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Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine.
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Bei Brennkraftmaschinen, die wenigstens einen Brennraum aufweisen, wobei eine erste Brennstoffleitung für einen ersten Brennstoff vorgesehen ist, und wobei eine zweite Brennstoffleitung für einen zweiten Brennstoff, der von dem ersten Brennstoff verschieden ist, vorgesehen ist, wird typischerweise als Hauptbrennstoff ein Ottokraftstoff in den Brennraum eingebracht, der jedoch - anders als bei herkömmlichen Ottomotoren - nicht durch eine elektrische Zündeinrichtung, sondern durch Injektion des zündwilligeren, zweiten Brennstoffs in den Brennraum gezündet wird. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass von einem Injektor zunächst eine kleine Menge Zündöl, meist Dieselkraftstoff, und im Anschluss eine Hauptenergiemenge in Form von Ottokraftstoff direkt mit hohem Druck in den Brennraum eingedüst wird. Dies wird auch als Gas-Diesel-Verfahren bezeichnet. Dadurch wird eine Diffusionsverbrennung ermöglicht. Hierbei ergeben sich hohe Kompressionsverhältnisse, geringe Kohlenwasserstoffemissionen, insbesondere ein geringerer Methanschlupf, und ein gutes Transientverhalten. Um beide Brennstoffe in den Brennraum einbringen zu können, sind Mehrstoffinjektoren vorgesehen, die kompliziert aufgebaut und teuer sind. Alternativ ist auch eine Einspritzung der verschiedenen Brennstoffe mit verschiedenen Injektoren möglich, die miteinander synchronisiert sind. Dabei können zwar die einzelnen Injektoren einfacher aufgebaut und kostengünstiger sein, jedoch ergibt sich eine erhöhte Komplexität aufgrund der Mehrzahl von Injektoren und der Anforderungen an deren Synchronisierung.
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Aus
DE 11 2011 101 053 T5 geht ein Brennstoffsystem hervor, welches Folgendes aufweist: Eine Vielzahl von Brennstoffeinspritzvorrichtungen, eine Quelle für Benzin, eine Quelle für verdichtungsgezündeten Brennstoff, ein elektronisch gesteuertes Mischungsverhältnissteuerventil mit einem ersten Einlass, der strömungsmittelmäßig mit der Quelle für Benzin verbunden ist, und mit einem zweiten Einlass, der strömungsmittelmäßig mit der Quelle für verdichtungsgezündeten Brennstoff verbunden ist, und mit einem Auslass, der strömungsmittelmäßig mit dem Brennstoffeinlass von mindestens einer der Brennstoffeinspritzvorrichtungen verbunden ist, wobei das Mischungsverhältnissteuerventil zwischen einer Vielzahl von Konfigurationen bewegbar ist, welche unterschiedlichen Verhältnissen von Benzin zu verdichtungsgezündetem Brennstoff im Auslass entsprechen, sowie eine elektronische Steuervorrichtung in steuernder Verbindung mit dem Mischungsverhältnissteuerventil.
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Aus
DE 10 2013 013 117 B3 geht ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine zur Ausführung mit einem Dual-Fuel-Kraftstoffinjektor hervor, wobei der Dual-Fuel-Kraftstoffinjektor an einem Brennraum der Brennkraftmaschine angeordnet ist. Der Dual-Fuel-Kraftstoffinjektor weist eine erste Düsenanordnung für das Ausbringen von Flüssigkraftstoff und eine zweite Düsenanordnung für ein Ausbringen von Gas je in den Brennraum auf. In einem Verfahrensschritt wird ein erstes Gas mittels eines zweiten Gases aus einem zur zweiten Düsenanordnung führenden Kraftstoffinjektor-Leitungssystem via die zweite Düsenanordnung in den Brennraum ausgeschoben.
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Aus
EP 0 975 865 B1 geht ein Kraftstoffinjektor für eine Brennkraftmaschine für Kraftstoff/Emulsionsbetrieb hervor, mit einer Mischkammer und einem in die Mischkammer mündenden ersten Kraftstoffzulaufkanal zur Zuführung von unter hohem Druck stehendem, von einer Hochdruckleitung geliefertem Kraftstoff, sowie einem ebenfalls in die Mischkammer mündenden zweiten Kraftstoffzulaufkanal zur parallelen Zuführung unter hohem Druck einer mit dem Kraftstoff eine Emulsion bildenden Zusatzflüssigkeit, insbesondere Wasser. Es ist ein während Einspritzpausen der Zuführung der Zusatzflüssigkeit zu dem zweiten Kraftstoffzulaufkanal dienender Zusatzflüssigkeitszuführungskanal vorgesehen, sowie eine Schaltventileinrichtung zum Steuern mindestens der dem ersten Kraftstoffzulaufkanal zuzuführenden Flüssigkeitsmengen.
