DE102017201591A1 - Verfahren zum Betreiben eines monovalenten Verbrennungsmotors mit Diffusionsverbrennung nach dem Dieselprinzip sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zum Betreiben eines monovalenten Verbrennungsmotors mit Diffusionsverbrennung nach dem Dieselprinzip sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Download PDF

Info

Publication number
DE102017201591A1
DE102017201591A1 DE102017201591.8A DE102017201591A DE102017201591A1 DE 102017201591 A1 DE102017201591 A1 DE 102017201591A1 DE 102017201591 A DE102017201591 A DE 102017201591A DE 102017201591 A1 DE102017201591 A1 DE 102017201591A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
fuel
injection
heating
igniting
opening
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102017201591.8A
Other languages
English (en)
Inventor
Juergen Foerster
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE102017201591.8A priority Critical patent/DE102017201591A1/de
Priority to PCT/EP2018/051617 priority patent/WO2018141590A1/de
Publication of DE102017201591A1 publication Critical patent/DE102017201591A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M21/00Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form
    • F02M21/02Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels
    • F02M21/0218Details on the gaseous fuel supply system, e.g. tanks, valves, pipes, pumps, rails, injectors or mixers
    • F02M21/0248Injectors
    • F02M21/0275Injectors for in-cylinder direct injection, e.g. injector combined with spark plug
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/02Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
    • F02B23/06Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston
    • F02B23/0645Details related to the fuel injector or the fuel spray
    • F02B23/0648Means or methods to improve the spray dispersion, evaporation or ignition
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/02Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
    • F02B23/06Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston
    • F02B23/0645Details related to the fuel injector or the fuel spray
    • F02B23/0654Thermal treatments, e.g. with heating elements or local cooling
    • F02B23/0657Thermal treatments, e.g. with heating elements or local cooling the spray interacting with one or more glow plugs
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B43/00Engines characterised by operating on gaseous fuels; Plants including such engines
    • F02B43/10Engines or plants characterised by use of other specific gases, e.g. acetylene, oxyhydrogen
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/06Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed
    • F02D19/08Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed simultaneously using pluralities of fuels
    • F02D19/10Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed simultaneously using pluralities of fuels peculiar to compression-ignition engines in which the main fuel is gaseous
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0025Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D41/0027Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures the fuel being gaseous
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30Controlling fuel injection
    • F02D41/3011Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion
    • F02D41/3017Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion characterised by the mode(s) being used
    • F02D41/3035Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion characterised by the mode(s) being used a mode being the premixed charge compression-ignition mode
    • F02D41/3041Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion characterised by the mode(s) being used a mode being the premixed charge compression-ignition mode with means for triggering compression ignition, e.g. spark plug
    • F02D41/3047Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion characterised by the mode(s) being used a mode being the premixed charge compression-ignition mode with means for triggering compression ignition, e.g. spark plug said means being a secondary injection of fuel
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M53/00Fuel-injection apparatus characterised by having heating, cooling or thermally-insulating means
    • F02M53/04Injectors with heating, cooling, or thermally-insulating means
    • F02M53/06Injectors with heating, cooling, or thermally-insulating means with fuel-heating means, e.g. for vaporising
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/18Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/30Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)
  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines monovalenten Verbrennungsmotors mit Diffusionsverbrennung nach dem Dieselprinzip, bei dem ein nicht selbstzündender oder schwer zündbarer Kraftstoff mittels einer Einspritz- oder Einblasvorrichtung (1) direkt in einen Brennraum (2) eingespritzt bzw. eingeblasen wird. Erfindungsgemäß wird beim Einspritzen bzw. Einblasen des Kraftstoffs mindestens ein Kraftstoffstrahl geformt, der durch eine Öffnung (4) einer Vorrichtung (5) zur Erhitzung und Entflammung des Kraftstoffs geführt wird.Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines monovalenten Verbrennungsmotors mit Diffusionsverbrennung nach dem Dieselprinzip mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
  • Stand der Technik
  • Insbesondere im Bereich der Nutzfahrzeuge finden vorrangig monovalente Verbrennungsmotoren Einsatz, die mit Dieselkraftstoff betrieben werden. Derartige Motoren weisen einen hohen Wirkungsgrad auf. Die Verbrennung von Dieselkraftstoff geht jedoch mit vergleichsweise hohen Schadstoffemissionen einher, so dass nach alternativen Konzepten gesucht wird. Besondere Beachtung finden in diesem Zusammenhang Gasmotoren, da die Verbrennung gasförmiger Brennstoffe, wie beispielsweise Erdgas, weniger belastend für die Umwelt ist. Der Wechsel vom Dieselmotor zum Gasmotor führt jedoch in der Regel zu einem Wirkungsgradverlust sowie einem Leistungs- und Drehmomentnachteil.
