DE102015002131B4 - Anordnung mit einer Injektorvorrichtung für das Ausdüsen von Brenngas und Flüssigkraftstoff - Google Patents

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Abstract

Anordnung (1) mit einer Injektorvorrichtung (3) für das Ausdüsen von Brenngas (A) und Flüssigkraftstoff (B),
- wobei die Anordnung (1) einen Zylinderkopf (11) aufweist, mittels welchem ein Brennraum (13) begrenzt ist,
- wobei die Injektorvorrichtung (3) zentral am Zylinderkopf (11) angeordnet und bereitgestellt ist, Flüssigkraftstoff (B) für die Erzeugung einer Pilotflamme (23) im Brennraum (13) auszudüsen und weiterhin Brenngas (A) hin zur Pilotflamme (23) auszudüsen; dadurch gekennzeichnet, dass
- die Anordnung (1) weiterhin so ausgestaltet ist, dass über die Injektorvorrichtung (3) in den Brennraum (13) hin zur Pilotflamme (23) ausgedüstes Brenngas (A) am Zylinderkopf (11) eine impulsreduzierende Beeinflussung zum Zwecke des Vermeidens des Wegblasens der Pilotflamme (23) erfährt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung mit einer Injektorvorrichtung für das Ausdüsen von Brenngas und Flüssigkraftstoff gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Eine mit der Anordnung vorgesehene Injektorvorrichtung ist insbesondere ein Dual-Fuel-Kraftstoffinjektor, wobei die Anordnung weiterhin für eine Brennkraftmaschine vorgesehen ist.
  • Aus der Druckschrift DE 601 18 706 T2 ist ein Einspritzverfahren und eine Vorrichtung für zwei Brennstoffe in einer Brennkraftmaschine bekannt. Die Druckschrift DE 195 46 945 C2 offenbart daneben eine direkteinspritzende Brennkraftmaschine, welche ein Kraftstoff/Luftgemisch mittels einer Zündkerze zündet. Aus der Druckschrift DE 10 2012 002 897 A1 ist eine ähnliche Anordnung bekannt. Technologischen Hintergrund vermag die Druckschrift DE 10 2013 014 329 A1 zu bilden.
  • Im Rahmen eines Zündstrahlbetriebs von gas-/dieselbetriebenen Dual-Fuel-Motoren wird eine Piloteinspritzung zumeist mit einer Dieseleinspritzmenge absolviert, welche etwa 5 % einer Diesel-Volllastmenge entspricht. Im Rahmen der Haupteinspritzung wird der Zündstrahlmenge nachfolgend Hochdruckgas mit einem Gasdruck von etwa 350 bar ausgedüst, das heißt mit einem relativ hohen Impuls. In nachteiliger Weise kann hierbei ein Überschallstrahl mit sehr hoher Wurfweite und geringer Durchmischung mit Luft ausgebildet werden, woraus ein schlecht brennbares Gemisch im Strahl resultiert. Weiterhin in nachteiliger Weise kann der Brenngasstrahl die Pilotverbrennungswolke aufgrund des hohen Strahlimpulses verdrängen, so dass das Brenngas sehr weit vom Injektor entfernt gezündet wird und mit einer nicht stabilen Flammenfront verbrennungsungünstig abbrennt.
  • 1 veranschaulicht dies näher. Bei der gezeigten Anordnung 1' aus dem Stand der Technik werden Brenngas B und Dieselkraftstoff A mit einem Mehrnadelinjektor 3' direkt und zentral in den Brennraum 13' eingespritzt. Die Pilotflamme 23' wird vom Brenngasstrahl 29' in Richtung Brennraumumfangswand 15' gedrängt, d.h. weggeblasen, die Flammenfront 35' in der Folge nachteilig instabil ausgebildet.
  • Ausgehend hiervon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Anordnung der eingangs genannten Art anzugeben, welche eine verbesserte Brenngas-Zündung ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird mit einer Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen angegeben.
  • Vorgeschlagen wird erfindungsgemäß eine Anordnung, welche vorteilhaft mit einem Großmotor verwendbar ist, insbesondere einem (Common-Rail)-Gas-Diesel-Motor, welcher darüber hinaus weiterhin bevorzugt von dem Selbstzünderprinzip Gebrauch macht. Die Anordnung kann mit der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs wie etwa einem Lastkraftwagen, einem davon verschiedenen Nutzfahrzeug, einem Schiff oder einer Lok verwendet werden, woneben die Anordnung auch für eine stationäre Einrichtung vorgesehen werden kann, z.B. für ein Blockheizkraftwerk, ein (Not-) Stromaggregat, z.B. auch für Industrieanwendungen.
