DE102018207999A1 - Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, Kraftfahrzeug sowie Verfahren zum Betreiben einer solchen Verbrennungskraftmaschine - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine (1) für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem Brennraum (3), und mit einem dem Brennraum (3) zugeordneten Einspritzventil (14), mittels welchem ein Dieselkraftstoff direkt in den Brennraum (3) einspritzbar ist, umfassend:- wenigstens einen ersten Tank (15) zum Aufnehmen des Dieselkraftstoffes, wobei das Einspritzventil (14) mit dem in dem ersten Tank (15) aufgenommenen Dieselkraftstoff versorgbar ist;- wenigstens einen zweiten Tank (16) zum Aufnehmen eines Ottokraftstoffes, wobei das Einspritzventil (14) mit dem in dem zweiten Tank (16) aufgenommenen Ottokraftstoff versorgbar ist; und- zumindest einen Mischbereich (17), in welchem unter Bildung eines Dieselkraftstoff aus dem ersten Tank (15) und Ottokraftstoff aus dem zweiten Tank (16) aufweisenden Gemisches Dieselkraftstoff aus dem ersten Tank (15) mit Ottokraftstoff aus dem zweiten Tank (16) zu mischen ist, wobei mittels des Einspritzventils (14) das Gemisch direkt in den Brennraum (3) einspritzbar ist.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Verbrennungskraftmaschine sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 10.
• Eine solche Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Verbrennungskraftmaschine sind beispielsweise bereits aus der DE 10 2016 118 591 A1 bekannt. Die Verbrennungskraftmaschine weist wenigstens einen beispielsweise als Zylinder ausgebildeten Brennraum und ein dem Brennraum zugeordnetes Einspritzventil auf, mittels welchem ein Dieselkraftstoff direkt in den Brennraum einspritzbar ist.
• Des Weiteren offenbart die DE 10 2016 000 761 A1 ein Emulgiersystem für einen Verbrennungsmotor, mit einer Emulgiervorrichtung zur Herstellung einer Wasser-Kraftstoff-Emulsion und mit einem Injektor zum Einspritzen der Wasser-KraftstoffEmulsion in einen Brennraum. Dabei ist die Emulgiervorrichtung in den Injektor integriert.
• Außerdem ist aus der WO 2005/012466 A1 eine bikontinuierliche einphasige Mikroemulsion bekannt, bestehend mindestens aus einer wässrigen Komponente, einer hydrophoben Komponente und einer amphiphilen Komponente.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verbrennungskraftmaschine, ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zu schaffen, sodass ein besonders vorteilhafter Betrieb realisierbar ist.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
• Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen beispielsweise als Personenkraftwagen ausgebildeten Kraftwagen. Die Verbrennungskraftmaschine weist wenigstens einen beispielsweise als Zylinder ausgebildeten Brennraum und ein dem Brennraum zugeordnetes Einspritzventil auf, mittels welchem ein Dieselkraftstoff direkt in den Brennraum einspritzbar ist beziehungsweise eingespritzt wird. Der Dieselkraftstoff wird auch als Diesel oder Dieselöl bezeichnet und erfüllt insbesondere die Anforderungen der DIN EN 590. Der Dieselkraftstoff im Rahmen der Erfindung ist somit ein Dieselkraftstoff nach DIN EN 590.Ferner ist im Rahmen der Erfindung unter dem Dieselkraftstoff auch sogenannter Biodiesel zu verstehen, insbesondere ein solcher, der zumindest die Anforderungen der Norm EN 14214 erfüllt.
• Um nun einen besonders vorteilhaften und insbesondere effizienten und somit kraftstoffverbrauchs- sowie emissionsarmen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine realisieren zu können, weist die Verbrennungskraftmaschine erfindungsgemäß wenigstens einen ersten Tank zum Aufnehmen des Dieselkraftstoffes auf. Dabei ist das Einspritzventil mit dem in dem ersten Tank aufgenommenen beziehungsweise aufnehmbaren Dieselkraftstoff versorgbar. Mit anderen Worten kann das Einspritzventil mit Dieselkraftstoff versorgt werden, welcher in dem ersten Tank aufgenommen ist.
• Des Weiteren weist die Verbrennungskraftmaschine erfindungsgemäß wenigstens einen zweiten Tank zum Aufnehmen eines Ottokraftstoffes auf. Der Ottokraftstoff wird auch als Benzin oder Motorbenzin bezeichnet und ist vorzugsweise ein Motorbenzin nach DIN EN 228. Dabei ist das Einspritzventil mit dem in dem zweiten Tank aufgenommenen beziehungsweise aufnehmbaren Ottokraftstoff versorgbar, sodass das Einspritzventil mit Ottokraftstoff versorgt werden kann, der in dem zweiten Tank aufgenommen beziehungsweise aufnehmbar ist.
