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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1, eine Injektionseinrichtung für eine Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 8 und eine Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 9.
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Brennkraftmaschinen der hier angesprochenen Art sowie Verfahren zu deren Betrieb sind bekannt. Dabei finden Brennverfahren mit diffusiver Gasverbrennung Anwendung, wobei wenigstens zwei Brenngasstrahlen und wenigstens ein Zündölstrahl in einen Brennraum der Brennkraftmaschine injiziert werden. Der Zündölstrahl wirkt als Pilotstrahl, wobei das Zündöl im Vergleich zu dem Brenngas eine erhöhte Zündwilligkeit aufweist. Es entzündet sich daher unter den in dem Brennraum herrschenden Bedingungen und entflammt dabei das Brenngas, welches dann wiederum diffusionskontrolliert verbrennt. Bei solchen Brennverfahren besteht die Herausforderung, dass im Vergleich zu einem Diesel-Brennverfahren, bei dem über hohe Einspritzdrücke ein sehr hoher Impuls zur Gemischbildung bereitgestellt werden kann, der Gasdruck des Brenngases aufgrund technischer Restriktionen deutlich geringer ausfällt, typischerweise ungefähr eine Größenordnung geringer. Es steht daher ein deutlich geringerer Impuls für die Gemischbildung zur Verfügung. Dabei zeigt sich auch, dass Brennverfahren mit Muldeninteraktion, beispielsweise mit einer Stufenmulde in einem Kolben, bei Gasverbrennung nicht die gleichen, starken Interaktionseffekte zeigen wie bei reiner Dieselverbrennung. Aufgrund des geringeren Drucks des Brenngases und des dadurch bedingten geringen Impulses ist nämlich die Interaktion mit der Muldengeometrie deutlich geringer ausgeprägt, als dies beim Einspritzen von flüssigem Diesel unter hohem Druck der Fall ist. Um diesen Problemen zumindest teilweise zu begegnen ist es bekannt, Brenngasstrahlen und Zündölstrahlen paarweise derart in den Brennraum zu injizieren, dass einem Brenngasstrahl ein Zündölstrahl benachbart ist, wobei der Brenngasstrahl einseitig von dem Zündölstrahl entflammt wird. Insbesondere werden dabei das Brenngas und das Zündöl in zwei verschiedenen Ebenen oder auf zwei verschiedenen Kegelflächen eingespritzt, die benachbart zueinander angeordnet sind. Hierbei ergibt sich allerdings eine sehr schlechte Lufterfassung, was insbesondere bei hohen Lasten der Brennkraftmaschine zu hohen Partikelemissionen führt.
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Aus dem US-amerikanischen Patent
US 6,439,192 B1 geht ein Injektionsventil für eine Brennkraftmaschine zum Einspritzen eines gasförmigen und eines flüssigen Brennstoffs hervor, wobei das Injektionsventil einen Injektionsventilkörper sowie eine Pilotbrennstoffnadelventilanordnung aufweist, die in dem Körper angeordnet ist, wobei die Pilotbrennstoffnadelventilanordnung eine erste Nadel aufweist, die in Längsrichtung des Körpers zwischen einer geöffneten und geschlossener Position verlagerbar ist, um eine Injektion eines Pilotbrennstoffs in eine Brennkammer der Brennkraftmaschine durch eine Mehrzahl von Pilotbrennstoffbohrungen zu kontrollieren, wobei die Pilotbrennstoffbohrungen in einer Düsenspitze der Pilotbrennstoffnadelventilanordnung ausgebildet sind. Das Injektionsventil weist außerdem eine Gasbrennstoffnadelventilanordnung in dem Körper auf, die konzentrisch mit der Pilotbrennstoffnadelventilanordnung ausgebildet ist, wobei die Gasbrennstoffnadelventilanordnung eine zweite Nadel aufweist, die in Richtung der Längsachse zwischen einer geöffneten und einer geschlossenen Position verlagerbar ist, um eine Injektion eines gasförmigen Brennstoffs in die Brennkammer durch eine Mehrzahl von Gasbrennstoffbohrungen zu kontrollieren, wobei die Gasbrennstoffbohrungen in einer Düsenspitze der Gasbrennstoffnadelventilanordnung ausgebildet sind. Dabei ist vorgesehen, dass wenigstens eine der Düsenspitzen rotierbar ausgebildet ist, um auf diese Weise eine Position zwischen den Pilotbrennstoffbohrungen relativ zu den Gasbrennstoffbohrungen zu verändern, und wobei eine Anzahl der Mehrzahl von Pilotbrennstoffbohrungen verschieden ist von einer Anzahl der Mehrzahl von Gasbrennstoffbohrungen.
