DE102015210756A1 - Gasinjektoranordnung, Betriebsverfahren für eine Gasinjektoranordnung und Brennkraftmaschine - Google Patents

Gasinjektoranordnung, Betriebsverfahren für eine Gasinjektoranordnung und Brennkraftmaschine Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gasinjektoranordnung (100), ein Betriebsverfahren für eine Brennkraftmaschine (8) und eine Brennkraftmaschine (8) mit der Gasinjektoranordnung (100), bei welchen (i) nach einem Initiieren eines Abschaltens der Brennkraftmaschine (8) ein Schließen und dadurch Abdichten eines Druckreglers (16), so dass kein weiterer gasförmiger Kraftstoff (20) aus einem Tank (4) in eine Speicher- und Verteilerleitung (14) gelangt, (ii) ein Nachlaufenlassen der Brennkraftmaschine (8) für eine bestimmte Nachlaufzeitspanne nach dem Initiieren des Abschaltens der Brennkraftmaschine (8) bei geschlossenem und abgedichtetem Druckregler (16) und (iii) während des Nachlaufens der Brennkraftmaschine (8) ein Einleiten und Verbrennen des gasförmigen Kraftstoffes (20) aus der Speicher- und Verteilerleitung (14) im Brennraum (6) der Brennkraftmaschine (8) erfolgen, so dass dadurch die Menge gasförmigen Kraftstoffes (20) und mithin der Gasdruck in der Speicher- und Verteilerleitung (14) reduziert werden.

Description

  • Stand der Technik
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gasinjektoranordnung, ein Betriebsverfahren für eine Gasinjektoranordnung und eine Brennkraftmaschine. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine Gasinjektoranordnung mit einem Gasinjektor zum Einblasen eines gasförmigen Kraftstoffs in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, ein Betriebsverfahren für eine Brennkraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Gasinjektoranordnung und eine Brennkraftmaschine, die einen Brennraum und eine Gasinjektoranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist.
  • Neben flüssigen Kraftstoffen werden bei Brennkraftmaschinen und insbesondere im Kraftfahrzeugbereich auch gasförmige Kraftstoffe, z.B. Erdgas oder Wasserstoff, verwendet. Dabei wird der gasförmige Kraftstoff unter Druck in einem Speichertank z.B. bei 200 × 105 Pa vorgehalten. Mittels eines Druckreglers wird der gasförmige Kraftstoff aus dem Speichertank druckgeregelt einer Speicher- und Verteilerleitung zugeführt. Gasinjektoren werden verwendet, um mit der Speicher- und Verteilerleitung in fluidmechanischem Kontakt zu stehen und in gesteuerter Art und Weise Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine durch Einblasen einzuleiten. Im Brennraum wird der eingeblasene gasförmige Kraftstoff zur Entzündung gebracht. Dabei wird die chemische Energie des gasförmigen Kraftstoffs über einen thermodynamischen Wandlungsprozess in mechanische Energie umgewandelt, um z.B. ein Fahrzeug anzutreiben und/oder um elektrische Energie zu gewinnen.
  • Das Einblasen des gasförmigen Kraftstoffs, z.B. in Form von komprimiertem Erdgas (CNG: compressed natural gas) erfolgt dabei während eines Arbeitszyklus oder Arbeitstaktes. Zwar wird über einen vorgeschalteten Druckregler das unter hohem Druck im Speichertank stehende Gas bei der Zufuhr in die Speicher- und Verteilerleitung in ihrem Druck heruntergeregelt, jedoch herrscht auch nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine in den Zulaufbereichen zwischen dem Druckregler und dem Ventilsitz der Injektoren, also z.B. in der Speicher- und Verteilerleitung unverändert der hohe Einblasdruck, der im Bereich von etwa 20 × 105 Pa liegen kann. Damit die in der Speicher- und Verteilerleitung vorliegende Gasmenge zwischen dem Druckregler und dem Ventilsitz der Injektoren nach dem Abstellen des Motors nicht in die Umwelt austreten kann, müssen die Ventilsitze der Injektoren und des Druckreglers sehr dicht ausgeführt werden. Dies ist insbesondere im Hinblick auf die Ventilsitze der Injektoren problematisch, da die Injektoren im Bereich des Brennraums angeordnet und damit einer hohen thermischen Wechsellast ausgesetzt sind. Dies erfordert spezielle, sehr aufwendige und damit teure Maßnahmen, um die notwendige Dichtheit gewährleisten zu können.