• Außerdem weist die erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine zumindest einen Mischbereich auf, in welchem unter Bildung eines Dieselkraftstoff aus dem ersten Tank und Ottokraftstoff aus dem zweiten Tank aufweisenden Gemisches Dieselkraftstoff aus dem ersten Tank mit Ottokraftstoff aus dem zweiten Tank zu mischen ist beziehungsweise gemischt wird. Dabei ist das auch als Kraftstoffgemisch bezeichnete Gemisch mittels des Einspritzventils direkt in den Brennraum einspritzbar. Die Verbrennungskraftmaschine kann in ihrem befeuerten Betrieb mit dem Gemisch aus dem Dieselkraftstoff aus dem ersten Tank und dem Ottokraftstoff aus dem zweiten Tank betrieben werden, wobei es jedoch erfindungsgemäß nicht oder nicht nur vorgesehen ist, den Ottokraftstoff und den Dieselkraftstoff getrennt beziehungsweise separat voneinander in den Brennraum einzubringen, sodass sich der Dieselkraftstoff mit dem Ottokraftstoff erst innerhalb des Brennraums vermischt, sondern erfindungsgemäß ist es vorgesehen, in wenigstens einem Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine das beschriebene Kraftstoffgemisch außerhalb des Brennraums zu bilden, das heißt bevor der Ottokraftstoff und der Dieselkraftstoff aus den Tanks in den Brennraum eingebracht werden, woraufhin das bereits gebildete Kraftstoffgemisch direkt in den Brennraum eingespritzt wird. Mit anderen Worten kann das Kraftstoffgemisch zumindest einen Teil des Einspritzventils durchströmen und wird mittels des Einspritzventils direkt in den Brennraum eingespritzt, sodass der Dieselkraftstoff und der Ottokraftstoff in miteinander gemischtem Zustand direkt in den Brennraum eingespritzt werden. Erfindungsgemäß ist somit eine mischungsbasierte Zweistoff-Direkteinspritzungs-Nasskomponentenarchitektur vorgesehen, um beispielsweise ein, insbesondere kennfeldgesteuertes oder kennfeldgeregeltes, Diesel-Otto-Konzept bei der Verbrennungskraftmaschine umzusetzen. Hierdurch kann die Verbrennungskraftmaschine besonders kraftstoffverbrauchs- und emissionsarm betrieben werden.
• Es ist möglich, dass das Einspritzventil mit dem Kraftstoffgemisch versorgbar ist. Hierbei ist beispielsweise der Mischbereich außerhalb des Einspritzventils angeordnet, sodass das Einspritzventil mit dem in dem Mischbereich gebildeten Gemisch versorgt werden kann. Der Dieselkraftstoff und der Ottokraftstoff aus den Tanks werden zusammenfassend auch als Kraftstoffe bezeichnet. Bezogen auf eine jeweilige Strömungsrichtung des von dem jeweiligen Tank zu dem Mischbereich beziehungsweise zu dem Einspritzventil strömenden Kraftstoffes ist der Mischbereich beispielsweise stromauf des Einspritzventils angeordnet, sodass die Kraftstoffe außerhalb des Einspritzventils und dabei stromauf des Einspritzventils miteinander gemischt werden. Das Gemisch kann dann von dem Mischbereich zu dem und insbesondere in das Einspritzventil strömen und kann dann mittels des Einspritzventils direkt in den Brennraum eingespritzt werden. Ferner ist es denkbar, dass der Mischbereich innerhalb des Einspritzventils angeordnet ist, sodass die Kraftstoffe innerhalb des Einspritzventils miteinander gemischt werden. Hierbei strömen die Kraftstoffe beispielsweise getrennt beziehungsweise separat voneinander zu dem und insbesondere in das Einspritzventil und werden dabei erst in dem Einspritzventil miteinander gemischt. Das Gemisch kann dann beispielsweise von dem Mischbereich zu wenigstens einer Austrittsöffnung des Einspritzventils strömen, sodass das Gemisch zumindest einen Teil des Einspritzventils durchströmen kann. Über die Austrittsöffnung kann das Gemisch mittels des Einspritzventils direkt in den Brennraum eingespritzt werden.
• Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Verbrennungskraftmaschine einen zumindest von Luft durchströmbaren Einlasstrakt aufweist, mittels welchem die den Einlasstrakt durchströmende Luft in den Brennraum zu leiten ist. Die Luft kann in dem Brennraum mit dem in den Brennraum eingespritzten Gemisch ein Kraftstoff-Luft-Gemisch bilden, welches verbrannt wird. Hierzu wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch gezündet, was beispielsweise durch Selbstzündung, aber alternativ durch Fremdzündung, erfolgen kann. Die Verbrennungskraftmaschine weist dabei ferner zumindest einen bezogen auf den Ottokraftstoff und den Dieselkraftstoff ausschließlich mit dem Ottokraftstoff aus dem zweiten Tank versorgbaren Injektor auf, mittels welchem bezogen auf den Ottokraftstoff und den Dieselkraftstoff ausschließlich der Ottokraftstoff an einer stromauf des Brennraums angeordneten Stelle in den Einlasstrakt und dadurch in die den Einlasstrakt durchströmende Luft einspritzbar ist. Beispielsweise kann der Ottokraftstoff mittels des Injektors in ein von Luft durchströmbares Leitungselement des Einlasstrakts eingespritzt werden. Das Leitungselement wird dabei beispielsweise durch einen Zylinderkopf der Verbrennungskraftmaschine gebildet. Dabei ist es denkbar, dass der Brennraum durch ein Motorgehäuse gebildet wird, wobei das Motorgehäuse und der Zylinderkopf als separat voneinander ausgebildete und miteinander verbundene Gehäuseelemente ausgebildet sind. Hierbei ist das Leitungselement beispielsweise ein Einlasskanal, sodass das mittels des Injektors bewirkte oder bewirkbare Einspritzen des Ottokraftstoffs auch als Kanaleinspritzung bezeichnet wird.
