DE102016118029A1 - Mischkammer-Konzept eines Kraftstoff-Gemischbildungssystems für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Mischkammer-Konzept eines Kraftstoff-Gemischbildungssystems für eine Brennkraftmaschine Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoff-Gemischbildungssystem (100) für eine Brennkraftmaschine, welches flüssigen Kraftstoff mit einem gasförmigen Kraftstoff mischt, umfassend einen ersten Anschluss (A1), an dem der flüssige Kraftstoff anliegt, und einen zweiten Anschluss (A2), an dem der gasförmige Kraftstoff anliegt, wobei das Gemischbildungssystem (100) eine Mischkammer (M) umfasst, an der zuströmseitig ein über den ersten Anschluss (A1) mit flüssigem Kraftstoff gespeister erster Injektor (I1) und an der ebenfalls zuströmseitig eine über den zweiten Anschluss (A2) mit dem gasförmigen Kraftstoff gespeiste Einspeiseleitung (L) angeschlossen sind. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Einspeiseleitung (L) des gasförmigen Kraftstoffs an einem Kanal (E11) angeschlossen ist, über den die Mischkammer (M) über mindestens eine Öffnung (H1) mit dem gasförmigen Kraftstoff versorgt wird, wobei abströmseitig der Mischkammer (M) ein zweiter Injektor (I2) angeschlossen ist, über den der Brennkraftmaschine ein Kraftstoffgemisch aus flüssigem Kraftstoff und gasförmigem Kraftstoff oder nur flüssiger Kraftstoff oder nur gasförmiger Kraftstoff zuführbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Kraftstoff-Gemischbildungssystem für eine Brennkraftmaschine, welches flüssigen Kraftstoff mit einem gasförmigen Kraftstoff mischt.
  • Gemischbildung bezeichnet zumeist die Art und Weise, nach der für eine Brennkraftmaschine das Kraftstoff-Verbrennungsluft-Gemisch erzeugt wird.
  • Dabei soll der Kraftstoff in der Verbrennungsluft fein verteilt werden, um eine nahezu vollständige Verbrennung und somit einen hohen Nutzungsgrad und einen emissionsarmen Betrieb der Brennkraftmaschine zu realisieren.
  • Prinzipiell kann die Gemischbildung bekanntermaßen direkt im Brennraum oder in einem zuströmseitig zum Brennraum angeordneten Saugrohr erfolgen. Die Gemischbildung variiert in Abhängigkeit vom vorliegenden Aggregatzustand des Kraftstoffs.
  • Gasförmige Kraftstoffe werden zumeist durch ein elektromagnetisch oder piezoelektrisch gesteuertes Einblasventil in den mit Verbrennungsluft gefüllten Brennraum oder das Saugrohr eingeblasen/eingespritzt. Die Einblasventile werden auch als Gasinjektoren oder Einspritzdüsen bezeichnet. Dabei ist am Austritt aus dem Gasinjektor der Querschnitt reduziert. Infolgedessen wird der Gasstrom am Austritt auf Schallgeschwindigkeit beschleunigt, was zu einer feinen Verteilung des gasförmigen Kraftstoffs führt. Der Einspritzdruck des gasförmigen Kraftstoffs am Gasinjektor wird beispielsweise beim Einsatz von Erdgas in der Regel durch druckbeaufschlagte Gastanks und einen Gasdruckregler bereitgestellt.
  • Flüssiggaskraftstoffe können bekanntermaßen durch einen Verdampfer in den gasförmigen Aggregatzustand überführt werden. Die Flüssiggaskraftstoffe können somit ebenfalls über Gasinjektoren in den mit Verbrennungsluft gefüllten Brennraum oder das Saugrohr eingeblasen/eingespritzt werden.
  • Als flüssige Kraftstoffe kommen in Brennkraftmaschinen bekanntermaßen zumeist Benzin und Diesel zum Einsatz. In der Vergangenheit wurde zum Betrieb von Ottomotoren Benzin in einem von Verbrennungsluft durchströmten Vergaser durch eine Venturidüse versprüht und das Gemisch nachfolgend in den Brennraum geleitet.
  • In modernen Ottomotoren wie auch in Dieselmotoren erfolgt die Gemischbildung durch Einspritzung des Kraftstoffs in den Brennraum beziehungsweise in ein zuströmseitig zum Brennraum angeordnetes Saugrohr.
  • Die Einspritzung des flüssigen Kraftstoffs erfolgt dabei durch Injektoren, die den Kraftstoff fein zerstäuben. Die Einspritzdüse umfasst eine Ventilfunktion, die die Einspritzung zeitlich und gegebenenfalls mengenmäßig steuert. Der zur Einspritzung mit feiner Verteilung der Kraftstofftröpfchen erforderliche hohe Druck wird durch eine Einspritzpumpe bereitgestellt.
  • Dabei kann die Öffnung der Einspritzdüse druckabhängig erfolgen. In diesem Fall öffnet das Nadelventil, wenn ein durch die Einspritzpumpe bereitgestellter Öffnungsdruck an der Einspritzdüse anliegt. Somit erfolgt hier die Steuerung der Kraftstoffeinspritzung durch die Einspritzpumpe.
  • Bei der überwiegenden Mehrheit der heutzutage in Serie gehenden Fahrzeuge ist die Druckversorgung der Injektoren über ein Common-Rail-System realisiert. Damit ist der Einspritzzeitpunkt unabhängig vom Druckaufbau der Einspritzpumpe bestimmbar. Die Öffnung des Durchlasses der Einspritzdüse kann alternativ über eine Magnetspule oder zunehmend über einen Piezoaktor realisiert werden. Die Aktivierung der Einspritzdüse erfolgt entsprechend den Erfordernissen durch die Motorsteuerung. Entsprechend sind auch verschiedene Betriebsbedingungen wie Teillast, Volllast, Kaltstart oder Katalysatorheizen optimal über variable Einspritzzeitpunkte, Einspritzdrücke, Einspritzverläufe und Mehrfacheinspritzungen realisierbar.
  • Neben der Ventilfunktion sorgt die Einspritzdüse für eine feine Verteilung des Flüssigkraftstoffs. Dazu ist die Einspritzdüse austrittsseitig beispielsweise als Mehrlochdüse mit mehreren Löchern ausgeführt. Ebenso können nach außen öffnende A-Düsen mit ringförmigem Spalt und Dralldüsen zum Einsatz kommen. Die aerodynamische Gestaltung des Düsenteils ermöglicht hohe Strömungsgeschwindigkeiten und somit eine feine Zerstäubung des Flüssigkraftstoffs in den mit Luft gefüllten Brennraum oder in das zuströmseitig zum Brennraum angeordnete Saugrohr. Damit steht im Brennraum ein zündfähiges Gemisch aus fein zerstäubtem und teilweise verdampftem Kraftstoff und der Verbrennungsluft zur Verfügung.
  • Weiterhin ist ein (engl.: AADI/Air-Assisted-Direct-Injection)-Verfahren zur Gemischbildung bekannt. Das Ziel des AADI-Verfahrens besteht darin, eine teilweise Gemischbildung von Kraftstoff und Luft vor dem Eintritt in den Brennraum beziehungsweise das Saugrohr zu erreichen. Konstruktiv besteht das Herzstück des Systems aus zwei Injektoren, einem zuströmseitig angeordneten ersten Injektor für die Einspritzung des Kraftstoffes in eine Mischkammer sowie einem abströmseitig angeordneten zweiten Injektor zur Einblasung/Einspritzung des gesamten Gemisches in den Brennraum. Die Einspritzung des flüssigen Kraftstoffs in die unter Druck stehende Mischkammer erfolgt mittels eines elektromagnetischen oder piezobetriebenen Injektors. Dazu ist die Mischkammer dauerhaft mit Druckluft beaufschlagt. In der Mischkammer erfolgen ein Aufbrechen des Flüssigkraftstoffes und eine Mischung mit der in die Mischkammer einströmenden Luft.
  • Ein Großteil des Kraftstoffes zerfällt und verdampft bereits innerhalb der Mischkammer und gelangt als Gasgemisch in den Brennraum. Anschließend erfolgt die Einblasung/Einspritzung des Vorgemischs über den zweiten Injektor, beispielsweise mit Hilfe einer nach außen öffnenden A-Düse mit ringförmigem Querschnitt und breitem Strahlkegelwinkel. Dabei kann die Einblasung/Einspritzung in den Brennraum und die Einspritzung in die Mischkammer zeitlich versetzt und je nach Ansteuerung der Ventile variabel erfolgen. Die Druckluft wird durch einen Kompressor bereitgestellt. Die für den Betrieb des Kompressors erforderliche Energie kann extern zugeführt oder intern durch den Verbrennungsprozess erzeugt werden.
  • Eine weitere Entwicklung bei Ottomotoren geht dahin, durch die Gemischbildung eine homogene Selbstzündung (engl.: CAI/Controlled-Auto-Ignition) durch hohe Verdichtungstemperaturen und Verdichtungsenddrücke herbeizuführen.
  • Aus dem Dokument US 6 463 907 B1 ist ein Einspritzsystem bekannt, bei dem zwei Kraftstoffe außerhalb des Verbrennungsraumes gemischt werden. Einer der Kraftstoffe ist dabei ein schwer entzündlicher Kraftstoff mit niedriger Cetan-Zahl. Ein zweiter Kraftstoff ist ein leicht entzündlicher Kraftstoff mit entsprechend hoher Cetan-Zahl. Dabei kann als schwer entzündlicher Kraftstoff auch ein gasförmiger Kraftstoff verwendet werden. Die Gemischbildung der beiden Kraftstoffe erfolgt in der Gaszuführleitung (1) oder im Saugrohr (3). Das Gemisch gelangt nachfolgend durch ein Einspritzventil direkt oder über das Saugrohr in einen Brennraum.
  • Aus dem Dokument DE 697 35 846 T2 ist eine Brennkraftmaschine bekannt, die in einem Modus mit Kompressionszündung bei vorgemischter Ladung betreibbar ist. Bei diesem Verbrennungsmotor mit vorgemischter kompressionsgezündeter Verbrennung (engl.: PCCI/Premixed-Charge-Compression-Ignition) kommen Kraftstoffe unterschiedlicher Selbstzündungseigenschaften bei der Gemischbildung zum Einsatz. So kann entsprechend der Anforderungen, die durch die Erfassung des Betriebszustands der Brennkraftmaschinen berücksichtigt werden, beispielsweise das Verhältnis von Erdgas und Dieselkraftstoff variiert werden.
  • Das Dokument US 6 302 337 B1 betrifft eine Dichtungsanordnung für ein Einspritzventil. Hier ist einem Flüssigkraftstoffeinspritzventil ein luftunterstütztes Einspritzventil nachgeschaltet.
