DE102012023835A1

DE102012023835A1 - Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102012023835A1
Application number: DE102012023835.5A
Authority: DE
Inventors: Paul Hagl; Markus Bauer; Matthias Auer
Original assignee: MAN Diesel and Turbo SE
Current assignee: MAN Energy Solutions SE
Priority date: 2012-12-06
Filing date: 2012-12-06
Publication date: 2014-06-12
Anticipated expiration: 2032-12-07
Also published as: CN103850784B; JP6384897B2; JP2014114812A; KR102010597B1; DE102012023835B4; KR20140073441A; CN103850784A; FI20136215L

Abstract

Brennkraftmaschine, mit mehreren Zylindern (10), wobei jeder Zylinder (10) eine Zylinderbuchse (11) und einen in der Zylinderbuchse (11) beweglichen Zylinderkolben (12) aufweist, wobei jeder Zylinder (10) entweder mindestens ein schaltbares Einlassventil (15) für Kraftstoff und mindestens ein schaltbares Einlassventil (16) für Verbrennungsluft oder mindestens ein schaltbares Einlassventil (23) für ein Kraftstoff-Verbrennungsluft-Gemisch aufweist, wobei weiterhin jeder Zylinder (10) mindestens ein schaltbares Auslassventil (17) für Abgas aufweist, wobei jeder Zylinder (10) erste Mittel aufweist, über die unverbrannter bzw. teilweiser verbrannter Kraftstoff von aus dem Zylinder (10) auszustoßendem Abgas trennbar ist, und wobei jeder Zylinder (10) zweite Mittel aufweist, über die der vom auszustoßenden Abgas getrennte Kraftstoff der Verbrennung in dem jeweiligen Zylinder (10) wieder zuführbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Brennkraftmaschinen verfügen über mehrere Zylinder, wobei jeder Zylinder einen in einer Zylinderbuchse bewegbaren Zylinderkolben umfasst. Jedem Zylinder ist Kraftstoff und Verbrennungsluft entweder getrennt über separate Einlassventile oder in Form eines Kraftstoff-Verbrennungsluft-Gemischs über mindestens ein gemeinsames Einlassventil zuführbar. Abgas, welches durch die Verbrennung des Kraftstoffs im jeweiligen Zylinder entsteht, kann über mindestens ein Auslassventil des jeweiligen Zylinders vom Zylinder abgeführt werden.
Otto-Brennkraftmaschinen emittieren im Vergleich zu Diesel-Brennkraftmaschinen mehr Kohlenwasserstoffe in die Umgebung. Derartige Kohlenwasserstoffemissionen bestehen hauptsächlich aus unvollständig verbranntem Kraftstoff oder nicht verbranntem Kraftstoff, wobei sich unvollständig oder nicht verbrannter Kraftstoff in Spaltvolumen oder Totvolumen des jeweiligen Zylinders der Brennkraftmaschine sammeln kann. Bei aus der Praxis bekannten Brennkraftmaschinen wird der unvollständig oder nicht verbrannte Kraftstoff zusammen mit dem Abgas über das oder jedes Auslassventil des jeweiligen Zylinders vom Zylinder abgeführt.
Um diesem Problem Rechnung zu tragen, verfügen aus dem Stand der Technik bekannte Brennkraftmaschinen über einen Oxidationskatalysator, um Kohlenwasserstoffe mittels katalytischer Oxidation umzusetzen und deren Emission in die Umgebung zu vermeiden bzw. zu reduzieren. Durch solche Oxidationskatalysatoren erhöht sich jedoch der konstruktive Aufwand von Brennkraftmaschinen.