  • Um diese Nachteile zu beseitigen, wurden u.a. bereits Gasmotoren mit Diffusionsverbrennung nach dem Dieselprinzip vorgeschlagen. Hierbei erfolgt die Gaseinblasung - analog dem Dieselmotor - innerhalb eines kleinen Kurbelwinkelbereichs direkt in die Verbrennung. Der Gasdruck muss dabei deutlich über dem Verbrennungsdruck liegen, so dass insbesondere Gasventile für die Hochdruck-Direkteinblasung („high pressure - direct injection“ bzw. HP-DI-Injektoren) Verwendung finden. Derartige Gasmotoren weisen im Vergleich zu anderen Gasmotoren einen hohen Wirkungsgrad, kurze Reaktionszeiten hinsichtlich Dynamik und eine erhöhte Robustheit gegenüber kleinen Methanzahlwerten (geringere Klopfneigung bei Varianz der Gasqualität) auf.
  • Da die in Gasmotoren zum Einsatz gelangenden gasförmigen Kraftstoffe in der Regel nicht selbstzündend sind, muss die Verbrennung eingeleitet werden, beispielsweise durch eine vorausgehende Dieseleinspritzung mittels separatem Dieselinjektor oder mittels Gasventil mit integriertem Dieselinjektor. Alternativ kann eine Glüh- oder Zündvorrichtung eingesetzt werden. Letztere besitzt den Vorteil, dass kein Dieselkraftstoff als weiterer Kraftstoff vorgehalten werden muss, so dass der Systemaufwand deutlich geringer ist. Als Nachteil erweist sich, dass oftmals nicht alle Gasstrahlen gleichzeitig entflammt werden, so dass es zu einem Zündverzug kommt. Dies ist insbesondere der Fall, wenn eine seitlich in Bezug auf den Gasinjektor angeordnete Glühkerze als Glüh- oder Zündvorrichtung eingesetzt wird.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines monovalenten Verbrennungsmotors, insbesondere Gasmotors, mit Diffusionsverbrennung nach dem Dieselprinzip anzugeben, bei dem ein nicht selbstzündender oder schwer zündbarer Kraftstoff, der mittels einer Einspritz- oder Einblasvorrichtung direkt in einen Brennraum eingespritzt bzw. eingeblasen wird, möglichst gleichmäßig entflammt wird. Zugleich soll der konstruktive Aufwand zur Durchführung des Verfahrens möglichst gering gehalten werden.
  • Zur Lösung der Aufgabe werden das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie die Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 6 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Bei dem vorgeschlagen Verfahren zum Betreiben eines monovalenten Verbrennungsmotors mit Diffusionsverbrennung nach dem Dieselprinzip wird ein nicht selbstzündender oder schwer zündbarer Kraftstoff mittels einer Einspritz- oder Einblasvorrichtung direkt in einen Brennraum eingespritzt bzw. eingeblasen. Erfindungsgemäß wird beim Einspritzen bzw. Einblasen des Kraftstoffs mindestens ein Kraftstoffstrahl geformt, der durch eine Öffnung einer Vorrichtung zur Erhitzung und Entflammung des Kraftstoffs geführt wird. Beim Hindurchführen durch die Öffnung der Vorrichtung wird der Kraftstoffstrahl über seinen gesamten Umfang gleichmäßig erhitzt und entflammt, so dass der Zündverzug minimal ist. Auf diese Weise kann ein positives Entflammungsverhalten erzielt werden, das ähnlich dem Verhalten bei der Entflammung mittels einer Dieselpiloteinspritzung ist, jedoch mit dem Unterschied, dass kein zweiter Kraftstoff vorgehalten werden muss. Der Systemaufwand ist somit deutlich geringer. Zugleich wird ein monovalenter Betrieb des Verbrennungsmotors ermöglicht, der hinsichtlich der Verbrennung des Kraftstoffs optimiert werden kann, und zwar ohne Berücksichtigung eines weiteren Kraftstoffs. Darüber hinaus werden mit Wegfall des Dieselkraftstoffs als weiteren Kraftstoff die Schadstoffemissionen reduziert.
  • Bevorzugt werden beim Einspritzen bzw. Einblasen des Kraftstoffs mehrere Kraftstoffstrahlen geformt und jeder Kraftstoffstrahl wird durch eine ihm zugeordnete Öffnung der Vorrichtung zur Erhitzung und Entflammung des Kraftstoffs geführt. Das heißt, dass der Kraftstoff verteilt auf mehrere Kraftstoffstrahlen gleichmäßig entflammt wird.
