DE102010054192A1

DE102010054192A1 - Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102010054192A1
Application number: DE102010054192A
Authority: DE
Inventors: Volker Cornelius
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2010-12-11
Filing date: 2010-12-11
Publication date: 2012-06-14

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Ottomotors, wobei mindestens einem Arbeitszylinder der Brennkraftmaschine über eine Verbrennungsluftleitung Verbrennungsluft und Kraftstoff zugeführt wird, wobei in einem ersten Betriebszustand der Brennkraftmaschine ein erster Kraftstoff in seinem gasförmigen Aggregatzustand in die Verbrennungsluftleitung eingeleitet wird und in einem zweiten Betriebszustand der Brennkraftmaschine ein zweiter Kraftstoff in seinem flüssigen Aggregatzustand über mindestens eine Kraftstoffeinspritzdüse in die Verbrennungsluftleitung eingespritzt wird. Hierbei wird in dem ersten Betriebszustand der Brennkraftmaschine über mindestens eine Kraftstoffeinspritzdüse eine vorbestimmte Menge Wasser pro Zeiteinheit in die Verbrennungsluftleitung eingespritzt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Ottomotors, wobei mindestens einem Arbeitszylinder der Brennkraftmaschine über eine Verbrennungsluftleitung Verbrennungsluft und Kraftstoff zugeführt wird, wobei in einem ersten Betriebszustand der Brennkraftmaschine ein erster Kraftstoff in seinem gasförmigen Aggregatzustand in die Verbrennungsluftleitung eingeleitet wird und in einem zweiten Betriebszustand der Brennkraftmaschine ein zweiter Kraftstoff in seinem flüssigen Aggregatzustand über mindestens eine Kraftstoffeinspritzdüse in die Verbrennungsluftleitung eingespritzt wird, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der DE 44 09 570 A1 ist ein Verfahren zum Entsorgen von Wasser aus der Kraftstoffanlage einer Brennkraftmaschine bekannt, wobei dieses Wasser der dem Motor zugeführten Verbrennungsluft durch Einspritzen in ein Ansaugrohr zugeführt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Betrieb einer Brennkraftmaschine hinsichtlich Wirkungsgrad und Einsatzspektrum zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der o. g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
Dazu ist es bei einem Verfahren der o. g. Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass in dem ersten Betriebszustand der Brennkraftmaschine über mindestens eine Düse eine vorbestimmte Menge Wasser pro Zeiteinheit in die Verbrennungsluftleitung eingespritzt wird. Alternativ können der gasförmige Kraftstoff, der flüssige Kraftstoff und das Wasser auch direkt in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt werden.
Dies hat den Vorteil, dass mittels einer dosierten zusätzlichen Einspritzung von Wasser ein Expansionsprozess der Verbrennung optimiert wird und sich dadurch ein mechanischer Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine erhöht. Durch die innere Wassereinspritzung wird eine Abgastemperatur abgesenkt und ein mechanischer Wirkungsgrad erhöht.
Einen kostengünstigen Betrieb mit hohem Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine erzielt man dadurch, dass der Verbrennungsluftleitung stromauf einer in der Verbrennungsluftleitung angeordneten Drosselklappe der erste Kraftstoff, beispielsweise LPG (Liquefied Petroleum/Propane Gas) oder CNG (Compressed Natural Gas, komprimiertes Erdgas), zugeführt wird.
Einen alternativen Betrieb der Brennkraftmaschine mit einem anderen Kraftstoff zur Überbrückung von Phasen, in denen kein erster Kraftstoff zur Verfügung steht oder zum Betrieb der Brennkraftmaschine in einem anderen Last/Drehzahlbereich, welcher einen höheren Wirkungsgrad mit einem zweiten Kraftstoff als mit dem ersten Kraftstoff aufweist, erzielt man dadurch, dass in die Verbrennungsluftleitung stromab einer in der Verbrennungsluftleitung angeordneten Drosselklappe der zweite Kraftstoff, beispielsweise Benzin oder Diesel, eingespritzt wird. Alternativ können diese Kraftstoffe auch direkt in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt werden.