  • Als Stand der Technik werden ergänzend die Druckschriften US 2012/0216773 A1 , US 2014/0299671 A1 , DE 198 56 169 A1 , DE 697 35 846 T2 , US 6,302,337 B1 und US 6,463,907 B1 genannt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kraftstoff-Gemischbildungssystem zur Verfügung zu stellen, mittels dem ein flüssiger Kraftstoff mit einem gasförmigen Kraftstoffgemisch gemischt werden kann, wobei das Kraftstoffgemisch bei der Verbrennung Eigenschaften aufweisen soll, die den Verbrennungsprozess positiv beeinflussen. Das generierte Kraftstoffgemisch soll eine hohe Qualität aufweisen und somit eine hohe Leistung der Brennkraftmaschine bei hohem Wirkungsgrad und geringen Abgasemissionen ermöglichen.
  • Ausgangspunkt der Erfindung ist ein Gemischbildungssystem für eine Brennkraftmaschine, welches einen flüssiges Kraftstoff mit einem gasförmigen Kraftstoff mischt, umfassend einen ersten Anschluss, an dem der flüssige Kraftstoff anliegt, und einen zweiten Anschluss, an dem der gasförmige Kraftstoff anliegt, wobei das Gemischbildungssystem eine Mischkammer umfasst, an der zuströmseitig ein über den ersten Anschluss mit flüssigem Kraftstoff gespeister erster Injektor und an der ebenfalls zuströmseitig eine über den zweiten Anschluss mit dem gasförmigen Kraftstoff gespeiste Einspeiseleitung angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspeiseleitung des gasförmigen Kraftstoffs an einem Kanal angeschlossen ist, über den die Mischkammer über mindestens eine Öffnung mit dem gasförmigen Kraftstoff versorgt wird, wobei abströmseitig der Mischkammer ein zweiter Injektor angeschlossen ist.
  • In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass in dem Einsatzteil ein Einschubelement angeordnet ist, welches einen als Mischkammer ausgebildeten Hohlraum aufweist, wobei der Kanal strömungstechnisch über die mindestens eine Öffnung in dem Einschubelement mit dem Hohlraum des Einschubelementes in Verbindung steht, wodurch gasförmiger Kraftstoff über den Kanal und die mindestens eine Öffnung im Einschubelement in die als Hohlraum in dem Einschubelement ausgebildete Mischkammer strömt.
  • Bevorzugt ist, dass das Einschubelement zumindest teilweise von dem als Ringkanal ausgebildeten Kanal umgeben ist, wodurch gasförmiger Kraftstoff über die mindestens eine Öffnung in dem Einschubelement von dem Ringkanal in die als Hohlraum in dem Einschubelement ausgebildete Mischkammer strömt, wie in der Beschreibung noch näher erläutert wird. Es hat sich herausgestellt, dass die Ausgestaltung eines Ringkanals, der die Mischkammer über die mindestens eine Öffnung mit dem gasförmigen Kraftstoff versorgt, fertigungstechnisch und strömungstechnisch besonders effektiv ist.
  • Die erfinderische Grundidee der gefundenen Lösung besteht darin, mittels zwei nacheinander angeordneten Injektoren ein durch die Mischkammerausgestaltung optimiertes Kraftstoffgemisch zu realisieren und dabei als Mittel zum Aufbrechen des flüssigen Kraftstoffs und als Trägermedium einen gasförmigen Kraftstoff zu verwenden. Es wird somit ein Kraftstoffgemisch aus zwei brennbaren Kraftstoffen gebildet, welcher jeder für sich brennbar ist, ohne dass eine Gemischbildung erfolgt. Das Kraftstoffgemisch wird aus einem flüssigen brennbaren Kraftstoff und einem gasförmigen brennbaren Kraftstoff gebildet.
  • In Abhängigkeit des der Mischkammer zugeführten Kraftstoffs kann das Kraftstoffgemisch einen Anteil von 0–100 % des flüssigen Kraftstoffs und einen Anteil von 0–100 % des gasförmigen Kraftstoffs aufweisen.
  • Daraus ergibt sich, dass das derart ausgebildete Kraftstoff-Gemischbildungssystem auch dazu dienen kann, nur flüssigen oder nur gasförmigen Kraftstoff zur Verfügung zu stellen, wobei die durch die nachfolgend beschriebene Kraftstoffgemischbildung erzielten Effekte in einem solchen Betriebsfall nicht auftreten. Es wird aber deutlich, dass das Kraftstoff-Gemischbildungssystem in vorteilhafter Weise flexibel einsetzbar ist, da ein brennbares Kraftstoffgemisch aus flüssigem und aus gasförmigem Kraftstoff oder gegebenenfalls nur brennbarer flüssiger oder brennbarer gasförmiger Kraftsoff zur Verfügung gestellt wird.
  • Durch die Ausführung des Kraftstoff-Gemischbildungssystems wird in vorteilhafter Weise eine hochqualitative Gemischbildung realisiert. Die Gemischbildung erfolgt erfindungsgemäß in Stufen.
  • Die erste Stufe der Gemischbildung erfolgt in der Mischkammer. Die Mischkammer ist beim Betrieb des Kraftstoff-Gemischbildungssystems mit dem gasförmigen Kraftstoff gefüllt, der der Mischkammer durch die Einspeiseleitung zugeführt wird. In die Mischkammer wird durch den ersten Injektor flüssiger Kraftstoff eingespritzt und in der Mischkammer entsprechend fein verteilt.
  • Die Flüssigkraftstoffeinspritzung durch den ersten Injektor bewirkt beim Austritt aus dem ersten Injektor in den gasförmigen Kraftstoff ein aerodynamisches Aufbrechen des Kraftstoffes in kleine Tropfen und Ligamente. Somit wird in der ersten Stufe ein Kraftstoffgemisch aus flüssigem Kraftstoff und gasförmigem Kraftstoff gebildet, bei dem der flüssige Kraftstoff aerodynamisch aufgebrochen und bereits in der Mischkammer aerodynamisch zerfällt. Das heißt, der flüssige Kraftstoff wird durch den gasförmigen Kraftstoff in kleine Tropfen und Ligamente zerkleinert. Die Tropfen und Ligamente weisen eine Größe im Bereich von 60 µm (0,060 mm) bis 100 µm (0,100 mm) auf.
  • In der zweiten Stufe wird der zweite Injektor wirksam, der das Kraftstoffgemisch aus flüssigem Kraftstoff und gasförmigem Kraftstoff zerstäubt. Diese Zerstäubung ergibt sich durch die kritischen Strömungsverhältnisse am Ventilsitz, der als Drosselstelle wirkt. Dabei wird das aus der Mischkammer zuströmende Kraftstoffgemisch auf etwa Schallgeschwindigkeit beschleunigt. Die resultierenden hohen aerodynamischen Kräfte führen dazu, dass der Zerstäubungsprozess bereits kurz nach dem Ventilaustritt im Wesentlichen abgeschlossen ist. Der zerstäubte Flüssigkraftstoff verdampft nach dem Düsenaustritt im Verbrennungsraum. Damit steht im Brennraum ein fein verteiltes und zumindest teilweise verdampftes Kraftstoffgemisch aus zumindest teilweise verdampftem Flüssigkraftstoff, gasförmigem Kraftstoff und Verbrennungsluft zur Verfügung.
  • Der Arbeitsdruck für den zweiten Injektor wird in vorteilhafter Weise durch den Druck aus den Gastanks für den gasförmigen Kraftstoff bereitgestellt. Der am zweiten Anschluss anliegende Druck wird durch einen Gasdruckregler stabilisiert und gegebenenfalls reduziert.
  • Ein wesentlicher Vorteil besteht darin, dass mit Hilfe des gasförmigen Kraftstoffs in überraschender Weise ein sehr geeignetes Medium zum Aufbrechen des flüssigen Kraftstoffs und zur Aufnahme des aufgebrochenen flüssigen Kraftstoffs der ersten Stufe der Kraftstoffgemischbildung gefunden wurde, das zudem bei der Verbrennung Verbrennungsenergie liefert und außerdem den Verbrennungsverlauf stabilisiert.
  • In vorteilhafter Weise ist im Kraftfahrzeug keine Zusatzenergie notwendig, um den gasförmigen Kraftstoff auf den gewünschten Arbeitsdruck in der Mischkammer und somit auf den gewünschten Arbeitsdruck des zweiten Injektors zu bringen, da der gasförmige Kraftstoff bereits mit dem entsprechenden Druck in den Gastanks des Kraftfahrzeuges zur Verfügung steht. Damit kann in einem Kraftfahrzeug ein Kraftstoffgemisch bereitgestellt werden, ohne dass das Kraftfahrzeug dazu einen Kompressor oder dergleichen zur Druckerzeugung benötigt.
  • In vorteilhafter Weise hat sich herausgestellt, dass das zweistufig generierte und somit hochqualitative Kraftstoffgemisch eine extrem schnelle Verdampfung des flüssigen Anteils des Kraftstoffgemischs im Brennraum bewirkt.
  • Mit dem bereitgestellten Kraftstoff-Gemischbildungssystem steht unmittelbar nach dem Einblasen/Einspritzen des Kraftstoffgemischs in den Brennraum mittels des zweiten Injektors ein homogenes zündbereites Verbrennungsgemisch zur Verfügung.
  • Somit kann durch Selbstzündung oder Fremdzündung in vorteilhafter Weise sofort eine nahezu vollständige Verbrennung bei hohem Wirkungsgrad und geringen Abgaswerten realisiert werden.
  • Insbesondere sind in vorteilhafter Weise durch die nahezu ideale Verbrennung sehr niedrige Kohlenwasserstoff-, Stickoxid-, Ruß-, Kohlenmonoxid- und Kohlendioxidemissionen erzielbar.
  • Durch das unmittelbar nach dem Einblasen/Einspritzen in den Brennraum zündfähige Gemisch können auch hohe Drehzahlen bei guten Verbrennungsparametern und geringen Abgasemissionen realisiert werden.
  • Der gasförmige Kraftstoff mit höherer Klopffestigkeit wird in vorteilhafter Weise durch den Flüssigkraftstoff mittels Selbstzündungsverfahren gezündet. Die mechanische Beanspruchung des Verbrennungsmotors wird infolgedessen reduziert.
  • Aufgrund des bereits fein zerstäubten und teilweise verdampften Flüssigkraftstoffs und des damit reduzierten Kraftstoffstrahlimpulses weist ein mit dem zweiten Injektor generierter Spraynebel eine geringe Penetration (Strahltiefe) auf.
  • Dadurch wird insbesondere in vorteilhafter Weise die Benetzung der Brennraumwandungen vermieden. Zugleich wird der Kraftstoffeintrag in den Brennraum gegenüber einem reinen Betrieb der Brennkraftmaschine mit einem gasförmigen Kraftstoff durch den erhöhten Einspritzimpuls der Flüssigkraftstofftröpfchen verbessert.
  • Durch die Variation des Mischungsverhältnisses von flüssigem Kraftstoff und gasförmigem Kraftstoff können dabei der Kraftstoffeintrag und die Klopffestigkeit an die Betriebsbedingungen angepasst werden. In vorteilhafter Weise können dadurch vorgegebene Betriebspunkte durch Variation des Mischungsverhältnisses gezielt angefahren werden.