  • Die vorgeschlagene Anordnung weist eine Injektorvorrichtung für das Ausdüsen von Brenngas und Flüssigkraftstoff auf, wobei die Injektorvorrichtung bevorzugt als Mehrstoffinjektor, insbesondere als Dual-Fuel-Kraftstoffinjektor, bereitgestellt ist. Alternativ und beispielhaft könnte die Injektorvorrichtung jedoch auch mittels zweier Single-Fuel-Injektoren gebildet sein. Für das Ausdüsen von Flüssigkraftstoff, bevorzugt Dieselkraftstoff, alternativ zum Beispiel Biokraftstoff oder Schweröl kann die Injektorvorrichtung hierbei einen Flüssigkraftstoff-Injektorteil vorsehen, für das Ausdüsen bzw. Einblasen des Brenngases, zum Beispiel Erdgas, Biogas, Deponiegas, Wasserstoff weiterhin einen Brenngas-Injektorteil.
  • Neben der Injektorvorrichtung inbegreift die erfindungsgemäße Anordnung ferner einen Zylinderkopf, mittels welchem ein Brennraum begrenzt bzw. definiert ist, das heißt insbesondere ein Brennraum einer mit der Anordnung verwendeten Brennkraftmaschine und weiterhin einer Kolbenbrennkraftmaschine. An dem Zylinderkopf bzw. dem damit gebildeten Brennraum ist die Injektorvorrichtung insbesondere zentral bzw. mittig angeordnet, und liegt - in einer axialen bzw. Kolbenhubrichtung betrachtet - bevorzugt der Brennraumfläche eines (Zylinder-)Kolbens gegenüber, welche Brennraumfläche vorzugsweise eine Kolbenmulde bildet, insbesondere eine ringnapfförmige Kolbenmulde (mit zentraler, der Injektorvorrichtung gegenüberliegend angeordneter Erhebung).
  • Die Anordnung ist insbesondere mit einem Zündstrahlbetrieb einer damit verwendeten Brennkraftmaschine vorgesehen, bei welchem gemeinhin ein Flüssigkraftstoff-Zündstrahl bzw. eine Piloteinspritzung zur Erzeugung einer Pilotflamme bzw. Pilot-Flammwolke vorgesehen ist, um den gasförmigen Kraftstoff daran zu entzünden.
  • Insoweit ist die Injektorvorrichtung bereitgestellt bzw. eingerichtet, Flüssigkraftstoff für die Erzeugung einer Pilotflamme bzw. Pilot-Flammwolke im Brennraum auszudüsen sowie Brenngas hin zur Pilotflamme auszudüsen. Die Pilotflamme kann bevorzugt dem Selbstzünderprinzip gemäß gezündet werden. Die Ausdüsrichtung eines jeweiligen Kraftstoffs weist vorzugsweise vom Zentrum des Zylinderkopfs zu einer Brennraumumfangswand, d.h. schräg nach unten geneigt, z.B. mit einem Winkel von 10°-30° mit Bezug auf eine Zylinderkopffläche.
  • Erfindungsgemäß ist die Anordnung weiterhin so ausgestaltet, dass über die Injektorvorrichtung in den Brennraum hin zur Pilotflamme (welche im Rahmen der Erfindung auch als Pilot-Flammwolke bezeichnet werden kann) ausgedüstes Brenngas am Zylinderkopf eine impulsreduzierende (Strahl-)Beeinflussung bzw. Störung zum Zwecke des Vermeidens des Wegblasens der Pilotflamme (im Sinne einer Verdrängung derselben (in Richtung Brennraumumfangswand)) erfährt. Angestrebt wird mit der impulsreduzierenden (Strahl-)Beeinflussung insoweit insbesondere eine Reduzierung der Geschwindigkeit des Brenngases und/oder eine Verkürzung der Strahleindringtiefe in den Brennraum. Mithin kann nunmehr ein verbessertes Entzünden des - insbesondere mit Hochdruckniveaus von ca. 350bar ausgedüsten - Brenngases (im Rahmen der Gemischbildung) gewährleistet werden, da das Gas näher an der Injektorvorrichtung bzw. der Brennraummitte gezündet werden kann (am Ort der Pilotflamme) und sich weiterhin eine stabilere Flamme(nfront) während des Abbrands erzeugen lässt.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform der Anordnung kann zum Beispiel dahingehen, dass am Zylinderkopf eine impulsreduzierende Beeinflussung bewirkt wird, bei welcher ausgedüstes Brenngas einen Strömungsabriss am Zylinderkopf erfährt. Bei einer solchen Ausgestaltung der Anordnung ist vorgesehen, dass der Zylinderkopf - bevorzugt mit einer daran gebildeten bzw. bereitgestellten Abrisskante - in das ausgedüste Brenngas eintaucht, um so - impulsreduzierend - strömungsabrissbedingte Turbulenzen im Brenngasstrahl zu erzeugen (nahe der Injektorvorrichtung; mit Richtung hin zu dem Zylinderkopf). Die hierbei insbesondere nahe der Injektorvorrichtung erzeugten Turbulenzen, welche weiterhin insbesondere eine aufwärts bzw. zum Zylinderkopf gerichtete Wirbelströmung ausbilden, vermögen einerseits die Geschwindigkeit des hin zur Pilotflamme ausgedüsten Brenngases zu vermindern bzw. das Brenngas abzubremsen, so dass das Wegblasen der Pilot-Flamme wirksam vermieden ist. Darüber hinaus begünstigen die Verwirbelungen vorteilhaft die Vermischung des Brenngases mit der Brennraumluft, so dass die Entzündung nochmals verbessert werden kann.
