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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Ein solches Verfahren zum Betreiben einer wenigstens einen mit Verbrennungsluft versorgbaren Brennraum aufweisenden Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, ist beispielsweise bereits der
DE 199 59 851 A1 als bekannt zu entnehmen. Bei dem Verfahren wird ein Kraftstoff, insbesondere ein flüssiger Kraftstoff, zum Betreiben der Verbrennungskraftmaschine direkt in den Brennraum eingebracht, insbesondere eingespritzt. Außerdem wird bei dem Verfahren ein von dem Kraftstoff unterschiedliches und vorzugsweise flüssiges Kühlmedium zum Kühlen der Verbrennungsluft direkt in den Brennraum eingebracht, insbesondere eingespritzt. Der Kraftstoff und das Kühlmedium werden dabei mittels wenigstens einer Zumesseinrichtung jeweils direkt in den Brennraum eingebracht, insbesondere eingespritzt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um ein Verfahren der eingangs genannten Art zu verbessern, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Kraftstoff an einer ersten Stelle und das Kühlmedium an einer von der ersten Stelle beabstandeten zweiten Stelle aus der Zumesseinrichtung ausströmt, wobei die Stellen höchstens etwa 12 Millimeter voneinander beabstandet sind. Mit anderen Worten, wird beispielsweise der insbesondere flüssige Kraftstoff direkt in den Brennraum eingebracht, insbesondere eingespritzt, so strömt dann der Kraftstoff an der ersten Stelle aus der Zumesseinrichtung aus und in den beispielsweise als Zylinder ausgebildeten Brennraum, insbesondere direkt, ein. Wird das vorzugsweise zumindest Wasser aufweisende und beispielsweise flüssige Kühlmedium in den Brennraum direkt eingebracht, so strömt das Kühlmedium an der zweiten Stelle aus der Zumesseinrichtung aus und beispielsweise in den Brennraum, insbesondere direkt, ein. Dabei ist es denkbar, dass der Kraftstoff und das Kühlmedium gleichzeitig oder nacheinander beziehungsweise aufeinanderfolgend in den Brennraum eingebracht werden. Die genannten Stellen sind somit jeweilige Orte, wobei die Orte auch als Austrittsorte bezeichnet werden, da der Kraftstoff und das Kühlmedium an den Austrittsorten aus der Zumesseinrichtung ausströmen. Da der Abstand zwischen den Austrittsorten nicht mehr als in etwa 12 Millimeter zueinander beträgt, kann das Verfahren besonders einfach, insbesondere besonders bauraum- und kostengünstig, durchgeführt werden, da beispielsweise Anpassungen beziehungsweise Bearbeitungen der Verbrennungskraftmaschine zum Durchführen des Verfahrens in einem besonders geringen Rahmen gehalten werden können.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es nämlich möglich, dass für die direkte Einbringung des Kühlmediums und des Kraftstoffes keine zwei separaten Brennraumzugänge und keine zwei voneinander getrennten Injektoren vorgesehen beziehungsweise erforderlich sind, sondern der Kraftstoff und das Kühlmedium können beispielsweise mittels der gemeinsamen Zumesseinrichtung sowie über einen gemeinsamen Brennraumzugang in den Brennraum direkt eingebracht, insbesondere eingespritzt, werden. Darüber hinaus kann eine getrennte Medienführung realisiert werden, sodass eine zumindest im Wesentlichen voneinander unabhängige Zumessbarkeit des Kraftstoffes und des Kühlmediums realisierbar ist. Mit anderen Worten ist es nicht vorgesehen und nicht erforderlich, den Kraftstoff mit dem Kühlmedium zu vermischen, bevor der Kraftstoff und das Kühlmedium aus der Zumesseinrichtung ausströmen, da der Kraftstoff und das Kühlmedium bis zu ihrem Ausströmen aus der Zumesseinrichtung voneinander getrennt gehalten werden können. Dadurch können beispielsweise jeweilige Mengen des Kühlmediums und des Kraftstoffes bedarfsgerecht und insbesondere bis kurz vor ihrer direkten Einbringung in den Brennraum eingestellt werden. Zum insbesondere getrennten Einbringen des Kraftstoffes und des Kühlmediums wird beispielsweise ein Doppelnadelinjektor verwendet, wie er zum Beispiel in der
EP 2 487 353 A2 beschrieben ist. Hierdurch kann eine getrennte Direkteinbringung, insbesondere Direkteinspritzung, des beispielsweise als Ottokraftstoff ausgebildeten Kraftstoffes und des beispielsweise zumindest Wasser umfassenden Kühlmediums in den Brennraum realisiert werden.