  • Es ist daher wünschenswert, eine Gasinjektoranordnung, ein Betriebsverfahren für eine Brennkraftmaschine und eine Brennkraftmaschine bereitzustellen, bei welchen der Aufwand zum Verhindern eines unerwünschten Gasaustritts aus der Speicher- und Verteilerleitung in die Umwelt nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine möglichst gering ist.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße Gasinjektoranordnung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 weist im Vergleich zu bekannten Maßnahmen den Vorteil auf, dass mit vergleichsweise einfachen und kostengünstigen Mitteln ein Entweichen von Restgas in einer Speicher- und Verteilungsleitung nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine weitgehend verhindert werden kann. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass eine Gasinjektoranordnung vorgesehen wird mit einem Gasinjektor zum Einblasen eines gasförmigen Kraftstoffes in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, einer Speicher- und Verteilerleitung in fluidmechanischer Verbindung mit dem Gasinjektor zum Aufnehmen und Zuführen des gasförmigen Kraftstoffes zum Gasinjektor, einem Druckregler in fluidmechanischer Verbindung mit der Speicher- und Verteilerleitung zum druckgeregelten Zuführen des gasförmigen Kraftstoffes aus einem Tank zur Speicher- und Verteilerleitung und mit einer Steuereinheit. Die Steuereinheit ist eingerichtet, nach einem Initiieren eines Abschaltens der Brennkraftmaschine den Druckregler zu schließen und abzudichten, so dass kein weiterer gasförmiger Kraftstoff in die Speicher- und Verteilerleitung gelangt, die Brennkraftmaschine für eine bestimmte Nachlaufzeitspanne nach dem Initiieren des Abschaltens der Brennkraftmaschine bei geschlossenem und abgedichtetem Druckregler nachlaufen zu lassen und während des Nachlaufens der Brennkraftmaschine gasförmigen Kraftstoff aus der Speicher- und Verteilerleitung in den Brennraum einzuleiten und im Brennraum der Brennkraftmaschine zu verbrennen, so dass dadurch die Menge gasförmigen Kraftstoffes und mithin der Gasdruck in der Speicher- und Verteilerleitung reduziert werden.
  • Durch das Schließen und Abdichten des Druckreglers wird einerseits erreicht, dass aus dem Tank kein weiterer gasförmiger Kraftstoff in die Speicher- und Verteilerleitung einströmen kann und somit die Speicher- und Verteilerleitung nicht weiter mit Gasdruck beaufschlagt wird. Andererseits wird durch das Nachlaufen der Brennkraftmaschine und das Einleiten gasförmigen Kraftstoffs aus der Speicher- und Verteilerleitung in den Brennraum und durch Verbrennen des eingeleiteten gasförmigen Kraftstoffs im Brennraum erreicht, dass die Menge an gasförmigen Kraftstoff, die bereits in der Speicher- und Verteilerleitung vorgelegt ist, reduziert wird, so dass der Gasdruck in der Speicher- und Verteilerleitung mit dem Nachlaufen der Brennkraftmaschine absinkt. Folglich wird dadurch erfindungsgemäß erreicht, dass nach der Phase des Nachlaufens der Brennkraftmaschine der Druck in der Speicher- und Verteilerleitung und damit der auf den Gasinjektor von der Speicher- und Verteilerleitung einwirkende Gasdruck reduziert sind. Im Ergebnis des reduzierten Drucks ist nun kein besonderer Aufwand zum Abdichten des Gasinjektors zum Verhindern von Gasaustritt bei abgestellter Brennkraftmaschine mehr notwendig, weil das Abdichten gegenüber dem hohen Druck aus dem Tank allein vom Druckregler übernommen werden kann.
  • Folglich reichen im Hinblick auf die Ausgestaltung des Gasinjektors erfindungsgemäß vereinfachte bauliche Ausführungen bereits aus, um die Abgas- und Kraftstoffimmissionsnormen zu erfüllen. Der vereinfachte Aufbau des Gasinjektors reduziert bei gesteigerter Lebensdauer u.a. die Herstellungskosten und Betriebskosten der erfindungsgemäßen Gasinjektoranordnung.
  • Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuereinheit eingerichtet ist zu bewirken, dass beim Nachlaufen der Brennkraftmaschine der gasförmige Kraftstoff aus der Speicher- und Verteilerleitung während einer Ansaugphase der Brennkraftmaschine und insbesondere während eines Ansaugtaktes eines Zylinders der Brennkraftmaschine eingeleitet wird. Dadurch wird erreicht, dass der während der Ansaugphase der Brennkraftmaschine erzeugte Unterdruck mit den entsprechenden Ventilstellungen im Bereich des Brennraums zum Ansaugen des in der Speicher- und Verteilerleitung befindlichen Restgases genutzt wird. Dadurch vereinfacht sich der Betrieb des Nachlaufens, weil keine besonderen Vorkehrungen zum Einblasen des Restgases aus der Speicher- und Verteilerleitung getroffen werden müssen.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gasinjektoranordnung ist die Steuereinheit eingerichtet zu bewirken, dass das Nachlaufen der Brennkraftmaschine aufrecht erhalten wird, bis der Gasdruck in der Speicher- und Verteilerleitung einen vorgegebenen, insbesondere minimalen Druck erreicht, der vorteilhafterweise z.B. in etwa dem Umgebungsdruck der Gasinjektoranordnung entspricht. Dies ermöglicht einerseits eine besonders flexible Anpassung an die jeweils in der Speicher- und Verteilerleitung herrschenden Druckverhältnisse und andererseits eine besonders zuverlässige Reduktion der Gasimmission gegenüber der Umwelt, weil gemäß dieser Ausführungsform der Druckgradient gegenüber dem Umgebungsdruck besonders stark abgebaut wird.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Gasinjektoranordnung ist die Steuereinheit eingerichtet ist zu bewirken, dass das Initiieren des Abschaltens der Brennkraftmaschine während des Betriebs der Brennkraftmaschine durchführbar ist durch Umschalten von einem Einleiten des gasförmigen Kraftstoffes in den Brennraum während einer Verdichtungsphase der Brennkraftmaschine auf ein Einleiten des gasförmigen Kraftstoffes in den Brennraum während einer Ansaugphase der Brennkraftmaschine. Durch diese Maßnahme ist es möglich, bereits den regulären Betrieb der Brennkraftmaschine zu nutzen, um bei einem beabsichtigten Abschalten der Brennkraftmaschine die in der Speicher- und Verteilerleitung verbleibende Restmenge an Gas zu reduzieren. Dadurch kann das Restgas z.B. noch für die reguläre Leistungserzeugung und -abgabe genutzt werden. Ferner wird dadurch die eigentliche Nachlaufzeitspanne reduziert, während der die Restgasmenge in der Speicher- und Verteilerleitung abgebaut wird, insbesondere ohne dass ein nutzbringender Einsatz, z.B. durch Leistungsabgabe erfolgt. Dies ist ein besonders ökonomisches Vorgehen, bei welchem Kraftstoff- und thermische Verluste besonders gering ausfallen.
  • Dabei ist es von besonderem Vorteil, wenn eine benutzerbetätigbare Umschalteinrichtung ausgebildet ist, wobei die Umschalteinrichtung mit der Steuereinheit funktional gekoppelt ist und die Umschalteinrichtung und die Steuereinheit eingerichtet sind, durch Betätigung der Umschalteinrichtung – z.B. durch den Fahrer eines Fahrzeugs – das Umschalten von einem Einleiten des gasförmigen Kraftstoffes in den Brennraum während einer Verdichtungsphase der Brennkraftmaschine zu einem Einleiten des gasförmigen Kraftstoffes in den Brennraum während einer Ansaugphase der Brennkraftmaschine zu bewirken. Dies ermöglicht dem Benutzer, z.B. dem Fahrer eines Fahrzeugs, ein besonders bequemes Einleiten des Abschaltens der Brennkraftmaschine. Die benutzerbetätigbare Umschalteinrichtung kann dabei als Knopf, als Taste oder auch als eine Schließeinrichtung nach Art eines Zündschlosses ausgebildet sein. Denkbar ist auch eine Kopplung mit einem Wahlhebel für einen Parkmodus oder mit einer Feststellbremse.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Betriebsverfahren für eine Brennkraftmaschine mit einer Gasinjektoranordnung. Dabei ist die Gasinjektoranordnung zumindest mit einem Gasinjektor zum Einblasen eines gasförmigen Kraftstoffes in einen Brennraum der Brennkraftmaschine, mit einer Speicher- und Verteilerleitung in fluidmechanischer Verbindung mit dem Gasinjektor zum Aufnehmen und Zuführen des gasförmigen Kraftstoffes zum Gasinjektor und mit einem Druckregler in fluidmechanischer Verbindung mit der Speicher- und Verteilerleitung zum druckgeregelten Zuführen des gasförmigen Kraftstoffes aus einem Tank zur Speicher- und Verteilerleitung ausgebildet. Das erfindungsgemäße Betriebsverfahren weist zumindest die Schritte auf: nach einem Initiieren eines Abschaltens der Brennkraftmaschine Schließen und dadurch Abdichten des Druckreglers, so dass kein weiterer gasförmiger Kraftstoff in die Speicher- und Verteilerleitung gelangt, Nachlaufenlassen der Brennkraftmaschine für eine bestimmte Nachlaufzeitspanne nach dem Initiieren des Abschaltens der Brennkraftmaschine bei geschlossenem und abgedichtetem Druckregler und während des Nachlaufens der Brennkraftmaschine Einleiten und Verbrennen des gasförmigen Kraftstoffes aus der Speicher- und Verteilerleitung im Brennraum der Brennkraftmaschine, so dass dadurch die Menge gasförmigen Kraftstoffes und mithin der Gasdruck in der Speicher- und Verteilerleitung reduziert werden.