  • Alternativ oder zusätzlich kann in Weiterbildung der Erfindung eine Anordnung vorgesehen sein, bei der das hin zur Pilotflamme ausgedüste Brenngas eine (Strahl-)Umlenkung und/oder eine (Strahl-)Umformung am Zylinderkopf erfährt, insbesondere mittels desselben.
  • Zum Beispiel kann vorgesehen sein, dass ein via die Injektorvorrichtung ausgedüster Brenngasstrahl am Zylinderkopf eine impulsreduzierende Strahlbeeinflussung erfährt, bei welcher ausgedüstes Brenngas eine Umlenkung, bevorzugt einhergehend mit einer Verlängerung des (Lauf-)Wegs bis zur Pilotflamme, erfährt. Auch hierdurch kann das Wegblasen der Pilot-Flamme wirksam vermieden werden. Eine solche Umlenkung kann zum Beispiel bewirken, dass der komplette Brenngasstrahl vom Zentrum des Zylinderkopfs in Richtung Kolbenmulde bzw. nach unten umgelenkt wird, d.h. vom Zylinderkopf weg, so dass ein (flacher) Strahl mit einem nach unten gerichteten Winkel in den Brennraum eintritt, z.B. mit einem Winkel von 60°-90° mit Bezug auf eine Zylinderkopffläche. Insoweit sind von der erfindungsgemäß Umlenkung zum Zwecke der Impulsreduzierung gerade Lösungen umfasst, bei welchen das ausgedüste und umgelenkte Brenngas indirekt an die Pilotflamme gelangt, d.h. Ausgestaltungen, bei welchen das ausgedüste Brenngas hin zu einer Brennraumoberfläche, insbesondere der Kolbenstirnfläche umgelenkt wird, und von dort hin zur Pilotflamme zurückreflektiert bzw. abgeschleudert wird.
  • Auch eine impulsreduzierende Beeinflussung, bei welcher eine Komponente der Ausdüsrichtung, welche hin zur Pilot-Flamme gerichtet ist, im Betrag vermindert wird, kann vorteilhaft für die Vermeidung des Wegblasens der Pilot-Flamme vorgesehen werden, z.B. auch in Kombination mit vorgenannten Lösungen.
  • Allgemein ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass der Zylinderkopf zur impulsreduzierenden Strahlbeeinflussung eine Kontur bzw. Struktur benachbart zur Injektorvorrichtung ausbildet, d.h. eine Kontur, gegen welche das ausgedüste Brenngas bzw. ein Brenngasstrahl zumindest anteilig auftrifft.
  • Einfache Lösungen, bei welchen insbesondere auch die Kontur mit geringer Baugröße ausbildbar ist, mithin die übliche Brennraumgeometrie kaum verändert, ergeben sich bei Ausgestaltungen der Anordnung, bei welchen eine Brenngas-Düsenanordnung der Injektorvorrichtung (für das Ausdüsen des Brenngases) gegenüber einer brennraumbegrenzenden Zylinderkopffläche in Richtung vom Brennraum zum Zylinderkopf (axial) zurückversetzt angeordnet ist. Derart zurückversetzt kann der Zylinderkopf für den ausgedüsten Brenngasstrahl auf einfache Weise ein bauliches Hindernis bilden, welches eine impulsreduzierende Strahlbeeinflussung bewirkt, z.B. für einen Strömungsabriss.