  • Des Weiteren bevorzugt wird der Kraftstoffstrahl durch eine Einspritz- bzw. Einblasöffnung der Einspritz- bzw. Einblasvorrichtung geformt. Zur Formung mehrere Kraftstoffstrahlen weist die Einspritz- bzw. Einblasvorrichtung bevorzugt mehrere Einspritz- bzw. Einblasöffnungen auf, wobei diese vorzugsweise ringförmig und/oder in gleichem Winkelabstand zueinander angeordnet sind, so dass der Kraftstoff gleichmäßig im Brennraum verteilt wird.
  • Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass der mindestens eine Kraftstoffstrahl durch die Öffnung der Vorrichtung zur Erhitzung und Entflammung des Kraftstoffs geformt wird. Die Öffnung kann hierzu eine von der Zylinderform abweichende Innenkontur aufweisen. Über die Formung des Kraftstoffstrahls kann eine gleichmäßige Verteilung des Kraftstoffs im Brennraum gefördert werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Vorrichtung zur Erhitzung und Entflammung des Kraftstoffs elektrisch beheizt. An die Vorrichtung kann hierzu bevorzugt ein Heizstrom oder eine Heizspannung angelegt werden, der bzw. die unter Zuhilfenahme eines Steuergeräts bedarfsgerecht gesteuert oder geregelt wird. Da im Betrieb des Verbrennungsmotors durch die Verbrennung von Kraftstoff der Brennraum zusätzlich erwärmt wird, kann die elektrische Beheizung der Vorrichtung zur Erhitzung und Entflammung des Kraftstoffs entsprechend heruntergefahren werden. Die bedarfsgerechte Steuerung bzw. Regelung hilft somit Energie zu sparen.
  • In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass zeitlich vor dem Einspritzen oder Einblasen einer Haupt-Kraftstoffmenge eine Pilot-Kraftstoffmenge eingespritzt oder eingeblasen wird, wobei mindestens ein Kraftstoffstrahl geformt wird, der durch eine Öffnung der Vorrichtung zur Erhitzung und Entflammung des Kraftstoffs geführt wird, so dass die anschließend eingespritzte oder eingeblasene Haupt-Kraftstoffmenge durch eine bereits brennende Kraftstoff-Luft-Gemischwolke oder eine Abgaswolke entflammt wird. Die Vorrichtung zur Erhitzung und Entflammung des Kraftstoffs dient in diesem Fall vornehmlich der Erhitzung und Entflammung der Pilot-Kraftstoffmenge, während die Haupt-Kraftstoffmenge indirekt über die brennende Pilot-Kraftstoffmenge bzw. eine sich hieraus gebildete brennende Kraftstoff-Luft-Gemischwolke entflammt wird. Ist die Verbrennung der Pilotkraftstoffmenge bzw. der Kraftstoff-Luft-Gemischwolke bereits abgeschlossen, kann die Entflammung der Haupt-Kraftstoffmenge auch über die verbleibende Abgaswolke bewirkt werden. Die indirekt bewirkte Entflammung der Haupt-Kraftstoffmenge hilft ebenfalls Energie zu sparen.
  • Dem Einspritzen bzw. Einblasen der Haupt-Kraftstoffmenge können auch mehrere aufeinanderfolgende Pilot-Einspritzungen bzw. Einblasungen vorausgehen. Die mehreren aufeinanderfolgenden Pilot-Einspritzungen bzw. Einblasungen dienen der Stabilisierung der ringförmigen Kraftstoff-Luft-Gemischwolke und/oder der Formung des Brennverlaufs der Pilot-Kraftstoffmenge und/oder der Haupt-Kraftstoffmenge.
  • Bevorzugt wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein gasförmiger Kraftstoff, insbesondere Erdgas, als nicht selbstzündender oder schwer zündbarer Kraftstoff verwendet. Die Verbrennung gasförmiger Kraftstoffe, wie beispielsweise Erdgas, führt zu geringen Schadstoffemissionen, so dass die Umwelt weniger belastet wird. Insbesondere kann im Vergleich zur Verbrennung von Dieselkraftstoff der NOx-Ausstoß reduziert werden. Ferner nimmt die Belastung durch Partikel bzw. Feinstaub ab.