  • Die sehr schnelle Kraftstoffgemischaufbereitung und die sofortige Zündbereitschaft des Kraftstoffgemischs ermöglichen zudem einen stabilen Schichtbetrieb der Brennkraftmaschine.
  • Das Kraftstoff-Gemischbildungssystem ist dafür strukturell und verfahrensseitig derart ausgebildet, dass flüssiger Kraftstoff und gasförmiger Kraftstoff ohne Kraftstoffgemischbildung für die Verbrennung in der Brennkraftmaschine zur Verfügung gestellt werden können.
  • Der zweite Injektor ist in vorteilhafter Weise derart ausgebildet, dass über den zweiten Injektor, sobald einer der Kraftstoffe nicht mehr zur Verfügung steht, auch nur einer der Kraftstoffe eingeblasen/eingespritzt werden kann.
  • Durch die Variation der Einspritzmenge des Flüssigkraftstoffs kann das Verhältnis der beiden Kraftstoffe variiert werden. Somit kann beispielsweise durch Reduzierung des Anteils einer der Kraftstoffe im Gemisch dessen Reichweite erhöht werden. In vorteilhafter Weise kann somit flexibel auf eine Kraftstoffverfügbarkeit des flüssigen und/oder gasförmigen Kraftstoffs reagiert werden.
  • In vorteilhafter Weise wird die bei einer reinen Flüssigkraftstoffdirekteinspritzung in den Brennraum bekannte möglichst zu vermeidende Benetzung der Zylinderwände mit Flüssigkraftstoff durch das erfindungsgemäße Kraftstoff-Gemischbildungssystem und durch die gefundenen Verfahrenseffekte vollständig vermieden. Auf die Verfahrenseffekte wird noch detailliert eingegangen.
  • Das bereitgestellte Kraftstoff-Gemischbildungssystem wird in vorteilhafter Weise in kompakter Bauweise ausgeführt, wodurch nur geringer Bauraum beansprucht wird, wie ebenfalls noch näher erläutert wird.
  • Es besteht ferner die Möglichkeit bekannte Standardkomponenten zu verwenden. Daraus resultiert eine hohe Zuverlässigkeit des Kraftstoff-Gemischbildungssystems und es ist somit zugleich kostengünstig herstellbar.
  • Das Kraftstoff-Gemischbildungssystem ist für den Einsatz in Dieselmotoren, Ottomotoren, Gasmotoren und FlexFuel-Motoren geeignet.
  • Die gefundene Lösung ist auch für Brennkraftmaschinen mit Schichtenladung, Abgasrückführung, Multipoint-Einspritzung, Common Rail, Kompressor- oder Turboaufladung, Selbst- und Fremdzündung einsetzbar.
  • Für Motoren, die für einen Betrieb mit Flüssigkraftstoff und/oder gasförmigem Kraftstoff vorgesehen sind (FlexFuel-Motoren), kann die Kraftstoffversorgung vollständig mit dem vorgeschlagenen Kraftstoff-Gemischbildungssystem realisiert und nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben werden. In vorteilhafter Weise kann ein ansonsten erforderliches zweites Einspritzsystem entfallen.
  • Das Kraftstoff-Gemischbildungssystem kann mit allen gasförmigen Kraftstoffen, wie CNG (engl.: Compressed Natural Gas), LNG (engl.: Liquified Natural Gas), ANG (engl.: Adsorbed Natural Gas), LPG (Liquified Petroleum Gas) und auch mit biogenen Kraftstoffen, wie beispielsweise Biodiesel, Ethanol, Biogas betrieben werden.
  • Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
  • In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist das Kraftstoff-Gemischbildungssystem so zu der Brennkraftmaschine angeordnet, dass das Kraftstoffgemisch direkt in einen Brennraum oder ein Saugrohr der Brennkraftmaschine einblasbar/einspritzbar ist. Mit anderen Worten, die Kompakteinheit wird direkt an dem Brennraum oder dem Saugrohr angeschlossen, so dass der zweite Injektor direkt in den Brennraum oder das Saugrohr einblasen/einspritzen kann.
  • Der zweite Injektor ragt dabei in den Brennraum oder das Saugrohr hinein oder ist bündig mit der jeweiligen Brennraumwand oder Saugrohrwand angeordnet.
  • Wie erläutert ist die Kraftstoffgemischzufuhr vom zweiten Injektor in das zuströmseitig zum Brennraum angeordnete Saugrohr möglich. Bei der Ausführung, bei der das Kraftstoffgemisch in das Saugrohr eingeblasen wird, erfolgt die Vermischung des Kraftstoffgemischs mit der Verbrennungsluft im Saugrohr. Nachfolgend wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch in den Brennraum angesaugt, verdichtet und gezündet.
  • Bei Einblasung/Einspritzung des Kraftstoffgemischs aus dem zweiten Injektor in den Brennraum erfolgt eine sofortige Vermischung mit der dort verdichteten Verbrennungsluft.
  • Das zündfähige Gemisch kann im Brennraum durch Fremd- oder Selbstzündung unmittelbar gezündet werden. Eine Benetzung des Zylinderraums mit Flüssigkraftstoff wird vermieden.
  • Entsprechend kann das mit dem Kraftstoff-Gemischbildungssystem aufbereitete hochwertige Kraftstoffgemisch vollständig und somit sauber verbrannt werden. Die Abgasemissionen der Brennkraftmaschine werden somit zugleich minimiert.
  • In vorteilhafter Weise ist das Kraftstoff-Gemischbildungssystem außerdem zu unterschiedlichen Motorkonstruktionen kompatibel und kann somit auch zur Nachrüstung eingesetzt werden.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste Injektor als eine Einspritzdüse für die Einspritzung von flüssigem Kraftstoff ausgebildet ist.
  • Entsprechend können serienmäßige Flüssigkraftstoffeinspritzdüsen, die mit hoher Effizienz Flüssigkraftstoff zerstäuben, in dem Kraftstoff-Gemischbildungssystem zum Einsatz kommen.
  • Die ausgereiften Flüssigkraftstoffeinspritzdüsen sind in vielfältigen Ausführungen motoren-, leistungs- und kraftstoffspezifisch und zugleich kostengünstig verfügbar. Somit kann das Kraftstoff-Gemischbildungssystem entsprechend spezifischer Einsatzbedingungen ausgeführt werden. Durch die zum Einsatz kommenden ausgereiften Flüssigkraftstoffeinspritzdüsen können Entwicklungskosten eingespart werden. Zugleich ist damit eine wesentliche Voraussetzung für eine hohe Zuverlässigkeit und eine breite Anwendung des Kraftstoff-Gemischbildungssystems gegeben.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Kraftstoff-Gemischbildungssystems ist der zweite Injektor als ein Einblasventil zur Einblasung von einem mit Flüssigkraftstofftröpfchen versetzten Gasstrom ausgebildet. Vorzugsweise kommen als Einblasventile nach außen öffnende A-Düsen mit einem ringförmigen Austrittsspalt zum Einsatz. Mit diesen Einblasventilen werden auch bei relativ geringen Arbeitsdrücken hohe Strömungsgeschwindigkeiten am Ventilsitz erreicht. Die Sprayverteilung der A-Düsen erfolgt hohlkegelförmig. Die Spraytröpfchen weisen dabei einen kleinen Durchmesser auf, der zudem eine schnelle Verdampfung ermöglicht. Infolgedessen kann eine gute Verteilung des Kraftstoffs im Brennraum der Brennkraftmaschine beziehungsweise im Saugrohr der Brennkraftmaschine und somit in der Verbrennungsluft realisiert werden.
  • In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass in der Einspeiseleitung oder an der Einspeiseleitung ein Mengenregelventil und/oder ein ansteuerbarer Druckregler angeordnet sind.
  • Das Mengenregelventil ermöglicht eine die zuzuführende Menge des gasförmigen Kraftstoffs regelnde getaktete Zuführung des gasförmigen Kraftstoffs in die Mischkammer.
  • Damit kann die Kraftstoffgemischbildung in der Mischkammer gasseitig in vorteilhafter Weise mengenmäßig geregelt werden.
  • Insbesondere kann so das Verhältnis von gasförmigem Kraftstoff und Flüssigkraftstoff bei der Kraftstoffgemischbildung variiert werden. Damit ist in vorteilhafter Weise eine Anpassung an unterschiedliche Verbrennungsbedingungen und Motortypen möglich.
  • Die Anpassung ist darüber hinaus durch einen durch die Motorsteuerung ansteuerbaren Gasdruckregler realisierbar. Ein Gasdruckregler stabilisiert den Druck des gasförmigen Kraftstoffs in der Mischkammer. Durch die Änderung des Ausgangsdrucks des Gasreglers kann in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen das Mischungsverhältnis von Flüssigkraftstoff und gasförmigem Kraftstoff im Kraftstoffgemisch variiert werden. Die Variation des Gasdrucks mittels des Gasdruckreglers wird durch das Zusammenwirken von Gasdruckregler und Mengenregelventil weniger träge gestaltet, so dass in vorteilhafter Weise eine Flexibilisierung der Gaszuführung in den Mischraum realisiert werden kann.
  • In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Kraftstoff-Gemischbildungssystem kompakt in einem einzigen Gehäuse angeordnet ist, wobei das Gehäuse einen ersten Gehäuseteil und einen zweiten Gehäuseteil umfasst.
  • Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass zwischen den Gehäuseteilen Einsatzteile angeordnet sind, und dem ersten Injektor ein erstes Einsatzteil und dem zweiten Injektor ein zweites Einsatzteil jeweils mit einem Sitz zugeordnet ist, der der Positionierung der Injektoren innerhalb des Gehäuses dient.
  • Die gefundene Lösung realisiert einen einfachen, kompakten und funktionellen Aufbau des Kraftstoff-Gemischbildungssystems. Neben den Injektoren sind nur ein zweiteiliges Gehäuse und zwei Einsatzteile erforderlich, die im Zusammenbauzustand gasdicht miteinander verbunden werden. Die Gehäuseteile sind dabei vorzugsweise miteinander verschraubt. Zwischen den Gehäuseteilen, den Einsatzteilen und den Injektoren sind dabei, soweit erforderlich, Dichtungen angeordnet.
  • Zur Aufnahme der Injektoren weisen die Einsatzteile ferner einen entsprechenden Sitz auf, der beispielsweise als Gewindeverbindung oder dergleichen ausgeführt ist.
  • Die Injektoren können entsprechend in die Einsatzteile eingeschraubt sein. Das zweite Gehäuseteil kann ferner in vorteilhafter Weise beispielsweise mittels Außengewinde direkt in den Zylinderkopf zur direkten Brennraumeinspritzung oder in ein entsprechendes am Saugrohr angeordnetes korrespondierendes Gewinde geschraubt werden.