  • Wie bei der erfindungsgemäßen Gasinjektoranordnung, wird auch bei dem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren durch das Schließen und Abdichten des Druckreglers erreicht, dass aus dem Tank kein weiterer gasförmiger Kraftstoff in die Speicher- und Verteilerleitung einströmen kann und die Speicher- und Verteilerleitung somit nicht weiter mit Gasdruck beaufschlagt wird. Das Nachlaufen der Brennkraftmaschine, das Einleiten gasförmigen Kraftstoffs aus der Speicher- und Verteilerleitung in den Brennraum und das Verbrennen des dann eingeleiteten gasförmigen Kraftstoffs im Brennraum stellen sicher, dass die Menge an gasförmigen Kraftstoff, die bereits in der Speicher- und Verteilerleitung vorgelegt ist, reduziert wird, so dass der Gasdruck in der Speicher- und Verteilerleitung mit dem Nachlaufen der Brennkraftmaschine absinkt. Folglich wird auch durch das erfindungsgemäße Betriebsverfahren erreicht, dass nach der Phase des Nachlaufens der Brennkraftmaschine der Druck in der Speicher- und Verteilerleitung und damit der auf den Gasinjektor von der Speicher- und Verteilerleitung einwirkende Gasdruck reduziert sind. Im Ergebnis des reduzierten Drucks ist nun kein besonderer Aufwand zum Abdichten des Gasinjektors zum Verhindern von Gasaustritt bei abgestellter Brennkraftmaschine mehr notwendig, weil das Abdichten gegenüber dem hohen Druck aus dem Tank allein vom Druckregler übernommen werden kann.
  • Durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens reichen bei der Ausgestaltung des Gasinjektors vereinfachte bauliche Ausführungen bereits aus, um die Abgas- und Gasimmissionsnormen zu erfüllen. Dies reduziert bei gesteigerter Lebensdauer die Herstellungs- und Betriebskosten der Gasinjektoranordnung.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Betriebsverfahrens wird beim Nachlaufen der Brennkraftmaschine der gasförmige Kraftstoff aus der Speicher- und Verteilerleitung während einer Ansaugphase der Brennkraftmaschine und insbesondere während eines Ansaugtaktes eines Zylinders der Brennkraftmaschine eingeleitet. Dadurch wird erreicht, dass der während der Ansaugphase der Brennkraftmaschine erzeugte Unterdruck mit den entsprechenden Ventilstellungen im Bereich des Brennraums zum Ansaugen des in der Speicher- und Verteilerleitung befindlichen Restgases genutzt wird. Es vereinfacht sich der Betrieb des Nachlaufens, weil keine besonderen Vorkehrungen zum Einblasen des Restgases aus der Speicher- und Verteilerleitung ergriffen werden müssen.
  • Es ist von besonderem Vorteil, wenn bei dem Betriebsverfahren das Nachlaufen der Brennkraftmaschine aufrecht erhalten wird, bis der Gasdruck in der Speicher- und Verteilerleitung einen vorgegebenen, insbesondere minimalen Druck erreicht, der vorteilhafterweise z.B. in etwa dem Umgebungsdruck der Gasinjektoranordnung entspricht. Dies ermöglicht eine flexible Anpassung an die jeweils in der Speicher- und Verteilerleitung herrschenden Druckverhältnisse und eine Reduktion der Gasimmission gegenüber der Umwelt, weil der Druckgradient gegenüber dem Umgebungsdruck besonders stark abgebaut wird.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens erfolgt das Initiieren des Abschaltens der Brennkraftmaschine während des Betriebs der Brennkraftmaschine bei geschlossenem Druckregler durch Umschalten von einem Einleiten des gasförmigen Kraftstoffes in den Brennraum während einer Verdichtungsphase der Brennkraftmaschine auf ein Einleiten des gasförmigen Kraftstoffes in den Brennraum während einer Ansaugphase der Brennkraftmaschine. Durch diese Maßnahme ist es möglich, bereits den regulären Betrieb der Brennkraftmaschine zu nutzen, um bei einem beabsichtigten Abschalten der Brennkraftmaschine die in der Speicher- und Verteilerleitung verbleibende Restmenge an Gas zu reduzieren. Dadurch kann das Restgas für die reguläre Leistungserzeugung und -abgabe genutzt werden und es wird die eigentliche Nachlaufzeitspanne verkürzt.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens ist es vorgesehen, dass die Brennkraftmaschine als Teil eines Hybridantriebs eingesetzt und dass das Nachlaufen der Brennkraftmaschine zum Aufladen einer Batterie des Hybridantriebs genutzt wird. Dadurch kann der thermische und Kraftstoffverlust bei der Nachlaufphase der Brennkraftmaschine durch zumindest teilweises nutzbringendes Umsetzen der freiwerdenden Energie in elektrische Energie zum Aufladen der Batterie des Hybridantriebssystems besonders gewinnbringend reduziert werden.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Brennkraftmaschine mit einem Brennraum und mit einer erfindungsgemäßen Gasinjektoranordnung und insbesondere eine direkteinblasende Brennkraftmaschine. Die Verwendung einer derartigen Brennkraftmaschine ist von Vorteil, weil durch die ergriffenen Maßnahmen die baulichen Voraussetzungen für die Gasinjektoren besonders einfach gehalten werden können. Eine zusätzliche Belastung durch erhöhten Gasdruck von Seiten der Speicher- und Verteilerleitung im Zusammenhang mit den thermischen Wechsellasten der Gasinjektoren entfällt.