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Aus
DE 10 2006 022 599 B4 geht ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine hervor, wobei die Brennkraftmaschine einen Abgastrakt, eine Anordnung eines SCR-Katalysators, einen Partikelfilter und eine Einspritzvorrichtung mit einem Einspritzventil aufweist, wobei das Einspritzventil mit einem Kraftstofftank und mit einem Harnstofftank so gekoppelt ist, dass mit dem Einspritzventil gleichzeitig oder abwechselnd Kraftstoff aus dem Kraftstofftank und/oder Harnstoffwasserlösung aus dem Harnstofftank dem Abgastrakt zumessbar ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine und ein Verfahren zu schaffen, wobei die genannten Nachteile nicht auftreten.
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Die Aufgabe wird gelöst, indem die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche geschaffen werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem eine Brennkraftmaschine geschaffen wird, die wenigstens einen Brennraum aufweist, wobei die Brennkraftmaschine weiter eine erste Brennstoffleitung für einen ersten Brennstoff und eine zweite Brennstoffleitung für einen zweiten, von dem ersten Brennstoff verschiedenen Brennstoff aufweist. Die Brennkraftmaschine weist einen gemeinsamen Leitungsabschnitt für den ersten und den zweiten Brennstoff auf, wobei der gemeinsame Leitungsabschnitt mit dem Brennraum in Fluidverbindung ist. Die Brennkraftmaschine weist einen Injektor zur Injektion des als Ottokraftstoff ausgebildeten ersten Brennstoffs und des als Zündöl oder Zündbeschleuniger ausgebildeten zweiten Brennstoffs in den Brennraum auf. Eine Zumischstelle, die insbesondere eingerichtet ist zur Zuführung des ersten Brennstoffs und des zweiten Brennstoffs in den gemeinsamen Leitungsabschnitt, ist an einem Einzelspeicher des Injektors, in dem Injektor stromabwärts des Einzelspeichers, oder in einem Düsensackloch des Injektors angeordnet. Da die verschiedenen Brennstoffe über den gemeinsamen Leitungsabschnitt in den Brennraum geführt werden können, bedarf es weder einer Mehrzahl von Injektoren noch eines kompliziert und teuer aufgebauten Mehrstoffinjektors. Somit kann die Brennkraftmaschine für jeden Brennraum lediglich einen einfach aufgebauten Injektor aufweisen, insbesondere einen Standard-Injektor, wie er typischerweise für einen Einstoffbetrieb, also einen reinen Otto- oder Dieselbetrieb der Brennkraftmaschine, verwendet wird, insbesondere weil eine separate Eindüsung des zweiten Brennstoffs entfällt. Gleichwohl wird eine Diffusionsverbrennung in dem Brennraum ermöglicht, da der vorzugsweise zündunwilligere erste Brennstoff durch den vorzugsweise zündwilligeren zweiten Brennstoff in Form einer geschichteten Ladung, nämlich im Bereich des Einspritzorts, sicher entflammt wird, wodurch sich alle Vorteile des Diffusionsverbrennungsverfahrens verwirklichen. Insbesondere ist ein klopfender Betrieb der Brennkraftmaschine quasi ausgeschlossen, da die Verbrennung diffusionskontrolliert erfolgt, nämlich abhängig von der Diffusion des in dem Brennraum vorhanden Sauerstoffs in die Brennstoffflamme. Es ergibt sich ein guter Durchbrand der eingedüsten Brennstoffe, insbesondere aufgrund von deren lokaler Konzentration, wobei keine Löscheffekte in kühleren, insbesondere in wandnahen Brennraumbereichen auftreten. Dadurch reduzieren sich insbesondere die Kohlenwasserstoffemissionen und ganz besonders ein Methanschlupf, wenn als erster Brennstoff ein methanhaltiger Brennstoff verwendet wird. Ein gutes Transientverhalten ergibt sich daraus, dass die Brennkraftmaschine unmittelbar durch Einstellen der in den Brennraum eingebrachten Menge an erstem Brennstoff regelbar ist, also in Form einer dieseltypischen Regelung. Dadurch können im Teillastbereich ansonsten für Ottomotoren typische Drosselverluste vermieden werden, und sowohl ein Lastabwurf als auch eine Lastaufschaltung sind schnell darstellbar. Weiterhin ist ein magerer Betrieb der Brennkraftmaschine möglich, da auch bei einem hohen Lambda-Wert, also einem sehr mageren Verbrennungsluft-Brennstoff-Gemisch eine sichere und vollständige Verbrennung durch das Diffusionsbrennverfahren gewährleistet wird.