  • Die vorgeschlagene Ausführung des Kraftstoff-Gemischbildungssystems ist kompakt, leicht montierbar, nimmt wenig Bauraum in Anspruch und ist kostengünstig herstellbar. Entsprechend lässt sich eine Vielzahl von spezifischen Ausführungen des Kraftstoff-Gemischbildungssystems mit wenigen kompatiblen Komponenten realisieren.
  • In weiterer bevorzugter Ausgestaltung des Kraftstoff-Gemischbildungssystems ist vorgesehen, dass die Mischkammer zwischen der Austrittsseite des ersten Injektors und der Eintrittsseite des zweiten Injektors ausgebildet ist. Die Mischkammer wird über einen durch ein Einsatzteil geführten Versorgungskanal als Teil der Einspeiseleitung mit gasförmigem Kraftstoff versorgt. Die Mischkammer ist mit dem Versorgungskanal verbunden. Die möglichen Ausgestaltungen des Kraftstoff-Gemischbildungssystems werden in mehreren Ausgestaltungsvarianten in dem nachfolgenden Beschreibungsteil noch näher erläutert.
  • Die geometrische Form des Mischraums ergibt sich aus einer ersten Kontur der Austrittsseite des ersten Injektors und einer zweiten Kontur der Eintrittsseite des zweiten Injektors, wobei die Längsachsen der Injektoren in einer bevorzugten Ausführungsform axial zueinander in einer Flucht zueinander angeordnet sind, wie in den beigefügten Figuren beispielhaft dargestellt ist.
  • Die Erfindung ist nicht auf eine axial fluchtende Anordnung der Injektoren zueinander begrenzt. Es hat sich beispielsweise herausgestellt, dass sich die Kraftstoffgemischbildung durch eine Anordnung der Längsachsen der Injektoren zueinander in einem vorgebbaren Winkel, in der ersten Phase der Kraftstoffgemischbildung in vorteilhafter Weise hinsichtlich der Wirkungsweise aerodynamischen Aufschlusses beeinflussen lässt.
  • Die sich bei der dargestellten Ausführungsform seitlich an die Konturen der Injektoren anschließenden Flächen des in der dargestellten Ausführungsvariante ausgebildeten ersten und des zweiten Einsatzteils bilden unabhängig von den verschiedenen Anordnungsmöglichkeiten der Injektoren zueinander die seitliche Abgrenzung der Mischkammer, wobei die konturierten Flächen der Injektoren die jeweilige Abgrenzung der Mischkammer, bei der axialen Anordnung der Injektoren zueinander, insbesondere die obere und untere Abgrenzung bilden.
  • Es hat sich herausgestellt, dass durch die geometrische Form des Mischraums und die vorgebbare Richtung des Gasstromes des gasförmigen Kraftstoffs die Verteilung des flüssigen Kraftstoffs in dem gasförmigen Kraftstoff im Sinne eines effektiven aerodynamischen Aufschlusses beziehungsweise Zerfalls des flüssigen Kraftstoffs positiv beeinflusst werden kann.
  • Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, dass einer Mischkammer zuströmseitig an einem ersten Anschluss anliegender flüssiger Kraftstoff über einen ersten Injektor und/oder an einem zweiten Anschluss anliegender gasförmiger Kraftstoff über eine Einspeiseleitung zugeführt wird, wodurch der flüssige Kraftstoff bei einer Zugabe von gasförmigem Kraftstoff am Austritt des ersten Injektors und/oder in der Mischkammer aerodynamisch aufgebrochen wird und zerfällt, wonach das aufgebrochene und zerfallene Kraftstoffgemisch in einem abströmseitig der Mischkammer angeordneten zweiten Injektor beim Eintritt in den zweiten Injektor in einem Ventilsitz des zweiten Injektors gedrosselt wird, wodurch das Kraftstoffgemisch beim Austritt aus dem Ventilsitz des zweiten Injektors aerodynamisch zerstäubt aus dem zweiten Injektor austritt und direkt oder indirekt einer Brennkraftmaschine zuführbar ist.
  • Das Gemisch wird entsprechend der zwei nacheinander angeordneten aktiven Kraftstoffgemischbildungsstufen, die durch die beiden Injektoren repräsentiert werden, gebildet.
  • Die Kraftstoffgemischbildung vollzieht sich dabei insgesamt in drei Phasen.
  • Die erste Phase beginnt ab dem Austritt des flüssigen Kraftstoffs aus dem ersten Injektor und endet innerhalb der Mischkammer. Im Rahmen dieser ersten Phase laufen entsprechend der vorliegenden Randbedingungen die Strahlaufbruchsmechanismen ab.
  • Haupteinflussgröße ist hier die Relativgeschwindigkeit zwischen dem in der Mischkammer befindlichen Gas und dem eingespritzten flüssigen Kraftstoff. Variieren lässt sich die Relativgeschwindigkeit zwischen dem in der Mischkammer befindlichen Gas und dem eingespritzten flüssigen Kraftstoff.
  • Variieren lässt sich die Relativgeschwindigkeit durch Einspritzdruckvariationen. Dazu kann der Druck des flüssigen und/oder gasförmigen Kraftstoffs variiert werden, wobei der Druck des flüssigen Kraftstoffs stets oberhalb des Drucks des gasförmigen Kraftstoffs liegt.
  • In der zweiten Phase erfolgt der Tropfenzerfall durch aerodynamische Kräfte im zweiten Injektor. Der Tropfenzerfall wird hauptsächlich durch das Verhalten des gasförmigen Anteils des Kraftstoffgemischs auf flüssigen und gasförmigen Kraftstoff nahe dem Ventilsitz des zweiten Injektors und den Randbedingungen innerhalb der Mischkammer beeinflusst. Als Randbedingungen werden die in der ersten Phase erreichten Qualitätsmerkmale des Aufbruchs des flüssigen Anteils im Kraftstoffgemisch angesehen.
  • Das Strömungsverhalten am Ventilsitz entspricht einer Drosselstelle. Durch die kritischen Strömungsverhältnisse, die an der Drosselstelle vorherrschen, werden in vorteilhafter Weise sehr hohe Zerstäubungsgüten des flüssigen Kraftstoffs erreicht. Mit anderen Worten, es werden Tropfen mit sehr geringer Tropfengröße erzeugt, die im Bereich von 5 µm (0,005 mm) bis 30 (0,03 mm) µm liegen. Es wird deutlich, dass die in der ersten Phase erzeugten Tröpfchengrößen im Bereich zwischen 60 µm und 100 µm in der zweiten Phase in vorteilhafter Weise noch weiter verringert werden. Die Tröpfchengrößen liegen schließlich nach erfolgtem Tropfenzerfall in der zweiten Phase in einem Bereich von 5 µm bis 30 µm.
  • Dafür werden die Druckverhältnisse im zweiten Injektor so gewählt, dass sich infolgedessen das Gemisch mit Schallgeschwindigkeit bewegt. Die daraus entstehenden hohen aerodynamischen Kräfte führen dazu, dass bereits kurz nach dem Ventilaustritt der Großteil des Zerstäubungsprozesses abgeschlossen ist. Aus der geringen Tropfengröße resultiert eine große Oberfläche des Kraftstoffs, die die Verdampfung des Kraftstoffs in vorteilhafter Weise stark begünstigt.
  • Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens zur Kraftstoffgemischbildung verdampft das Kraftstoffgemisch beim Eintritt in den Brennraum oder das Saugrohr der Brennkraftmaschine. Zugleich erfolgt die Mischung des Kraftstoffgemischs mit der Verbrennungsluft.
  • In dieser dritten Phase der Kraftstoffgemischbildung erfolgt die Verdampfung der mit dem gasförmigen Kraftstoff eingetragenen Spraytröpfchen des flüssigen Kraftstoffes nach dem Austritt aus dem zweiten Injektor innerhalb des Brennraumes beziehungsweise des Saugrohres. Die noch verbliebenen flüssigen Kraftstofftropfen werden spätestens jetzt fein zerstäubt und befinden sich in einem teilweise aufbereiteten, zündfähigen Gasgemisch. Dementsprechend verdampfen sie äußerst schnell und tragen so zu einer guten Homogenisierung des Kraftstoff-Luftgemischs bei. Die nahezu vollständige Verdampfung des fein zerstäubten und geometrisch in der Mischkammer und in der Brennkammer oder dem Saugrohr effektiv verteilten Flüssigkraftstoffes führt in vorteilhafter Weise zu einer nahezu idealen und vollständigen Verbrennung des Kraftstoffgemischs.
  • Die Verteilung des bereiteten Kraftstoffgemischs im Brennraum beziehungsweise Saugrohr wird insbesondere effektiv durch den Einsatz von A-Düsen erreicht, die einen hohlkegelförmigen Spraynebel erzeugen. Der gasförmige Kraftstoff mit höherer Klopffestigkeit wird schließlich durch den Flüssigkraftstoff mittels Selbstzündungsverfahren gezündet. Die Brennkraftmaschine wird infolgedessen in vorteilhafter Weise mechanisch geringer beansprucht.
  • Mit dem bereitgestellten Verfahren zur Kraftstoffgemischbildung wird erreicht, dass in vorteilhafter Weise nach kürzester Zeit im Brennraum ein homogenes zündfähiges Verbrennungsgemisch zur Zündung verfügbar ist.
  • Somit kann eine nahezu vollständige Verbrennung bei hohem Wirkungsgrad und geringen Abgaswerten realisiert werden. Insbesondere sind durch die nahezu ideale Verbrennung sehr niedrige Kohlenwasserstoff-, Stickoxid-, Ruß-, Kohlenmonoxid- und Kohlendioxidemissionen erzielbar. Durch das unmittelbar nach dem Einblasen in den Brennraum zündfähige Gemisch können auch hohe Drehzahlen bei guten Verbrennungsparametern und geringen Abgasemissionen realisiert werden.
  • Aufgrund des bereits fein zerstäubten und teilweise verdampften Flüssigkraftstoffs und des damit reduzierten Kraftstoffstrahlimpulses weist der mit dem zweiten Injektor generierte Spraynebel eine geringe Penetration (Strahltiefe) auf. Dadurch wird die Benetzung der Brennraumwandungen vermieden. Zugleich wird der Kraftstoffeintrag in den Brennraum gegenüber einem reinem Gasbetrieb durch den erhöhten Einspritzimpuls der Flüssigkraftstofftröpfchen verbessert. Durch Variation des Mischungsverhältnisses können dabei der Kraftstoffeintrag und die Klopffestigkeit an die Betriebsbedingungen angepasst werden.
  • Darüber hinaus haben Kraftstoff- und Gastemperatur einen Einfluss auf die Verbesserung der Gemischbildung innerhalb des Kraftstoff-Gemischbildungssystems. Die Auswirkung ist im Vergleich zu den aerodynamischen Kräften zwar geringer, dennoch beeinflusst eine Temperaturerhöhung die Kraftstoffgemischbildung positiv.