  • Kurze Beschreibung der Figuren
  • Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im Detail beschrieben. Gleiche oder funktional gleiche oder äquivalente Elemente werden jeweils mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
  • 1 ist nach Art eines Blockdiagramms eine schematische und vereinfachte Ansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gasinjektoranordnung.
  • 2A bis 2D sind schematische und teilweise geschnittene Seitenansichten, welche verschiedene Phasen des Normalbetriebs einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine veranschaulichen.
  • 3A bis 3D sind schematische und teilweise geschnittene Seitenansichten, welche verschiedene Phasen des Nachlaufbetriebs einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine veranschaulichen.
  • Ausführungsform der Erfindung
  • Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gasinjektoranordnung 100 im Detail beschrieben.
  • 1 zeigt in Form eines schematischen Blockdiagramms eine erste Ausführungsform einer Gasinjektoranordnung 100.
  • Eine Mehrzahl von Gasinjektoren 1 ist fluidmechanisch an eine gemeinsame Speicher- und Verteilerleitung 14 gekoppelt. Jeder Gasinjektor 1 ist andererseits fluidmechanisch an einen Brennraum 6 eines jeweiligen Zylinders 18 einer Brennkraftmaschine 8 gekoppelt.
  • Die Injektoren 1 sind ausgebildet, in der Speicher- und Verteilerleitung 14 vorgelegten gasförmigen Kraftstoff 20 durch direktes Einblasen in den Brennraum 6 eines jeweiligen Zylinders 18 gesteuert einzuleiten. Alternativ dazu kann auch ein indirektes Einblasen über ein Saugrohr oder über eine Saugleitung vorgesehen sein.
  • Jeder Zylinder 18 bildet einerseits den Brennraum 6 und umgibt andererseits einen jeweiligen Kolben 19, der im Betrieb im Zylinder 18 entlang dessen Längsachse zyklisch hin- und herläuft, den Brennraum 6 – in 1 nach unten – begrenzt und dabei – ebenfalls zyklisch – den Brennraum 6 bis zu einer maximalen Ausdehnung erweitert und bis zu einer minimalen Ausdehnung einengt.
  • Der Betrieb der Brennkraftmaschine 8 und insbesondere der Gasinjektoranordnung 100 wird über eine Steuereinheit 10 gesteuert. Dazu sind die Injektoren 1 mit der Steuereinheit 10 über eine Steuerleitung 21 verbunden.
  • Des Weiteren sind eine Steuerleitung 22 und eine Messleitung 23 vorgesehen, die auch miteinander kombiniert ausgebildet sein können und über welche Sensoren 12 und 13 angeschlossen sind. Bei den Sensoren 12 und 13 kann es sich um Druck- und/oder Temperatursensoren handeln. Die Sensoren 12 und 13 sind fluidmechanisch mit der Speicher- und Verteilerleitung 14 verbunden, um z.B. den Gasdruck und/oder die Gastemperatur des in der Speicher- und/oder Verteilerleitung 14 vorgelegten gasförmigen Kraftstoffs 20 zu ermitteln.
  • Die Steuereinheit 10 kann dazu ausgebildet sein, die von den Sensoren 12 und 13 erfassten Messwerte aufzunehmen und der Steuerung der Brennkraftmaschine 8 und insbesondere der Gasinjektoranordnung 100 zu Grunde zu legen.
  • Über einen Anschluss 17 ist die Speicher- und Verteilerleitung 14 mit einem Druckregler 16 verbunden. Des Weiteren ist der Druckregler 16 fluidmechanisch auch mit einem Gastank 4 verbunden, welcher den gasförmigen Kraftstoff 20 unter hohem Druck vorlegt. Der Druck im Inneren des gefüllten Tanks 4 kann bis zu 200 × 105 Pa betragen.