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Aus der Übersetzung der europäischen Patentschrift
DE 698 12 926 T2 geht eine hydraulisch betätigte Kraftstoffeinspritzvorrichtung zum Einspritzen eines Kraftstoffs in eine Verbrennungskammer einer Kolbenverdrängungsmaschine hervor, die ein Einspritzgehäuse enthält, welches eine Ventilkammer mit einer Spritzdüse an einem Ende in der Nähe der Verbrennungskammer bildet, wobei die Einspritzdüse zumindest eine Öffnung in die Verbrennungskammer besitzt. Die hydraulisch betätigte Kraftstoffeinspritzvorrichtung enthält außerdem ein erstes verlagerbares Einspritzventil zum Einspritzen eines Hauptkraftstoffes in die Verbrennungskammer, wobei das erste verlagerbare Einspritzventil innerhalb der Ventilkammer angeordnet ist und in Schließstellung gegen einen Ventilsitz, welcher in der Ventilkammer ausgebildet ist, gedrängt wird, sowie ein zweites verlagerbares Einspritzventil zum Einspritzen eines Steuerkraftstoffs in die Verbrennungskammer, wobei das zweite verlagerbare Einspritzventil innerhalb der Ventilkammer angeordnet ist und in Schließstellung gegen einen Ventilsitz, welcher in der Ventilkammer ausgebildet ist, gedrängt wird. Weiterhin weist die Kraftstoffeinspritzvorrichtung eine erste Öffnung zum Einbringen des Hauptkraftstoffs in die Ventilkammer sowie eine zweite Öffnung zum Einbringen eines Hydraulikfluids in die Ventilkammer, und eine dritte Öffnung zum Einbringen des Steuerkraftstoffs in die Ventilkammer auf. Es ist vorgesehen, dass die Kraftstoffeinspritzvorrichtung weiterhin eine Druckbegrenzungseinrichtung enthält, welche innerhalb des Einspritzgehäuses zur Druckentlastung für das Hydraulikfluid bei Erreichen eines vorbestimmten Druckpegels angeordnet ist, sowie einen Betätigungsmechanismus zum Erzeugen eines ansteigenden Hydraulikdruckpulses in einem Hydraulikfluid, um das erste Einspritzventil zu verlagern, wenn das Hydraulikfluid einen ersten vorbestimmten Druckpegel erreicht, und um das zweite Einspritzventil getrennt zu verlagern, wenn das Hydraulikfluid einen zweiten vorbestimmten Druckpegel erreicht, um hierdurch den Steuerkraftstoff und den Hauptkraftstoff in die Verbrennungskammer einzuspritzen.
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Aus der US-amerikanischen Patentanmeldung US 2012/0325350 A1 geht ein Zweistoffinjektor für zwei Brennstoffe hervor, der einen Injektorkörper, eine erste Brennstoffabsperrnadel, eine zweite Brennstoffabsperrnadel, eine hydraulische Sperranordnung, eine erste Brennstoffkontrollventilanordnung und eine zweite Brennstoffkontrollventilanordnung aufweist.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, welches die genannten Nachteile nicht aufweist. Der Erfindung liegt außerdem die Aufgabe zugrunde, eine Injektionseinrichtung und eine Brennkraftmaschine zu schaffen, bei welchen die genannten Nachteile nicht auftreten.