  • Darüber hinaus wird eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagen, wobei die Vorrichtung eine Einspritz- oder Einblasvorrichtung mit einer Düse umfasst, in der mindestens eine Einspritz- bzw. Einblasöffnung ausgebildet ist. Die Vorrichtung umfasst ferner eine Vorrichtung zur Erhitzung und Entflammung des Kraftstoffs mit mindestens einer Öffnung, die im Wesentlichen koaxial in Bezug auf eine Strahlachse der Einspritz- bzw. Einblasöffnung angeordnet ist. Dadurch ist sichergestellt, dass der über die Einspritz- bzw. Einblasöffnung ausgetragene Kraftstoff ferner durch die Öffnung der Vorrichtung zur Erhitzung und Entflammung des Kraftstoffs geführt wird, um die Verbrennung des Kraftstoffs einzuleiten. Bevorzugt weist die Einspritz- bzw. Einblasvorrichtung mehrere ringförmig und/oder in gleichem Winkelabstand zueinander angeordnete Einspritz- bzw. Einblasöffnungen auf, um eine gleichmäßige Verteilung des Kraftstoffs im Brennraum sicherzustellen. Weiterhin bevorzugt ist jeder Einspritz- bzw. Einblasöffnung eine Öffnung der Vorrichtung zur Erhitzung und Entflammung des Kraftstoffs zugeordnet, so dass der in den Brennraum eingebrachte Kraftstoff gleichmäßig - im Wesentlichen ohne Zündverzug - entflammt wird.
  • Bevorzugt ist die Einspritz- bzw. Einblasvorrichtung als Injektor, besonders bevorzugt als HP-DI-Injektor, ausgeführt. Der Kraftstoff kann somit unter hohem Druck in den Brennraum eingebracht werden, was eine gleichmäßige Verteilung des Kraftstoffs fördert.
  • Da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren über die Einspritz- bzw. Einblasvorrichtung und/oder die Vorrichtung zur Erhitzung und Entflammung des Kraftstoffs mindestens ein Kraftstoffstrahl geformt wird, wird in Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgeschlagen, dass die mindestens eine Öffnung der Vorrichtung zur Erhitzung und Entflammung des Kraftstoffs eine den Kraftstoffstrahl formende Innenkontur besitzt. Vorzugsweise umfasst die Innenkontur eingangsseitig einen sich trichterförmig verjüngenden Abschnitt, ausgangsseitig einen sich düsenförmig erweiternden Abschnitt und dazwischen einen sich in Einspritz- bzw. Einblasrichtung stetig erweiternden Abschnitt. Auf diese Weise kann eine optimale Formung des Kraftstoffstrahls bewirkt werden.
  • Vorteilhafterweise ist die Vorrichtung zur Erhitzung und Entflammung des Kraftstoffs zumindest abschnittsweise ring- oder hülsenförmig ausgebildet und derart angeordnet, dass sie die Düse der Einspritz- bzw. Einblasvorrichtung umgibt. Erfolgt die Anordnung auf Höhe der mindestens einen Einspritz- bzw. Einblasöffnung kann in einfacher Weise der Einspritz- oder Einblasöffnung eine Öffnung der Vorrichtung zur Erhitzung und Entflammung des Kraftstoffs zugeordnet werden. Die Vorrichtung zur Erhitzung und Entflammung des Kraftstoffs ist vorzugsweise fest mit der Einspritz- bzw. Einblasvorrichtung verbunden. Die feste Verbindung kann mittels Kraft-, Form- und/oder Stoffschluss realisiert werden. Zugleich kann über die Verbindung eine elektrische Kontaktierung bewirkt werden, über welche ein Heizstrom bzw. eine Heizspannung anlegbar ist.
  • Alternativ kann die Vorrichtung zur Erhitzung und Entflammung des Kraftstoffs integraler Bestandteil der Einspritz- bzw. Einblasvorrichtung sein.
  • Vorzugsweise wird zwischen der Düse der Einspritz- bzw. Einblasvorrichtung und der Vorrichtung zur Erhitzung und Entflammung des Kraftstoffs ein Ringraum ausgebildet. Das heißt, dass die Öffnung der Vorrichtung zur Erhitzung und Entflammung des Kraftstoffs in einem radialen Abstand zur Einspritz- bzw. Einblasöffnung angeordnet ist. Der Brennraum erstreckt sich bis in den Ringraum, so dass dieser luftgefüllt ist. Über den Ringraum wird demnach zusätzliche Verbrennungsluft zur Verfügung gestellt, mit welcher sich der Kraftstoff vermischt, bevor er in die Öffnung der Vorrichtung zur Erhitzung und Entflammung des Kraftstoffs eintritt.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die mindestens eine Öffnung der Vorrichtung zur Erhitzung und Entflammung des Kraftstoffs durch mindestens eine Hülse gebildet. Der von der Hülse umschlossene Hohlraum bildet demnach die Öffnung aus. Um mehrere Öffnungen auszubilden, sind vorzugsweise mehrere Hülsen ringförmig und/oder in gleichem Winkelabstand zueinander auf einem ring- oder hülsenförmigen Grundkörper zur Verbindung mit der Einspritz- oder Einblasvorrichtung angeordnet. Vorzugsweise erfolgt die Anordnung in der Weise, dass die mindestens eine Hülse in einem radialen Abstand in Bezug auf eine Einspritz- oder Einblasöffnung der Einspritz- bzw. Einblasvorrichtung angeordnet ist. Auf diese Weise ist wiederum eine ausreichende Vermischung des Kraftstoffs mit Verbrennungsluft sichergestellt.