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Es ist eine Zumischstelle vorgesehen, an welcher der erste Brennstoff und der zweite Brennstoff stromaufwärts der Mündung des gemeinsamen Leitungsabschnitts in den Brennraum dem zweiten Leitungsabschnitt zugeführt, insbesondere gemischt werden. Insbesondere stehen vorzugsweise sowohl die erste Brennstoffleitung als auch die zweite Brennstoffleitung mit dem gemeinsamen Leitungsabschnitt in Fluidverbindung, wobei die Brennstoffe im Bereich dieser Fluidverbindung zusammenführbar und insbesondere miteinander mischbar sind. Vorzugsweise münden die erste Brennstoffleitung und die zweite Brennstoffleitung in den gemeinsamen Leitungsabschnitt.
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Es ergibt sich ein besonders schnelles und flexibles Regelungsverhalten der relativen Anteile des ersten Brennstoffs und des zweiten Brennstoffs dann, wenn die Zumischstelle möglichst mündungsnah angeordnet, also der gemeinsame Leitungsabschnitt vergleichsweise kurz ausgebildet ist. Eine Anordnung der Zumischstelle - in nicht zur Erfindung gehörender Weise - nahe an einem Brennstoffreservoir hat dagegen den Vorteil, dass Komponenten eines Brennstoffzufuhrsystems, die ansonsten für beide Brennstoffleitungen separat vorgesehen sein müssten, nunmehr nur noch für den entsprechend längeren, gemeinsamen Leitungsabschnitt vorgesehen sein müssen, sodass sie nur einfach benötigt werden. Dies betrifft insbesondere Brennstoffpumpen, ein Brennstoffleitungssystem sowie eine Brennstoffdruckregelung. Dabei ist es - in nicht zur Erfindung gehörender Weise - insbesondere möglich, dass die Zumischstelle stromaufwärts einer Niederdruckförderpumpe oder stromabwärts von Niederdruckförderpumpen für den ersten und den zweiten Brennstoff, und stromaufwärts einer Hochdruckförderpumpe angeordnet ist. Es kann dann jedenfalls ein gemeinsames Hochdruckfördersystem für beide Brennstoffe, nämlich für das Brennstoffgemisch, vorgesehen sein, sodass die Vorhaltung zweier separater Hochdrucksysteme entfällt. Ist die Zumischstelle - in nicht zur Erfindung gehörender Weise - sogar stromaufwärts einer Niederdruckpumpe vorgesehen, genügt eine Niederdruckpumpe zur Förderung beider Brennstoffe aus den jeweiligen Brennstoffreservoiren.
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Es wird ein Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass eine Dosiereinrichtung vorgesehen ist, die eingerichtet ist, um den zweiten Brennstoff zu dem ersten Brennstoff zuzudosieren. Bei der Dosiereinrichtung kann es sich vorzugsweise um ein Ventil, insbesondere ein Zumessventil, handeln, welches vorzugsweise ansteuerbar ausgebildet ist, insbesondere mittels eines pulsweitenmodulierten Signals. Mithilfe der Dosiereinrichtungen sind die beiden Brennstoffe in zugleich einfacher und sehr effizienter Weise miteinander mischbar und/oder in den gemeinsamen Leistungsabschnitt dosierbar. Dabei ist bevorzugt auch eine zeitlich getaktete, alternierende Einbringung der verschiedenen Brennstoffe in den gemeinsamen Leitungsabschnitt möglich.
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Die Dosiereinrichtung ist bevorzugt eingerichtet, um ein konstantes oder ein variables Mischungsverhältnis der Brennstoffe zu erzeugen. Ein konstantes Mischungsverhältnis kann durch eine sehr einfache und daher auch kostengünstige Dosiereinrichtung erzeugt werden. Diese kann für den Betrieb der Brennkraftmaschine insbesondere dann genügen, wenn die Brennkraftmaschine im Wesentlichen in einem stationären Betriebspunkt betrieben wird, wie das beispielsweise bei stationären Gasmotoren, insbesondere stationären Großgasmotoren typischerweise der Fall ist. Ist die Dosiereinrichtung eingerichtet, um ein variables Mischungsverhältnis zu erzeugen, kann dieses insbesondere an einen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine flexibel angepasst werden, sodass eine erhöhte Variabilität und Flexibilität für den Betrieb der Brennkraftmaschine gegeben ist. Insbesondere ist so in bestimmten Lastpunkten ein ökonomischerer Betrieb der Brennkraftmaschine möglich. Die Dosiereinrichtung ist vorzugsweise parameterabhängig ansteuerbar, insbesondere in Abhängigkeit von einem momentanen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine. Dabei ist es insbesondere möglich, dass die Dosiereinrichtung mit einem pulsweitenmodulierten Signal von einem Steuergerät der Brennkraftmaschine ansteuerbar ist.