• Ferner ist es denkbar, dass das Leitungselement durch ein auch als Saugrohr bezeichnetes Ansaugmodul gebildet wird, welches beispielsweise separat von dem Zylinderkopf ausgebildet und mit dem Zylinderkopf verbunden ist. Dabei ist beispielsweise das Leitungselement fluidisch mit dem Einlasskanal verbunden. Beispielsweise ist das Ansaugmodul aus einem Kunststoff gebildet. Da das Ansaugmodul auch als Saugrohr bezeichnet wird, wird die mittels des Injektors bewirkbare beziehungsweise bewirkte Einspritzung des Ottokraftstoffs auch als Saugrohreinspritzung bezeichnet. Da das Gemisch mittels des Einspritzventils direkt in den Brennraum eingespritzt werden kann, wird das mittels des Einspritzventils bewirkte beziehungsweise bewirkbare Einspritzen des Gemisches auch als Direkteinspritzung, DI, DI-Konzept oder DI-Betrieb bezeichnet. Ferner wird die Kanal- beziehungsweise Saugrohreinspritzung auch als MPI, MPI-Betrieb oder MPI-Konzept bezeichnet. Demzufolge wird der Injektor auch als MPI-Injektor bezeichnet, wobei das Einspritzventil beispielsweise auch als DI-Injektor bezeichnet wird. Durch die Verwendung sowohl des DI-Injektors als auch des MPI-Injektors kann ein besonders vorteilhafter Betrieb realisiert werden, da insbesondere dynamisch zwischen unterschiedlichen Betriebsmodi oder Betriebszuständen umgeschaltet werden kann.
• Hierbei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn in zumindest einem Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine innerhalb eines Arbeitsspiels der Verbrennungskraftmaschine das Einspritzventil das Gemisch direkt in den Brennraum einspritzt und der Injektor bezogen auf die Kraftstoffe ausschließlich Ottokraftstoff aus dem zweiten Tank an der Stelle in den Einlasstrakt einspritzt.
• Um einen besonders flexiblen und somit vorteilhaften sowie insbesondere kraftstoffverbrauchs- und emissionsarmen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine realisieren zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Verbrennungskraftmaschine wenigstens einen ersten Betriebszustand aufweist, in welchem das Einspritzventil, insbesondere innerhalb zumindest eines Arbeitsspiels, bezogen auf den Ottokraftstoff und den Dieselkraftstoff ausschließlich Ottokraftstoff aus dem zweiten Tank direkt in den Brennraum einspritzt. Des Weiteren weist die Verbrennungskraftmaschine vorzugsweise wenigstens einen zweiten Betriebszustand auf, in welchem das Einspritzventil, insbesondere innerhalb zumindest eines Arbeitsspiels, bezogen auf den Ottokraftstoff und den Dieselkraftstoff ausschließlich Dieselkraftstoff aus dem ersten Tank direkt in den Brennraum einspritzt. Außerdem weist die Verbrennungskraftmaschine vorzugsweise wenigstens einen dritten Betriebszustand auf, in welchem das Einspritzventil, insbesondere innerhalb zumindest eines Arbeitsspiels, das Gemisch direkt in den Brennraum einspritzt. Mittels des Einspritzventils kann somit wahlweise nur das Benzin aus dem zweiten Tank, nur der Diesel aus dem ersten Tank oder das Gemisch direkt in den Brennraum eingespritzt werden, sodass ein besonders bedarfsgerechter Betrieb darstellbar ist.
• Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Verbrennungskraftmaschine dazu ausgebildet ist, den jeweiligen Betriebszustand in Abhängigkeit von einem aktuellen Ort, an dem sich die Verbrennungskraftmaschine aktuell befindet, einzustellen. Mit anderen Worten kann beispielsweise vorgesehen sein, dass mittels einer Navigationseinrichtung und dabei insbesondere mithilfe eines satellitengestützten Navigationssystems wie beispielsweise GPS (Global Positioning System) der aktuelle Ort des Kraftfahrzeugs und somit der Verbrennungskraftmaschine ermittelt wird. In Abhängigkeit von dem ermittelten Ort wird dann einer der zuvor beschriebenen Betriebszustände ausgewählt und eingestellt, sodass ein besonders flexibler und bedarfsgerechter Betrieb realisiert werden kann. Auf diese Weise sind wenigstens zwei Vorteile miteinander zu verknüpfen: Zum einen kann an Orten wie beispielsweise in dicht besiedelten Ballungszentren ein besonders emissionsarmer Betrieb gewährleistet werden. Zum anderen kann beispielsweise der Verbrauch von höherwertigem und nur in geringerem Mengen verfügbaren Kraftstoff besonders gering gehalten werden, und der hochwertige und beispielsweise als Synthesekraftstoff ausgebildete Kraftstoff kann so schwerpunktmäßig und gezielt in dicht besiedelten und emissionskritischen Ballungsräume zur Emissionsverbesserung genutzt werden.
• Als weiterhin besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn ein gegenüber Null größerer erster Anteil des Ottokraftstoffes an dem Gemisch und ein gegenüber Null größerer zweiter Anteil des Dieselkraftstoffes an dem Gemisch in Abhängigkeit von wenigstens einem Ort, welcher vorzugsweise mittels der Navigationseinrichtung des Kraftfahrzeugs vorzugsweise unter Nutzung eines satellitengestützten Navigationssystems ermittelt wird, eingestellt beziehungsweise variiert wird. Mit anderen Worten, mittels der Navigationseinrichtung werden beispielsweise Daten ermittelt, welche wenigstens einen Ort oder jeweilige Orte charakterisieren, wobei sich das Kraftfahrzeug und somit die Verbrennungskraftmaschine beispielsweise an dem jeweiligen ermittelten Ort aktuell befinden oder zukünftig befinden werden. In Abhängigkeit von dem jeweils ermittelten Ort werden die Anteile und somit das Gemisch eingestellt, wobei die Anteile jeweils größer als Null sind. Somit ist nicht etwa eine digitale oder binäre Umschaltung zwischen den Kraftstoffen vorgesehen, sondern das Gemisch umfasst die jeweiligen, gegenüber Null größeren Anteile, welche in Abhängigkeit von dem jeweiligen Ort variiert werden.
• Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich durch eine Mischeinrichtung aus, welche dazu ausgebildet ist, jeweilige Anteile des Dieselkraftstoffes und des Ottokraftstoffes an dem Gemisch in Abhängigkeit von wenigstens einem Parameter auf jeweilige, insbesondere von 0 unterschiedliche, Werte einzustellen. Mit anderen Worten kann beispielsweise der Anteil des Dieselkraftstoffes an dem Gemisch auf voneinander unterschiedliche, von 0 unterschiedliche und gegenüber 0 größere Werte mittels der Mischeinrichtung eingestellt werden. Ferner kann mittels der Mischeinrichtung der Anteil des Ottokraftstoffes an dem Gemisch auf jeweilige, voneinander unterschiedliche und gegenüber 0 größere beziehungsweise von 0 unterschiedliche Werte eingestellt werden. Hierdurch kann das Verhältnis aus Ottokraftstoff zu Dieselkraftstoff in dem Gemisch bedarfsgerecht eingestellt und beispielsweise an unterschiedliche Situationen angepasst werden, sodass ein besonders kraftstoffverbrauchs- und emissionsarmer Betrieb realisiert werden kann.
• Der Parameter umfasst dabei beispielsweise eine Last und/oder eine Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine. Alternativ oder zusätzlich umfasst der Parameter den aktuellen Ort der Verbrennungskraftmaschine, sodass beispielsweise die jeweiligen Anteile der Kraftstoffe an dem Gemisch in Abhängigkeit von dem aktuellen Ort der Verbrennungskraftmaschine eingestellt werden können.
• Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Verbrennungskraftmaschine in einem Magerbetrieb betreibbar. In dem Magerbetrieb wird die Verbrennungskraftmaschine mit einem überstöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Gemisch und somit mit einem Verbrennungsluftverhältnis (λ) von größer als 1 betrieben, sodass während des Magerbetriebs gilt: λ > 1. Hierdurch kann der Kraftstoffverbrauch besonders gering gehalten werden. Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn das Verbrennungsluftverhältnis in dem Magerbetrieb gleich oder größer zirka 2 beträgt. Mit anderen Worten ist es vorzugsweise vorgesehen, dass während des Magerbetriebs gilt: λ ≥ 2.
• Vorzugsweise wird das Gemisch beziehungsweise werden die Anteile der Kraftstoffe an dem Gemisch in Abhängigkeit von einem jeweiligen, aktuellen und zu einem Kennfeld der Verbrennungskraftmaschine gehörenden Betriebspunkt der Verbrennungskraftmaschine eingestellt, sodass eine kennfeldgesteuerte beziehungsweise kennfeldgeregelte Einstellung der Anteile vorgesehen ist.
• Wird beispielsweise innerhalb eines Arbeitsspiels das Gemisch direkt in den Brennraum und der Ottokraftstoff in den Einlasstrakt eingespritzt, so ist der Anteil des Ottokraftstoffs an dem Gemisch eine erste Teilmenge des Ottokraftstoffes, der innerhalb des Arbeitsspiels in den Brennraum eingebracht wird, und der Ottokraftstoff, der in den Einlasstrakt eingespritzt wird, ist eine zweite Teilmenge des Ottokraftstoffes, der innerhalb des Arbeitsspiels in den Brennraum eingebracht wird. Die Teilmengen ergeben in Summe eine Gesamtmenge des Ottokraftstoffes, welche beispielsweise, insbesondere in Abhängigkeit von dem Kennfeld der Verbrennungskraftmaschine, mittels einer elektronischen Recheneinrichtung der Verbrennungskraftmaschine ermittelt wird. Die ermittelte Gesamtmenge des Ottokraftstoffes wird auf die Teilmengen aufgeteilt, sodass ein besonders kraftstoffverbrauchs- und emissionsarmer Betrieb realisiert werden kann. Außerdem wird beispielsweise eine dritte Teilmenge des Dieselkraftstoffes ermittelt, welche innerhalb des Arbeitsspiels durch Einspritzen des Gemisches in den Brennraum eingebracht, insbesondere direkt eingespritzt wird. Die erste Teilmenge, die zweite Teilmenge und die dritte Teilmenge geben in Summe eine Kraftstoffgesamtmenge, die innerhalb des Arbeitsspiels in den Brennraum eingebracht wird. Die Kraftstoffgesamtmenge wird beispielsweise mittels der Recheneinrichtung berechnet und zunächst auf die Gesamtmenge und die dritte Teilmenge aufgeteilt. Außerdem wird beispielsweise die Gesamtmenge auf die erste Teilmenge und die zweite Teilmenge aufgeteilt.
• Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildetes Kraftfahrzeug, welches eine erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine aufweist und mittels der Verbrennungskraftmaschine antreibbar ist. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
• Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine, für ein Kraftfahrzeug. Die Verbrennungskraftmaschine weist dabei wenigstens einen Brennraum und wenigstens einen dem Brennraum zugeordnetes Einspritzventil auf, mittels welchem ein Dieselkraftstoff direkt in den Brennraum einspritzbar ist.