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Alternativ oder zusätzlich sind beispielsweise eine Nadel und/oder eine Düsenlochgruppe für den Kraftstoff und eine Nadel beziehungsweise Düsenlochgruppe für das Kühlmedium vorgesehen, um eine besonders vorteilhafte und insbesondere einfache und kostengünstige Einbringung des Kraftstoffes und des Kühlmediums realisieren zu können.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn das Kühlmedium zumindest Wasser aufweist. Bei dem Kühlmedium handelt es sich beispielsweise um Wasser. Ferner kann es sich bei dem Kühlmedium um ein Gemisch handeln, welches zumindest Wasser aufweist. Ferner kann das Gemisch Wasser und Alkohol umfassen und somit als Wasser-Alkohol-Gemisch ausgebildet sein. Ferner ist es denkbar, dass das Kühlmedium als Wasseremulsion ausgebildet ist. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht die direkte Einbringung, insbesondere Einspritzung, des Kühlmediums in den beispielsweise als Zylinder ausgebildeten Brennraum der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere mit ottomotorischem Brennverfahren, vor, sodass die Verbrennungskraftmaschine beispielsweise als Ottomotor ausgebildet ist. Durch das Einbringen des Kühlmediums, welches vorzugsweise Wasser umfasst, in den Brennraum kann das Risiko irregulärer Verbrennung gering gehalten beziehungsweise diesem entgegengewirkt werden. Besonderes Merkmal der Erfindung ist dabei die definierte und direkte Einbringung des Kühlmediums in den Brennraum mit einem nur geringen Abstand zu dem Ort, an welchem der auch als Primärkraftstoff bezeichnete und vorzugsweise als Ottokraftstoff ausgebildete Kraftstoff direkt in den Brennraum eingebracht wird. Hierzu kann beispielsweise die Zumesseinrichtung als gemeinsame Zumesseinrichtung verwendet werden, sodass beispielsweise der Kraftstoff und das Kühlmedium mittels eines gemeinsamen Zumesselements der Zumesseinrichtung in den Brennraum eingebracht werden können. Ferner ist es denkbar, zwei getrennte Zumesselemente der Zumesseinrichtung zu verwenden, um den Kraftstoff und das Kühlmedium in den Brennraum direkt einzubringen. Dies ermöglicht eine räumlich getrennte sowie zeitlich voneinander unabhängige Zumessung, das heißt Einbringung des Kraftstoffs und des Kühlmediums in den Brennraum, ohne beispielsweise auf einen zweiten Brennraumzugang angewiesen zu sein. Somit kann beispielsweise ein ohnehin vorhandener und zur Einbringung des Kraftstoffes vorgesehener Brennraumzugang verwendet werden, um über diesen Brennraumzugang sowohl den Kraftstoff als auch das Kühlmedium in den Brennraum einzubringen.
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Grundsätzlich sind zwei Arten denkbar, um ein Kühlmedium wie beispielsweise Wasser und einen Kraftstoff in einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine einzubringen. Bei einer ersten der Arten kann eine Direkteinspritzung des Kraftstoffes und des Kühlmediums vorgesehen sein, wobei der Kraftstoff und das Kühlmedium als Gemisch, das heißt als Emulsion zusammen über eine gemeinsame Zumesseinrichtung in den Brennraum direkt eingebracht werden. Hierbei ist weder eine räumliche Trennung des Kraftstoffes und des Kühlmediums, noch eine zeitlich voneinander unabhängige Einbringung des Kraftstoffes und des Kühlmediums in den Brennraum realisierbar.