Hievon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine neuartige Brennkraftmaschine zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch eine Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß weist jeder Zylinder erste Mittel auf, über die unverbrannter bzw. teilweiser verbrannter Kraftstoff von aus dem Zylinder auszustoßendem Abgas trennbar ist, und wobei jeder Zylinder zweite Mittel aufweist, über die der vom auszustoßenden Abgas getrennte Kraftstoff der Verbrennung in dem jeweiligen Zylinder wieder zuführbar ist. Die hier vorliegende Erfindung schlägt eine Brennkraftmaschine mit innermotorischen Mitteln zur Reduktion von Kohlenwasserstoffemissionen vor. Über die ersten Mittel ist nicht verbrannter oder unvollständig verbrannter Kraftstoff vom auszustoßenden Abgas trennbar, wobei über die zweiten Mittel dieser vom auszustoßenden Abgas getrennte Kraftstoff der Verbrennung im jeweiligen Zylinder wieder zuführbar ist. Hierdurch kann auch ohne die Verwendung von Oxidationskatalysatoren die Emission von Kohlenwasserstoffen in die Umgebung reduziert werden.
Nach einer ersten vorteilhaften Weiterbildung sind die ersten Mittel der Zylinder als in Umfangsrichtung verlaufende Nuten im Zylinderkolben des jeweiligen Zylinders und/oder als in Axialrichtung verlaufende Schlitze in der Zylinderbuchse des jeweiligen Zylinders ausgebildet, über welche der unverbrannte bzw. teilweise verbrannte Kraftstoff aus einem Brennraum und/oder aus Toträumen des jeweiligen Zylinders in einen Treibraum des jeweiligen Zylinders überführbar ist. Diese Ausgestaltung der Erfindung ist konstruktiv besonders einfach.
Nach einer zweiten, alternativen vorteilhaften Weiterbildung sind die ersten Mittel der Zylinder als schaltbare Elemente ausgebildet, über welche abhängig vom Schaltzustand derselben der unverbrannte bzw. teilweise verbrannte Kraftstoff aus einem Brennraum und/oder aus Toträumen des jeweiligen Zylinders in einen Treibraum des jeweiligen Zylinders überführbar ist. Die schaltbaren Elemente, die vorzugsweise als schaltbare Ventile ausgebildet sind, sind abhängig von der Position des Zylinderkolbens in der Zylinderbuchse ansteuerbar und erlauben eine effektive Trennung des unverbrannten bzw. teilweise verbrannten Kraftstoffs vom Abgas.
Vorzugsweise sind die zweiten Mittel der Zylinder als Strömungsleitungen ausgebildet, über die in den Treibraum des jeweiligen Zylinders überführter, unverbrannter bzw. teilweise verbrannter Kraftstoff der Verbrennung in dem jeweiligen Zylinder wieder zuführbar ist, wobei die Strömungsleitungen entweder mit einem ersten Ende im Treibraum des jeweiligen Zylinders und mit einem zweiten Ende im Brennraum des jeweiligen Zylinders oder alternativ mit einem ersten Ende im Treibraum des jeweiligen Zylinders und mit einem zweiten Ende in einer Zuführleitung des jeweiligen Zylinders für die Verbrennungsluft oder in einer Zuführleitung des jeweiligen Zylinders für das Kraftstoff-Verbrennungsluft-Gemisch münden. Diese Ausgestaltung der Erfindung erlaubt eine einfache Rückführung des unverbrannten bzw. teilweise verbrannten Kraftstoffs in den jeweiligen Zylinder zur Verbrennung desselben im jeweiligen Zylinder.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung ist über die ersten Mittel auch Abgas in den Treibraum des jeweiligen Zylinders zur Inertisierung desselben überführbar. Hierdurch ist es möglich, die Gefahr von Treibraumexplosionen zu minimieren und die Betriebssicherheit zu erhöhen.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigt:
1: eine schematisierte Darstellung eines Zylinders einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2: ein schematisierte Darstellung eines Zylinders einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
3 ein schematisierte Darstellung eines Zylinders einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine nach einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Die hier vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, insbesondere eine Otto-Brennkraftmaschine, mit mehreren Zylindern.
1 zeigt stark schematisiert eine Darstellung eines Zylinders 10 einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine, wobei die Brennkraftmaschine mehrere solche Zylinder 10 umfasst. Der in 1 gezeigte Zylinder 10 verfügt über eine Zylinderbuchse 11, in welcher ein Zylinderkolben 12 bewegbar aufgenommen ist. Bei der Verbrennung von Kraftstoff im Zylinder 10 bewegt sich der Zylinderkolben 12 in der Zylinderbuchse 11 auf und ab, wobei der Zylinderkolben 12 einen sogenannten Brennraum 13 des Zylinders 10 von einem sogenannten Treibraum 14 des Zylinders 10 trennt.