• Um dabei einen besonders kraftstoffverbrauchs- und emissionsarmen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine zu realisieren, weist die Verbrennungskraftmaschine erfindungsgemäß wenigstens einen ersten Tank auf, in welchem der Dieselkraftstoff aufgenommen ist, wobei das Einspritzventil mit dem in dem ersten Tank aufgenommenen Dieselkraftstoff versorgt wird. Des Weiteren ist erfindungsgemäß wenigstens ein zweiter Tank vorgesehen, in welchem ein Ottokraftstoff aufgenommen ist, wobei das Einspritzventil mit dem in dem zweiten Tank aufgenommenen Ottokraftstoff versorgt wird. Außerdem ist zumindest ein Mischbereich vorgesehen, in welchem unter Bildung eines Dieselkraftstoff aus dem ersten Tank und Ottokraftstoff aus dem zweiten Tank aufweisenden Gemisches Dieselkraftstoff aus dem ersten Tank mit Ottokraftstoff aus dem zweiten Tank gemischt wird, wobei mittels des Einspritzventils das Gemisch direkt in den Brennraum eingespritzt wird. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung und des zweiten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des dritten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
• Durch das Bilden und Einspritzen des Gemisches, wobei das Gemisch beispielsweise situations- und/oder kennfeldabhängig und somit situations- und kennfeldoptimiert gebildet wird, ist erfindungsgemäß ein prinzipielles Systemkonzept zur situations- und kennfeldoptimierten bedarfsgerechten Kraftstoffmischungsbereitstellung realisiert, wobei unter der Kraftstoffmischungsbereitstellung das Bilden des die Kraftstoffe umfassenden Gemisches zu verstehen ist. Dieses Systemkonzept soll im Folgenden am Beispiel eines hochverdichtenden und hochverdünnten Otto-Mager-Konzepts mit Zündstrahlzündung- beziehungsweise Schichteinspritzung mit Fremdzündung exemplarisch erläutert werden. Somit wird beispielsweise das Kraftstoff-Luft-Gemisch innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels der Verbrennungskraftmaschine durch Fremdzündung gezündet. Im Anschluss an die Erläuterung des prinzipiellen Systemkonzepts werden noch andere Anwendungsmöglichkeiten des ein Grundsystem darstellenden Systemkonzepts veranschaulicht.
• Im folgenden Prinzipbeispiel ist ein hochverdichtendes und hochverdünntes Otto-Mager-Konzept mit Zündstrahlzündung beziehungsweise Schichtzündung vorgesehen. Bei dem Beispiel sind sowohl der DI-Injektor als auch der MPI-Injektor vorgesehen, sodass eine Zweistoff-DI-MPI-Nasskomponenten-Architektur realisiert ist. Unter Verwendung dieser Zweistoff-DI-MPI-Nasskomponenten-Architektur, bei welcher zwei Stoffe in Form der Kraftstoffe in den Brennraum einbringbar sind beziehungsweise eingebracht werden, ist ein Zweistoff-System in Form des Gemisches vorgesehen, welches den Ottokraftstoff und den Dieselkraftstoff aus den Tanks aufweist.
• Der DI-Injektor ist beispielsweise ein direkteinspritzender Hochdruckinjektor, da beispielsweise das Gemisch mittels des DI-Injektors mit einem ersten Druck und das Benzin mittels des MPI-Injektors mit einem gegenüber dem ersten Druck geringeren zweiten Druck einspritzbar ist beziehungsweise eingespritzt wird. Dem direkteinspritzenden Hochdruckinjektor werden beispielsweise die zwei Kraftstoffe in variabler Mischungsemulsion beziehungsweise variabler Mischung zugeführt, wobei der direkteinspritzende Hochdruckinjektor hierbei zur gezielten Einspritzung des auch als Diesel-Otto-Kraftstoffgemisches bezeichneten Gemisches, eines reinen Benzinsprays oder eines reinen Dieselsprays, insbesondere je nach Betriebszustand, genutzt wird. Das Gemisch, das reine Benzin beziehungsweise der reine Diesel wird je nach Betriebszustand mittels des Hochdruckinjektors in Form wenigstens eines sogenannten Sprays direkt in den Brennraum eingespritzt, wobei das Spray auch als Strahl bezeichnet wird. Das Spray, welches mittels des DI-Injektors direkt in den Brennraum eingespritzt wird, wird insbesondere als ein Zündstrahl verwendet. Der MPI-Injektor bleibt einer reinen Benzin-Einspritzung insbesondere in beziehungsweise mit einem Niederdruck vorbehalten, sodass der MPI-Injektor beispielsweise ein Niederdruckinjektor ist. Anstelle des MPI-Injektors oder zusätzlich zu dem MPI-Injektor kann wenigstens ein zweiter DI-Injektor zum Einsatz kommen, mittels welchem beispielsweise bezogen auf die Kraftstoffe ausschließlich der Ottokraftstoff aus dem zweiten Tank direkt in den Brennraum eingespritzt werden kann. Da mittels des zweiten DI-Injektors der Ottokraftstoff direkt in den Brennraum eingespritzt werden kann, kann der Ottokraftstoff mittels des zweiten DI-Injektors mit einem besonders hohen Druck beziehungsweise auf einem besonders hohen Druckniveau in den Brennraum eingebracht werden, insbesondere auf einem höheren Druckniveau als mittels des MPI-Injektors.
• Das Einspritzventil wird beispielsweise mittels eines auch als Rail oder Hochdruckrail bezeichneten Kraftstoffverteilungselements mit dem insbesondere den ersten Druck aufweisenden Gemisch beziehungsweise mit dem jeweiligen Kraftstoff versorgt. Kommen sowohl das Einspritzventil als auch der weitere DI-Injektor zum Einsatz, so können das Einspritzventil und der weitere DI-Injektor über jeweilige, separate beziehungsweise einzelne Rails mit dem Gemisch beziehungsweise mit dem Kraftstoff versorgt werden, oder aber das Einspritzventil und der weitere DI-Injektor werden mittels eines gemeinsamen Hochdruckrails mit dem Kraftstoff versorgt, sodass beispielsweise zwei separate Kraftstoffpfade vorgesehen sind. Über einen ersten der separaten Kraftstoffpfade wird beispielsweise das Einspritzventil mit dem Ottokraftstoff versorgt, wobei über einen zweiten der separaten Kraftstoffpfade der weitere DI-Injektor mit dem jeweiligen Kraftstoff, insbesondere ausschließlich mit Benzin, versorgbar ist beziehungsweise versorgt wird. Um beispielsweise mittels des Einspritzventils das Gemisch direkt in den Brennraum einzuspritzen, wird das Einspritzventil über einen weiteren Pfad mit dem Dieselkraftstoff versorgt, sodass beispielsweise unter Bildung des Gemisches der Ottokraftstoff mit dem Dieselkraftstoff in dem Einspritzventil gemischt wird, woraufhin das Gemisch mittels des Einspritzventils direkt in den Brennraum eingespritzt wird. Ferner ist es denkbar, dass dem ersten Kraftstoffpfad der Dieselkraftstoff, insbesondere aus dem dritten Pfad, zugemischt wird, sodass das Gemisch stromauf des Einspritzventil gebildet wird. Das Einspritzventil wird dann mit dem bereits gemischten beziehungsweise gebildeten Gemisch versorgt, welches dann mittels des Einspritzventils direkt in den Brennraum eingespritzt werden kann.