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Ferner ist eine Direkteinbringung des Kraftstoffes und des Kühlmediums über getrennte Zumesseinrichtungen denkbar, wofür jedoch beispielsweise zwei Injektorbohrungen vorgesehen werden, da die getrennte Einbringung über separate Brennraumzugänge erfolgt. Dabei wurden für beide Arten jeweilige Nachteile identifiziert. Bei der ersten Art muss das Kühlmedium mit dem Kraftstoff in einer Mischeinrichtung noch vor Einbringung in den Brennraum gemischt werden, da der Kraftstoff und das Kühlmedium über dieselbe Einrichtung zugemessen werden. Wurde jedoch einmal Kühlmedium zu dem Kraftstoff zugemessen, kann das Kühlmedium nur noch über die Einbringung in den Brennraum ein Mischvolumen verlassen, selbst wenn gar keine Wassereinspritzung, beispielsweise aufgrund einer Betriebspunktverschiebung, mehr benötigt wird. Darüber hinaus verdampfen Wassertröpfchen nahe der Kraftstofftröpfchen und entziehen somit dem Arbeitsgas Wärme, woraus eine unzureichende Qualität der Kraftstoffverdampfung und damit auch des Kraftstoff-Luft-Gemisches resultiert. Außerdem kann die Wassereinspritzung beziehungsweise die Anbringung des Kühlmediums nur zeitgleich zur Kraftstoffeinspritzung erfolgen.
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Bei der zweiten Art ist eine räumliche und zeitlich getrennte Zumessung durch getrennte Zumesseinrichtungen möglich. Allerdings ist die Realisierung einer zweiten Injektorbohrung sehr kostenintensiv, und es wird nicht die zentrale Injektorlage als optimale Einbaulage für Direkteinspritzungsinjektoren zur Einbringung des Kühlmediums genutzt. Die zuvor genannten Nachteile und Probleme können nun mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens vermieden werden, da vorzugsweise das Kühlmedium und der Kraftstoff über genau eine gemeinsame Brennraumzuführung beziehungsweise über genau einen gemeinsamen Brennraumzugang an den voneinander beabstandeten Stellen in den Brennraum eingebracht werden.
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Mit anderen Worten sieht das erfindungsgemäße Verfahren die direkte Einbringung des Kühlmediums in den Brennraum im geringen räumlichen Abstand zu dem Ort vor, an dem der Primärkraftstoff in den Brennraum eingebracht wird. Dabei handelt es sich vorzugsweise um die zentrale Lage im Brennraumdach der Verbrennungskraftmaschine. Der räumliche und zeitliche Abstand der Einbringungen des Kühlmediums und des Kraftstoffs können in ihrer Anwendung eingestellt werden.
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Als die Zumesseinrichtung kann beispielsweise eine Vorrichtung verwendet werden, welche zwei räumlich getrennte und zeitlich unabhängig ansteuerbare Zumesselemente enthält, die beispielsweise in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind und somit nur eine Injektorbohrung benötigen. Dabei wird beispielsweise mittels eines ersten der Zumesselemente der Kraftstoff und mittels des zweiten Zumesselements das Kühlmedium eingebracht, wobei beispielsweise der Kraftstoff und das Kühlmedium über einen den Zumesselementen gemeinsamen Brennraumzugang in den Brennraum eingebracht werden. Dabei ist dieser Brennraumzugang beispielsweise die zuvor genannte Injektorbohrung. Eine solche Vorrichtung ermöglicht die Applikation des Verfahrens insbesondere an einem Ottomotor.
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Die zuvor genannte Vorrichtung ist eine erste Möglichkeit, den Kraftstoff und das Kühlmedium auf besonders vorteilhafte Weise in den Brennraum einzubringen. Eine zweite Möglichkeit stellt die Verwendung zweier getrennter und beispielsweise in einem Winkel von mehr als 0 Grad zueinander angeordneter Zumesselemente mit separatem Gehäuse dar, deren jeweilige Spitzen im Brennraumdach räumlich nahe beieinander liegen. Eine dritte Möglichkeit stellt die Verwendung einer Zumesseinrichtung mit einer Nadel dar, die in einem ersten Bereich ihrer Auslenkung beispielsweise den Kraftstoff und in einem zweiten Bereich ihrer Auslenkung beispielsweise das Kühlmedium in den Brennraum einbringt.
