DE102018201756A1 - Otto-Brennkraftmaschine mit Harnstoffeinbringvorrichtung und Verfahren zum Betrieb einer solchen Brennkraftmaschine - Google Patents

Otto-Brennkraftmaschine mit Harnstoffeinbringvorrichtung und Verfahren zum Betrieb einer solchen Brennkraftmaschine Download PDF

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Abstract

Otto-Brennkraftmaschine (1) mit einem Lufteinlasstrakt (3) zum Zuführen von Frischluft (11) zu wenigstens einer Brennkammer (2) dieser Otto-Brennkraftmaschine (1) und mit einem Abgastrakt (4) zum Abführen von Abgasen aus dieser wenigstens einen Brennkammer (2) und mit einer Harnstoffeinbringvorrichtung mit einer Harnstoffeinspritzdüse (7) zum Einbringen einer wässrigen Harnstofflösung (16) in die Brennkammer (2),dadurch gekennzeichnet, dassdie Harnstoffeinspritzdüse (7) in der Brennkammer (2) oder stromaufwärts zur Brennkammer (2), bezogen auf eine Luftströmung (10) vom Lufteinlasstrakt (3) in diese Brennkammer (2), angeordnet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, welche nach dem Ottoprinzip betreibbar ist (Otto-Brennkraftmaschine), mit einer Vorrichtung zum Einbringen einer wässrigen Harnstofflösung in wenigstens einen Brennraum dieser Brennkraftmaschine. Eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs ist aus der DE 10 2013 108 868 A1 bekannt.
  • Aus dem Stand der Technik ist es bekannt bei Brennkraftmaschinen, welche nach dem Dieselprinzip arbeiten, eine wässrige Harnstofflösung in das Abgas zur Reduzierung des Schadstoffausstoßes Einzubringen. Eine solche wässrige Harnstofflösung ist an Tankstellen und im Fachhandel unter dem Handelsnamen Adblue bekannt und erhältlich. Weiter ist es bekannt, bei Brennkraftmaschinen, welche nach dem Ottoprinzip arbeiten, insbesondere zur Leistungssteigerung Wasser in den Brennraum einzubringen, sogenannte Wassereinspritzung. Zur Wassereinspritzung findet entkalktes, reines Wasser Verwendung. Wird die Wassereinspritzung mit nicht dafür vorgesehenem Wasser betrieben, insbesondere mit Leitungswasser, so kann die Brennkraftmaschine Schaden nehmen ausfallen oder nur noch mit verringerter Leistung betrieben werden.
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine Otto-Brennkraftmaschine mit verbesserter Betriebssicherheit anzugeben. Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß dem ersten Patentanspruch sowie durch ein Vorrichtung, welche mit dem Verfahren nach Patentanspruch 2 betrieben wird gelöst.
  • Im Sinne der Erfindung ist unter einer Otto-Brennkraftmaschine eine Brennkraftmaschine in Hubkolbenbauweise zum Bereitstellen von Antriebsleistung zum Überwinden von Fahrwiderständen in einem bodengebundenen Kraftfahrzeug, insbesondere einem Personenkraftwagen, zu verstehen. Vorzugsweise ist unter einer Otto-Brennkraftmaschine ein sogenannter Benzin- oder Ottomotor zur Verwendung in einem Personenkraftwagen zu verstehen. Derartige Brennkraftmaschinen sind aus dem Stand der Technik bekannt und weisen zum Verbrennen von Kraftstoff eine sogenannte Brennkammer auf.
  • Vorzugsweise weist die Otto-Brennkraftmaschine eine Vielzahl derartiger Brennkammern, insbesondere sogenannter Zylinder, auf. In dieser wenigstens einen Brennkammer der Otto-Brennkraftmaschine wird der Kraftstoff unter Zuführung von Frischluft aus der Umgebung verbrannt. Zum Zuführen der Frischluft aus der die Otto-Brennkraftmaschine umgebenden Umwelt in die wenigstens eine Brennkammer weist die Otto-Brennkraftmaschine einen sogenannten Lufteinlasstrakt auf.
  • Im Sinne der Erfindung ist unter dem Lufteinlasstrakt die Vorrichtung zum Zuführen von Frischluft aus der Otto-Brennkraftmaschine umgebenden Umwelt in die Brennkammer zu verstehen. Vorzugsweise ergibt sich im Betrieb der Brennkraftmaschine eine Luftströmung durch diesen Lufteinlasstrakt hin zu der wenigstens einen Brennkammer, so dass die Brennkammer bezogen auf diese Luftströmung der Frischluft aus der Umgebung stromabwärts zu diesem Lufteinlasstrakt angeordnet ist.
  • Weiter weist die Otto-Brennkraftmaschine einen Abgastrakt auf, welcher zum Abführen von Abgasen aus der Brennkammer in die die Otto-Brennkraftmaschine umgebende Umwelt eingerichtet ist. Insbesondere beim Verbrennen des Kraftstoffs in der Brennkammer, entsteht aus dem Kraftstoff und der in die Brennkammer zugeführten Frischluft dieses Abgas, welches durch den Abgastrakt aus der Brennkammer in die die Brennkraftmaschine umgebende Umwelt abführbar ist.
  • Weiter weist die Otto-Brennkraftmaschine eine sogenannte Harnstoffeinbringvorrichtung auf. Im Sinne der Erfindung ist unter dieser Harnstoffeinbringvorrichtung eine Vorrichtung zum Einbringen einer wässrigen Harnstofflösung zu verstehen. Im Sinne der Erfindung ist unter einer wässrigen Harnstofflösung eine Flüssigkeit, insbesondere eine Flüssigkeit wie diese unter dem Handelsnamen Adblue bekannt ist, zu verstehen. Vorzugsweise ist die wässrige Harnstofflösung eine Flüssigkeit, welche wenigstens im Wesentlichen als Bestandteile 32,5 % Harnstoff und 67,5 % demineralisiertes Wasser aufweist oder vorzugsweise aus diesen Bestandteilen besteht.
  • Zum Einbringen dieser wässrigen Harnstofflösung, insbesondere in die der Brennkammer zugeführte bzw. die der Brennkammer zu zuführende Frischluft, weist die Harnstoffeinbringvorrichtung wenigstens eine Harnstoffeinspritzdüse auf. Insbesondere ist unter einer solchen Harnstoffeinspritzdüse im Sinne der Erfindung eine Einrichtung zu verstehen, die dazu vorgesehen ist, die wässrige Harnstofflösung aus der Harnstoffeinbringvorrichtung planmäßig in die Frischluft abzugeben.