  • Die extrem schnelle Kraftstoffgemischbildung und sofortige Zündbereitschaft ermöglichen zudem einen stabilen Schichtbetrieb des Verbrennungsmotors.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens zur Kraftstoffgemischbildung können der erste Injektor und der zweite Injektor durch die Motorsteuerung zeitversetzt aktiviert werden. Somit kann die erste Phase der Kraftstoffgemischbildung von der zweiten Phase zeitlich entkoppelt werden.
  • Entsprechend kann für beide Phasen der Kraftstoffgemischbildung der drehzahl- und leistungsabhängig optimale zeitliche Verlauf der Kraftstoffgemischbildung realisiert werden. Diese Weiterbildung ist insbesondere für eine Multipointeinspritzung vorteilhaft nutzbar.
  • Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
  • 1 ein Kraftstoff-Gemischbildungssystem in einer Schnittdarstellung;
  • 2 das Kraftstoff-Gemischbildungssystem in einer Explosionsdarstellung;
  • 3 das Kraftstoff-Gemischbildungssystem in einer Perspektivdarstellung;
  • 4A das Kraftstoff-Gemischbildungssystem in einer weiteren Schnittdarstellung mit Details zu der Anordnung der Mischkammer innerhalb des Kraftstoff-Gemischbildungssystems;
  • 4B das Kraftstoff-Gemischbildungssystem in einer weiteren Schnittdarstellung gemäß dem Schnitt A-A der 4A mit Details zu der Anordnung der Mischkammer;
  • 5A die Mischkammer in einer ersten Ausführungsform;
  • 5B die Mischkammer in einer zweiten Ausführungsform; und
  • 5C die Mischkammer in einer dritten Ausführungsform.
  • Es werden nachfolgend zunächst die 1 bis 3 in einer Zusammenschau erläutert.
  • Das Kraftstoff-Gemischbildungssystem 100 mischt einen flüssigen Kraftstoff, wie beispielsweise Dieselkraftstoff, mit einem gasförmigen Kraftstoff, wie beispielsweise Erdgas.
  • Der Flüssigkraftstoff wird dem Kraftstoff-Gemischbildungssystem 100 über einen ersten Anschluss A1 unter Druck stehend zugeführt. Die Druckerzeugung erfolgt beispielsweise durch eine Einspritzpumpe eines Einspritzsystems (nicht dargestellt), die einem ersten Injektoren I1 den Flüssigkraftstoff mit einem vorgebbaren Druck bereitstellt.
  • Der Anschluss A1 versorgt den ersten Injektor I1 mit flüssigem Kraftstoff und wird durch diesen in die Mischkammer M eingestrahlt/eingespritzt. Die Öffnung des ersten Injektors I1, der austrittsseitig beispielsweise als Zweilochdüse ausgeführt ist, erfolgt beispielsweise durch eine elektromagnetische Spule oder einen piezoelektrischen Aktor (nicht dargestellt). Die elektrische Ansteuerung wird beispielsweise über die Motorsteuerung (nicht dargestellt) realisiert.
  • Die Mischkammer M wird über einen internen in dem Kraftstoff-Gemischbildungssystem 100 ausgebildeten Versorgungskanal L2, L3, L4 als Teil der Einspeiseleitung L mit dem gasförmigen Kraftstoff über einen externen Teil L1 der Einspeiseleitung L befüllt, wobei die Einspeiseleitung L über den zweiten Anschluss A2 mit einem Druckgastank (nicht dargestellt) in Verbindung steht.
  • Die Verbindung vom zweiten Anschluss A2 zur Mischkammer M ist über den externen Teil des Kraftstoff-Gemischbildungssystems 100 der Einspeiseleitung L; L1 und über den internen Teil des Kraftstoff-Gemischbildungssystems der Einspeiseleitung L; L2, L3, L4 realisiert.
  • In der in den Figuren dargestellten Ausgestaltungsvariante des Kraftstoff-Gemischbildungssystems ist in einem ersten Gehäuseteil G1 eines Gehäuses G eine Muffe L2 angeordnet, die im Zusammenbauzustand des Kraftstoff-Gemischbildungssystems 100 eine Verbindung zwischen dem externen Teil des Kraftstoff-Gemischbildungssystems 100 der Einspeiseleitung L; L1 und dem internen Teil der Einspeiseleitung L; L3, L4 ermöglicht.
  • Der interne Teil der Einspeiseleitung L; L3, L4 ist über einen in einem ersten Einsatzteil E1 angeordneten Versorgungskanal realisiert. Der Versorgungskanal L3; L4 ist im Ausführungsbeispiel als orthogonal geführte Bohrung im ersten Einsatzteil E1 ausgeführt.
  • Der Druck des gasförmigen Kraftstoffs, mit dem der gasförmige Kraftstoff der Mischkammer M zugeführt wird, liegt deutlich unter dem Druck des eingespritzten flüssigen Kraftstoffs. Der Druck des gasförmigen Kraftstoffs beträgt beispielsweise 1 bis 50 bar.
  • Im Betrieb des Kraftstoff-Gemischbildungssystems 100 trifft in der Mischkammer M der durch den ersten Injektor I1 mit hohem Druck eingespritzte Flüssigkraftstoffstrahl auf den gasförmigen Kraftstoff mit einem geringeren Druck. Dabei ist die Mischkammer M stets mit dem Druck des anstehenden gasförmigen Kraftstoffs beaufschlagt.
  • Das führt in einer ersten Phase des erfindungsgemäßen Verfahrens durch zwischen den Partikeln des flüssigen Kraftstoffs und den Partikeln des gasförmigen Kraftstoff auftretende Reibung zu einem aerodynamischen Aufbrechen des Flüssigkraftstoffs, der dabei in kleine Tröpfchen und Ligamente zerlegt wird. Dabei mischen sich die kleinen Tröpfchen und Ligamente des flüssigen Kraftstoffs in vorteilhafter Weise intensiv mit dem gasförmigen Kraftstoff.
  • Entsprechend wird in der Mischkammer M ein Kraftstoffgemisch aus aufgebrochenem Flüssigkraftstoff und gasförmigem Kraftstoff gebildet.
  • Unter aufgebrochenem Flüssigkraftstoff ist eine Zerstäubung, im Sinne einer Bildung von kleinen Tröpfchen und Ligamenten zu verstehen.
  • Dabei verdampft bereits in der Mischkammer M ein Teil des Flüssigkraftstoffs. Entsprechend ist der erste Injektor I1 als eine Einspritzdüse für die Einspritzung von Flüssigkraftstoff ausgebildet.
  • Abströmseitig der Mischkammer M ist ein zweiter Injektor I2 angeschlossen, der beispielsweise als nach außen öffnende A-Düse ausgeführt ist. Der zweite Injektor I2 wird beispielsweise durch die Motorsteuerung angesteuert. Der zweite Injektor I2 ist derart ausgebildet, dass er als Einblasventil zur Einblasung von einem mit Kraftstoff-Flüssigkraftstofftröpfchen versetzten Kraftstoff-Gasstrom, mithin dem Kraftstoffgemisch verwendet werden kann.
  • Durch den in der Mischkammer M herrschenden vorgebbaren Druck des anstehenden gasförmigen Kraftstoffs wird in einer zweiten Phase des erfindungsgemäßen Verfahrens am Ventilsitz des zweiten Injektors I2 das aus der Mischkammer M zuströmende Kraftstoffgemisch auf etwa Schallgeschwindigkeit beschleunigt.
  • Der Ventilsitz wirkt dabei als Drosselstelle. Das Gemisch wird auf Schallgeschwindigkeit beschleunigt, wodurch eine Spraywirkung erzielt wird. Durch die Ausführung des zweiten Injektors I2 als A-Düse wird dabei in einem hier genannten Ausführungsbeispiel ein hohlkegelförmiger feiner Spraynebel generiert.
  • Der Spraynebel wird in bevorzugter Ausgestaltung direkt in den Brennraum B eines Zylinders der Brennkraftmaschine oder das zuströmseitig zum Brennraum B angeordnete Saugrohr S eingeblasen/eingespritzt und vermischt sich dort mit der Verbrennungsluft.
  • Dabei verdampft der Flüssigkraftstoff des Kraftstoffgemischs in einer dritten Phase des Verfahrens zur Kraftstoffgemischbildung vollständig, wobei der flüssige Kraftstoff durch die vorhergehende zweite Phase in vorteilhafter Weise durch die geringe Spraytröpfchengröße eine große volumenbezogene Oberfläche aufweist. Die geringe Spraytröpfchengröße verbessert dabei zugleich die Wärmeaufnahme und damit die gewünschte vollständige Verdampfung des Flüssigkraftstoffs.
  • Somit steht durch das Kraftstoff-Gemischbildungssystem 100 im Brennraum B einer Brennkraftmaschine ein zündfähiges Kraftstoffgemisch-Luft-Gemisch zur Verfügung, das durch Selbst- oder Fremdzündung gezündet werden kann, wobei das Kraftstoffgemisch aus einem flüssigen vollständig verdampften Kraftstoff und einem gasförmigen Kraftstoff besteht.
  • Durch eine homogene Kraftstoff-Luft-Verteilung im Kraftstoffgemisch kann eine nahezu ideale Verbrennung realisiert werden. Die Verbrennung verläuft demzufolge mit einem geringen Ausstoß an Abgasen, wie beispielsweise Kohlenwasserstoffen, Stickoxiden, Kohlenmonoxid und Ruß. Die Brennkraftmaschine kann somit bei hoher Leistung zugleich sehr effizient betrieben werden.
  • Durch die entsprechende Ansteuerung der Injektoren I1, I2 können die Einspritzparameter bezüglich Zeitpunkt und Menge variiert und so an unterschiedliche Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors angepasst werden.
  • Somit können für unterschiedliche Betriebsbedingungen jeweils geringe Abgasemissionen und hohe Nutzungsgrade erreicht werden. Damit ist auch ein effizienter und emissionsarmer Teillastbetrieb eines mit dem Kraftstoff-Gemischbildungssystem 100 ausgerüsteten Verbrennungsmotors realisierbar.
  • Um das Gemisch in dem Brennraum B oder das Saugrohr S einblasen/einspritzen zu können, ist das Kraftstoff-Gemischbildungssystem 100 in bevorzugter Ausgestaltung direkt in einer Wandung 12 eines den Brennraum B aufweisenden Zylinderkopfes oder des Saugrohres S angeordnet. In 1 ist die Wandung 12 eines Brennraums B eines Zylinderkopfes der Brennkraftmaschine angedeutet.
  • Somit kann das generierte Kraftstoffgemisch mit dem flüssigen Kraftstoff in geringer Spraytröpfchengröße, auch Spraynebel genannt, direkt in den mit Luft gefüllten Raum zur Bereitung des Kraftstoffgemisch-Luft-Gemischs eingebracht werden.
  • Zur Befestigung in der Wandung 12 des Zylinderkopfes 12 kann in einer ersten Ausgestaltungsvariante beispielsweise ein zweites Gehäuseteil G2 durch eine Gewindeverbindung in den Zylinderkopf 12 oder in das Saugrohr S oder dergleichen eingeschraubt werden.