  • Als weiterbildende Maßnahme wird vorgeschlagen, dass die mindestens eine Öffnung der Vorrichtung zur Erhitzung und Entflammung des Kraftstoffs eine beheizbare innenliegende Hülse und/oder eine isolierende außenliegende Hülse umfasst. Durch die beheizbare innenliegende Hülse kann eine optimale Wärmeübertragung auf den Kraftstoffstrahl erreicht werden. Über die isolierende Wirkung der außenliegenden Hülse wird eine Wärmeübertragung an die umgebende Luft im Brennraum unterbunden, so dass der Wärmeverlust nach außen gering ist.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren sowie bevorzugte Ausführungsformen erfindungsgemäßer Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
    • 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
    • 2 eine schematische Ansicht der Vorrichtung der 1,
    • 3 einen schematischen Längsschnittschnitt durch die Vorrichtung zur Erhitzung und Entflammung des Kraftstoffs der Vorrichtung der 1,
    • 4 einen schematischen Längsschnitt durch eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
    • 5 eine schematische Ansicht der Vorrichtung der 4,
    • 6 einen schematischen Längsschnitt durch die Vorrichtung zur Erhitzung und Entflammung des Kraftstoffs der Vorrichtung der 4 im Bereich einer Hülse und
    • 7 eine schematische Ansicht der Vorrichtung der 6.
  • Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
  • Die in den 1 und 2 schematisch dargestellte Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst eine in einen Zylinderkopf 12 eines Verbrennungsmotors integrierte Einspritz- oder Einblasvorrichtung 1 mit einer Düse 6, die in einen Brennraum 2 hineinragt, der von einer Wand 13 des Zylinderkopfs 12 begrenzt wird. Die Einspritz- bzw. Einblasvorrichtung 1 dient dem Einspritzen bzw. Einblasen eines nicht selbstzündenden oder schwer zündbaren Kraftstoffs, wie beispielsweise Erdgas, wobei der Kraftstoff direkt in den Brennraum 2 eingespritzt bzw. eingeblasen wird. In der Düse 6 sind hierzu mehrere Einspritz- bzw. Einblasöffnungen 7 ausgebildet, die ringförmig und in gleichem Winkelabstand zueinander, vorliegend 90°, angeordnet sind. Auf diese Weise werden kreuzförmig angeordnete Strahlachsen 3 ausgebildet. Den Einspritz- bzw. Einblasöffnungen 7 ist jeweils eine Öffnung 4 einer Vorrichtung 5 zur Erhitzung und Entflammung des Kraftstoffs zugeordnet, welche die Düse 6 unter Ausbildung eines Ringraums 9 ringförmig umgibt. Die Öffnungen 4 der Vorrichtung 5 zur Erhitzung und Entflammung des Kraftstoffs kommen somit in einem radialen Abstand zur Düse 6 und zwar jeweils koaxial in Bezug auf die Strahlachsen 3 zu liegen. Dadurch ist sichergestellt, dass über die Einspritz- bzw. Einblasöffnungen 7 abgegebener Kraftstoff durch die Öffnungen 4 hindurch in den Brennraum 2 eingespritzt bzw. eingeblasen wird. Beim Durchtreten des Ringraums 9 wird Verbrennungsluft aufgenommen, so dass ein Kraftstoff-Luft-Gemisch entsteht, das leicht entflammbar ist.
  • Die Entflammung des Kraftstoffs wird mittels der Vorrichtung 5 zur Erhitzung und Entflammung des Kraftstoffs bewirkt. Die Vorrichtung 5 ist hierzu beheizbar, vorzugsweise elektrisch beheizbar. Beim Starten des Verbrennungsmotors wird die Vorrichtung 5 mittels eines elektrischen Heizstroms oder einer elektrischen Heizspannung zum Glühen gebracht, so dass durch die Öffnungen 4 hindurchtretende Kraftstoffstrahlen über ihren Umfang gleichmäßig erhitzt werden und sich entflammen. Da im Betrieb des Verbrennungsmotors die Vorrichtung 5 durch die Verbrennung zusätzlich mit Wärmeenergie versorgt wird, ist vorzugsweise der elektrische Heizstrom bzw. die elektrische Heizspannung mittels eines Steuergeräts (nicht dargestellt) steuerbar, vorzugsweise regelbar.