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Der Kraftstoff und das Kühlmedium werden zusammengefasst auch als Medien bezeichnet. Vorteilhaft an dem erfindungsgemäßen Verfahren ist, dass die genannten Medien von ihrem jeweiligen Reservoir bis in den Brennraum nicht in Berührung miteinander, somit nicht miteinander vermischt werden. Das Kühlmedium kann reines Wasser, ein Wasser-Alkohol-Gemisch oder eine Wasseremulsion sein. Vorzugsweise wird das Verfahren in zwei Drehzahlbereichen eingesetzt: Ein erster der Drehzahlbereiche erstreckt sich beispielsweise von 1.250 Umdrehungen pro Minute bis 2.500 Umdrehungen pro Minute, wobei sich der zweite Drehzahlbereich beispielsweise von 3.000 Umdrehungen pro Minute bis 7.000 Umdrehungen pro Minute erstreckt.
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Das Verfahren wird beispielsweise in dem ersten Drehzahlbereich zwischen 1.250 und 2.500 Umdrehungen pro Minute in Abhängigkeit von der Last beziehungsweise dem indizierten Mitteldruck und dem geometrischen Verdichtungsverhältnis ε der Verbrennungskraftmaschine eingesetzt. Für ein Verdichtungsverhältnis in einem Bereich von 8,5 bis 11 gilt beispielsweise, dass das Verfahren angewendet beziehungsweise das Kühlmedium eingebracht wird, wenn der indizierte Mitteldruck pmi größer als 20 bar ist. Für ein Verdichtungsverhältnis von größer als 11 gilt beispielsweise, dass das Kühlmedium eingebracht wird, wenn der indizierte Mitteldruck größer als 12 bar ist.
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Das Verfahren wird beispielsweise bei Abgastemperaturen, insbesondere im Auslasskanalaustritt, von mehr als 950 Grad Celsius unabhängig von Drehzahl und Last eingesetzt, sodass das Kühlmedium beispielsweise in Abhängigkeit von einer Abgastemperatur der Verbrennungskraftmaschine in den Brennraum eingebracht wird.
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Der Kraftstoff und das Kühlmedium werden beispielsweise bei Verwendung einer kombinierten Zumesseinrichtung über einen zentral im Brennraumdach gelegenen Brennraumzugang in den Brennraum eingebracht, wobei beispielsweise die Achse des beispielsweise als Bohrung ausgebildeten Brennraumzugangs weniger als 20 Millimeter von der Zylinderachse entfernt und weniger als 10 Grad zur selbigen geneigt ist.
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Der Kraftstoff und das Kühlmedium werden beispielsweise bei Verwendung zweier räumlich getrennter Zumesselemente durch das Brennraumdach an wahlweise einen zentral gelegenen Zugang oder zwei separaten, zentral gelegenen Zugängen in den Brennraum eingebracht, wobei der Abstand der Austrittsorte der Medien an den Zumesseinrichtungen beziehungsweise Zumesselementen nicht mehr als 12 Millimeter zueinander beträgt.
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Die Einbringung der Medien ist zeitlich getrennt und individuell modulierbar, das heißt die Einbringung des Kühlmediums ist keinesfalls beziehungsweise nicht notwendigerweise an die Kraftstoffeinspritzung gebunden und erfolgt beispielsweise in einem Bereich von 140 bis 60 Grad vor dem oberen Zündtotpunkt für den Drehzahlbereich von 1.250 Umdrehungen pro Minute bis 2.500 Umdrehungen pro Minute oder sowie im Bereich 260 bis 180 Grad vor dem oberen Zündtotpunkt für den zweiten Drehzahlbereich (3.000 bis 7.000 Umdrehungen pro Minute). Die Ausführung und Ausrichtung des Kraftstoffsprays ausgehend von der Kraftstoff-Zumesseinrichtung beziehungsweise dem Kraftstoff-Zumesselement ist verschieden zur Ausführung und Ausrichtung des Sprays der Kühlmedium- Zumesseinrichtung beziehungsweise des Kühlmedium-Zumesselements.