  • Vorzugsweise ist die Harnstoffeinspritzdüse unmittelbar in der wenigstens einen Brennkammer der Otto-Brennkraftmaschine angeordnet oder weiter vorzugsweise ist in einer Vielzahl von Brennkammern der Otto-Brennkraftmaschine oder besonders bevorzugt ist in allen Brennkammern der Otto-Brennkraftmaschine jeweils mindestens eine Harnstoffeinspritzdüse angeordnet. Weiter vorzugsweise ist die Harnstoffeinspritzdüse oder eine Vielzahl von Harnstoffeinspritzdüsen bezogen auf die Strömungsrichtung der Frischluft aus der die Otto-Brennkraftmaschine umgebenden Umwelt in die wenigstens eine Brennkammer stromaufwärts zu der Brennkammer angeordnet.
  • Insbesondere mittels einer derartigen Anordnung der Harnstoffeinspritzdüse ist es ermöglicht, der Frischluft, vorzugsweise sämtlicher in die Brennkammer strömender Frischluft, die wässrige Harnstofflösung zuzuführen und insbesondere dadurch ist es erreichbar, die gesamte Verdunstungsenthalpie der wässrigen Harnstofflösung gleichmäßig auszunützen. Insbesondere durch die Ausnutzung der vollständigen Verdunstungsenthalpie der wässrigen Harnstofflösung ist eine besonders gute Kühlung der Frischluft erreichbar und dadurch ist die Otto-Brennkraftmaschine besonders betriebssicher betreibbar.
  • Weiter ist ein Verfahren zum Betrieb der zuvor genannten Otto-Brennkraftmaschine vorgesehen. Die Otto-Brennkraftmaschine ist insbesondere als Viertaktmotor ausgebildet und beim Betrieb dieser sind ein Ansaug-, ein Verdichtungs-, ein Arbeits- und ein Ausstoßtakt vorhanden. Derartige Viertaktmotoren sind aus dem Stand der Technik bekannt. Die zuvor genannten 4 Takte laufen zur Verbrennung von Kraftstoff mit Frischluft in der genannten Reihenfolge während des Betriebs der Otto-Brennkraftmaschine immer wieder ab.
  • Vorzugsweise weist die Otto-Brennkraftmaschine zum gesteuerten zuführen der Frischluft in die Brennkammer und zum gesteuerten Abführen des Abgases aus der Brennkammer sogenannte Steuerventile, insbesondere wenigstens ein sogenanntes Einlass- bzw. wenigstens ein sogenanntes Auslassventil auf. Insbesondere während des Ansaugtakts ist das wenigstens eine Einlassventil geöffnet und das wenigstens eine Auslassventil ist geschlossen. Dabei kann es zum Beginn bzw. zum Ende des Ansaugtakts dazu kommen, dass sowohl das wenigstens eine Einlass- und das wenigstens eine Auslassventil geöffnet gleichzeitig geöffnet sind, dieses Phänomen ist als sogenannte Ventilüberschneidung bekannt.
  • Vorzugsweise ist die Erfindung darauf gerichtet, dass bei geöffneten Einlassventil und weiter vorzugsweise bei geschlossenem Auslassventil wässrige Harnstofflösung mittels der Harnstoffeinspritzdüse in den Lufteinlasstrakt bzw. unmittelbar in die Brennkammer eingebracht wird. Insbesondere mittels eines derartigen Verfahrens kann eine gute Durchmischung der Frischluft mit der wässrigen Harnstofflösung erreicht werden und so ist ein besonders betriebssicherer Betrieb der Otto-Brennkraftmaschine erreichbar.
  • Nachfolgend ist die Erfindung anhand einer, wenigstens teilweise schematisierten, Figur näher erläutert, dabei zeigt:
    • 1: einen Querschnitt durch eine Otto-Brennkraftmaschine.
  • Die Otto-Brennkraftmaschine 1 weist eine Brennkammer 2 auf. In der Brennkammer 2 wird Kraftstoff gemeinsam mit Frischluft verbrannt, dabei entsteht Abgas. Die Frischluft strömt durch den Einlasstrakt 3 in Richtung 10 in die Brennkammer 2 und verlässt diese durch den Auslasstrakt 4.
  • In einer nicht dargestellten Alternative ist die Harnstoffeinspritzdüse unmittelbar in der Brennkammer angeordnet, damit ist die Harnstoffeinspritzdüse in jedem Fall unmittelbar in der Brennkammer oder, bezogen auf die Strömung der Frischluft 10 im Einlasstrakt stromaufwärts zur Brennkammer angeordnet.
  • Zur Steuerung dieser Strömungen (Frischluft, Abgas), sogenannter Ladungswechsel, weist die Otto-Brennkraftmaschine 1 wenigstens ein Einlassventil 5 und wenigstens ein Auslassventil 6 pro Brennkammer 2 auf.
  • Das Einlassventil 5 ist in geöffnetem Zustand und das Auslassventil 6 in geschlossenem Zustand dargestellt, der Kolben 15 bewegt sich in Richtung 12 und es wird Frischluft 11 über das Einlassventil 5 in die Brennkammer 2 eingesaugt. Der Kolben 15 ist über das Pleuel 8 mit der Kurbelwelle 9 gekoppelt und die Kurbelwelle 9 dreht sich in Drehrichtung 13 um die Rotationsachse 14. Über die Harnstoffeinspritzdüse 7 wird von der Harnstoffeinbringvorrichtung wässrige Harnstofflösung 16 in die Frischluft eingebracht.
  • Im Falle einer Otto-Brennkraftmaschine mit Aufladung, insbesondere mit Turboaufladung, wird bei der dargestellten Anordnung der Harnstoffeinspritzdüse 7 im Einlasstrakt 3 die in die Brennkammer eingebracht Frischluft bereits im Einlasstrakt 3 durch die Verdunstung der wässrigen Harnstofflösung gekühlt.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Otto-Brennkraftmaschine
    2
    Brennkammer
    3
    Einlasstrakt
    4
    Auslasstrakt
    5
    Einlassventil
    6
    Auslassventil
    7
    Harnstoffeinspritzdüse
    8
    Pleuel
    9
    Kurbelwelle
    10
    Strömung der Frischluft im Einlasstrakt zur Brennkammer
    11
    in die Brennkammer eingesaugte Frischluft in Ansaugtakt
    12
    Bewegungsrichtung des Kolbens im Ansaugtakt
    13
    Rotationsrichtung der Kurbelwelle
    14
    Rotationsachse der Kurbelwelle
    15
    Kolben
    16
    Wässrige Harnstofflösung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102013108868 A1 [0001]