  • Die zur elektrischen Beheizung erforderliche Stromzuführung kann über einen Kontakt- und/oder Befestigungsbereich der Vorrichtung 5 mit der Einspritz- oder Einblasvorrichtung 1 realisiert werden. Beispielsweise kann der Stromfluss von der Einspritz- oder Einblasvorrichtung 1 über einen Befestigungsbereich in die Vorrichtung 5 erfolgen. Dort verteilt er sich auf je einen Halbbogen und verlässt die Vorrichtung 5 über einen anderen Befestigungsbereich. Andere Stromaufteilungen sind ebenfalls vorstellbar.
  • Sofern die Öffnungen 4 der Vorrichtung 5 zur Erhitzung und Entflammung des Kraftstoffs zugleich der Formung der Kraftstoffstrahlen dienen sollen, können die Öffnungen 4 eine Innenkontur 8 aufweisen, wie sie beispielhaft in der 3 dargestellt ist. Die Innenkontur 8 weist eingangsseitig einen Abschnitt 8.1 auf, der sich trichterförmig verjüngt, um den Kraftstoffstrahl in die Öffnung 4 zu leiten. Hieran schließt sich ein Abschnitt 8.3 an, der sich stetig erweitert und ausgangsseitig in einen Abschnitt 8.2 übergeht, der sich düsenartig erweitert.
  • Den 4 und 5 ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu entnehmen. Diese unterscheidet sich von der der 1 und 2 lediglich durch die Ausgestaltung der Vorrichtung 5 zur Erhitzung und Entflammung des Kraftstoffs. Die Öffnungen 4 werden hier durch Hülsen 10, 11 gebildet, wobei jeweils zwei Hülsen 10, 11 ineinander liegend angeordnet sind. Die innere Hülse 10 ist elektrisch beheizbar, die äußere Hülse dient der Wärmedämmung, so dass die Wärme vorrangig nach innen abgegeben wird. Zur Beheizung der inneren Hülse 10 kann diese aus einem elektrisch leitenden Widerstandsmaterial gefertigt sein. Werden - wie in den 4 und 5 dargestellt - stirnseitig Stromverteilungsringe 16 angeordnet, kann über einen solchen Stromverteilungsring 16 die erforderliche elektrische Kontaktierung hergestellt werden. Ausgehend von den Stromverteilungsringen 16 fließt der Strom axial durch die Hülse 10 und erzeugt die notwendige Wärme. Die äußere Hülse 11 besteht vorzugsweise aus einem elektrisch isolierenden und wärmedämmenden Material, so dass der Wärmeverlust über die äußere Hülse 11 möglichst gering ist. Ergänzend kann eine weitere, insbesondere metallische Hülse (nicht dargestellt) zum Schutz der äußeren Hülse 11 vorgesehen sein, wobei dann die weitere Hülse die „äußere“ Hülse 11 umgibt.
  • Die Hülsen 10, 11 formen hülsenförmige Verbundkörper aus, wobei jeweils ein solcher Verbundkörper einer Einspritz- bzw. Einblasöffnung 7 zugeordnet ist. Die Anordnung erfolgt auch hier koaxial in Bezug auf die Strahlachsen 3. Zur Verbindung mit der Düse 6 sind die Verbundkörper auf einem ringförmigen Grundkörper 14 der Vorrichtung 5 angeordnet und mit diesem in einem Verbindungsbereich 17 fest verbunden. Die Verbindung kann beispielsweise über eine Verschweißung bewirkt werden. Ergänzend kann - wie in der 7 dargestellt - die innere Hülse 10 eines Verbundkörpers über ein Kontaktelement 15 mit dem ringförmigen Grundkörper 14 der Vorrichtung 5 verbunden sein, um die elektrische Kontaktierung der inneren Hülse 10 und/oder des außen liegenden Stromverteilungsrings 16 mit dem ringförmigen Grundkörper 14 herzustellen. Zur elektrischen Kontaktierung der inneren Hülse 10 und/oder des innen liegenden Stromverteilungsrings 16 mit der Düse 6 kann ein Verbindungselement 18 vorgesehen sein (siehe 5), das zugleich als Kontaktelement dient.