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Die Aufgabe wird gelöst, indem ein Verfahren mit den Schritten des Anspruchs 1 geschaffen wird. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass der Zündölstrahl und die Brenngasstrahlen geometrisch derart injiziert werden, dass jeweils ein Zündölstrahl flankierend von zwei Brenngasstrahlen eingerahmt wird. Es erfolgt also eine geometrische Aufteilung der verschiedenen Strahlen in drei benachbarte Bereiche, wobei ein Zündölstrahl in der Mitte angeordnet ist und durch die Brenngasstrahlen eingerahmt oder umhüllt wird. Hierdurch ergibt sich eine deutlich verbesserte Lufterfassung. Zugleich zeigt sich, dass die Ladungsbewegung, insbesondere ein Drall der Ladung in dem Brennraum, deutlich besser genutzt wird, da die Brenngas- und Zündölstrahlen einander nicht beziehungsweise deutlich später überwehen und sich so nicht gegenseitig Verbrennungsluft wegnehmen können. Die beiden Brenngasstrahlen, die in ihrer Mitte einen Zündölstrahl aufnehmen, werden von diesem einseitig entflammt und stehen auf der dem Zündölstrahl jeweils abgewandten Seite mit Verbrennungsluft in Kontakt. Auf diese Weise kann möglichst schnell möglichst viel Verbrennungsluft an das Brenngas gebracht und dieses zugleich sehr effizient entzündet werden.
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Vorzugsweise ist ein geringer Zeitversatz zwischen der Injektion des Zündölstrahls und der Injektion der Brenngasstrahlen vorgesehen, wobei der Zeitversatz bevorzugt einem Zündverzug des Zündöls in dem Brennraum entspricht. Dabei ist der Zeitversatz auch abhängig von den konkreten Bedingungen einer konkreten Brennkraftmaschine und wird daher bevorzugt auf diese abgestimmt.
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Es ist außerdem vorgesehen, dass ein erster Brenngasstrahl – ausgehend von einer Injektionseinrichtung – auf einer ersten Kegelfläche angeordnet wird, die vorzugsweise symmetrisch um eine Zylinderachse des Brennraums herum angeordnet ist, wobei die erste Kegelfläche einen ersten Öffnungswinkel aufweist. Der Zündölstrahl wird bevorzugt auf einer zweiten, entsprechenden Kegelfläche mit einem zweiten Öffnungswinkel angeordnet, wobei der zweite Brenngasstrahl auf einer dritten, entsprechenden Kegelfläche mit einem dritten Öffnungswinkel angeordnet wird. Dabei sind die Öffnungswinkel der Kegelflächen jeweils voneinander verschieden. Auf diese Weise ergibt sich eine Verteilung der Strahlen in drei Ebenen oder Kegelflächen, wobei die Zündölinjektionsfläche in der Mitte liegt und durch die Brenngasinjektionsflächen eingehüllt wird. Hierdurch ergibt sich eine besonders gute Lufterfassung. Die Kegelflächen sind vorzugsweise kegelsymmetrisch um eine gemeinsame Symmetrieachse angeordnet, welche bevorzugt der Zylinderachse des Brennraums, also einer Längs- oder Symmetrieachse desselben, entspricht. Die Injektionseinrichtung ist bevorzugt parallel zu der Zylinderachse orientiert und auf dieser angeordnet. Bevorzugt wird als Injektionseinrichtung ein Injektor verwendet, der zugleich Brenngas und Zündöl – durch verschiedene Bohrungen – in den Brennraum injizieren kann. Ein solcher Injektor wird auch als Zweistoffinjektor bezeichnet.
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Besonders bevorzugt wird eine Ausführungsform des Verfahrens, bei welcher der erste Öffnungswinkel größer ist als der zweite Öffnungswinkel, wobei der zweite Öffnungswinkel größer ist als der dritte Öffnungswinkel. Auf diese Weise ergeben sich eine besonders effiziente Umhüllung des Zündölstrahls mit den Brenngasstrahlen und eine optimierte Lufterfassung.
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Bei den Öffnungswinkeln handelt es sich bevorzugt um volle Öffnungswinkel der Kegelflächen, nicht um halbe, bis zur Kegelachse gemessene Winkel. Der erste Öffnungswinkel beträgt bevorzugt von mindestens 140° bis höchstens 170°. Der zweite Öffnungswinkel beträgt bevorzugt von mindestens 100° bis höchstens 150°. Der dritte Öffnungswinkel beträgt bevorzugt von mindestens 70° bis höchstens 130°.