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Erfindungsgemäß weist die Brennkraftmaschine einen Injektor auf, der zur Injektion des ersten und des zweiten Brennstoffs in den wenigstens einen Brennraum eingerichtet ist. Insbesondere ist bevorzugt jedem Brennraum ein solcher Injektor zugeordnet. Dabei ist es gemäß einer nicht zur Erfindung gehörenden Ausgestaltung möglich, dass die Zumischstelle stromaufwärts des Injektors - insbesondere außerhalb des Injektors und bevorzugt räumlich von diesem getrennt - angeordnet ist. Der Injektor kann in diesem Fall sehr einfach ausgebildet sein, nämlich insbesondere als Standard-Injektor, der für einen Einstoffbetrieb einer Brennkraftmaschine eingerichtet ist. Mittels des einfach aufgebauten Injektors kann nämlich das in dem gemeinsamen Leitungsabschnitt geförderte Gemisch des ersten und zweiten Brennstoffs, oder aber - je nach Ausgestaltung der Dosiereinrichtung beziehungsweise deren Ansteuerung - zeitlich getaktet alternierend der erste Brennstoff und der zweite Brennstoff in den Brennraum eingebracht werden, ohne dass es einer spezifischen Ausgestaltung des Injektors bedarf. Es ist möglich, dass der Injektor ein Pilotventil aufweist, wobei dieses typischerweise mit dem zweiten Brennstoff beaufschlagt wird. Es ist hier aber auch möglich, dass das Pilotventil mit dem in dem gemeinsamen Leitungsabschnitt strömenden Gemisch aus dem ersten und dem zweiten Brennstoff beaufschlagt wird.
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Erfindungsgemäß ist die Zumischstelle gemäß einer Ausgestaltung an oder in einem Einzelspeicher des Injektors angeordnet ist. Der Injektor weist in diesem Fall bevorzugt einen Einzelspeicher auf, wobei solche Einzelspeicher dazu dienen, durch einzelnen Brennräumen zugeordnete Injektionsereignisse erzeugte Druckschwankungen von einem gemeinsamen Hochdruckspeicher, aus dem alle Injektoren versorgt werden, zu entkoppeln. Die eigentliche Injektion erfolgt dabei immer aus dem Volumen des Einzelspeichers, welcher in den Injektor integriert ist. Es ist möglich, dass die Zumischstelle unmittelbar stromaufwärts des Einzelspeichers angeordnet ist, wobei es insbesondere möglich ist, dass die zweite Brennstoffleitung und die erste Brennstoffleitung in den Einzelspeicher münden. Es ist auch möglich, dass die Dosiereinrichtung unmittelbar stromaufwärts des Einzelspeichers angeordnet ist, sodass dem Einzelspeicher direkt ein Gemisch aus dem ersten Brennstoff und dem zweiten Brennstoff zugeführt wird, wobei insbesondere eine integrale Ausbildung des Einzelspeichers mit der Dosiereinrichtung möglich ist. Es ist auch möglich, dass die erste Brennstoffleitung in den Einzelspeicher mündet, wobei die zweite Brennstoffleitung über eine Dosiereinrichtung mit dem Einzelspeicher verbunden ist. Es kann dann mittels der Dosiereinrichtung gezielt eine vorbestimmte oder parameterabhängig vorgebbare Menge des zweiten Brennstoffs in den Einzelspeicher eindosiert werden, wobei die beiden Brennstoffe dann in diesem gemischt werden.
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Alternativ ist es erfindungsgemäß möglich, dass die Zumischstelle stromabwärts des Einzelspeichers angeordnet ist. In diesem Fall ist in dem Einzelspeicher bevorzugt nur erster Brennstoff angeordnet, wobei somit der Einzelspeicher der ersten Brennstoffleitung zugeordnet ist. Vorzugsweise ist die Dosiereinrichtung stromabwärts des ersten Einzelspeichers angeordnet. Der gemeinsame Leitungsabschnitt erstreckt sich dann über eine vergleichsweise kurze Strecke von der stromabwärts des Einzelspeichers angeordneten Zumischstelle bis zu einer Mündung in den Brennraum, die insbesondere als Düsensackloch des Injektors ausgebildet sein kann.