Eine Verwendung der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betriebenen Brennkraftmaschine als Blockheizkraftwerk (BHKW) wird dadurch möglich, dass in einem Abgastrakt der Brennkraftmaschine über einen Abgaswärmetauscher thermische Energie von dem Abgas auf ein Trägerfluid übertragen wird. Die mechanische Energie der Brennkraftmaschine wird über einen Generator in elektrische Energie umgewandelt.
Eine einfache und umweltverträgliche Entsorgung von Kondenswasser aus dem Abgas erzielt man dadurch, dass Kondenswasser aus einem Abgastrakt der Brennkraftmaschine eingespritzt wird.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in der einzigen Fig. eine schematische Darstellung eines Blockheizkraftwerkes mit einer Brennkraftmaschine zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines Blockheizkraftwerkes (BHKW) mit Brennkraftmaschine erläutert, da das erfindungsgemäße Verfahren hier ganz besonders außergewöhnliche Vorteile hinsichtlich des Wirkungsgrades erzielt. Dies ist jedoch lediglich beispielhaft und keinerlei Einschränkung für die Anwendung der Erfindung.
Das in der einzigen Fig. dargestellte Blockheizkraftwerk (BHKW) weist eine Brennkraftmaschine 10 in Form beispielsweise eines Ottomotors mit mindestens einem Arbeitszylinder 12 auf. Eine Verbrennungsluftleitung 14, in der eine Drosselklappe 16 angeordnet ist, mündet in den mindestens einen Arbeitszylinder 12 und dient zum Zuführen von Verbrennungsluft 18 an den bzw. die Arbeitszylinder. Eine Abgasleitung 20 zweigt von dem mindestens einen Arbeitszylinder 12 ab und dient zum Abführen von Abgas 22 aus dem bzw. den Arbeitszylinder 12. In der Abgasleitung 20 ist ein Abgas-Wärmetauscher 24 angeordnet, welcher zum Übertragen von thermischer Energie aus dem Abgas 22 in ein Trägermedium dient, wobei dieses Trägermedium die thermische Energie an einen Verbraucher für thermische Energie (nicht dargestellt), beispielsweise eine Wohnhausheizung, weiterleitet. Gleichzeitig treibt die Brennkraftmaschine 10 eine elektrischen Generator (nicht dargestellt) an und erzeugt dadurch elektrischen Strom. Auf diese Weise wird sowohl die von der Brennkraftmaschine abgegebene mechanische Energie als auch die von der Brennkraftmaschine abgegebene thermische Energie genutzt, wodurch sich der für ein BHKW typische hohe Wirkungsgrad ergibt.
Zum Betrieb der Brennkraftmaschine wird wahlweise über ein Kraftstoffeinspritzventil 26 ein zweiter Kraftstoff, wie beispielsweise Diesel oder Benzin, in seinem flüssigen Aggregatzustand in die Verbrennungsluftleitung 14 stromab der Drosselklappe 16 eingespritzt, oder es wird ein erster Kraftstoff, wie beispielsweise LPG (Liquefied Petroleum/Propane Gas) oder CNG (Compressed Natural Gas, komprimiertes Erdgas), in seinem gasförmigen Aggregatzustand zusammen mit der Verbrennungsluft 18 stromauf der Drosselklappe 16 in die Verbrennungsluftleitung 18 eingeleitet.
Das Abgas 22 wird über einen Kondensatbehälter 28 abgeleitet, wobei in dem Kondensatbehälter 28 im Wesentlichen Wasser 30 aus dem Abgas 22 auskondensiert und gesammelt wird.
Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, in solchen Betriebsphasen der Brennkraftmaschine 10, in denen diese mit dem ersten gasförmigen Kraftstoff betrieben wird und dementsprechend das Kraftstoffeinspritzventil 26 ohne Funktion ist, das Wasser 30 aus dem Kondensatbehälter 28 über eine Kondensatleitung 32 und mittels einer Wasser- bzw. Kondensatpumpe 34 dem Kraftstoffeinspritzventil 26 zuzuführen, so dass das Wasser 30 über das Kraftstoffeinspritzventil 26 in die Verbrennungsluftleitung 14 stromab der Drosselklappe eingespritzt und dadurch zusammen mit der Verbrennungsluft und dem ersten Kraftstoff dem Verbrennungsprozess in dem Arbeitszylinder 12 zugeführt wird.