Dem Zylinder 10, nämlich dem Brennraum 13 desselben, ist im Ausführungsbeispiel der 1 Kraftstoff über mindestens ein Kraftstoffventil 15 und Verbrennungsluft über mindestens ein separates Verbrennungsluftventil 16 separat zuführbar, wobei bei der Verbrennung des Kraftstoffs im Brennraum 10 entstehendes Abgas vom Zylinder 10 über mindestens ein Auslassventil 17 vom Zylinder 10 abgeführt werden kann. Bei den Ventilen 15, 16 und 17 handelt es sich um schaltbare Ventile, die während des Arbeitstakts des Zylinders gesteuert bzw. geregelt geöffnet und geschlossen werden.
In Spalten bzw. Toträumen des Zylinders 10 kann sich während der Verbrennung des Kraftstoffs nicht oder nur teilweise verbrannter Kraftstoff sammeln, der bei aus der Praxis bekannten Zylindern einer Brennkraftmaschine über das Abgas mit vom Zylinder 10 abgeführt wird.
Eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine verfügt nun über Zylinder 10, wobei jeder Zylinder 10 erste Mittel aufweist, über die beim Abführen des Abgases aus dem jeweiligen Zylinder 10 oder vor dem Abführen des Abgases aus dem jeweiligen Zylinder 10 unverbrannter bzw. teilweise verbrannter Kraftstoff vom auszustoßenden Abgas trennbar ist, und wobei jeder Zylinder 10 weiterhin zweite Mittel aufweist, über die der vom auszustoßenden Abgas getrennte, unverbrannte bzw. nur teilweise verbrannte Kraftstoff der Verbrennung in dem jeweiligen Zylinder 10 wieder zuführbar ist.
Im in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei den ersten Mitteln des Zylinders 10, über welche beim oder vor dem Abführen des Abgases aus dem Zylinder 10 unverbrannter bzw. teilweise verbrannter Kraftstoff vom auszustoßenden Abgas trennbar ist, um in Umfangsrichtung verlaufende Nuten 18 im Zylinderkolben und/oder über in Axialrichtung verlaufende Schlitze 19 in der Zylinderbuchse 11. Über diese Nuten 18 und Schlitze 19 kann nicht oder teilweise verbrannter Kraftstoff vom auszustoßenden Abgas getrennt und vom Brennraum 13 bzw. von Toträumen des jeweiligen Zylinders 10 in den Treibraum 14 des jeweiligen Zylinders 10 überführt werden.
Bei dem zweiten Mittel handelt es sich bei im Zylinder 10 der 1 um eine Strömungsleitung 20, die mit einem ersten Ende 21 im Treibraum 14 und mit einem zweiten Ende 22 im Bereich einer Zuführleitung für die Verbrennungsluft mündet. Auf diese Weise kann im Treibraum 14 gesammelter und vom auszustoßenden Abgas getrennter, unverbrannter bzw. teilweise verbrannter Kraftstoff der Verbrennungsluft beigemengt werden, bevor dieselbe über das Einlassventil 16 in den Brennraum 13 des jeweiligen Zylinders 10 gelangt.
2 zeigt einen Zylinder 10 eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine, wobei nachfolgend zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen nur auf solche Details eingegangen wird, durch die sich der Zylinder 10 der 2 vom Zylinder 10 der 1 unterscheidet.
Beim Zylinder 10 der 2 ist dem Brennraum 13 des Zylinders 10 Verbrennungsluft und Kraftstoff nicht getrennt über separate Ventile zuführbar, vielmehr ist dem Brennraum 10 des Zylinders 10 über ein gemeinsames Einlassventil 23 ein Kraftstoff-Verbrennungsluft-Gemisch zuführbar.