  • Bevorzugt sind allgemein auch Ausgestaltungen der Anordnung dahingehend, dass die Injektorvorrichtung für eine Ausdüsung in den Brennraum eingerichtet ist, bei welcher das Brenngas und der Flüssigkraftstoff mit einer Richtungskomponente in Richtung hin zu einer Brennraumumfangswand und einer demgegenüber betragsmäßig geringeren Richtungskomponente mit Richtung vom Zylinderkopf zum Brennraum ausgedüst werden.
  • Vorgeschlagen wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch eine Brennkraftmaschine, welche wenigstens eine, insbesondere eine Mehrzahl, wie vorstehend beschriebener Anordnungen aufweist. Die Brennkraftmaschine ist insbesondere für einen Zündstrahlbetrieb mittels der wenigstens Anordnung eingerichtet.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnungen, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
    • 1 exemplarisch und schematisch eine Anordnung gemäß dem Stand der Technik.
    • 2 exemplarisch und schematisch eine Anordnung gemäß einer möglichen Ausführungsform der Erfindung in einer teilgeschnittenen, abgebrochenen Ansicht.
    • 3 exemplarisch und schematisch eine Anordnung gemäß einer weiteren möglichen Ausführungsform der Erfindung in einer teilgeschnittenen, abgebrochenen Ansicht.
    • 4 exemplarisch und schematisch eine Anordnung gemäß noch einer weiteren möglichen Ausführungsform der Erfindung in einer teilgeschnitten, abgebrochenen Schnittansicht.
  • In der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen entsprechen gleichen Bezugszeichen Elemente gleicher oder vergleichbarer Funktion.
  • Die 2 bis 4 zeigen je exemplarisch und schematisch eine erfindungsgemäße Anordnung 1 mit einer Injektorvorrichtung 3 für das Ausdüsen von Brenngas A und Flüssigkraftstoff B. Die Anordnung 1 ist Bestandteil einer Brennkraftmaschine (nicht dargestellt), insbesondere einer Gas-Common-Rail-Brennkraftmaschine, welche weiterhin für einen Zündstrahlbetrieb eingerichtet ist und für ein Zünden eines Flüssigkraftstoff-Zündstrahls 5 nach dem Selbstzünderprinzip arbeitet.
  • Die Injektorvorrichtung 3 ist als Dual-Fuel-Kraftstoffinjektor bereitgestellt und umfasst einen Flüssigkraftstoff-Injektorteil 7 und einen - dazu benachbart angeordneten - Brenngas-Injektorteil 9. Die jeweiligen Injektorteile 7, 9 können für das Ausdüsen des Kraftstoffs A, B bevorzugt einem indirekten, hydraulischen Steuerprinzip folgen, zum Beispiel gemäß dem Prinzip Steuerraum-Pilotventil-Aktuator arbeiten. Als Steuerfluid kann z.B. Flüssigkraftstoff B dienen. Der Brenngas-Injektorteil 9 kann zum Beispiel weiterhin als Mehrnadel-Injektorteil ausgebildet sein.
  • Die Anordnung 1 umfasst weiterhin einen Zylinderkopf 11 (Brennraumdeck), mittels welchem ein Brennraum 13 begrenzt ist, welcher Brennraum 13 weiterhin mittels einer Umfangswand 15 sowie einer (Zylinder-)Kolbenstirnfläche 17 definiert ist. Zentral am Zylinderkopf 11 und insoweit auch am Brennraum 13 (eines Zylinders) ist die Injektorvorrichtung 3 angeordnet, welche hierbei der Kolbenstirnfläche 17 gegenüberliegt. Die Kolbenstirnfläche 17 weist weiterhin eine ringnapfförmige Kolbenmulde 19 mit einer zentralen Erhebung 21 auf, welche zentrale Erhebung 21 der Injektorvorrichtung 3 in axialer Richtung bzw. Kolbenhubrichtung betrachtet gegenüberliegt.
  • Im Rahmen der Anordnung 1 ist die Injektorvorrichtung 3 bereitgestellt, Flüssigkraftstoff B für die Erzeugung einer Pilotflamme 23 im Brennraum 13 auszudüsen. Dies ist in den 2 bis 4 näher veranschaulicht. Die Pilotflamme 23 wird mittels eines Flüssigkraftstoff-Einspritzstrahls 5 bzw. -Pilotstrahls 5 erzeugt (in den Figuren verkürzt dargestellt), welcher über den Flüssigkraftstoff-Injektorteil 7 ausgedüst wird, d.h. mit einer Kraftstoffmenge, welche in etwa 5 Prozent einer Volllastmenge einer mit der Anordnung 1 verwendeten Brennkraftmaschine entspricht.