  • Der zweite Injektor I2 ist in der ersten dargestellten Ausgestaltungsvariante mittels eines zweiten Einsatzteils E2 in das zweite Gehäuseteil G2 eingesetzt, beispielsweise eingesteckt oder eingeschraubt. In der ersten Ausgestaltungsvariante sind das erste Einsatzteil E1 und das zweite Einsatzteil E2 mit dem ersten Gehäuseteil G1 über eine durchgehende sich in axialer Richtung erstreckende Schraubverbindung miteinander verbunden. Diese Einheit ist mit dem zweiten Gehäuseteil G2 verbunden, indem die beiden Gehäuseteile G1 und G2 über ein Befestigungselement, insbesondere eine Pratze oder dergleichen (nicht dargestellt) indirekt verbunden sind.
  • Das erste Einsatzteil E1 umfasst dabei einen Sitz zur Aufnahme des ersten Injektors I1. Weiterhin ist das erste Einsatzteil E1 mit dem Versorgungskanal L3, L4 zur Zuführung des gasförmigen Kraftstoffs in die Mischkammer M versehen.
  • In der dargestellten ersten Ausgestaltungsvariante bilden die an die Mischkammer M angrenzenden Innenkonturen des ersten Einsatzteiles E1 und die konturierte Fläche der Austrittsseite des ersten Injektors I1 sowie die konturierte Fläche der Eintrittsseite des zweiten Injektors I2 gemeinsam die geometrische Form der Mischkammer M.
  • In der dargestellten Ausgestaltungsvariante sind die Injektoren I1 und I2 in axialer Richtung gesehen jeweils bezüglich ihrer Mittelachse als Längsachse auf einer Achse liegend fluchtend angeordnet.
  • In den Flansch des ersten Gehäuseteils G1 ist in der ersten Ausgestaltungsvariante die Muffe L, L2 integriert, über die der externe Teil der Einspeiseleitung L; L1 mit dem internen Teil der Einspeiseleitung L; L3, L4 im Zusammenbauzustand gasdicht in Verbindung steht.
  • Entsprechend den Erfordernissen erfolgt die Abdichtung der Injektoren I1, I2 beziehungsweise der Einsatzteile E1, E2 und Gehäuseteile G1, G2 zueinander.
  • Die beschriebene erste Ausgestaltungsvariante stellt eine mehrteilige Kompakteinheit dar.
  • In einer anderen bevorzugten zweiten Ausgestaltungsvariante (nicht dargestellt) wird auf das zweite Gehäuseteil G2 verzichtet. Dabei wird das zweite Einsatzteil E2 derart ausgebildet, dass es den zweiten Injektor I2 aufnehmen und gleichzeitig wie erläutert in die Wandung 12 eines Brennraumes B oder eines Saugrohres S eingebracht werden kann.
  • In einer weiteren dritten bevorzugten Ausgestaltungsvariante (nicht dargestellt) wird ausgehend von der zweiten Ausgestaltungsvariante auf die Bildung von zwei Einsatzteilen E1 und E2 und das obere Gehäuseteil G1 verzichtet. Es wird nur noch ein Einsatzteil E ausgebildet, dass die beiden Injektoren I1 und Injektoren I2 aufnimmt und eine Mischkammer M aufweist, wobei das Einsatzteil E gleichzeitig wie erläutert in die Wandung 12 eines Brennraumes B oder eines Saugrohres S eingebracht werden kann.
  • Durch die vorhergehende Beschreibung der Ausgestaltungsvarianten wird deutlich, dass je nach Wahl der Ausgestaltungsvariante eine mehrteilige Kompakteinheit oder wie bei der dritten Ausgestaltungsvariante nur noch eine einteilige Kompakteinheit als Kraftstoff-Gemischbildungssystem 100 ausgebildet ist.
  • 2 zeigt das Kraftstoff-Gemischbildungssystem 100 in einer Explosionsdarstellung. Die Darstellung veranschaulicht noch zusätzlich den bereits erläuterten Aufbau und die Montage des Kraftstoff-Gemischbildungssystems 100 in der ersten Ausgestaltungsvariante auf andere Weise.
  • Verdeutlicht wird insbesondere, dass die elektrischen Anschlüsse 10, 20 zur Ansteuerung der Injektoren I1, I2 gemäß der ersten Ausgestaltungsvariante in das erste Einsatzteil E1 beziehungsweise das erste Gehäuseteil G1 integriert angeordnet sind.
  • Die 3 stellt das Kraftstoff-Gemischbildungssystem 100 im Zusammenbauzustand in einer Perspektivansicht dar. Erkennbar sind die Bohrungen 16 im Flansch des ersten Gehäuseteils G1 zur Verschraubung des ersten Gehäuseteils G1 mit dem ersten Einsatzteil E1 und dem zweiten Einsatzteil gemäß der ersten Ausgestaltungsvariante. Wie erwähnt ist die Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Gehäuseteil G1, G2 nicht dargestellt. Das erste Gehäuseteil G1 ist nach dem Zusammenbau gegenüber dem zweiten Gehäuseteil G2 in geeigneter Weise gesichert. Die Einsatzteile E1 und E2 können in einfacher Weise somit in das zweite Gehäuseteil G2 gesteckt werden.
  • Diese Darstellung zeigt darüber hinaus die Anordnung eines Mengenregelventils 2 und eines Druckreglers 4 in dem externen Teil der Einspeiseleitung L; L1, über die eine Zuführung des gasförmigen Kraftstoffs vom Druckbehältertank zum Kraftstoff-Gemischbildungssystem 100 erfolgt.
  • Der gasförmige Kraftstoff, beispielsweise Erdgas, ist in einem nicht dargestellten Kraftfahrzeug in einem Druckgastank (nicht dargestellt) unter einem bereits vorgebbaren durch den Betankungsvorgang erzeugten Druck bevorratet. Dadurch wird bei dem erfindungsgemäßen Kraftstoff-Gemischbildungssystem 100 in vorteilhafter Weise kein Aggregat zur Druckerzeugung des gasförmigen Kraftstoffs benötigt.
  • Der Druck im Druckgastank reduziert sich mit der Entnahme des gasförmigen Kraftstoffs. Um einen konstanten Druck in der Mischkammer M zu gewährleisten, wird der Gasdruck durch den Druckregler 4 auf einen im Vergleich zum im Druckgastank (nicht dargestellt) herrschenden Druck vergleichsweise niedrigeren Druck eingestellt und kann so trotz der Entnahme des gasförmigen Kraftstoffs stabil gehalten werden.
  • Der Druck in der Mischkammer M kann je nach dem in der Brennkammer stattfindenden Brennverfahren variiert werden, wobei der Druck in einem Druckbereich zwischen 1 bar und 50 bar konstant gehalten werden kann oder variabel in einem vorgebbaren Bereich des genannten Druckbereiches eingestellt werden kann. Um die Kraftstoffgemischbildung variabel an unterschiedliche Betriebsbedingungen anpassen zu können, kann in einer Ausgestaltung, neben der bereits erläuterten Variation der Flüssigkraftstoffeinspritzmenge über den ersten Injektor I1 in die Mischkammer M, ein Druckregler 4 mit variablem Ausgangsdruck zum Einsatz kommen. Ein Druckregler 4 mit variablem Ausgangsdruck ermöglicht es, den Druck in der Mischkammer M zu variieren. Die Ansteuerung des Druckreglers 4 zur Variation des Ausgangsdrucks erfolgt dabei in einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung durch die Motorsteuerung in Abhängigkeit von den vorliegenden und gewünschten Betriebsbedingungen.
  • Es wird deutlich, dass das Kraftstoff-Gemischbildungssystem 100 unter sich in der Mischkammer M gleichbleibenden Bedingungen oder sich in der Mischkammer M verändernden Bedingungen eine Kraftstoffgemischbildung bei gleichbleibend hoher Qualität gewährleisten kann.
  • Eine weitere Möglichkeit, die Zufuhr des gasförmigen Kraftstoffs zu beeinflussen besteht darin, ein in 3 dargestelltes Mengenregelventil 2 in der externen Einspeiseleitung L; L1 anzuordnen. Das Mengenregelventil 2 ermöglicht beispielsweise den Beginn oder das Ende oder eine Unterbrechung der Gaszufuhr, wodurch die Bedingungen zum Aufbrechen des Flüssigkraftstoffs beeinflusst werden können. Ebenso kann damit das Verhältnis der Zusammensetzung von gasförmigem Kraftstoff und flüssigem Kraftstoff variiert und die Variation der Betriebsdrücke für den zweiten Injektor I2 realisiert werden.
  • Um das Ergebnis der Beeinflussung der mengenmäßigen Zufuhr des gasförmigen Kraftstoffs beziehungsweise der Druckregelung optimal zu gestalten, wird das Mengenregelventil 2 und/oder der Druckregler 4 anders als in den Figuren dargestellt, je nach Ausgestaltungsvariante kompakt an dem Kraftstoff-Gemischbildungssystem 100 angeordnet.
  • Die 4A zeigt das Kraftstoff-Gemischbildungssystem 100 in einer weiteren Schnittdarstellung mit Details zu der Anordnung der Mischkammer M innerhalb des Kraftstoff-Gemischbildungssystems 100.
  • Im Unterschied zu den 1 bis 3 werden die bisher als interne Einspeiseleitungen L1, L2; L3 vorgesehenen Einspeisungen des gasförmigen Kraftstoffs jetzt als externe als Einspeiseleitungen L1, L2; L3 ausgebildet. Ausschließlich der mit dem Bezugszeichen bezeichnete Teil L4 der Einspeiseleitung L wird im dargestellt Ausführungsbeispiel orthogonal von den externen Einspeiseleitungen L1, L2; L3 in das erste Einsatzteil E1 geführt. Die mit dem Bezugszeichen L4 dargestellte Einspeiseleitung bildet, wie erläutert, den Versorgungskanal für den gasförmigen Kraftstoff in die Mischkammer M.
  • Es wird zum Verständnis der nachfolgenden Erläuterungen empfohlen die 4A in Zusammenschau mit der 4B zu betrachten. Die 4B zeigt das Kraftstoff-Gemischbildungssystem 100 in einer weiteren Schnittdarstellung gemäß dem Schnitt A-A der 4A ebenfalls mit den erfindungsgemäßen Details zu der Anordnung der Mischkammer M.
  • Der gasförmige Kraftstoff wird bei dieser konstruktiven Ausführung des Kraftstoff-Gemischbildungssystems 100 über einen separaten Versorgungskanal L4 in das erste adapterartige Einsatzteil E1 geleitet. Der von der Seite, das heißt orthogonal zu dem flüssigen Kraftstoff in das erste Einsatzteil E1 eingeleitete und somit in die Mischkammer M einströmende gasförmige Kraftstoff strömt zunächst in einen Kanal E11, der in bevorzugter Ausgestaltung als umlaufender Ringkanal E11 im Einsatzteil E1 ausgebildet ist.