Claims (2)

  1. Otto-Brennkraftmaschine (1) mit einem Lufteinlasstrakt (3) zum Zuführen von Frischluft (11) zu wenigstens einer Brennkammer (2) dieser Otto-Brennkraftmaschine (1) und mit einem Abgastrakt (4) zum Abführen von Abgasen aus dieser wenigstens einen Brennkammer (2) und mit einer Harnstoffeinbringvorrichtung mit einer Harnstoffeinspritzdüse (7) zum Einbringen einer wässrigen Harnstofflösung (16) in die Brennkammer (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Harnstoffeinspritzdüse (7) in der Brennkammer (2) oder stromaufwärts zur Brennkammer (2), bezogen auf eine Luftströmung (10) vom Lufteinlasstrakt (3) in diese Brennkammer (2), angeordnet ist.
  2. Verfahren zum Betrieb einer Otto-Brennkraftmaschine (1) nach Patentanspruch 1, wobei die Otto-Brennkraftmaschine (1) als Viertaktmotor mit einem Ansaug-, einem Verdichtungs-, einem Arbeits- und einem Ausstoßtakt betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass zu mindestens während des Ansaugtakts eine wässrige Harnstofflösung mittels der Harnstoffeinspritzdüse unmittelbar in den Lufteinlasstrakt oder in die wenigstens eine Brennkammer eingebracht wird.
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