  • Ausgedüst wird der Flüssigkraftstoff B über eine Flüssigkraftstoff-Düsenanordnung 25 der Injektorvorrichtung 3, welche hierbei für eine ungehinderte Ausdüsung in den Brennraum 13 eingetaucht angeordnet ist. Ausgedüst wird der Flüssigkraftstoff B in Richtung Kolbenmulde 19, das heißt sowohl mit radialer als auch axialer Richtungskomponente, z.B. in einem Winkel von 10°-30°, wobei der Einspritzstrahl 5 auch einen (diskreten) Winkelbereich in Umfangsrichtung des Brennraums 13 abdeckt. Der derart in den Brennraum 13 ausgebrachte Flüssigkraftstoff B wird zur Erzeugung der Pilotflamme 23 am oder nahe des oberen Totpunkts kompressionsgezündet.
  • Ersichtlich, vergleiche insbesondere 2 bis 4, ist die Injektorvorrichtung 3 weiterhin bereitgestellt bzw. eingerichtet, einhergehend mit der erzeugten Pilotflamme 23 Brenngas A hin zur Pilotflamme 23 auszudüsen, das heißt über eine Brenngas-Düsenanordnung 27 der Injektorvorrichtung 3. Der ausgehend vom Zylinderkopf 11 im Wesentlichen ebenfalls zentral ausgedüste und hin zu der Pilotflamme 23 orientierte Brenngasstrahl 29 ist auch in Richtung der Kolbenmulde 19 geneigt, z.B. mit einem Winkel von 10° bis 30°, und überstreicht bzw. überlappt weiterhin den Einspritzwinkelbereich des Pilot-Einspritzstrahls 5 (in Brennraum-Umfangsrichtung). Das derart ausgedüste Brenngas A soll (im Rahmen einer Gemischbildung, Gemischwolke C) mittels der Pilotflamme 23 entzündet werden, wobei die Ausdüsung des Brenngases A, welches mit ca. 350 bar Druck beaufschlagt ist, mit einem relativ hohen Impuls erfolgt.
  • Nachfolgend wird anhand von 2 nun auf eine erste bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung 1 näher eingegangen.
  • Wie 2 veranschaulicht, ist die Anordnung 1 erfindungsgemäß so ausgestaltet, dass über die Injektorvorrichtung 3 in den Brennraum 13 hin zur Pilotflamme 23 ausgedüstes Brenngas A am Zylinderkopf 11 eine impulsreduzierende Beeinflussung zum Zwecke des Vermeidens des Wegblasens bzw. Verdrängens der Pilotflamme 23 erfährt. Für die beabsichtigte Beeinflussung ist der Brenngas-Injektorteil 9 bzw. dessen Brenngas-Düsenanordnung 27 zum einen in Richtung von der Kolbenmulde 19 zum Zylinderkopf 11 zurückversetzt, vergleiche hierzu den Stand der Technik gemäß 1, woneben der Zylinderkopf 11 benachbart zur Brenngas-Düsenanordnung 27 weiterhin eine Abrisskante 31 ausbildet, welche geeignet ist, in den ausgedüsten Brenngasstrahl (Kegel) 29 einzutauchen, d.h. von Seiten des Zylinderkopfes 11. Derart kann in dem ausgedüsten Brenngasstrahl 29 ein Strömungsabriss erzwungen werden, welcher bewirkt, dass Strahlanteile eine Verwirbelung 33 erfahren, welche aufwärts bzw. zum Zylinderkopf 11 hin gerichtet ist und weiterhin auch entgegen der Ausdüsrichtung. Mit der Verwirbelung 33 wird in der Folge eine Bremswirkung am ausgedüsten Brenngas A erzielt, welche in beabsichtigter Weise geeignet ist, den Impuls des ausgedüsten Brenngases A zu reduzieren und das Wegblasen der Pilotflamme 23 bzw. Flammwolke 23 wirksam zu vermeiden. Gegenüber dem Stand der Technik, vgl. 1, kann die Zündung des Brenngases A bzw. einer jeweils damit gebildeten Gemischwolke C somit in beabsichtigter Weise näher an der Injektorvorrichtung 3 erfolgen.
  • Mit der Anordnung 1 nach 2 wird weiterhin die Verbrennung dahingehend begünstigt, dass mittels der strömungsabrissbedingt erzeugten Turbulenz eine verbesserte Durchmischung des ausgedüsten Brenngases A mit der Brennraumluft erzielt wird. Darüber hinaus wird vorteilhaft eine stabile Flammenfront 35 während eines Abbrands ausgebildet.