  • Der Druckregler 16 ist dazu ausgebildet, die Speicher- und Verteilerleitung 14 im Betrieb kontinuierlich mit gasförmigem Kraftstoff 20 in druckgeregelter Form zu versorgen. Dazu ist zwischen der Steuereinheit 10 und dem Druckregler 16 eine weitere Steuerleitung 26 ausgebildet. Über diese Steuerleitung 26 kann der Eingangsdruck aus dem Tank 4 auf den Speise- oder Einblasdruck in der Speicher- und Verteilerleitung 14 heruntergeregelt werden. Auch kann durch eine entsprechende Signalgebung über die Steuerleitung 26 der Druckregler gesperrt und abgedichtet werden, so dass kein weiterer gasförmiger Kraftstoff 20 vom Tank 4 in die Speicher- und Verteilerleitung 14 nachgeliefert wird.
  • Die Zylinder 18 mit den Brennräumen 6 sind im Motor- oder Maschinenblock 9 der Brennkraftmaschine 8 ausgebildet. Die Injektoren 1 bei der in 1 dargestellten direkt einblasenden Ausführungsform der Gasinjektoranordnung 100 sind ebenfalls im Maschinenblock 9 eingebettet oder eingelassen. Über Halteklammern oder -federn 2 sind die einzelnen Injektoren 1 andererseits an der Speicher- und Verteilerleitung 14 angebracht.
  • Optional kann mit der Steuereinheit 10 über eine Steuerleitung 42 noch eine Umschalteinrichtung 40 verbunden sein. Über diese kann ein Benutzer, z.B. durch Betätigen des Tasters 41, das Einleiten des gasförmigen Kraftstoffs 20 umschalten von der Arbeitsphase in die Ansaugphase, insbesondere um dadurch das Abschalten der Brennkraftmaschine 8 zu initiieren.
  • Die 2A bis 3D zeigen in schematischer und teilweise geschnittener Seitenansicht verschiedene Betriebszyklen einer mit einer erfindungsgemäßen Gasinjektoranordnung 100 ausgebildeten Brennkraftmaschine 8 im normalen bzw. im Nachlaufbetrieb. Dargestellt ist exemplarisch jeweils ein einzelner Zylinder 18, der in einem 4-Takt-Modus betrieben wird.
  • Der Zylinder 18 mit seinem Gehäuse umgibt den Kolben 19, so dass der Zylinder 18 mit seinem Gehäuse und der Kolben 19 den jeweiligen Brennraum 6 definieren und begrenzen.
  • Die dem Kolben 19 jeweils gegenüberliegende Stirnfläche des Zylinders 18 ist mit zwei Ventilen, einem Einlass- oder Belüftungsventil 15-1 zum Zuführen von Luft und einem Auslass- oder Entlüftungsventil 15-2 zum Ausstoßen von Verbrennungsgasen ausgebildet. An der Stirnseite ist des Weiteren ein Zündmechanismus 5 vorgesehen, der ebenfalls über eine entsprechende Leitung (nicht dargestellt) mit der Steuereinheit 10 verbunden sein kann. In der Stirnseite ist des Weiteren ein Gasinjektor 1 zum direkten Einblasen gasförmigen Kraftstoffs 20 in den Brennraum 6 eingebettet.
  • Bei beiden Sequenzen der 2A bis 2D und 3A bis 3D sind die verschiedenen Takte mit den Ziffern "1" bis "4" gekennzeichnet. Es handelt sich dabei z.B. um die typischen Takte einer Viertakt-Brennkraftmaschine.
  • Der erste Takt "1" ist der Ansaugtakt, bei dem der Kolben 19 von der dem Kolben 19 gegenüberliegenden Stirnseite des Zylinders 18 wegfährt und das Einlassventil 15-1 zur Luftzufuhr temporär geöffnet wird. Der zweite Takt "2" ist der Verdichtungstakt, bei dem der Kolben 19 auf die dem Kolben 19 gegenüberliegenden Stirnseite des Zylinders 18 zufährt und dabei das Kraftstoff-Luft-Gemisch komprimiert. Der dritte Takt "3" ist der Arbeitstakt, bei welchem das Kraftstoffluftgemisch durch Betätigung des Zündmechanismus 5 gezündet wird, der Kolben 19 von der dem Kolben 19 gegenüberliegenden Stirnseite des Zylinders 18 auf Grund der expandierenden Verbrennungsgase fortgetrieben wird und dabei mechanische Leistung an ein entsprechend mechanisch gekoppeltes Abnahmesystem abgibt. Der vierte Takt "4" ist der Ausstoßtakt, bei welchem das Auslassventil 15-2 geöffnet wird, so dass unter rückführender Bewegung des Kolbens 19 auf die dem Kolben 19 gegenüberliegende Stirnseite des Zylinders 18 zu die Verbrennungsgase aus dem Brennraum 6 ausgetrieben werden.
  • Im normalen Betrieb der Brennkraftmaschine 8 gemäß der Abfolge der 2A bis 2D fährt im Verdichtungstakt "2" gemäß 2B der Kolben 19 auf die dem Kolben 19 gegenüberliegende Stirnseite des Zylinders 18 zu, wobei gleichzeitig durch den Injektor 1 gasförmiger Kraftstoff 20, welcher in der Speicher- und Verteilerleitung 14 vorgelegt ist, direkt in den Brennraum eingeblasen wird. Die Bewegung des Kolbens 19 in der Aufwärtsrichtung auf die dem Kolben 19 gegenüberliegende Stirnseite des Zylinders 18 zu bewirkt gleichzeitig eine Verdichtung des Luft-Kraftstoffgemisches. Im Arbeitstakt "3" erfolgt dann, wie oben bereits beschrieben wurde, die Zündung mittels des Zündmechanismus 5, wodurch der Kolben 19 erneut von der dem Kolben 19 gegenüberliegenden Stirnseite des Zylinders 18 wegbewegt wird.
  • Die Abfolge der 3A bis 3D ist vom mechanischen Bewegungsverlauf des Kolbens 19 im Zylinder 18 identisch mit der Abfolge, die in den 2A bis 2D dargestellt ist. Jedoch handelt es sich hier um den Nachlaufbetrieb der Brennkraftmaschine 8 nach dem Initiieren des Abschaltens der Brennkraftmaschine 8.
  • Dabei erfolgt das Einleiten des gasförmigen Kraftstoffs 20 aus der Speicher- und Verteilerleitung 14 nicht im zweiten Takt "2", nämlich dem Verdichtungstakt, sondern vielmehr gemäß 3A bereits im ersten Takt "1", dem Ansaugtakt unter entsprechender frühzeitigerer Betätigung des Injektors 1, vermittelt durch die Steuereinheit 10. Im ersten Takt ist ein Druck im Brennraum sehr gering, so dass der Gasinjektor auch bei sinkendem Druck in der Speicher- und Verteilerleitung 4 infolge von mehrfachem Einblasen bei geschlossenem Druckregler 16 immer noch in der Lage ist, Gas in den Brennraum einzublasen.
  • Es schließen sich dann der zweite Takt "2" gemäß 3B – jetzt aber ohne direktes Einblasen durch den Injektor 1 – und die unveränderten dritten und vierten Takte "3" und "4" gemäß den 3C und 3D an.

Claims (11)

  1. Gasinjektoranordnung (100), umfassend – einen Gasinjektor (1) zum Einblasen eines gasförmigen Kraftstoffes (20) in einen Brennraum (6) einer Brennkraftmaschine (8), – eine Speicher- und Verteilerleitung (14) in fluidmechanischer Verbindung mit dem Gasinjektor (1) zum Aufnehmen und Zuführen des gasförmigen Kraftstoffes (20) zum Gasinjektor (1), – einen Druckregler (16) in fluidmechanischer Verbindung mit der Speicher- und Verteilerleitung (14) zum druckgeregelten Zuführen des gasförmigen Kraftstoffes (20) aus einem Tank (4) zur Speicher- und Verteilerleitung (14) und – eine Steuereinheit (10) welche eingerichtet ist, nach einem Initiieren eines Abschaltens der Brennkraftmaschine (8): – den Druckregler (16) zu schließen und abzudichten, so dass kein weiterer gasförmiger Kraftstoff (20) in die Speicher- und Verteilerleitung (14) gelangt, – die Brennkraftmaschine (8) für eine bestimmte Nachlaufzeitspanne nach dem Initiieren des Abschaltens der Brennkraftmaschine (8) bei geschlossenem und abgedichtetem Druckregler (16) nachlaufen zu lassen und – während des Nachlaufens der Brennkraftmaschine (8) gasförmigen Kraftstoff (20) aus der Speicher- und Verteilerleitung (14) in den Brennraum (6) einzuleiten und im Brennraum (6) der Brennkraftmaschine (8) zu verbrennen, so dass dadurch die Menge gasförmigen Kraftstoffes (20) und mithin der Gasdruck in der Speicher- und Verteilerleitung (14) reduziert werden.
  2. Gasinjektoranordnung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (10) eingerichtet ist zu bewirken, dass beim Nachlaufen der Brennkraftmaschine (8) der gasförmige Kraftstoff (20) aus der Speicher- und Verteilerleitung (14) während einer Ansaugphase der Brennkraftmaschine (8) und insbesondere während eines Ansaugtaktes eines Zylinders (18) der Brennkraftmaschine (8) eingeleitet wird.
  3. Gasinjektoranordnung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (10) eingerichtet ist zu bewirken, dass das Nachlaufen der Brennkraftmaschine (8) aufrecht erhalten wird, bis der Gasdruck in der Speicher- und Verteilerleitung (14) einen vorgegebenen minimalen Druck erreicht, der insbesondere in etwa dem Umgebungsdruck der Gasinjektoranordnung (100) entspricht.