Ein weiterer Unterschied des Zylinders 10 der 2 vom Zylinder 10 der 1 besteht darin, dass das als Strömungsleitung 20 ausgebildete zweite Mittel mit seinem zweiten Ende 22 im Brennraum 13 mündet. Hinsichtlich aller übrigen Details stimmt das Ausführungsbeispiel der 2 mit dem Ausführungsbeispiel der 1 überein.
Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass auch beim Ausführungsbeispiel der 1 die Strömungsleitung 20 mit ihrem zweiten Ende 22 im Bereich des Brennraums 13 münden kann.
Ebenso kann im Ausführungsbeispiel der 2 die Strömungsleitung 20 mit ihrem zweiten Ende 22 im Bereich der Zuführleitung für das Kraftstoff-Verbrennungsluft-Gemisch münden.
Im Ausführungsbeispiel der 1 und 2, in welchem die ersten Mittel über Nuten 18 im Zylinderkolben 12 bzw. Schlitze 19 in der Zylinderbuchse 11 ausgebildet sind, ist die oder jede Nut 18 in eine radial äußere Wandung des jeweiligen Zylinderkolbens 12 eingebracht. Der oder jeder Schlitz 19 ist in die Zylinderbuchse 11 in eine radial innere Wandung derselben eingebracht.
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welchem der Zylinder 10 wiederum in Übereinstimmung mit dem Ausführungsbeispiel der 2 mindestens ein Einlassventil 23 für ein Kraftstoff-Verbrennungsluft-Gemisch und mindestens ein Auslassventil 17 für Abgas aufweist.
Im Ausführungsbeispiel der 3 sind die ersten Mittel, die der Trennung des unverbrannten bzw. teilweise verbrannten Kraftstoffs vom auszustoßenden Abgas und der Überführung des Abgases vom Brennraum 13 und/oder von Toträumen des jeweiligen Zylinders 10 in den Treibraum 14 desselben dienen, als schaltbare Elemente 24 ausgebildet, die vorzugsweise in die Zylinderbuchse 11 des jeweiligen Zylinders 10 integriert sind. Abhängig vom Schaltzustand bzw. Öffnungszustand dieser schaltbaren Elemente 24, bei welchen es sich vorzugsweise um schaltbare Ventile handelt, kann der unverbrannte bzw. teilweise verbrannte Kraftstoff vom auszustoßenden Abgas getrennt und in den Treibraum 14 überführt werden.
Im Ausführungsbeispiel der 3 mündet das als Strömungsleitung 20 ausgebildete zweite Mittel, welches der Rückführung des unverbrannten bzw. teilweise verbrannten Kraftstoffs in Richtung auf die Verbrennung im jeweiligen Zylinder 10 dient, mit dem zweiten Ende 22 an der Zuführleitung für das Kraftstoff-Verbrennungsluft-Gemisch, also in Strömungsrichtung gesehen stromaufwärts des Einlassventils 23. Im Unterschied hierzu ist es jedoch auch möglich, dass diese Strömungsleitung 20 mit dem zweiten Ende 22 in den Brennraum 13 mündet.
Bei den erfindungsgemäßen Brennkraftmaschinen ist es demnach möglich, im Bereich jedes Zylinders 10 unverbrannten bzw. teilweise verbrannten Kraftstoff vor dem oder beim Ausstoßen von Abgas aus dem Brennraum 13 des jeweiligen Zylinders 10 vom auszustoßenden Abgas zu trennen und in den Treibraum 14 des jeweiligen Zylinders 10 zu überführen, wobei dieser unverbrannte bzw. teilweise verbrannte Kraftstoff, der hierbei im Treibraum 14 gesammelt wird, der Verbrennung im Zylinder 10 wieder zugeführt werden kann, indem der unverbrannte bzw. teilweise verbrannte Kraftstoff in den Brennraum 13 des jeweiligen Zylinders 10 zurückgeführt wird.
Ferner ist es auch möglich, über die ersten Mittel Abgas in den Treibraum 14 des jeweiligen Zylinders 10 zur Inertisierung des Treibraums 14 zu überführen. Hierdurch ist es möglich, die Gefahr von Treibraumexplosionen zu minimieren und die Betriebssicherheit zu erhöhen.