• Eine Grundidee ist nun, durch eine großflächige Selbstentflammung einer nahe des oberen Zündtotpunkts erfolgenden Zündstrahl-Einspritzung des auch als Mischungsspray bezeichneten Gemisches ein homogen mageres, hochverdichtendes Brennverfahren hochklopffest und hinsichtlich der Verbrennungsstabilität volllastrobust zu gestalten. Eine Benzin-Haupteinspritzung erfolgt dabei beispielsweise über die zuvor beschriebene Saugrohr- beziehungsweise Kanaleinspritzung oder über eine separate, idealerweise saugsynchrone zweite Direkteinspritzung, welche ein homogen mageres Kraftstoff-Luft-Grundgemisch im Brennraum bereitstellt. Somit wird ein hochverdichtendes, Hoch-Mager-Brennverfahrens-Konzept auf Basis eines Zündstrahlprinzips umgesetzt, welches auf Basis einer Flammenfrontverbrennung, insbesondere beispielsweise bei Lambda ungefähr gleich 2, arbeitet. Zur höheren Abmagerungsfähigkeit und zur Verbesserung des Wirkungsgrads des Vergleichsprozesses sollte mit einem sehr hohen, gegebenenfalls dieselähnlichen Verdichtungsverhältnis gearbeitet werden. Die Zündung selbst erfolgt dann großflächig über die Zündeinspritzung in einem Bereich nahe des oberen Zündtotpunkts durch eine Kleinstmengeneinspritzung an reinem Diesel oder an Gemisch oder gegebenenfalls reinem Benzin. Das Verhältnis von Dieselkraftstoff zu Ottokraftstoff in dem Gemisch der Zündeinspritzung kann dabei prinzipiell frei und gemäß einer spezifischen Notwendigkeit der jeweiligen Position beziehungsweise des jeweiligen Betriebspunkts im Kennfeld gewählt werden. Somit lässt sich der Verbrauch an Diesel- oder Selbstzündkraftstoff deutlich minimieren. Der Entflammungs- beziehungsweise Selbstzündungsvorgang kann auch durch eine Fremdzündung, das heißt beispielsweise durch eine Fremdzündung unterstützt werden. Somit wird das im Brennraum aufgenommene und auch Brennraumgemisch bezeichnete Kraftstoff-Luft-Gemisch nach dem Zündstrahl-Prinzip und/oder nach dem fremdgezündeten Schichtungsprinzip entflammt. Durch die großflächige Entflammung, insbesondere im Selbstzündungsbereich oder im schnell verbrennenden Schichtbetrieb, in einem global mageren Kraftstoff-Luft-Gemisch im Brennraum kann eine deutliche Ausweitung der Klopfgrenze erwartet werden, zum einen weil die Flammenwege kurz sind, zum anderen sind die Zündverzugszeiten im homogen-mageren Endgasbereich vergleichsweise lang.
• Kann die Haupteinspritzung als reine Benzin-Einspritzung über den Einlasstrakt und somit beispielsweise über das Saugrohr erfolgen, so wird, vor allem bei hohen Drehzahlen, ein sehr guter Homogenisierungsgrad bis zum oberen Zündtotpunkt (ZOT) erreicht, da die Ladungsbewegung die Bildung des Kraftstoff-Luft-Gemisches stark unterstützt. Im Idealfall überkompensiert der Klopfgrenzen-Vorteil der Zündstrahl-Einspritzung den Klopfgrenzen-Nachteil der Saugrohreinspritzung, insbesondere aufgrund mangelnder Brennrauminnenkühlung, deutlich. Der stark verkürzte Brennverzug solcher großflächig entflammender und gut vorhomogenisierter Konzepte verbessert nochmals die Bedingungen für eine hohe Abmagerungsfähigkeit, auch bei hohen Drehzahlen.
• Wie oben erwähnt, kann das zuvor beschriebene Konzept gegebenenfalls eine Fremdzündung, zum Beispiel für den Niedriglastbereich und zum Beispiel in Form einer Funkenzündung, aufweisen. Weiterhin ist die Drehzahllimitierung des Selbstzündungsbetriebs aufgrund beschränkter Zündverzugszeichen zu beachten, die der Hochdrehzahlfähigkeit der reinen Zündstrahlzündung Limitierungen auferlegen kann und gegebenenfalls auch hier eine Fremdzündungsunterstützung vorteilhaft macht.
• Weiterhin kann im Benzin-Diesel-Gemisch gegebenenfalls mit moderaten DI-Raildrücken auf Benzin-DI-Niveau gearbeitet werden, da man auf eine Flashboilingunterstütze Gemischaufbereitung der Dieselanteile des Zündstrahls aufgrund der leicht flüchtigen Benzinanteile hoffen kann. Dies würde bereits im Bereich einiger 100 bar für eine feine Zerstäubung des Dieselanteils sorgen.