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Vorzugsweise ist die Verbrennungskraftmaschine als Ottomotor ausgebildet, welcher beispielsweise pro Brennraum, insbesondere pro Zylinder, zwei Einlassventile und zwei Auslassventile aufweist. Ferner weist der Ottomotor beispielsweise auf:
- - eine Zündkerze pro Brennraum beziehungsweise Zylinder
- - ein Verdichtungsverhältnis von größer als 8 zu 1
- - eine Zylinderanzahl, welche größer als 3 ist
- - einen Einzelzylinderhubraum von mehr als 300 Kubikzentimeter
- - Aufladung mittels wenigstens eines Abgasturboladers und/oder mittels wenigstens eines mechanischen Laders
- - Ladeluftkühlung
- - Dosiervorrichtung zur Kraftstoffeinspritzung mit einem Betriebsdruck von mindestens 200 bar
- - Dosiervorrichtung zur Kühlmediumseinspritzung mit einem Betriebsdruck von mehr als 30 bar
- - Kühlmedium, welches beispielsweise als Gemisch aus Wasser und Alkohol ausgebildet ist und beispielsweise einen Gefrierpunkt von -11 Grad Celsius aufweist.
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Folgende Vorteile können mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens realisiert werden:
- - optimierte Aufbereitung des Arbeitsgases durch Einbringung von Primärkraftstoff und Kühlmedium in zentrale Lage in Brennraumdach
- - zeitlich unabhängige Einbringung der beiden Medien zur zeitlichen Beeinflussung des Wärmeentzugs aus dem Arbeitsgas
- - räumliche Trennung der beiden Medien
- - Zunahme der Masse der Zylinderfüllung bei geöffneten Gaswechselventilen der Verbrennungskraftmaschine
- - Verringerung der Temperatur der Zylinderfüllung
- - Verhinderung von Vorentflammung
- - Reduzierung der Klopfneigung
- - Verbesserung des Wirkungsgrads und damit des Kraftstoffverbrauchs der Verbrennungskraftmaschine
- - Verringerung der Enthalpie
- - Verringerung der Abgastemperatur
- - geringerer Wasserverbrauch im Vergleich zur Wasser-Kanaleinspritzung
- - Minimierung des Risikos für Wassereintrag in das Kurbelgehäuse
- - Reduzierung von Schadstoffemissionen, insbesondere von Kohlenmonoxid und Partikelemissionen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in der einzigen Fig. ein Flussdiagramm zum Veranschaulichen eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Die einzige Fig. zeigt ein Flussdiagramm zum Veranschaulichen eines Verfahrens zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs. Das beispielsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildete Kraftfahrzeug ist mittels der Verbrennungskraftmaschine antreibbar. Die Verbrennungskraftmaschine umfasst wenigstens einen Brennraum, welcher zumindest mit Luft versorgbar ist. Die Luft wird auch als Verbrennungsluft bezeichnet, da sie - wie im Folgenden noch genauer erläutert wird - bei einem befeuerten Betrieb der Verbrennungskraftmaschine zusammen mit Kraftstoff zum Betreiben der Verbrennungskraftmaschine verbrannt wird. Die Verbrennungskraftmaschine ist beispielsweise als Hubkolbenmaschine ausgebildet, wobei der Brennraum beispielsweise als Zylinder ausgebildet ist.
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Während des befeuerten Betriebs werden dem Zylinder die Luft und der Kraftstoff zugeführt, sodass in dem Zylinder ein Kraftstoff-Luft-Gemisch entsteht. Das Kraftstoff-Luft-Gemisch wird gezündet und dadurch verbrannt, woraus Abgas der Verbrennungskraftmaschine resultiert. Die Verbrennungskraftmaschine ist beispielsweise als Ottomotor ausgebildet, sodass der insbesondere flüssige Kraftstoff beispielsweise als Ottokraftstoff ausgebildet ist.
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Wie im Folgenden noch genauer erläutert wird, werden der Kraftstoff zum Betreiben der Verbrennungskraftmaschine und ein von dem Kraftstoff unterschiedliches Kühlmedium zum Kühlen der Verbrennungsluft mittels wenigstens einer Zumesseinrichtung jeweils direkt in den Brennraum eingebracht, insbesondere eingespritzt. Das Kühlmedium ist vorzugsweise eine Flüssigkeit, welche als, insbesondere reines, Wasser ausgebildet sein kann. Mit anderen Worten umfasst das Kühlmedium zumindest Wasser. Ferner ist es denkbar, dass das Kühlmedium ein Gemisch ist, welches zumindest Wasser aufweist. Insbesondere kann das Gemisch Wasser und Alkohol aufweisen und somit als Wasser-Alkohol-Gemisch ausgebildet sein. Insbesondere kann es sich bei dem Kühlmedium um eine Wasseremulsion handeln.
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Um nun das Verfahren besonders einfach und kostengünstig durchführen zu können, ist es bei einem ersten Schritt S1 des Verfahrens vorgesehen, dass der Kraftstoff - wenn dieser mittels der Zumesseinrichtung direkt in den Brennraum eingebracht, insbesondere eingespritzt, wird - an einer ersten Stelle aus der Zumesseinrichtung ausströmt. Die erste Stelle ist somit ein erster Ort beziehungsweise ein erster Austrittsort, an dem der Kraftstoff aus der Zumesseinrichtung ausströmen kann, um den Kraftstoff in den Brennraum direkt einzubringen, insbesondere einzuspritzen.
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Bei einem zweiten Schritt S2 des Verfahrens strömt das Kühlmedium - wenn das Kühlmedium mittels der Zumesseinrichtung direkt in den Brennraum eingebracht, insbesondere eingespritzt, wird - an einer von der ersten Stelle beabstandeten zweiten Stelle aus der Zumesseinrichtung aus. Die zweite Stelle ist somit ein zweiter Ort beziehungsweise ein zweiter Austrittsort, an welchem das Kühlmedium aus der Zumesseinrichtung ausströmt beziehungsweise austritt, um das Kühlmedium in den Brennraum direkt einzubringen, insbesondere einzuspritzen. Dabei weisen die Austrittsorte einen Abstand zueinander auf, wobei der Abstand größer als 0 ist und höchstens 12 Millimeter beträgt. Hierzu umfasst die Zumesseinrichtung beispielsweise einen Injektor, welcher als Doppelnadelinjektor ausgeführt ist. Das Kühlmedium und der Kraftstoff werden im Folgenden auch als Medien bezeichnet, sodass der als Doppelnadelinjektor ausgebildete Injektor ein den Medien gemeinsamer Injektor ist.
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Die dem Verfahren zugrundeliegende Idee ist es dabei, beide Medien über einen den Medien gemeinsamen Brennraumzugang in den Brennraum direkt einzubringen, sodass beispielsweise die Teileanzahl und der konstruktive Aufwand zur Realisierung des Verfahrens besonders gering gehalten werden kann. Der Brennraumzugang ist beispielsweise als Injektorbohrung ausgebildet, wobei beispielsweise genau eine Injektorbohrung ausreicht, um beide Medien direkt in den Brennraum einzubringen. Da jedoch die Austrittsorte voneinander beabstandet sind, können die Medien bis zu ihrem Austritt aus der Zumesseinrichtung voneinander getrennt gehalten werden, sodass sich die Medien zumindest bis zu ihrem Austritt aus der Zumesseinrichtung nicht vermischen. Somit können beispielsweise sowohl jeweilige Zeitpunkte, zu denen die Medien in den Brennraum eingebracht werden, als auch jeweilige Mengen der Medien bedarfsgerecht und beispielsweise zumindest im Wesentlichen unabhängig voneinander eingestellt werden.
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Da der Kraftstoff zum Betreiben der Verbrennungskraftmaschine, das heißt zum Realisieren des befeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine, genutzt wird, wird der Kraftstoff auch als Primärkraftstoff bezeichnet. Der Primärkraftstoff kann dabei als flüssiger Kraftstoff, insbesondere als Ottokraftstoff, oder aber als gasförmiger Kraftstoff ausgebildet sein.
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Der Primärkraftstoff wird beispielsweise über eine erste Anzahl an Löchern mittels des genannten Injektors in den Brennraum eingebracht. Das Kühlmedium wird beispielsweise durch eine zweite Anzahl an Löchern des Injektors in den Brennraum eingebracht. Die Einbringung des jeweiligen Mediums in den Brennraum kann zu jedem beliebigen Zeitpunkt erfolgen. Mittels des über die zweite Anzahl an Löchern eingebrachten Kühlmediums können sowohl eine Zunahme der Masse der Zylinderfüllung bei geöffneten Gaswechselventilen der Verbrennungskraftmaschine als auch eine Verringerung der Temperatur der Zylinderfüllung sowie eine Verhinderung von Vorentflammungen und eine Reduzierung der Klopfneigung erreicht werden. Ferner kann eine Verringerung der Enthalpie und eine Verringerung der Abgastemperatur realisiert werden.