Bezugszeichenliste

10: Zylinder
11: Zylinderbuchse
12: Zylinderkolben
13: Brennraum
14: Treibraum
15: Einlassventil
16: Einlassventil
17: Auslassventil
18: Nut
19: Schlitz
20: Strömungsleitung
21: erstes Ende
22: zweites Ende
23: Einlassventil
24: schaltbares Element

Claims

Brennkraftmaschine, mit mehreren Zylindern (10), wobei jeder Zylinder (10) eine Zylinderbuchse (11) und einen in der Zylinderbuchse beweglichen Zylinderkolben (12) aufweist, wobei jeder Zylinder entweder mindestens ein schaltbares Einlassventil (15) für Kraftstoff und mindestens ein schaltbares Einlassventil (16) für Verbrennungsluft oder mindestens ein schaltbares Einlassventil (23) für ein Kraftstoff-Verbrennungsluft-Gemisch aufweist, und wobei weiterhin jeder Zylinder (10) mindestens ein schaltbares Auslassventil (17) für Abgas aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Zylinder (10) erste Mittel aufweist, über die unverbrannter bzw. teilweiser verbrannter Kraftstoff von aus dem Zylinder (10) auszustoßendem Abgas trennbar ist, und dass jeder Zylinder zweite Mittel aufweist, über die der vom auszustoßenden Abgas getrennte Kraftstoff der Verbrennung in dem jeweiligen Zylinder wieder zuführbar ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass über die ersten Mittel der Zylinder (10) der unverbrannte bzw. teilweise verbrannte Kraftstoff von dem aus dem Zylinder auszustoßenden Abgas trennbar und ausgehend von einem Brennraum (13) und/oder einem Totraum des jeweiligen Zylinders in einen Treibraum (14) desselben überführbar ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Mittel der Zylinder (10) als in Umfangsrichtung verlaufende Nuten (18) im Zylinderkolben (12) des jeweiligen Zylinders und/oder als in Axialrichtung verlaufende Schlitze (19) in der Zylinderbuchse (11) des jeweiligen Zylinders ausgebildet sind, über welche unverbrannter bzw. teilweiser verbrannter Kraftstoff aus einem Brennraum (13) und/oder aus Toträumen des jeweiligen Zylinders (10) in einen Treibraum (14) desselben überführbar ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten (18) in den jeweiligen Zylinderkolben (12) in eine radial äußere Wandung desselben und/oder die Schlitze (19) in die jeweilige Zylinderbuchse (11) in eine radial innere Wandung derselben eingebracht sind.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Mittel der Zylinder (10) als schaltbare Elemente (24) ausgebildet sind, über welche abhängig vom Schaltzustand derselben unverbrannter bzw. teilweiser verbrannter Kraftstoff aus einem Brennraum (13) und/oder aus Toträumen des jeweiligen Zylinders (10) in einen Treibraum (14) desselben überführbar ist.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Mittel der Zylinder (10) als Strömungsleitungen (20) ausgebildet sind, über die in den Treibraum (14) des jeweiligen Zylinders (10) überführter, unverbrannter bzw. teilweiser verbrannter Kraftstoff der Verbrennung in dem jeweiligen Zylinder (10) wieder zuführbar ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsleitungen (20) mit einem ersten Ende (21) im Treibraum (14) des jeweiligen Zylinders (10) und mit einem zweiten Ende (22) im Brennraum (13) des jeweiligen Zylinders (10) münden.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsleitungen (20) mit einem ersten Ende (21) im Treibraum (14) des jeweiligen Zylinders (10) und mit einem zweiten Ende (22) in einer Zuführleitung des jeweiligen Zylinders (10) für die Verbrennungsluft oder für das Kraftstoff-Verbrennungsluft-Gemisch münden.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass über die ersten Mittel auch Abgas in den Treibraum (14) des jeweiligen Zylinders (10) zur Inertisierung desselben überführbar ist.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass dieselbe eine Otto-Brennkraftmaschine ist.