• Im Folgenden sind mögliche Anwendungsbereiche des beschriebenen Konzepts erläutert: Bei hohen Kompressionsverhältnissen kann durch die hohen Temperaturen zum Zeitpunkt der Einspritzung des Zündstrahls gegebenenfalls auch die Rußbildungsgefahr bereits so weit vermieden werden, sodass das Konzept auch in einem Lambda-1-Brennverfahren ohne oder mit externer Abgasrückführung (AGR) eingesetzt werden kann. Die entsprechenden Applikationsbereiche können durch geeignete Auswahl des Injektorsystems, beispielsweise durch Verwendung einer Piezo-Düse, weiter ausgedehnt werden.
• Eine weitere Anwendung dieses Zwei-Kraftstoff-Mischungskonzeptes kann in der Anwendung auf dem Dieselmotor liegen. Hierbei kann, abhängig von Last-/Drehzahlbeziehungsweise Motorkonditionierung beziehungsweise Umgebungsbedingungen der Dieselkraftstoff auf Emulsionsbasis mit einem weiteren Kraftstoff, zum Beispiel Ethanol, angereichert werden und so ein deutlich rußärmerer Abbrand erzielt werden. Aufgrund der nur kurzzeitigen Emulgierung direkt vor der Einspritzung ist hier keine aufwendige Mischungsstabilisierung nötig. Die Mischung wird sozusagen instantan und bedarfsweise, das heißt on-demand, hergestellt.
• Ferner kann das Zwei-Kraftstoff-System auch gezielt hochwertige Kraftstoffe beziehungsweise Kraftstoffverbesserer einsetzen, um abhängig vom Anwendungsfall in kritischen Betriebsbereichen des Motors und auch in stark emissionsbelasteten Bereichen, insbesondere in Abhängigkeit von einer aktuellen Position und somit GPSgesteuert, oder emissionskritischen Fahrsituationen wie beispielsweise einem Stau, gezielt das Emissionsverhalten zusätzlich und kennfeldspezifisch durch Zumischung von Kraftstoffen, welche nur zu geringen Emissionen führen, zu verbessern. Hierbei ist eine Fahrsituationserkennung z.B. über eine interaktive Kopplung verschiedener Verkehrsteilnehmer bzw. zentrale Verkehrsleit- und Überwachungssysteme möglich. Ebenso ist eine Kopplung an tagesaktuelle lokale Anforderungen denkbar. Wie bereits oben erwähnt lassen sich hierdurch wenigstens zwei Vorteile gleichzeitig erzielen: Einerseits kann insbesondere an Orten wie in Ballungszentren ein besonders emissionsarmer Betrieb realisiert werden. Andererseits können beispielsweise sehr hochwertige, nur sehr rare und somit weniger umfangreich verfügbare und /oder kostenintensive beziehungsweise energieintensive Kraftstoffe eingespart werden.
• Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Verbrennungskraftmaschine wenigstens einen Abgasturbolader aufweist. Der Abgasturbolader weist einen Verdichter auf, mittels welchem die den Einlasstrakt durchströmende und dem Brennraum zuzuführende Luft verdichtet werden kann. Der Abgasturbolader weist ferner eine Turbine auf, welche von Abgas aus dem Brennraum angetrieben werden kann. Dabei ist der Verdichter von der Turbine antreibbar, sodass im Abgas enthaltene Energie zum Verdichten der Luft genutzt werden kann. Somit ist die Verbrennungskraftmaschine vorzugsweise als aufgeladene Verbrennungskraftmaschine, das heißt Turbo-Motor, ausgebildet.
• Der Erfindung liegt dabei insbesondere die Erkenntnis zugrunde, dass herkömmliche Otto-Verbrennungskonzepte unter zwei wesentlichen beschränkenden Randbedingungen leiden. Zum einen ist ihre Abmagerungsfähigkeit stark begrenzt. Diese Begrenzung ist in zweierlei Hinsicht nachteilig. Zum einen, weil die Magerverbrennung einen mit dem Abmagerungsgrad steigenden idealen thermischen Wirkungsgrad des Vergleichsprozesses aufweist, zum anderen, weil Stickoxid-Rohemissionen ab zirka λ = 1,1 umso geringer sind, je stärker ein Kraftstoff-Luft-Gemisch abmagerbar ist.
• Der zweite große Nachteil der herkömmlichen ottomotorischen Verbrennung ist die Beschränkung des umsetzbaren Verdichtungsverhältnisses aufgrund der mangelnden Klopffestigkeit des Ottokraftstoffes. Eine hohe Verdichtung könnte höhere Abmagerungsraten ermöglichen, ist dabei deutlich stärker klopfbegrenzt. Diese Klopfgrenze kann zum Beispiel mit großflächigen Zündsystemen, wie gespülter Vorkammer- oder Korona-Zündung, ausgeweitet werden, ist aber nach wie vor begrenzendes Element in Verbindung mit der Zündstabilität und Dynamikfähigkeit. Auch hier ist die Begrenzung der Verdichtung gleichzusetzen mit einer Begrenzung des idealen thermischen Wirkungsgrads des Vergleichsprozesses. Weiterhin ist bei monovalenten oder Einkraftstoff-Konzepten in allen Fahrsituationen jeweils nur ein Kraftstoff verfügbar. Zwar sind Flex-Fuel-Fahrzeuge mit besonderem Startkraftstoff bekannt, der in einem Kaltstartfall alternativ verwendet werden kann. Hier gibt es aber nur eine digitale, das heißt Entweder/Oder-Lösung. Bei Diesel-Motoren ist zwar durch Zumengung sauerstoffhaltiger Komponenten eine Kraftstoffverbesserung hinsichtlich Ruß angestrebt, jedoch ist nach aktuellem Kenntnisstand hier kein kennfeldspezifisches Mischkonzept aus Reinkomponenten im Einsatz.