  • Um eine Formung des Kraftstoffstrahls zu bewirken, kann - wie beispielhaft in der 6 dargestellt - die innere Hülse 10 eine von einer Zylinderform abweichende Innenkontur 8 aufweisen. Analog der in der 3 dargestellten Öffnung weist die Innenkontur 8 eingangsseitig einen Abschnitt 8.1 auf, der sich trichterförmig verjüngt, um den Kraftstoffstrahl in die Öffnung 4 zu leiten. Hieran schließt sich wiederum ein Abschnitt 8.3 an, der sich stetig erweitert und ausgangsseitig in einen Abschnitt 8.2 übergeht, der sich düsenartig erweitert. Auf diese Weise wird eine optimale Formung des einzubringenden Kraftstoffstrahls erreicht.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Betreiben eines monovalenten Verbrennungsmotors mit Diffusionsverbrennung nach dem Dieselprinzip, bei dem ein nicht selbstzündender oder schwer zündbarer Kraftstoff mittels einer Einspritz- oder Einblasvorrichtung (1) direkt in einen Brennraum (2) eingespritzt bzw. eingeblasen wird, dadurch gekennzeichnet, dass beim Einspritzen bzw. Einblasen des Kraftstoffs mindestens ein Kraftstoffstrahl geformt wird, der durch eine Öffnung (4) einer Vorrichtung (5) zur Erhitzung und Entflammung des Kraftstoffs geführt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoffstrahl durch eine Einspritz- bzw. Einblasöffnung (6) der Einspritz- bzw. Einblasvorrichtung (1) und/oder durch die Öffnung (4) der Vorrichtung (5) zur Erhitzung und Entflammung des Kraftstoffs geformt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (5) zur Erhitzung und Entflammung des Kraftstoffs elektrisch beheizt wird, wobei vorzugsweise der Heizstrom oder die Heizspannung unter Zuhilfenahme eines Steuergeräts bedarfsgerecht gesteuert oder geregelt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zeitlich vor dem Einspritzen oder Einblasen einer Haupt-Kraftstoffmenge eine Pilot-Kraftstoffmenge eingespritzt oder eingeblasen wird, wobei mindestens ein Kraftstoffstrahl geformt wird, der durch eine Öffnung (4) der Vorrichtung (5) zur Erhitzung und Entflammung des Kraftstoffs geführt wird, so dass die anschließend eingespritzte oder eingeblasene Haupt-Kraftstoffmenge durch eine bereits brennende Kraftstoff-Luft-Gemischwolke oder eine Abgaswolke entflammt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein gasförmiger Kraftstoff, insbesondere Erdgas, als nicht selbstzündender oder schwer zündbarer Kraftstoff verwendet wird.
  6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend eine Einspritz- oder Einblasvorrichtung (1) mit einer Düse (6), in der mindestens eine Einspritz- bzw. Einblasöffnung (7) ausgebildet ist, ferner umfassend eine Vorrichtung (5) zur Erhitzung und Entflammung des Kraftstoffs mit mindestens einer Öffnung (4), die im Wesentlichen koaxial in Bezug auf eine Strahlachse (3) der Einspritz- bzw. Einblasöffnung (7) angeordnet ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Öffnung (4) der Vorrichtung (5) zur Erhitzung und Entflammung des Kraftstoffs eine den Kraftstoffstrahl formende Innenkontur (8) besitzt, die vorzugsweise eingangsseitig einen sich trichterförmig verjüngenden Abschnitt (8.1), ausgangsseitig einen sich düsenförmig erweiternden Abschnitt (8.2) und dazwischen einen sich in Einspritz- bzw. Einblasrichtung stetig erweiternden Abschnitt (8.3) umfasst.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (5) zur Erhitzung und Entflammung des Kraftstoffs zumindest abschnittsweise ring- oder hülsenförmig ausgebildet ist und die Düse (6) der Einspritz- bzw. Einblasvorrichtung (1) umgibt, wobei vorzugsweise ein Ringraum (9) zwischen der Düse (6) und der Vorrichtung (5) ausgebildet wird.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Öffnung (4) der Vorrichtung (5) zur Erhitzung und Entflammung des Kraftstoffs durch mindestens eine Hülse (10, 11) gebildet wird, die vorzugsweise in einem radialen Abstand in Bezug auf eine Einspritz- oder Einblasöffnung (7) angeordnet ist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die die Öffnung (4) der Vorrichtung (5) zur Erhitzung und Entflammung des Kraftstoffs eine beheizbare innenliegende Hülse (10) und/oder eine isolierende außenliegende Hülse (11) umfasst.