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Es wird auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass die Brenngasstrahlen und der Zündölstrahl – in Umfangsrichtung gesehen – alternierend angeordnet werden. Hierdurch wird die Lufterfassung nochmals verbessert. Mit einer Umfangsrichtung ist hierbei eine Richtung angesprochen, die sich konzentrisch um die Zylinderachse des Brennraums erstreckt. Die Lufterfassung wird nochmals dadurch verbessert, dass die Brenngasstrahlen und der Zündölstrahl – in Umfangsrichtung gesehen – zueinander benachbart beziehungsweise flankierend angeordnet werden.
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Besonders bevorzugt wird eine Anordnung gewählt, bei welcher mehr als zwei Brenngasstrahlen, vorzugsweise ein Vielfaches von zwei, alternierend auf der ersten und der dritten Kegelfläche – in Umfangsrichtung gesehen – angeordnet sind. Unmittelbar benachbarte Brenngasstrahlen sind somit wechselweise in verschiedenen Ebenen beziehungsweise auf verschiedenen Kegelflächen angeordnet, wodurch die Ladungsbewegung, insbesondere der Drall der Ladung, deutlich besser ausgenutzt werden kann. Durch die größere Entfernung der in identischen Ebenen oder Kegelflächen angeordneten Strahlen überwehen diese nicht oder deutlich später miteinander aufgrund des Ladungsdralls in dem Brennraum.
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Es wird auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass mindestens vier bis höchstens zwölf Brenngasstrahlen verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich ist bevorzugt vorgesehen, dass mindestens vier bis höchstens zwölf Zündölstrahlen verwendet werden. Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass die Brenngasstrahlen alternierend auf der ersten und der dritten Kegelfläche angeordnet sind. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind sechs Brenngasstrahlen und sechs Zündölstrahlen vorgesehen, die – in Umfangsrichtung gesehen – alternierend angeordnet sind, wobei die Brenngasstrahlen alternierend auf der ersten und der dritten Kegelfläche angeordnet sind.
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Es wird auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass als Brenngas komprimiertes Erdgas (Compressed Natural Gas – CNG) oder Flüssiggas (Liquefied Natural Gas – LNG) verwendet wird. Alternativ oder zusätzlich ist bevorzugt vorgesehen, dass als Zündöl Diesel verwendet wird. Bei dieser Auswahl von Brenngas und Zündöl verwirklichen sich in besonderer Weise die Vorteile des Verfahrens.
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Es wird auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, bei welcher ein Brennverfahren mit Muldeninteraktion durchgeführt wird. Dabei ist in einem dem Brennraum zugeordneten Kolben eine Mulde ausgebildet, welche eine Geometrie aufweist, die eine Gemischbildung in dem Brennraum fördert, wobei die in den Brennraum injizierten Brenngas- und Zündölstrahlen mit der Muldenwandung interagieren. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass eine zweiteilige Muldengeometrie, insbesondere eine Doppel-Ω-Mulde (Doppel-Omega-Mulde) verwendet wird. Dabei erfolgt bevorzugt eine Eindüsung des Zündölstrahls auf eine Kante der Muldengeometrie, wodurch der Zündölstrahl in zwei Teilstrahlen geteilt und verwirbelt wird. Dies ermöglicht zum einen eine besonders günstige Entflammung der Brenngasstrahlen und zum anderen eine optimale Lufterfassung.
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Es wird auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass die injizierte Brenngasmasse ungleich auf die verschiedenen Brenngasstrahlen verteilt wird. Dabei wird die Brenngasmasse bevorzugt angepasst auf die Muldengeometrie auf die verschiedenen Brenngasstrahlen aufgeteilt. Insbesondere werden der ersten Kegelfläche und der dritten Kegelfläche bevorzugt verschiedene Brenngasmassen zugeordnet. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass der zur Eindüsung vorgesehene Injektor verschieden große Bohrungen für die erste Kegelfläche und für die dritte Kegelfläche aufweist. Typischerweise ist der ersten Kegelfläche dabei ein größeres Muldenvolumen zugeordnet, während der dritten Kegelfläche ein kleineres Muldenvolumen zugeordnet ist. Entsprechend wird der ersten Kegelfläche bevorzugt eine größere Brennstoffmasse zugeordnet, als der dritten Kegelfläche. Insbesondere erfolgt bevorzugt eine Aufteilung der Brennstoffmasse von 20%:80% zugunsten der ersten Kegelfläche. Auch andere Aufteilungen sind möglich, insbesondere abhängig von der konkreten Muldengeometrie. Insbesondere ist selbstverständlich auch eine Gleichverteilung der Brenngasmasse auf die verschiedenen Brenngasstrahlen und/oder die verschiedenen Kegelflächen möglich.
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Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Injektionseinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 8 geschaffen wird. Diese ist eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. Damit ergeben sich die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert wurden.
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Die Injektionseinrichtung ist bevorzugt als Zweistoffinjektor ausgebildet, wobei sie wenigstens zwei Bohrungen für Brenngasstrahlen und wenigstens eine Bohrung für einen Zündölstrahl aufweist. Bevorzugt weist sie eine Mehrzahl von Bohrungen für Brenngasstrahlen und eine Mehrzahl von Bohrungen für Zündölstrahlen auf. Für die Bohrungen für Brenngasstrahlen ist bevorzugt eine Brennstoffzufuhr vorgesehen, die separat ist von einer Zündölzufuhr für die Bohrungen für Zündölstrahlen. Die Bohrungen sind bevorzugt auf den zuvor erwähnten Kegelflächen angeordnet. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weisen die Bohrungen auf verschiedenen Kegelflächen verschiedene Bohrungsdurchmesser auf, die vorzugsweise an eine Geometrie einer Brennraummulde zur Muldeninteraktion angepasst sind. Auf diese Weise ist die Brenngasmasse ungleich auf die verschiedenen Brenngasstrahlen verteilbar.
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Die Aufgabe wird schließlich auch gelöst, indem eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 9 geschaffen wird. Dabei weist die Brennkraftmaschine eine Injektionseinrichtung nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele auf. Dadurch verwirklichen sich in Zusammenhang mit der Brennkraftmaschine die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit der Injektionseinrichtung und dem Verfahren erläutert wurden.
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Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise als Hubkolbenmotor ausgebildet. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel dient die Brennkraftmaschine dem Antrieb insbesondere schwerer Land- oder Wasserfahrzeuge, beispielsweise von Minenfahrzeugen, Zügen, wobei die Brennkraftmaschine in einer Lokomotive oder einem Triebwagen eingesetzt wird, oder von Schiffen. Auch ein Einsatz der Brennkraftmaschine zum Antrieb eines der Verteidigung dienenden Fahrzeugs, beispielsweise eines Panzers, ist möglich. Ein Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine wird vorzugsweise auch stationär, beispielsweise zur stationären Energieversorgung im Notstrombetrieb, Dauerlastbetrieb oder Spitzenlastbetrieb eingesetzt, wobei die Brennkraftmaschine in diesem Fall vorzugsweise einen Generator antreibt. Auch eine stationäre Anwendung der Brennkraftmaschine zum Antrieb von Hilfsaggregaten, beispielsweise von Feuerlöschpumpen auf Bohrinseln, ist möglich. Weiterhin ist eine Anwendung der Brennkraftmaschine im Bereich der Förderung fossiler Roh- und insbesondere Brennstoffe, beispielswiese Öl und/oder Gas, möglich. Auch eine Verwendung der Brennkraftmaschine im industriellen Bereich oder im Konstruktionsbereich, beispielsweise in einer Konstruktions- oder Baumaschine, zum Beispiel in einem Kran oder einem Bagger, ist möglich. Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise als Dieselmotor, als Benzinmotor, als Gasmotor zum Betrieb mit Erdgas, Biogas, Sondergas oder einem anderen geeigneten Gas, ausgebildet. Insbesondere wenn die Brennkraftmaschine als Gasmotor ausgebildet ist, ist sie für den Einsatz in einem Blockheizkraftwerk zur stationären Energieerzeugung geeignet.