  • Wie 2 weiter veranschaulicht, bildet der Zylinderkopf 11 für die Bereitstellung der Abrisskante 31 eine Kontur 37 bzw. Struktur benachbart zur Brenngas-Düsenanordnung 27 aus, zum Beispiel eine wulstförmige Kontur 37 oder bevorzugt eine dachförmige Kontur 37. Daneben ist jedoch auch denkbar, die Brenngas-Düsenanordnung 27 derart weit in den Zylinderkopf 11 hinein zurückversetzt anzuordnen, dass eine derartige Kontur 37 entbehrlich ist und eine brennraumseitige Kante der Injektorvorrichtung-Aufnahmeöffnung 39 des Zylinderkopfes 11 die Abrisskante 31 bildet. Angemerkt sei, dass mit der vorgeschlagenen Anordnung 1 ersichtlich vorteilhaft geringer baulicher Aufwand einhergeht.
  • Anhand von 3 wird nachfolgend nunmehr auf eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung 1 näher eingegangen.
  • Wie 3 zeigt, ist auch diese Anordnung 1 erfindungsgemäß wiederum so ausgestaltet, dass über die Injektorvorrichtung 3 in den Brennraum 13 hin zur Pilotflamme 23 ausgedüstes Brenngas A am Zylinderkopf 11 eine impulsreduzierende Beeinflussung zum Zwecke des Vermeidens des Wegblasens bzw. Verdrängens der Pilotflamme 23 erfährt. Wie bei der Lösung gemäß 2 ist auch hier der Brenngas-Injektorteil 9 bzw. dessen Brenngas-Düsenanordnung 27 in Richtung von der Kolbenmulde 19 zum Zylinderkopf 11 zurückversetzt (vergleiche hierzu den Stand der Technik gemäß 1), d.h. gegenüber der brennraumbegrenzenden Zylinderkopffläche 41 zurückversetzt.
  • Mit der Ausführungsform gemäß 3 wird im Unterschied zur Ausführungsform nach 2 eine impulsreduzierende (Strahl-)Beeinflussung dahingehend bewirkt, dass das ausgedüste Brenngas A eine (Strahl-)Umlenkung 43 und auch (Strahl-)Umformung am Zylinderkopf 11 erfährt. Wie 3 veranschaulicht, ist am Zylinderkopf 11 und benachbart zur Brenngas-Düsenanordnung 27 eine gerundete Hohlform bzw. Kontur 37 gebildet, z.B. in Form einer Hohlkehlen-Kontur 37, gegen welche das Brenngas A ausgedüst wird, insbesondere sämtlich. Via die Hohlkehlenkontur 37 erfährt das hin zur Pilotflamme 23 ausgedüste Brenngas A eine Um- bzw. Ablenkung 43 in Richtung zur Kolbenmulde 19 (mit einem verbleibenden Richtungsanteil hin zur Brennraum-Umfangswand 15). Hierdurch wird sowohl die Eindringtiefe bzw. Wurfweite des Brenngases A in den Brennraum 13 als auch die Brenngasgeschwindigkeit vermindert, die angestrebte Reduzierung des Impulses in der Folge erzielt. Im Rahmen der Umlenkung 43 wird der Betrag der Richtungskomponente, welcher hin zur Pilotflamme 23 weist, derart verringert, dass auch hierbei ein Wegblasen der Pilotflamme 23 wirksam vermieden ist.
  • Bei der Anordnung 1 nach 3 wird weiterhin der Laufweg des Brenngases A verlängert, insoweit als das ausgedüsten Brenngas A zunächst in Richtung Kolbenmulde 19 gedrängt wird und zumindest anteilig von dort in Richtung Pilotflamme 23 reflektiert wird, woraus wiederum vorteilhaft gemischverbessernde Verwirbelungen entstehen können. Auch mit dieser Anordnung 1 wird somit eine gute Durchmischung des Brenngases A mit der Brennraumluft erzielt und weiterhin die beabsichtigte stabile Flammenfront 35.
  • Nachfolgend wird nunmehr noch die Ausgestaltung der Anordnung 1 nach 4 näher erörtert.
  • Gemäß 4 ist auch diese Anordnung 1 erfindungsgemäß in der Weise ausgestaltet, dass über die Injektorvorrichtung 3 in den Brennraum 13 hin zur Pilotflamme 23 ausgedüstes Brenngas A am Zylinderkopf 11 eine impulsreduzierende Beeinflussung zum Zwecke des Vermeidens des Wegblasens bzw. Verdrängens der Pilotflamme 23 (hin zur Umfangswand 15 des Brennraums 13) erfährt.
  • Im Unterschied zu vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist die Anordnung 1 nach 4 sowohl für einen Strömungsabriss 33 im ausgedüsten Brenngas A als auch für eine Umformung bzw. Umlenkung 43 des ausgedüsten Brenngases A je am Zylinderkopf 11 für die angestrebte Impulsreduzierung eingerichtet.
  • Wie bei den Ausführungsformen nach 2 und 3 ist auch hierbei der Brenngas-Injektorteil 9 bzw. dessen Brenngas-Düsenanordnung 27 in Richtung von der Kolbenmulde 19 zum Zylinderkopf 11 zurückversetzt (vergleiche hierzu den Stand der Technik gemäß 1), d.h. gegenüber der Zylinderkopffläche 41 zurückversetzt bzw. in den Zylinderkopf 11 hinein verlagert, so dass eine Umlenkung 43 oder ein Strömungsabriss 33 (Verwirbelung) baulich einfach dargestellt werden kann.
  • Für die Impulsreduzierung, im Rahmen derer sowohl eine Reduzierung der Geschwindigkeit als auch der Strahleindringtiefe des ausgedüsten Brenngases A angestrebt werden, wird eine Kontur 37 benachbart zur Brenngas-Düsenanordnung 27 am Zylinderkopf 11 vorgesehen, welche wiederum hohlkehlenförmig gebildet ist, jedoch brennraumseitig nicht verrundet ist, mithin eine Strömungsabrisskante 31 für den ausgedüsten Brenngasstrahl 29 bildet. Auch bei dieser Ausgestaltung der Anordnung 1 ist dieselbe eingerichtet, via die Injektorvorrichtung 3 hin zur Pilotflamme 23 ausgedüstes Brenngas A gegen die strahlumlenkende bzw. strahlformende Kontur 37 auszudüsen, welche insoweit ein bauliches, impulsreduzierendes Hindernis im Brenngasstrahl 29 darstellt.
  • Bei dieser Ausgestaltung wird einerseits der Laufweg von Teilen des ausgedüsten Brenngases A bis zum Auftreffen auf die Pilotflamme 23 gemäß der Ausgestaltung der Anordnung nach 3 verlängert und weiterhin der Brenngasstrahl 29 hin zu der Kolbenmulde 19 abgelenkt (z.B. in einem Winkel von 60-90 Grad zur Zylinderkopffläche 41), weiterhin wird hierbei auch die strömungabrissbedingte Verwirbelung 33 gemäß der Ausführungsform der Anordnung 1 nach 2 einhergehend mit deren Vorteilen erzielt, woneben der umgelenkte Strahl 29 aufgrund der gegenläufigen Verwirbelungen 33 noch steiler in Richtung Kolbenmulde 19 gedrängt wird. Auch mit dieser Ausgestaltung lässt sich die beabsichtigte stabile Flammenfront 35 ausbilden und eine verbesserte Durchmischung des Brenngases A mit der Brennraumluft, Gemischwolken C, erzielen.
  • Angemerkt sei abschließend, dass die Injektorvorrichtung 3 bevorzugt so ausgebildet ist, dass Düsenöffnungen der Brenngas-Düsenanordnung 27 in einer Ringkonfiguration um die hierbei zentral angeordnete Flüssigkraftstoff-Düsenanordnung 25 herum gebildet sind, d.h. diese umgebend. Insbesondere mit einer solchen Anordnung 1, bei welcher eine Mehrzahl von Brenngasstrahlen 29 in Umfangsrichtung verteilt (und zueinander benachbart) ausgedüst werden, kann die Anordnung 1 z.B. auch ausgestaltet sein, nur einen Teil der Brenngasstrahlen 29, z.B. nur jeden zweiten Brenngasstrahl 29, impulsreduzierend zu beeinflussen. Z.B. kann hierfür eine perforierte oder unterbrochene Kontur 37 am Zylinderkopf 11 vorgesehen sein, welche in Umfangsrichtung um die Injektorvorrichtung 3 umläuft und nur für den Teil der Brenngasstrahlen 29 ein impulsreduzierendes Hindernis, z.B. eine Abrisskante 31 bildet, für die weiteren Brenngasstrahlen 29 jedoch nicht. Hierdurch könnte ein abgebremster (kürzerer) Brenngasstrahl 29 mit einer stabilen Flammenfront einen benachbarten, unbeeinflussten bzw. ungestörten Strahl derart positiv beeinflussen, dass dieser ebenfalls stabil brennt aber dennoch weiter entfernt (radial) gelegene Bereiche des Brennraums 13 optimal ausfüllen kann.
  • Mit der Erfindung wird es möglich, insbesondere bei Teillast und damit einhergehenden geringeren Brennraumgegendrücken, bei welchen sich ansonsten besonders schlanke und schlecht anzündbare Brenngas-Strahlen 29 ausbilden, welche gegen die Zylinderwände prallen, eine verbesserte Entzündung zu erzielen, so dass niedrigere Emissionen an unverbrannten Brenngas A ermöglicht werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1, 1'
    Anordnung
    3, 3'
    Injektorvorrichtung
    5, 5'
    Flüssigkraftstoff-Zündstrahl
    7, 7'
    Flüssigkraftstoff-Injektorteil
    9, 9'
    Brenngas-Injektorteil
    11, 11'
    Zylinderkopf
    13, 13'
    Brennraum
    15
    Umfangswand
    17
    Kolbenstirnfläche
    19
    Kolbenmulde
    21
    Erhebung
    23, 23'
    Pilotflamme
    25
    Flüssigkraftstoff-Düsenanordnung
    27
    Brenngas-Düsenanordnung
    29, 29'
    Brenngas-Strahl
    31
    Abrisskante
    33
    Verwirbelung
    35, 35'
    Flammenfront
    37
    Kontur
    39
    Injektor-Aufnahmeöffnung
    41
    Zylinderkopffläche
    43
    Umlenkung/Umformung
    A
    Brenngas
    B
    Flüssigkraftstoff
    C
    Brenngasgemisch-Wolke

Claims (10)

  1. Anordnung (1) mit einer Injektorvorrichtung (3) für das Ausdüsen von Brenngas (A) und Flüssigkraftstoff (B), - wobei die Anordnung (1) einen Zylinderkopf (11) aufweist, mittels welchem ein Brennraum (13) begrenzt ist, - wobei die Injektorvorrichtung (3) zentral am Zylinderkopf (11) angeordnet und bereitgestellt ist, Flüssigkraftstoff (B) für die Erzeugung einer Pilotflamme (23) im Brennraum (13) auszudüsen und weiterhin Brenngas (A) hin zur Pilotflamme (23) auszudüsen; dadurch gekennzeichnet, dass - die Anordnung (1) weiterhin so ausgestaltet ist, dass über die Injektorvorrichtung (3) in den Brennraum (13) hin zur Pilotflamme (23) ausgedüstes Brenngas (A) am Zylinderkopf (11) eine impulsreduzierende Beeinflussung zum Zwecke des Vermeidens des Wegblasens der Pilotflamme (23) erfährt.
  2. Anordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass - die Anordnung (1) eingerichtet ist, eine impulsreduzierende Beeinflussung zu bewirken, bei welcher ausgedüstes Brenngas (A) einen Strömungsabriss am Zylinderkopf (11) erfährt.
  3. Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - die Anordnung (1) eingerichtet ist, am Zylinderkopf (11) eine impulsreduzierende Beeinflussung bewirkt wird, bei welcher ausgedüstes Brenngas (A) eine Umlenkung (43) und/oder Umformung (43) am Zylinderkopf (11) erfährt; oder - die Anordnung (1) eingerichtet ist, am Zylinderkopf (11) eine impulsreduzierende Beeinflussung zu bewirken, bei welcher ausgedüstes Brenngas (A) eine Umlenkung (43) einhergehend mit einer Verlängerung des Laufwegs bis zur Pilotflamme (23) erfährt.
  4. Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - die Anordnung (1) derart eingerichtet ist, dass das ausgedüste Brenngas (A) am Zylinderkopf (11) eine Beeinflussung erfährt, welche bewirkt, dass eine Komponente der Ausdüsrichtung, welche hin zur Pilot-Flamme (23) gerichtet ist, betragsmäßig vermindert wird.
  5. Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - der Zylinderkopf (11) eine Kontur (37) benachbart zur Brenngas-Düsenanordnung (27) ausbildet, welche für die impulsreduzierende Beeinflussung bereitgestellt ist.
  6. Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - eine Brenngas-Düsenanordnung (27) der Injektorvorrichtung (3) gegenüber einer brennraumbegrenzenden Zylinderkopffläche (41) in Richtung vom Brennraum (13) zum Zylinderkopf (11) zurückversetzt angeordnet ist.
  7. Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - der Zylinderkopf (11) für das ausgedüste Brenngas (A) ein bauliches Hindernis bildet, welches die Beeinflussung bewirkt.
  8. Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - die Anordnung (1) für eine Ausdüsung in den Brennraum (13) derart eingerichtet ist, dass am Zylinderkopf (11) umgelenktes, ausgedüstes Brenngas (A) an einer Brennraumbegrenzung (19) hin zu der Pilotflamme (23) reflektiert wird.
  9. Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - die Injektorvorrichtung (3) ein Dual-Fuel-Kraftstoffinjektor ist.
  10. Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch - wenigstens eine Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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