  • In dem Einsatzteil E1 ist ein als kreisrunde Hülse ausgebildetes Einschubteil H angeordnet, welches nachfolgend als Einschubhülse bezeichnet wird.
  • Die Einschubhülse H wird in bevorzugter Ausgestaltung in das Einsatzteil E1 eingeschoben, welches dafür einen entsprechenden Bauraum aufweist, wobei der Ringkanal E11 im Zusammenbauzustand die Einschubhülse H umgibt. Dementsprechend wird zunächst der Ringkanal E11 über den Versorgungskanal L4 mit gasförmigem Kraftstoff versorgt.
  • Die Einschubhülse H umgreift in ihrem gemäß 4A oberen Hülsenteil in axialer Längserstreckung gesehen den im Einsatzteil E1 angeordneten ersten Injektor I1 und nimmt den ersten Injektor I1 in sich auf, wobei die Einschubhülse H für den ersten Injektor I1 gleichzeitig ein Injektorlager bildet.
  • Im gemäß 4A unteren Hülsenteil bildet die Hülse H einen hülsenartigen Hohlraum als Mischkammer M an den sich in axialer Richtung des Kraftstoff-Gemischbildungssystems 100 der zweite Injektor I2 anschließt.
  • Von dem Ringkanal E11 strömt der gasförmige Kraftstoff über die in den 4A und 4B angedeuteten vorzugsweise mehreren Öffnungen H1 in der Einschubhülse H in den Hohlraum der als Einschubhülse H ausgeführten Mischkammer M in der gasförmiger Kraftstoff mit dem flüssigen Kraftstoff, wie zuvor beschrieben, gemischt wird.
  • Der Ringkanal E11 dient in vorteilhafter Weise der Verteilung des gasförmigen Kraftstoffs auf die verschiedenen innerhalb des Mantels der Einschubhülse H angeordneten Öffnungen H1 sowie in vorteilhafter Weise der Schaffung eines Vorspeichervolumens, aus dem die Mischkammer über die vorzugsweise mehreren Öffnungen E11 in der Einschubhülse H über den Zeitraum der Einspritzung des Kraftstoffgemischs über den zweiten Injektor I2 versorgt werden.
  • Durch diese konstruktive Ausgestaltung wird in vorteilhafter Weise der Effekt erzielt, dass der gasförmige Kraftstoff nicht ausschließlich von einer Seite, sondern über den Umfang der Mischkammer M verteilt in die Mischungskammer M einströmt. Hierdurch verbessert sich in vorteilhafter Weise der Gemischbildungsprozess innerhalb der Mischkammer M.
  • Die 5A bis 5C zeigen verschiedene vorteilhafte Ausführungsform der Ausgestaltung der Mischkammer M. Die Konstruktion und Ausführung der Mischungskammer M haben wesentlichen Einfluss auf den gewünschten Zerstäubungsprozess des flüssigen Kraftstoffes durch den gasförmigen Kraftstoff.
  • Die 5A zeigt die Einschubhülse H und einen Schnitt 5A-5A durch die Einschubhülse H im Bereich des die Mischkammer M in der Einschubhülse H bildenden Hohlraumes in einer ersten Ausführungsform. Gemäß der ersten Ausführungsform strömt der gasförmige Kraftstoff bezogen auf die Längserstreckung der Einschubhülse H beispielsweise über sechs über den Umfang der Mischkammer M gleichmäßig verteilte radial angeordnet Öffnungen H1 mit einem Durchmesser von jeweils 0,5 mm in die Mischkammer M ein.
  • Die 5B zeigt die Einschubhülse H und einen Schnitt 5B-5B durch die Einschubhülse H im Bereich des die Mischkammer M in der Einschubhülse H bildenden Hohlraumes in einer zweiten Ausführungsform. Gemäß der zweiten Ausführungsform strömt der gasförmige Kraftstoff bezogen auf die Längserstreckung der Einschubhülse H beispielsweise über sechs über den Umfang der Mischkammer M gleichmäßig verteilte unter einem vorgebbaren Winkel gegenüber der radialen gemäß 5A und zugehörige Beschreibung angeordnete Öffnungen H1 mit einem Durchmesser von jeweils 0,5 mm in die Mischkammer M ein. Der gasförmige Kraftstoff strömt somit im Wesentlichen tangential in die Mischkammer M ein.
  • Die 5C zeigt die Einschubhülse H und einen Schnitt 5C-5C durch die Einschubhülse H im Bereich des die Mischkammer M in der Einschubhülse H bildenden Hohlraumes in einer dritten Ausführungsform. Gemäß der dritten Ausführungsform strömt der gasförmige Kraftstoff bezogen auf die Längserstreckung der Einschubhülse H beispielsweise über sechs über den Umfang der Mischkammer M gleichmäßig verteilte radial angeordnet Öffnungen H1 mit einem Durchmesser von jeweils 0,5 mm in die Mischkammer M ein. Zusätzlich ist gemäß 5C (obere Abbildung) im unteren Bereich der Einschubhülse H1 ein die Gemischbildung beeinflussendes Bauteil H2 am Mischkammeraustritt angeordnet. Im Ausführungsbeispiel ist das Bauteil H2 ein Lochsieb, welches in vorteilhafter Weise eine Gemischbildung erzwingt. Es versteht sich, dass das die Gemischbildung beeinflussende Bauteil H2 auch in Kombination mit den tangentialen Öffnungen gemäß der zweiten Ausführungsform eingesetzt werden kann, wodurch sich eine nicht näher dargestellte vierte Ausführungsform ergibt.
  • Weitere nicht näher dargestellte Ausgestaltungen werden vorgeschlagen, die in Kombination mit allen bisher genannten Ausführungsformen eingesetzt werden können.
  • Die Mischkammer M kann hinsichtlich ihres Durchmessers, ihrer Höhe in Längserstreckung gesehen und ihrer Form variiert werden.
  • Die Anzahl der Öffnungen H1 kann variiert werden. Insbesondere kann beispielsweise durch das Indikatorelement die Anzahl der Öffnungen H1 von sechs auf beispielsweise zwölf Öffnungen erhöht werden. Hinzu kommt, dass der Durchmesser der Öffnungen H1 und die Länge der Öffnungen H1 innerhalb der Wandung de Einschubhülse H1 variiert werden kann. Außerdem sind geometrische Ausgestaltungen der Öffnungen H1 vorgesehen, bei den die Bohrungen von außen nach innen in Strömungsrichtung gesehen konisch ausgebildet sind, wobei entweder eine konische Verjüngung oder konische Erweiterung vorgesehen ist. Zudem ist vorgesehen, dass die Positionierung und Anzahl der Öffnungen H1 derart gewählt ist, dass beispielsweise eine Positionierung von zwei Reihen mit sechs oder beispielsweise zwölf Öffnungen je Reihe von Öffnungen in Längserstreckung gesehen übereinander ausgebildet sind.
  • Letztlich ist vorgesehen, dass die Strahlwinkel der Öffnungen bezüglich einer gedachten orthogonal zur Längserstreckung der Einschubhülse H liegenden gedachten horizontalen Achse schräg ausgebildet werden kann, wobei insbesondere ein Strahlwinkel mindestens eine Öffnung H1 vorsieht, der unter einem vorgebbaren Winkel von beispielsweise 45° zwischen 0° und 90° gemäß den 4A, beziehungsweise 5A bis 5C schräg nach unten ausgerichtet ist, wobei eine Ausrichtung schräg nach oben entgegen der Strömungsrichtung des flüssigen Kraftstoffs nicht ausgeschlossen ist.
  • Durch die Kombination der beschriebenen Variationsmöglichkeiten ergibt sich eine Vielzahl von möglichen Mischkammerkonstruktionen. Die Konstruktion und Ausführung der Mischkammer M hat wie erläutert wesentlichen Einfluss auf den Zerstäubungsprozess des flüssigen Kraftstoffes durch den gasförmigen Kraftstoff.
  • Durch die Verwendung des Kraftstoff-Gemischbildungssystems 100 wird eine deutliche Optimierung des Gemischbildungsprozesses erreicht. Die Mischkammer M stellt das zentrale Bauteil des Kraftstoff-Gemischbildungssystems 100 dar, da in der Mischkammer M der flüssige Kraftstoff mit dem gasförmigen Kraftstoff derart miteinander interagieren, dass der flüssige Kraftstoff mit geringem Energieaufwand, das heißt bereits bei geringen Drücken des gasförmigen Kraftstoffs zu extrem kleinen Tropfen zerstäubt wird. Dies führt zu einer besseren Gemischbildung und schließlich im nachgeschalten Brennraum B zu einer wesentlich effizienten Verbrennung.
  • Durch die konstruktive Gestaltung der Mischungskammer M und der Positionierung der als Einspritzdüsen ausgebildeten Öffnungen E1 zueinander, kann dieser Prozess deutlich optimiert und verbessert werden, sodass die Strömung des gasförmigen Kraftstoffs in optimierter Weise gezielt für die Zerlegung des flüssigen Kraftstoffs in kleine Tropfen und Ligamente verwendet werden kann.
  • Mit anderen Worten eine Generierung von sehr kleinen Tropfen ist energieeffizient bei sehr geringem Energieaufwand möglich. Es kommt zu einer Kostenersparnis, da insbesondere teure Einspritzsysteme mit hohen Kraftstoffdrücken des gasförmigen Kraftstoffs entfallen können.
  • Insbesondere kommt es bei dem Einsatz des erfindungsgemäßen Kraftstoff-Gemischbildungssystems 100 zu einer Kostenersparnis bei bivalenten Erdgasantrieben. Es wird ferner eine Flexibilisierung der Kraftstoffwahl in einem bivalenten Erdgasantrieb durch ein variables Mischungsverhältnis von gasförmigem Kraftstoff, beispielsweise Erdgas und flüssigem Kraftstoffs, beispielsweise Ottokraftstoff oder Dieselkraftstoff bei einer optimierten Gemischbildung erreicht.