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Die Beschreibung des Verfahrens einerseits und der Injektionseinrichtung sowie der Brennkraftmaschine andererseits sind komplementär zueinander zu verstehen. Merkmale der Injektionseinrichtung oder der Brennkraftmaschine, die explizit oder implizit in Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert wurden, sind bevorzugt einzeln oder miteinander kombiniert Merkmale eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Brennkraftmaschine oder der Injektionseinrichtung. Verfahrensschritte, die explizit oder implizit in Zusammenhang mit der Injektionseinrichtung oder der Brennkraftmaschine beschrieben wurden, sind bevorzugt einzeln oder miteinander kombiniert Schritte einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens. Die Injektionseinrichtung oder die Brennkraftmaschine zeichnen sich bevorzugt durch wenigstens ein Merkmal aus, welches durch wenigstens einen Verfahrensschritt des Verfahrens bedingt ist. Das Verfahren zeichnet sich bevorzugt durch wenigstens ein Verfahrensschritt aus, der durch wenigstens ein Merkmal der Injektionseinrichtung oder der Brennkraftmaschine bedingt ist.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Brennkraftmaschine mit Injektionseinrichtung in Seitenansicht;
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2 eine schematische Darstellung des Ausführungsbeispiels gemäß 1 in Draufsicht, und
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3 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Brennkraftmaschine.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Brennkraftmaschine 1. Diese weist wenigstens einen Zylinder 3, vorzugsweise eine Mehrzahl von Zylindern 3 auf, wobei in dem Zylinder 3 ein Kolben 5 verlagerbar angeordnet ist. Der Zylinder 3 und der Kolben 5 schließen einen Brennraum 7 ein. Es ist eine Injektionseinrichtung 9 vorgesehen, die angeordnet und eingerichtet ist, um einerseits ein Brenngas und andererseits ein Zündöl in den Brennraum 7 zu injizieren. Die Injektionseinrichtung 9 ist insoweit bevorzugt als Zweistoffinjektor ausgebildet.
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Insbesondere weist die Injektionseinrichtung 9 eine Mehrzahl von Bohrungen auf, durch welche einerseits eine Mehrzahl von Brenngasstrahlen und andererseits eine Mehrzahl von Zündölstrahlen in den Brennraum 7 injiziert werden können. 1 zeigt eine schematische Seitenansicht der Injektionseinrichtung 9. Dabei sind hier schematisch Brenngasstrahlen 11 als leere Keulen und Zündölstrahlen 13 als schraffierte Keulen dargestellt. Es zeigt sich, dass die Zündölstrahlen 13 und die Brenngasstrahlen 11 geometrisch derart injiziert werden, dass jeweils ein Zündölstrahl 13 flankierend von zwei Brenngasstrahlen 11 eingerahmt wird. In 1 ist auch eine Symmetrie- oder Zylinderachse A dargestellt, die zugleich die Symmetrieachse von drei gedachten Kegelflächen bildet, auf denen die Brenngasstrahlen 11 und die Zündölstrahlen 13 liegen. Dabei zeigt sich, dass hier erste, äußere Brenngasstrahlen 11.1 auf einer ersten Kegelfläche mit einem ersten Öffnungswinkel φ1 angeordnet sind, der bevorzugt von mindestens 140° bis höchstens 170° beträgt. Die Zündölstrahlen 13 sind auf einer zweiten Kegelfläche mit einem zweiten Kegelwinkel φ2 angeordnet, wobei der zweite Kegelwinkel φ2 von dem ersten Kegelwinkel φ1 verschieden und insbesondere kleiner als der erste Kegelwinkel φ1 ist. Bevorzugt beträgt der zweite Kegelwinkel φ2 von mindestens 100° bis höchstens 150°. Innere, zweite, innere Brenngasstrahlen 11.2 sind auf einer dritten Kegelfläche mit einem dritten Öffnungswinkel φ3 angeordnet, wobei der dritte Kegelwinkel φ3 von dem ersten Kegelwinkel φ1 und von dem zweiten Kegelwinkel φ2 verschieden und insbesondere kleiner als der erste Kegelwinkel φ1 und kleiner als der zweite Kegelwinkel φ2 ist. Der dritte Kegelwinkel φ3 beträgt bevorzugt von mindestens 70° bis höchstens 130°. Damit zeigt sich, dass die Zündölstrahlen 13 hier flankierend eingerahmt sind von den Brenngasstrahlen 11, wodurch einerseits eine sichere Entflammung der Brenngasstrahlen 11 und andererseits eine möglichst optimale Lufterfassung sichergestellt werden.
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2 zeigt eine schematische Draufsicht auf das Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine 1 gemäß 1. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Anhand der Draufsicht zeigt sich, dass die Brenngasstrahlen 11 und die Zündölstrahlen 13 – in Umfangsrichtung gesehen – alternierend angeordnet sind. Insbesondere ist jeder Zündölstrahl 13 flankierend von zwei Brenngasstrahlen 11 umgeben. Weiterhin ist schematisch dargestellt, dass die Brenngasstrahlen 11 alternierend auf der ersten Kegelfläche und auf der dritten Kegelfläche angeordnet sind. Dies ist schematisch durch Bezugszeichen angedeutet, wobei das Bezugszeichen E1 für die erste Kegelfläche und das Bezugszeichen E3 für die dritte Kegelfläche steht. Die Zündölstrahlen 13 sind sämtlich auf der zweiten Kegelfläche angeordnet, die hier mit E2 bezeichnet ist. Es ergibt sich so quasi eine diagonale Umrahmung der Zündölstrahlen 13 von je zwei Brenngasstrahlen 11. Durch die alternierende Anordnung der Brenngasstrahlen 11 in der ersten und der dritten Kegelfläche E1, E3 wird es ermöglicht, eine Ladungsbewegung in dem Brennraum 7 besser auszunutzen, da die einzelnen Brenngasstrahlen 11 nicht oder zumindest deutlich später überwehen, als dies der Fall wäre, wenn sie nicht wechselweise bezüglich der Kegelflächen versetzt angeordnet wären. Die Lufterfassung kann so noch weiter verbessert werden. Die Brenngasstrahlen werden also zum einen einseitig durch die Zündölstrahlen 13 sicher entflammt und weisen zum anderen einen ausreichenden Kontakt zur Verbrennungsluft auf, um die Lufterfassung zu maximieren und mit geringer Partikelemission sauber durchzubrennen.
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3 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Brennkraftmaschine 1. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine 1 wird ein Brennverfahren mit Muldeninteraktion durchgeführt, wobei der Kolben 5 eine Mulde 15 aufweist, die hier insbesondere als zweigeteilte Mulde oder Doppel-Ω-Mulde ausgebildet ist. Dabei sind die Zündölstrahlen 13 hier auf Kanten 17 der Mulde ausgerichtet, sodass sie an der Mulde geteilt und verwirbelt werden, was die Lufterfassung nochmals verbessert. Um die Lufterfassung noch weiter zu verbessern, wird die eingespritzte Brenngasmasse angepasst an die Geometrie und die Teilvolumina der Mulde 15 aufgeteilt. Dabei zeigt sich, dass ein innerer Muldenbereich 19 ein kleineres Volumen aufweist, als ein äußerer Muldenbereich 21. Daher weisen bevorzugt die äußeren Brenngasstrahlen 11.1 eine größere Masse an Brenngas auf als die inneren Brenngasstrahlen 11.2. Dabei wird bevorzugt eine feste Aufteilung der Brenngasmasse durch entsprechend angepasste Bohrungsdurchmesser der Injektionseinrichtung 9 bewirkt. Beispielsweise ist es möglich, dass dem inneren Muldenbereich 19 20% der Brenngasmasse zugeführt wird, während dem äußeren Muldenbereich 21 80% der Brenngasmasse zugeführt wird. Dabei zeigt sich auch, dass im Bereich der dritten Kegelfläche E3, also in dem inneren Muldenbereich 19, ein relativ steiler Winkel der Brenngasstrahlen 11 existiert, wodurch bereits weniger Luft erfasst werden kann. Daher ist es sinnvoll, diesen Bereich mit entsprechend weniger Brenngas zu versorgen.
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Insgesamt zeigt sich, dass es mithilfe des Verfahrens, der Injektionseinrichtung 9 und der Brennkraftmaschine 1 möglich ist, die Lufterfassung bei einem Brennverfahren mit diffusiver Gasverbrennung zu verbessern, was zu einer geringeren Schwärzung des Abgases der Brennkraftmaschine 1, zu geringeren Kohlenmonoxid-Emissionen, geringeren Kohlenwasserstoff-Emissionen, einer höheren Leistung, und einem besseren Transientverhalten der Brennkraftmaschine 1 führt. Weiterhin werden auch deren Partikelemissionen, insbesondere bei hohen Lasten, gesenkt.