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Weiter alternativ ist es erfindungsgemäß möglich, dass die Zumischstelle in dem Düsensackloch des Injektors angeordnet ist. Der erste Brennstoff und der zweite Brennstoff werden dann erst unmittelbar vor der Einspritzstelle und der Mündung in den Brennraum zusammengeführt. Dabei ergibt sich ein minimales Totvolumen und eine minimale Totzeit für eine Mischung der beiden Brennstoffe. Außerdem ist es insbesondere bei einer derart brennraumnahen Anordnung der Zumischstelle möglich, die Brennstoffe zeitlich getaktet und alternierend zueinander in den Brennraum einzubringen.
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Wichtig ist, dass beide Brennstoffe stets durch das gleiche Düsensackloch des Injektors eingebracht werden. Der Injektor ist nicht als Mehrstoffinjektor ausgebildet, weist also keine separaten Einspritzöffnungen und/oder Düsensacklöcher für die verschiedenen Brennstoffe auf.
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Wichtig ist weiterhin, dass die Brennkraftmaschine gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung genau einen Injektor pro Brennraum aufweist. Es sind also - wie bereits ausgeführt - keine separaten Injektoren für die verschiedenen Brennstoffe vorgesehen.
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Insgesamt zeigt sich, dass einerseits - in nicht zur Erfindung gehörender Weise - eine Zumischstelle stromaufwärts des Injektors und andererseits eine Zumischstelle in dem Injektor vorgesehen sein kann. Ist die Zumischstelle in dem Injektor vorgesehen, kann diese stromaufwärts eines Einzelspeichers, an dem Einzelspeicher oder stromabwärts des Einzelspeichers angeordnet sein, falls der Injektor einen Einzelspeicher aufweist. Ist die Zumischstelle stromabwärts des Einzelspeichers angeordnet, kann sie insbesondere in einem Düsensackloch des Injektors angeordnet sein.
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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 Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine geschaffen wird, wobei in wenigstens einen Brennraum der Brennkraftmaschine ein erster Brennstoff als Hauptbrennstoff eingebracht wird, wobei zur Zündung des ersten Brennstoffs ein zweiter Brennstoff als Pilotbrennstoff eingebracht wird. Dabei ist vorgesehen, dass der zweite Brennstoff und der erste Brennstoff dem Brennraum durch einen gemeinsamen Leitungsabschnitt zugeführt werden. Als erster Brennstoff wird ein Ottokraftstoff verwendet. Als zweiter Brennstoff wird ein Zündöl oder ein Zündbeschleuniger verwendet. Der zweite Brennstoff wird dem ersten Brennstoff in einem Einzelspeicher eines dem Brennraum zugeordneten Injektors, in dem Injektor stromabwärts des Einzelspeichers, oder in einem Düsensackloch des Injektors zugemischt. Dabei verwirklichen sich in Zusammenhang mit dem Verfahren insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit der Brennkraftmaschine erläutert wurden. Insbesondere ist es möglich, dem Brennraum genau einen, einfach aufgebauten Injektor zuzuordnen, wobei insbesondere dieselben Spritzbohrungen oder dasselbe Düsensackloch zur Eindüsung beider Brennstoffe verwendet wird/werden.
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Vorzugsweise wird der erste Brennstoff vor dem Einbringen der Brennstoffe in den Brennraum mit dem zweiten Brennstoff vermischt. Besonders bevorzugt werden also die beiden Brennstoffe gemeinsam und insbesondere miteinander vermischt in den Brennraum eingebracht. Alternativ ist es allerdings insbesondere bei einer brennraumnahen Anordnung einer Zumischstelle möglich, die Brennstoffe auch zeitlich getaktet und alternierend in den Brennraum einzubringen. Dabei kann insbesondere zunächst eine Pilotmenge des zweiten Brennstoffs eingedüst werden, wobei dann - durch gleiche Spritzbohrungen oder ein gleiches Düsensackloch des Injektors - eine Hauptmenge an erstem Brennstoff in den Brennraum eingedüst wird.
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Als erster Brennstoff wird insbesondere ein Brennstoff verwendet, der weniger zündwillig ist als der zweite Brennstoff. Als zweiter Brennstoff wird insbesondere ein Brennstoff verwendet, welcher zündwilliger ist als der erste Brennstoff.