  • Bezugszeichenliste
    • 100
    Kraftstoff-Gemischbildungssystem
    A1
    erster Anschluss
    A2
    zweiter Anschluss
    M
    Mischkammer
    L
    Einspeiseleitung
    L1
    externer Teil der Einspeiseleitung
    L2
    interner oder externer Teil der Einspeiseleitung; Muffe
    L3
    interner oder externer Teil der Einspeiseleitung; Versorgungskanal
    L4
    interner Teil der Einspeiseleitung; Versorgungskanal
    I1
    erster Injektor
    10
    elektrischer Anschluss
    I2
    zweiter Injektor
    20
    elektrischer Anschluss
    B
    Brennraum
    S
    Saugrohr
    G
    Gehäuse
    G1
    erstes Gehäuseteil
    G2
    zweites Gehäuseteil
    E1
    erstes Einsatzteil
    E11
    Kanal, Ringkanal
    E2
    zweites Einsatzteil
    H
    Einschubelement
    H1
    Öffnungen
    H2
    Bauteil
    2
    Mengenregelventil
    4
    Druckregler
    12
    Wandung/ Zylinderkopf
    16
    Bohrung für Schraubverbindung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • US 6463907 B1 [0016, 0019]
    • DE 69735846 T2 [0017, 0019]
    • US 6302337 B1 [0018, 0019]
    • US 2012/0216773 A1 [0019]
    • US 2014/0299671 A1 [0019]
    • DE 19856169 A1 [0019]

Claims (13)

  1. Kraftstoff-Gemischbildungssystem (100) für eine Brennkraftmaschine, welches flüssigen Kraftstoff mit einem gasförmigen Kraftstoff mischt, umfassend einen ersten Anschluss (A1), an dem der flüssige Kraftstoff anliegt, und einen zweiten Anschluss (A2), an dem der gasförmige Kraftstoff anliegt, wobei das Gemischbildungssystem (100) eine Mischkammer (M) umfasst, an der zuströmseitig ein über den ersten Anschluss (A1) mit flüssigem Kraftstoff gespeister erster Injektor (I1) und an der ebenfalls zuströmseitig eine über den zweiten Anschluss (A2) mit dem gasförmigen Kraftstoff gespeiste Einspeiseleitung (L) angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspeiseleitung (L) des gasförmigen Kraftstoffs an einem Kanal (E11) angeschlossen ist, über den die Mischkammer (M) über mindestens eine Öffnung (H1) mit dem gasförmigen Kraftstoff versorgt wird, wobei abströmseitig der Mischkammer (M) ein zweiter Injektor (I2) angeschlossen ist, über den der Brennkraftmaschine ein Kraftstoffgemisch aus flüssigem Kraftstoff und gasförmigem Kraftstoff oder nur flüssiger Kraftstoff oder nur gasförmiger Kraftstoff zuführbar ist.
  2. Kraftstoff-Gemischbildungssystem (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftstoff-Gemischbildungssystem (100) mit einem Brennraum (B) oder einem Saugrohr (S) der Brennkraftmaschine in Verbindung steht, so dass das Kraftstoffgemisch oder nur gasförmiger Kraftstoff oder nur flüssiger Kraftstoff über den zweiten Injektor (I2) in den Brennraum (B) oder das Saugrohr (S) einspritzbar ist.
  3. Kraftstoff-Gemischbildungssystem (100) nach mindestens einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Injektor (I1) als eine Einspritzdüse für die Einspritzung von flüssigem Kraftstoff ausgebildet ist.
  4. Kraftstoff-Gemischbildungssystem (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Injektor (I2) als Einspritzdüse für die Einspritzung des Kraftstoffgemischs oder nur des gasförmigen Kraftstoffs oder nur des flüssigen Kraftstoffs ausgebildet ist.
  5. Kraftstoff-Gemischbildungssystem (100) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Einspeiseleitung (L) ein Mengenregelventil (2) und/oder Druckregler (4) angeordnet ist/sind.
  6. Kraftstoff-Gemischbildungssystem (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftstoff-Gemischbildungssystem (100) eine Kompakteinheit ist, in der die Injektoren (I1, I2) im Zusammenbauzustand • in einem einzigen Gehäuse (G) angeordnet sind, wobei das Gehäuse (G) ein erstes Gehäuseteil (G1) und ein zweites Gehäuseteil (G2) umfasst, wobei zwischen den Gehäuseteilen (G1, G2) Einsatzteile (E1, E2) angeordnet sind, und dem ersten Injektor (I1) ein erstes Einsatzteil (E1) und dem zweiten Injektor (I2) ein zweites Einsatzteil (E2) jeweils mit einem Sitz zugeordnet ist, wobei der jeweilige Sitz der Positionierung der Injektoren (I1, I2) dient, oder • in einem zweiteiligen Einsatzteil (E1, E2) angeordnet sind, wobei dem ersten Injektor (I1) ein erstes Einsatzteil (E1) und dem zweiten Injektor (I2) ein zweites Einsatzteil (E2) jeweils mit einem Sitz zugeordnet ist, wobei der jeweilige Sitz der Positionierung der Injektoren (I1, I2) dient, oder • in einem einteiligen Einsatzteil (E) angeordnet sind, wobei dem ersten Injektor (I1) und dem zweiten Injektor (I2) ein gemeinsames Einsatzteil (E) jeweils mit einem Sitz zugeordnet ist, wobei der jeweilige Sitz der Positionierung der Injektoren (I1, I2) dient.
  7. Kraftstoff-Gemischbildungssystem (100) nach den Ansprüchen 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Einsatzteil (E1) ein Einschubelement (H) angeordnet ist, welches einen als Mischkammer (M) ausgebildeten Hohlraum aufweist, wobei der Kanal (E11) strömungstechnisch über mindestens eine Öffnung (H1) in dem Einschubelement H) mit dem Hohlraum des Einschubelementes (H) in Verbindung steht, wodurch gasförmiger Kraftstoff über den Kanal (E11) in die als Hohlraum in dem Einschubelement (H) ausgebildete Mischkammer (M) strömt.
  8. Kraftstoff-Gemischbildungssystem (100) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischkammer (M) zwischen der Austrittsseite des ersten Injektors (I1) und der Eintrittsseite des zweiten Injektors (I2) und dem an die Injektoren (I1, I2) angrenzenden oder den an die Injektoren (I1, I2) angrenzenden Einsatzteilen (E; E1, E2) ausgebildet ist, wobei der Mischkammer (M) über den ersten Injektor (I1) flüssiger Kraftstoff und über die an die Mischkammer (M) herangeführte Einspeiseleitung (L) gasförmiger Kraftstoff zuführbar ist.
  9. Verfahren zur Kraftstoffgemischbildung mittels eines Kraftstoff-Gemischbildungssystems (100) für die Kraftstoffversorgung einer Brennkraftmaschine, bei dem flüssiger Kraftstoff mit einem gasförmigen Kraftstoff gemischt wird, wobei einer Mischkammer (M) zuströmseitig an einem ersten Anschluss (A1) anliegender flüssiger Kraftstoff über einen ersten Injektor (I1) und/oder an einem zweiten Anschluss (A2) anliegender gasförmiger Kraftstoff über eine Einspeiseleitung (L) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspeiseleitung (L) des gasförmigen Kraftstoffs an einem Kanal (E11) angeschlossen ist, über den die Mischkammer (M) über mindestens eine Öffnung (H1) mit dem gasförmigen Kraftstoff versorgt wird, wodurch der flüssige Kraftstoff bei einer Zugabe von gasförmigem Kraftstoff am Austritt des ersten Injektors (I1) und/oder in der Mischkammer (M) aerodynamisch aufgebrochen wird und zerfällt, wonach das aufgebrochene und zerfallene Kraftstoffgemisch in einem abströmseitig der Mischkammer (M) angeordneten zweiten Injektor (I2) beim Eintritt in den zweiten Injektor (I2) in einem Ventilsitz des zweiten Injektors (I2) gedrosselt wird, wodurch das Kraftstoffgemisch beim Austritt aus dem Ventilsitz des zweiten Injektors (I2) aerodynamisch zerstäubt aus dem zweiten Injektor (I2) austritt und einer Brennkraftmaschine zuführbar ist.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das in der Mischkammer (M) aufgebrochene und zerfallene Kraftstoffgemisch (100) nach dem Austritt aus dem zweiten Injektor (I2) beim Eintritt in einen Brennraum (B) oder ein Saugrohr (S) der Brennkraftmaschine verdampft, so dass keine Benetzung einer Wandung des Brennraumes (B) oder des Saugrohrs (S) stattfindet.
  11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil von flüssigem Kraftstoff und gasförmigem Kraftstoff zur Kraftstoffgemischbildung in der Mischkammer (M) in Abhängigkeit eines bei der Verbrennung des Kraftstoffgemischs vorgebbaren Betriebspunktes und/oder in Abhängigkeit einer Kraftstoffverfügbarkeit des flüssigen und des gasförmigen Kraftstoffs stufenlos variiert wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil von flüssigem Kraftstoff und gasförmigem Kraftstoff zur Kraftstoffgemischbildung in der Mischkammer (M) in Abhängigkeit einer gewünschten vorgebbaren aerodynamischen Zerstäubung nach dem Austritt aus dem zweiten Injektor (I2) beim Eintritt in den Brennraum (B) oder das Saugrohr (S) der Brennkraftmaschine stufenlos variiert wird.
  13. Kraftfahrzeug mit einem Einspritzsystem für eine Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspritzsystem ein Kraftstoff-Gemischbildungssystem (100) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8 umfasst, mittels dessen eine Kraftstoff-Gemischbildung nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 12 durchgeführt wird.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110454301A (zh) * 2019-07-23 2019-11-15 江苏理工学院 一种喷射角度可变的气体燃料喷射器
WO2021223899A1 (de) * 2020-05-05 2021-11-11 Felix Schiefer Einspritzdüse und vorrichtung zur beladung eines kraftstoffes mit gas

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19856169A1 (de) 1998-12-05 2000-06-29 Deutsch Zentr Luft & Raumfahrt Verfahren und Vorrichtung zum Zerstäuben eines flüssigen Mediums
US6302337B1 (en) 2000-08-24 2001-10-16 Synerject, Llc Sealing arrangement for air assist fuel injectors
US6463907B1 (en) 1999-09-15 2002-10-15 Caterpillar Inc Homogeneous charge compression ignition dual fuel engine and method for operation
DE69735846T2 (de) 1996-08-23 2006-10-05 Cummins, Inc., Columbus Gemischverdichtende dieselbrennkraftmaschine mit optimaler verbrennungsregelung
US20120216773A1 (en) 2009-06-30 2012-08-30 Orbital Australia Pty Ltd Injection of gaseous fuels
US20140299671A1 (en) 2013-04-05 2014-10-09 Enginetics, Llc Co-axial dual fluids metering system and methods

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69735846T2 (de) 1996-08-23 2006-10-05 Cummins, Inc., Columbus Gemischverdichtende dieselbrennkraftmaschine mit optimaler verbrennungsregelung
DE19856169A1 (de) 1998-12-05 2000-06-29 Deutsch Zentr Luft & Raumfahrt Verfahren und Vorrichtung zum Zerstäuben eines flüssigen Mediums
US6463907B1 (en) 1999-09-15 2002-10-15 Caterpillar Inc Homogeneous charge compression ignition dual fuel engine and method for operation
US6302337B1 (en) 2000-08-24 2001-10-16 Synerject, Llc Sealing arrangement for air assist fuel injectors
US20120216773A1 (en) 2009-06-30 2012-08-30 Orbital Australia Pty Ltd Injection of gaseous fuels
US20140299671A1 (en) 2013-04-05 2014-10-09 Enginetics, Llc Co-axial dual fluids metering system and methods

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110454301A (zh) * 2019-07-23 2019-11-15 江苏理工学院 一种喷射角度可变的气体燃料喷射器
WO2021223899A1 (de) * 2020-05-05 2021-11-11 Felix Schiefer Einspritzdüse und vorrichtung zur beladung eines kraftstoffes mit gas

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