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Die direkte Einbringung, insbesondere Einspritzung, des beispielsweise zumindest Wasser umfassenden Kühlmediums bietet im Vergleich zu einer Kanaleinspritzung des Kühlmediums weiteres Potential bei der innermotorischen Ladungskühlung bei vergleichsweise geringerem Verbrauch an Kühlmedien. Wird die Einbringung des Kühlmediums mithilfe eines separaten Injektors realisiert, sodass beispielsweise der Kraftstoff mittels eines Kraftstoffinjektors und das Kühlmittel mittels eines von dem Kraftstoffinjektor getrennten weiteren Injektors eingebracht werden, so muss neben dem Kraftstoffinjektor der weitere Injektor bereitgestellt werden. Darüber hinaus müssen für die Injektoren jeweilige Brennraumzugänge vorgesehen werden. Als Alternative zu dieser bauteil- und bauraumaufwendige Variante sieht das Verfahren vor, die Medien mithilfe eines Kombinationsinjektors in Form des zuvor genannten Doppelnadelinjektors in den Brennraum einzubringen, wobei der Doppelnadelinjektor sowohl den Kraftstoff als auch das Kühlmedium zur Ladungskühlung in den Zylinder einbringt. Dies kann aufgrund seiner Ausführung als Doppelnadelinjektor zeitlich voneinander unabhängig erfolgen.
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Der Doppelnadelinjektor umfasst beispielsweise zwei insbesondere relativ zueinander bewegbare Nadeln und ist insbesondere in der
EP 2 487 353 A2 beschrieben. Ein Betätigungsmechanismus zum Betätigen und somit zum Bewegen der Nadeln ist mechanischer oder elektrischer oder elektromechanischer oder hydraulischer oder elektrohydraulischer Art und beispielsweise über eine elektromechanische Aktorik von einer Mikroelektronik steuerbar beziehungsweise regelbar. Jeder der beiden Nadeln ist jeweils eine Düsenlochgruppe und einem der Medien zugeteilt. Mithilfe der separaten Ansteuerung durch die Mikroelektronik kann die Direkteinspritzung des Kühlmediums mit von der Kraftstoffeinspritzung autarken Modi und Strategien abhängig vom Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine betrieben werden. Kennfeldbereiche, in denen das Kühlmedium eingebracht wird, sind beispielsweise:
- - Betriebsbereiche mit Vorentflammungs-/Klopfneigung
- - Low-End-Torque, Hochdrehzahlbereich, Volllast, Nennleistung
- - Bauteilschutzbereich (thermische Überlastung)
- - Motorauslauf nach Motorabschaltung (Füllungserhöhung für Wiederstart beziehungsweise Direktstart).
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Zeitpunkte für die Kühlmediumseinbringung sind beispielsweise:
- - sowohl separat als auch zeitgleich zur Einspritzung des Kraftstoffes
- - Saughub zwischen Einlass öffnet und Einlass schließt, Kompressionshub nach Einlass schließt bis oberer Zündtotpunkt oder Zündzeitpunkt, Arbeitstakt vor Zündzeitpunkt, Ausschiebetakt nach Auslass öffnet.
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Das Verfahren kann prinzipiell in allen Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere Ottomotoren, mit Direkteinspritzung und beispielsweise einer Injektorbohrung im Brennraum verwendet werden. Die zuvor genannten Löcher sind an jeweilige Einbringungen des Kraftstoffes und des Wassers anzupassen, insbesondere hinsichtlich ihres jeweiligen, von dem jeweiligen Medium durchströmbaren Strömungsquerschnitts.
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Durch das Verfahren, insbesondere durch die Einbringung des Kühlmediums, können insbesondere folgende Vorteile realisiert werden:
- - Unterdrückung von klopfender Verbrennung
- - Steigerung des Wirkungsgrads durch früheren Verbrennungsschwerpunkt
- - Füllungserhöhung und Leistungssteigerung
- - Reduzierung von Anfettungsbedarf zum thermischen Bauteilschutz
- - geringerer Wasserverbrauch gegenüber Kanaleinspritzung.
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Bezugszeichenliste
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- S1
- erster Schritt
- S2
- zweiter Schritt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19959851 A1 [0002]
- EP 2487353 A2 [0006, 0034]