  4. Gasinjektoranordnung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (10) eingerichtet ist zu bewirken, dass das Initiieren des Abschaltens der Brennkraftmaschine (8) während des Betriebs der Brennkraftmaschine (8) durchführbar ist durch Umschalten von einem Einleiten des gasförmigen Kraftstoffes (20) in den Brennraum (6) während einer Verdichtungsphase der Brennkraftmaschine (8) auf Einleiten des gasförmigen Kraftstoffes (20) in den Brennraum (6) während einer Ansaugphase der Brennkraftmaschine (8).
  5. Gasinjektoranordnung (100) nach Anspruch 4, ferner umfassend – eine benutzerbetätigbare Umschalteinrichtung (40), – wobei die Umschalteinrichtung (40) mit der Steuereinheit (10) funktional gekoppelt ist, und – wobei die Umschalteinrichtung (40) und die Steuereinheit (10) eingerichtet sind, durch Betätigung der Umschalteinrichtung (40) das Umschalten vom Einleiten des gasförmigen Kraftstoffes (20) in den Brennraum (6) während einer Verdichtungsphase der Brennkraftmaschine (8) zum Einleiten des gasförmigen Kraftstoffes (20) in den Brennraum (6) während einer Ansaugphase der Brennkraftmaschine (8) zu bewirken.
  6. Betriebsverfahren für eine Brennkraftmaschine (8) mit einer Gasinjektoranordnung (100), welche zumindest – mit einem Gasinjektor (1) zum Einblasen eines gasförmigen Kraftstoffes (20) in einen Brennraum (6) der Brennkraftmaschine (8), – mit einer Speicher- und Verteilerleitung (14) in fluidmechanischer Verbindung mit dem Gasinjektor (1) zum Aufnehmen und Zuführen des gasförmigen Kraftstoffes (20) zum Gasinjektor (1) und – mit einem Druckregler (16) in fluidmechanischer Verbindung mit der Speicher- und Verteilerleitung (14) zum druckgeregelten Zuführen des gasförmigen Kraftstoffes (20) aus einem Tank (4) zur Speicher- und Verteilerleitung (14) ausgebildet ist, wobei das Betriebsverfahren zumindest die Schritte aufweist: – nach einem Initiieren eines Abschaltens der Brennkraftmaschine (8) Schließen und dadurch Abdichten des Druckreglers (16), so dass kein weiterer gasförmiger Kraftstoff (20) in die Speicher- und Verteilerleitung (14) gelangt, – Nachlaufenlassen der Brennkraftmaschine (8) für eine bestimmte Nachlaufzeitspanne nach dem Initiieren des Abschaltens der Brennkraftmaschine (8) bei geschlossenem und abgedichtetem Druckregler (16) und – während des Nachlaufens der Brennkraftmaschine (8) Einleiten und Verbrennen des gasförmigen Kraftstoffes (20) aus der Speicher- und Verteilerleitung (14) im Brennraum (6) der Brennkraftmaschine (8), so dass dadurch die Menge gasförmigen Kraftstoffes (20) und mithin der Gasdruck in der Speicher- und Verteilerleitung (14) reduziert werden.
  7. Betriebsverfahren nach Anspruch 6, wobei beim Nachlaufen der Brennkraftmaschine (8) der gasförmige Kraftstoff (20) aus der Speicher- und Verteilerleitung (14) während einer Ansaugphase der Brennkraftmaschine (8) und insbesondere während eines Ansaugtaktes eines Zylinders (18) der Brennkraftmaschine (8) eingeleitet wird.
  8. Betriebsverfahren nach Anspruch 6 oder 7, bei welchem das Nachlaufen der Brennkraftmaschine (8) aufrecht erhalten wird, bis der Gasdruck in der Speicher- und Verteilerleitung (14) einen vorgegebenen minimalen Druck erreicht, der insbesondere in etwa dem Umgebungsdruck der Gasinjektoranordnung (100) entspricht.
  9. Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei welchem das Initiieren des Abschaltens der Brennkraftmaschine (8) während des Betriebs der Brennkraftmaschine (8) erfolgt durch Umschalten von einem Einleiten des gasförmigen Kraftstoffes (20) in den Brennraum (6) während einer Verdichtungsphase der Brennkraftmaschine (8) auf Einleiten des gasförmigen Kraftstoffes (20) in den Brennraum (6) während einer Ansaugphase der Brennkraftmaschine (8).
  10. Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, – bei welchem die Brennkraftmaschine (8) als Teil eines Hybridantriebs eingesetzt wird, und – bei welchem das Nachlaufen der Brennkraftmaschine (8) zum Aufladen einer Batterie des Hybridantriebs genutzt wird.
  11. Brennkraftmaschine (8) mit einem Brennraum (6) und mit einer Gasinjektoranordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
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