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Erfindungsgemäß wird als erster Brennstoff ein Ottobrennstoff verwendet. Als zweiter Brennstoff wird erfindungsgemäß ein Zündöl oder ein Zündbeschleuniger verwendet.
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Weiterhin wird eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, bei welcher ein Hauptanteil der in den Brennraum eingebrachten Energie in Form des ersten Brennstoffs eingebracht wird, wobei nur eine zur Zündung des ersten Brennstoffs nötige Energiemenge in Form des zweiten Brennstoffs in den Brennraum eingebracht wird.
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Besonders bevorzugt wird auf diese Weise eine Diffusionsverbrennung durchgeführt, wobei der zweite Brennstoff zur Zündung der Diffusionsflamme des ersten Brennstoffs verwendet wird.
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Der erste Brennstoff, der ein Ottobrennstoff ist, ist vorzugsweise ein flüssiger oder gasförmiger Brennstoff. Dabei ist er insbesondere ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus Benzin, Ethanol, Methanol, Propan, Butan, LPG, Autogas, Erdgas, Biogas, Deponiegas oder einem anderen Sondergas.
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Es ist möglich, das als zweiter Brennstoff ein Zündöl, insbesondere Diesel, verwendet wird. Insbesondere kommen aber auch andere flüssige oder gasförmige Stoffe als zweiter Brennstoff infrage. Dabei ist der zweite Brennstoff besonders bevorzugt ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus einem Cetanzahlimprover, wie er allgemein als Additiv aus der Dieselkraftstoffherstellung bekannt ist, insbesondere einem Brennstoff, der 2-Ethyl-Hexylnitrat aufweist oder aus 2-Ethyl-Hexylnitrat besteht, beispielsweise Lubrizol oder Octimise D3533, und einem Brenngas, insbesondere Dimethylether, Diethylether, Oxymethylen, und n-Dodekan. Auch eine beliebige Mischung dieser Stoffe ist als zweiter Brennstoff verwendbar. Weiterhin kann der zweite Brennstoff ähnliche Zündbeschleuniger oder aber verschiedene Zündbeschleuniger in Mischung aufweisen oder aus solchen bestehen.
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Vorzugsweise werden der erste Brennstoff und der zweite Brennstoff aufeinander abgestimmt. Beispielsweise ist es möglich, dass ein gasförmiger oder leicht verdampfbarer zweiter Brennstoff verwendet wird, wenn als erster Brennstoff ein gasförmiger Brennstoff verwendet wird. Dies erhöht die Mischbarkeit der beiden Brennstoffe. Auch allgemein wird bevorzugt die Wahl der ersten und zweiten Brennstoffe auf eine gute Mischbarkeit derselben abgestimmt. Weiterhin wird bevorzugt der zweite Brennstoff in Hinblick auf seine Zündwilligkeit abhängig von der Zündwilligkeit des ersten Brennstoffs ausgewählt. Dabei wird insbesondere bestimmt, welche Zündwilligkeit der zweite Brennstoff aufweisen muss, um den ausgewählten ersten Brennstoff sicher zu entflammen, wobei der zweite Brennstoff dann abhängig hiervon ausgewählt wird.
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Es wird auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass die Zusammensetzung des in den Brennraum eingebrachten Gemischs aus dem ersten Brennstoff und dem zweiten Brennstoff parameterabhängig variiert wird. Alternativ ist es möglich, dass die Zusammensetzung im Betrieb der Brennkraftmaschine konstant gehalten wird. Dabei stellt das Konstanthalten der Zusammensetzung eine besonders einfache und kostengünstig realisierbare Ausführungsform des Verfahrens dar. Eine parameterabhängige Variation der Zusammensetzung ermöglicht dagegen einen besonders flexiblen und variablen Betrieb der Brennkraftmaschine, wobei insbesondere für verschiedene Last- oder Betriebspunkte Brennstoffeinsparungen und/oder Wirkungsgradverbesserungen möglich sind. Die Zusammensetzung wird dabei besonders bevorzugt abhängig von einem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine variiert.
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Es wird auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass der erste Brennstoff und der zweite Brennstoff in vorbestimmter zeitlicher Abfolge durch den gemeinsamen Leitungsabschnitt in den Brennraum geführt werden. Dabei ist es insbesondere möglich, dass die Dosiereinrichtung getaktet angesteuert wird, um dem gemeinsamen Leitungsabschnitt die verschiedenen Brennstoffe alternierend zuzuführen. Auf diese Weise ist es möglich, quasi eine klassische Abfolge einer Pilotinjektion des zweiten Brennstoffs und einer Hauptinjektion des ersten Brennstoffs durchzuführen, jedoch mit einem einzigen, einfach aufgebauten Injektor.