DE102017201591.8A 2017-02-01 2017-02-01 Verfahren zum Betreiben eines monovalenten Verbrennungsmotors mit Diffusionsverbrennung nach dem Dieselprinzip sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Withdrawn DE102017201591A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017201591.8A DE102017201591A1 (de) 2017-02-01 2017-02-01 Verfahren zum Betreiben eines monovalenten Verbrennungsmotors mit Diffusionsverbrennung nach dem Dieselprinzip sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
PCT/EP2018/051617 WO2018141590A1 (de) 2017-02-01 2018-01-24 Verfahren zum betreiben eines monovalenten verbrennungsmotors mit diffusionsverbrennung nach dem dieselprinzip sowie vorrichtung zur durchführung des verfahrens

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017201591.8A DE102017201591A1 (de) 2017-02-01 2017-02-01 Verfahren zum Betreiben eines monovalenten Verbrennungsmotors mit Diffusionsverbrennung nach dem Dieselprinzip sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102017201591A1 true DE102017201591A1 (de) 2018-08-02

Family

ID=61027734

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102017201591.8A Withdrawn DE102017201591A1 (de) 2017-02-01 2017-02-01 Verfahren zum Betreiben eines monovalenten Verbrennungsmotors mit Diffusionsverbrennung nach dem Dieselprinzip sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102017201591A1 (de)
WO (1) WO2018141590A1 (de)

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3307109A1 (de) * 1982-08-14 1984-03-15 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart Einrichtung zum einspritzen von kraftstoff in brennraeume von insbesondere selbstzuendenen brennkraftmaschinen
DE4224344A1 (de) * 1992-07-23 1994-01-27 Bayerische Motoren Werke Ag Mit einer Glühvorrichtung kombinierte Einspritzdüse für luftverdichtende Einspritzbrennkraftmaschinen
DE10052336B4 (de) * 2000-10-22 2004-04-22 Westport Germany Gmbh Brennkraftmaschine mit Einblasung von gasförmigem Kraftstoff
CA2406297A1 (en) * 2002-10-02 2004-04-02 Westport Research Inc. Glow ring ignition assist for internal combusion engine
CA2767247C (en) * 2012-02-07 2014-03-25 Westport Power Inc. Apparatus and method for igniting a gaseous fuel in a direct injection internal combustion engine

Also Published As

Publication number Publication date
WO2018141590A1 (de) 2018-08-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0102507A2 (de) Einrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in Brennräume von selbstzündenden Brennkraftmaschinen
EP1492953A1 (de) Brennstoffeinspritzventil-zündkerze-kombination
DE112015000466B4 (de) Zünder und verfahren zur erzeugung einer plasmaentladungsstrahlung
DE3731211A1 (de) Kraftstoffeinspritzventil
DE1476951B2 (de) Kraftstoffeinspritz- und zuendvorrichtung fuer brennkraftmaschinen mit direkter einspritzung
DE3841269A1 (de) Brennstoffduese mit katalytischem glueheinsatz
DE102018128712A1 (de) Vorkammerzündeinrichtung für verbrennungsmotoren und verfahren
AT517703B1 (de) Zündkerze und Gasmotor mit Zündkerze
EP3406009A1 (de) Zündkerze und ein verfahren zur herstellung einer zündkerze
DE102016014645A1 (de) Verbrennungsmotor
EP3636916A1 (de) Zündsystem mit einem durch ein hf-plasma vergrösserten zündfunken einer zündkerze mit einer vorkammer sowie ein zugehöriges verfahren
DE10340043B4 (de) Zündkerze
WO2018141589A1 (de) Verfahren zum betreiben eines monovalenten verbrennungsmotors mit diffusionsverbrennung nach dem dieselprinzip sowie vorrichtung zur durchführung des verfahrens
EP0148837B1 (de) Einrichtung zum einspritzen von kraftstoff in eine sekundäre strömung von verbrennungsluft einer brennkammer
DE102017201591A1 (de) Verfahren zum Betreiben eines monovalenten Verbrennungsmotors mit Diffusionsverbrennung nach dem Dieselprinzip sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
WO2019072457A1 (de) Gas- und flüssigkraftstoffeinspritzung mit einem zweistoffeinspritzventil
DE3206708A1 (de) Zuendkerze mit einer zuendkammer
WO2019214997A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur aufbereitung eines kraftstoff-luft-gemisches
DE102009046092A1 (de) Stufenkerze
DE102014214174B4 (de) Zündanordnung für eine Brennkraftmaschine, Brennkraftmaschine und Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
DE112004000748B4 (de) Brennkraftmaschine
DE3833803A1 (de) Einrichtung zum einspritzen von kraftstoff in den brennraum einer brennkraftmaschine
DE102006012608B4 (de) Vorrichtung zum Einbringen von Kraftstoff für eine Kraftmaschine
DE102016225447B4 (de) Brennkraftmaschine und Verfahren zum Betreiben einer solchen Brennkraftmaschine
DE102016120190A1 (de) Verbrennungskraftmaschine und Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine

Legal Events

Date Code Title Description
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee