivzuführleitung (21; 21') direkt in einem zu einem Einlassventil (14) führenden Ansaugrohr (11') des jeweiligen Zylinders (10) mündet.
Additivzugabesystem (20; 20') nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Additivsteuereinheit (25) die eingebrachte Gasmenge in Abhängigkeit von der Einspritzzeit des Gases oder Kraftstoffs bestimmt.
Additivzugabesystem (20; 20') nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, dass ein Additiv mit einem definierten Verhältnis von 1:1000 in das Luft-Gas-Gemisch in die Ansaugeinheit (11) eingegeben wird.
Additivzugabesystem (20; 20') nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Additiv mit 1 bar ... 4 bar eingegeben wird.
Additivzugabesystem (20; 20') nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rückschlagventil im Bereich der Mündung der Additivzuführleitung (21) im Ansaugrohr (11) oder in der Gaszuführleitung (13) angeordnet ist.