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Erfindungsgemäß wird eine Einbringung der verschiedenen Brennstoffe in den gemeinsamen Leitungsabschnitt in dem Injektor, insbesondere an einem Einzelspeicher des Injektors, stromabwärts des Einzelspeichers, oder in einem Düsensackloch des Injektors vorgenommen. Dabei ergeben sich die bereits in Zusammenhang mit der Brennkraftmaschine erläuterten Vorteile.
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Die Beschreibung der Brennkraftmaschine einerseits und des Verfahrens andererseits sind komplementär zueinander zu verstehen. Verfahrensschritte, die explizit oder implizit in Zusammenhang mit der Brennkraftmaschine erläutert wurden, sind bevorzugt einzeln oder miteinander kombiniert Schritte einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens. Merkmale 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. Diese zeichnet sich bevorzugt durch wenigstens ein Merkmal aus, welches durch wenigstens einen Verfahrensschritt einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens bedingt ist. Das Verfahren zeichnet sich bevorzugt durch wenigstens einen Verfahrensschritt aus, welcher durch wenigstens ein Merkmal der Brennkraftmaschine bedingt ist.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine gemäß dem Stand der Technik, und
- 2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Brennkraftmaschine.
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1 zeigt ein Beispiel einer Brennkraftmaschine 1 gemäß dem Stand der Technik. Die Brennkraftmaschine 1 weist einen Brennraum 3 auf, sowie eine erste Brennstoffleitung 5 für einen ersten Brennstoff 6 und eine zweite Brennstoffleitung 7 für einen zweiten Brennstoff 8. Dabei wird der erste Brennstoff 6 dem Brennraum 3 über einen ersten Injektor 9 zugeführt, der mit der ersten Brennstoffleitung 5 in Fluidverbindung ist, wobei der zweite Brennstoff 8 dem Brennraum 3 über einen zweiten Injektor 11 zugeführt wird, der mit der zweiten Brennstoffleitung 7 in Fluidverbindung ist. Typischerweise wird dem Brennraum 3 als erster Brennstoff 6 ein Ottokraftstoff zugeführt und als zweiter Brennstoff 8 ein Zündöl, insbesondere ein Dieselkraftstoff. Dabei zeigt sich, dass die Anordnung von zwei Injektoren 9, 11 an dem Brennraum 3 aufwendig und teuer ist. Alternativ ist es auch möglich, einen Mehrstoffinjektor für die beiden Brennstoffe 6, 8 vorzusehen, wobei dieser dann kompliziert aufgebaut und ebenfalls teuer ist. Es ist auch möglich, dass die beiden Injektoren 9, 11 in einem Gehäuse angeordnet sind.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Brennkraftmaschine 1 gemäß der Erfindung. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangehende Beschreibung verwiesen wird. Die Brennkraftmaschine 1 weist also ebenfalls einen Brennraum 3 auf. Vorzugsweise weist sie eine Mehrzahl von - insbesondere identischen - Brennräumen 3 auf. Dabei ist es insbesondere möglich, dass die Brennkraftmaschine 1 vier, sechs, zehn, zwölf, sechzehn, achtzehn oder zwanzig Zylinder aufweist. Auch eine andere oder abweichende Anzahl von Zylindern ist möglich. Die Brennkraftmaschine 1 ist vorzugsweise als Hubkolbenmotor ausgebildet. Sie kann als Reihenmotor, als V-Motor, als W-Motor, oder in einer anderen Konfiguration der Brennräume 3 ausgebildet sein.
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Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine 1 weist einen gemeinsamen Leitungsabschnitt 13 auf, der gemeinsam für den ersten Brennstoff 6 und für den zweiten Brennstoff 8 vorgesehen ist. Der gemeinsame Leitungsabschnitt 13 ist dabei mit dem Brennraum 3 in Fluidverbindung. Dabei ist hier eine Zumischstelle 14 in Form einer Dosiereinrichtung 15 vorgesehen, welche eingerichtet ist, um den zweiten Brennstoff 8 zu dem ersten Brennstoff 6 zuzudosieren. Hierzu münden bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sowohl die erste Brennstoffleitung 5 als auch die zweite Brennstoffleitung 7 in die Dosiereinrichtung 15, wo vorzugsweise die Brennstoffe 6, 8 miteinander gemischt werden. In 2 sind auch zwei Brennstoffreservoirs dargestellt, nämlich ein erstes Brennstoffreservoir 17 für den ersten Brennstoff 6 und ein zweites Brennstoffreservoir 19 für den zweiten Brennstoff 8.