Mittels der dosierten zusätzlichen Einspritzung von Wasser wird der Expansionsprozess optimiert. Dadurch wird der mechanische Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine 10 erhöht.
Die Anwendung bei einem mit gasförmigen Brennstoffen (erster Kraftstoff) betriebenem BHKW ist insbesondere deshalb vorteilhaft, weil das erforderliche Wasser prozessbedingt (Brennwerttechnik) anfällt und genutzt werden kann. Zudem sind die Bauteile des BHKW durch den Gasbetrieb bereits für den Kontakt mit Wasser (Erdgasanwendung) und Kondensat ausgelegt. So fällt beispielsweise bei einer elektrischen Leistung des von der Brennkraftmaschine angetriebenen Generators von 7 kW beim BHKW Wasser (Kondensat) in einer Menge von ca. 5 Litern/Stunde an. Gerade beim BHKW ist der mechanische Wirkungsgrad maßgeblich für die Wirtschaftlichkeit einer Anlage.
Beispielsweise wird als Brennkraftmaschine eine Basis Serienanordnung eines drei Zylinder Benzin/Erdgas Motors aus einem Kraftfahrzeug verwendet. Das erforderliche Erdgas/LPG für den Betrieb des BHKW wird stromauf der Drosselklappe 16 eingeleitet. Im BHKW wird monovalenter Betrieb gefahren, d. h. die Brennkraftmaschine wird nur mit Erdgas oder LPG betrieben. Dadurch können die vorhandenen, nicht benötigten Benzin-Einspritzdüsen (Kraftstoffeinspritzventile 26) für das Einspritzen des Wassers verwendet werden. Gegebenenfalls sind die Einspritzdüsen 26 auf den Betrieb mit Wasser angepasst. Das erforderliche Wasser 30 wird dem Kondensatbehälter 28 entnommen.
Bezugszeichenliste

10: Brennkraftmaschine
12: Arbeitszylinder
14: Verbrennungsluftleitung
16: Drosselklappe
18: Verbrennungsluft
20: Abgasleitung
22: Abgas
24: Abgas-Wärmetauscher
26: Kraftstoffeinspritzventil
28: Kondensatbehälter
30: Wasser
32: Kondensatleitung
34: Wasser- bzw. Kondensatpumpe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 4409570 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Ottomotors, wobei mindestens einem Arbeitszylinder der Brennkraftmaschine über eine Verbrennungsluftleitung Verbrennungsluft und Kraftstoff zugeführt wird, wobei in einem ersten Betriebszustand der Brennkraftmaschine ein erster Kraftstoff in seinem gasförmigen Aggregatzustand zugeführt wird und in einem zweiten Betriebszustand der Brennkraftmaschine ein zweiter Kraftstoff in seinem flüssigen Aggregatzustand über mindestens eine Kraftstoffeinspritzdüse eingespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Betriebszustand der Brennkraftmaschine über mindestens eine Düse eine vorbestimmte Menge Wasser pro Zeiteinheit in die Verbrennungsluft eingespritzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsluftleitung stromauf einer in der Verbrennungsluftleitung angeordneten Drosselklappe der erste Kraftstoff zugeführt wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in die Verbrennungsluftleitung stromab einer in der Verbrennungsluftleitung angeordneten Drosselklappe der zweite Kraftstoffeingespritzt wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass LPG (Liquefied Petroleum/Propane Gas) oder CNG (Compressed Natural Gas, komprimiertes Erdgas) als erster Kraftstoff zugeführt wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Benzin oder Diesel als zweiter Kraftstoff eingespritzt wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Abgastrakt der Brennkraftmaschine über einen Abgaswärmetauscher thermische Energie von dem Abgas auf ein Trägerfluid übertragen wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Kondenswasser aus einem Abgastrakt der Brennkraftmaschine eingespritzt wird.