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Die Dosiereinrichtung 15 ist vorzugsweise eingerichtet, um ein konstantes oder ein variables Mischungsverhältnis der beiden Brennstoffe 6, 8 zu erzeugen. Dabei ist es möglich, dass die Dosiereinrichtung 15 durch ein Steuergerät 21 der Brennkraftmaschine 1 parameterabhängig ansteuerbar ist. Das Steuergerät 21 ist vorzugsweise als zentrales Steuergerät (Engine Control Unit - ECU) der Brennkraftmaschine 1 ausgebildet.
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Es zeigt sich, dass die Brennkraftmaschine 1 für den Brennraum 3 nur genau einen gemeinsamen Injektor 23 für beide Brennstoffe 6, 8 aufweist, wobei dieser mit dem gemeinsamen Leitungsabschnitt 13 in Fluidverbindung ist. Dabei kann der gemeinsame Injektor 23 als Standard-Injektor zur Einstoffeinspritzung ausgebildet sein, da hier insbesondere die Dosiereinrichtung 15 stromaufwärts des gemeinsamen Injektors 23 angeordnet ist. Die Brennkraftmaschine 1 kann daher einfach und kostengünstig ausgebildet werden, wobei gleichwohl alle Vorteile eines Diffusionsbrennverfahrens wie bei dem Beispiel gemäß dem Stand der Technik nach 1 verwirklicht werden können. Es wird allerdings hier vorzugsweise ein Gemisch 25 der beiden Brennstoffe 6, 8 mittels des Injektors 23 in den Brennraum 3 eingedüst.
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Alternativ ist es möglich, dass die Zumischstelle nicht stromaufwärts des gemeinsamen Injektors 23, sondern vielmehr in diesem angeordnet ist, insbesondere an einem Einzelspeicher, stromabwärts des Einzelspeichers, insbesondere in einer Versorgungsleitung, die von dem Einzelspeicher zu einem Düsensackloch des Injektors 23 führt, oder aber direkt in dem Düsensackloch.
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Als erster Brennstoff 6 wird insbesondere ein zündunwilligerer Brennstoff, ganz besonders ein Ottobrennstoff verwendet, wobei als zweiter Brennstoff ein zündwilligerer Brennstoff, insbesondere ein Zündöl, vorzugsweise ein Zündbeschleuniger, verwendet wird.
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Es ist auch möglich, dass die Zumischstelle 14, insbesondere die Dosiereinrichtung 15, stromaufwärts einer Hochdruckpumpe angeordnet ist, sodass ein gemeinsamen Hochdruck-Brennstoffsystem für beide Brennstoffe 6, 8 vorgesehen sein kann. Es ist auch möglich, dass die Zumischstelle, insbesondere die Dosiereinrichtung 15 stromaufwärts einer gemeinsamen Niederdruckförderpumpe zur Förderung der Brennstoffe 6, 8 aus den Brennstoffreservoirs 17, 19 angeordnet ist. In diesem Fall bedarf es auch lediglich einer gemeinsamen Niederdruckpumpe für die beiden Brennstoffe 6, 8.
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Es ist auch möglich, dass - insbesondere mittels der Dosiereinrichtung 15 - die Brennstoffe 6, 8 alternierend und zeitlich getaktet in den Brennraum 3 geführt werden, beispielsweise indem die Dosiereinrichtung zeitlich getaktet zur alternierenden Einbringung der Brennstoffe 6, 8 in den gemeinsamen Leitungsabschnitt 13 angesteuert wird.
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Insgesamt zeigt sich, dass dank der Brennkraftmaschine 1 und dem Verfahren lediglich ein Injektor 23 pro Brennraum 3 benötigt wird, da eine separate Eindüsung des zweiten Brennstoffs 8 entfällt. Mehrere Injektoren oder Injektoren mit zwei Aktoreinheiten werden nicht benötigt. Je nach Ausgestaltung ist nur ein Brennstoffsystem, insbesondere in Form von Pumpen, einem Leitungssystem und einer Brennstoffdruckregelung, erforderlich. Die Brennkraftmaschine 1 kann also einfach, unkompliziert und kostengünstig ausgestaltet sein.