• Ein vierter, unabhängiger beziehungsweise separater Aspekt schlägt die Nutzung einer direkt einspritzenden Emulsions-Fahrzeugarchitektur, auf Grundlage einer Benzin-Wasser-Emulsions-Architektur, das heißt einer DWI-Emulsions-Fahrzeugarchitektur mit separatem Zusatztank vor, wobei jedoch anstelle von Wasser ein Alkohol wie Ethanol beziehungsweise E85 oder Methanol beziehungsweise M85 als Zweitkraftstoff verwendet wird, sodass eine einen Ottokraftstoff und den zuvor genannten Alkohol umfassende Emulsion beziehungsweise ein den Ottokraftstoff und den Alkohol umfassendes Gemisch mittels eines DI-Injektors direkt in den beispielsweise als Brennraum ausgebildeten Zylinder eingespritzt wird. Der Ottokraftstoff ist beispielsweise in einem ersten Kraftstofftank aufgenommen, wobei der Alkohol beispielsweise in einem getrennten, zweiten Flüssigkeitstank aufgenommen ist. Die Vermischung des auch als Kraftstoff bezeichneten Ottokraftstoffes mit dem Alkohol erfolgt vorzugsweise kurz vor oder in einer insbesondere als Hochdruckpumpe ausgebildeten Pumpe, mittels welcher der Kraftstoff und der Alkohol zu dem DI-Injektor gefördert wird, oder beide Stoffe, das heißt der Ottokraftstoff und der Alkohol, werden jeweils separat in den Brennraum eingebracht, insbesondere direkt eingespritzt, sodass sich die Stoffe erst innerhalb des Brennraums miteinander vermischen. Essenziell ist, dass die zwei Stoffe (Ottokraftstoff und Alkohol) gezielt und betriebspunktoptimal dem Brennraum zugeführt werden, wobei die Relativdosierung zueinander betriebspunktoptimal gewählt wird. Hierbei ist es ein Ziel, dass immer so wenig Zweitkraftstoff, das heißt Alkohol, wie möglich zugeführt wird, um die notwendigen Nachbetankungen gering zu halten, aber es ist ein weiteres Ziel, immer ausreichend Zweitkraftstoff zuzuführen, um das bestmögliche Emissionierungsergebnis zu erhalten, insbesondere im Hinblick auf einen realen Fahrbetrieb und im Hinblick auf das Gesamt-Motorkennfeld. Dieses Konzept lässt sich prinzipiell auch für eine Saugrohreinspritzung anwenden, die Vorteile aus der Verdampfungskühlung sind dabei erwartungsgemäß geringer.
• Bei einem DWI-Konzept wird anstelle des Alkohols Wasser als Zweitstoff verwendet, was einige Vor- aber auch etliche Nachteile birgt. Der vorliegend beschriebene unabhängige vierte Aspekt schlägt stattdessen vor, anstatt Wasser einen Zweitkraftstoff in Form eines kurzkettigen Alkohols zu verwenden, sodass ein DEI-Konzept beziehungsweise ein DEI-Betrieb vorgesehen ist (DEI - Direct Ethanol Injection). Die Nutzung von kurzkettigen Alkoholkraftstoffen wie Ethanol und/oder Methanol anstelle von Wasser bringt zahlreiche Vorteile gegenüber dem DWI-Konzept beziehungsweise auch gegenüber klassischen Flex-Fuel -E85-Konzepten:
• Der Alkohol wird nur bei Bedarf im Motorkennfeld eingesetzt. Der wertvolle, biogen oder regenerativ erzeugte Alkohol wird als Alkoholkraftstoff, welcher ein sehr hochwertiger und hochoktaniger Kraftstoff ist, nur genau da im Kennfeld eingesetzt, wo seine Leistungsfähigkeits-Qualitäten exquisit gebraucht und seine Nachteile effektiv vermieden werden. Dies bedeutet eine wesentlich effizientere Ausnutzung, sowohl der Vorteile der alkoholischen Biokraftstoffe als auch des normalen Benzin-Kraftstoffes, bei essenziell weniger volumetrischen Bedarfen an den weniger stark verfügbaren Alkoholkraftstoffen, insbesondere im Vergleich zu konventionellen Flex-Fuel-Konzepten. Somit ist ein intelligentes Kraftstoff-Konzept (Smart Fuel Concept) vorgesehen, dessen Umsetzung mit vergleichsweise einfachen Mitteln möglich ist, da eine genaue und aktive Kontrolle des Alkoholgehalts des instantan im Motor notwendigen Kraftstoffes erfolgt und somit nur der Kraftstoffmix dem Motor zugeführt wird, der für den jeweiligen Motorbetrieb optimal gemischt ist. Die Mischung des Ottokraftstoffes mit dem Alkohol erfolgt vorzugsweise vorgesteuert und aktiv und nicht, wie bei Flex-Fuel-Konzepten, betankungsbedingt und passiv.
• Mittels des Konzepts können gezielt die Vorteile der Kraftstoffarten kombiniert und ihre Nachteile vermieden werden. So können temperaturkritische Bereiche der Nennlast, die bisher einer Kühlung durch unterstöchiometrische Kraftstoffanreicherung bedürfen, durch Zudosierung von Alkohol mit Ä = 1 betreiben werden, umgekehrt kann in Bereichen des Kaltstarts das bessere Verdampfungsverhalten des Normalkraftstoffes (Ottokraftstoff) genutzt werden. Der rußfrei brennende Alkoholkraftstoff kann ferner genutzt werden, um zum Beispiel einen rußarmen Warmlauf der Verbrennungskraftmaschine und ihrer Abgasnachbehandlungsanlage darzustellen oder um im Low-End-Torque-Bereich der auch als Motor oder Verbrennungsmotor bezeichneten Verbrennungskraftmaschine durch eine rußfreie zündungsgekoppelte Einspritzung und die damit verbundene Ausweitung der Klopfgrenze eine thermodynamisch günstigere Schwerpunktlage zu erreichen.
• Die Zumischung des Alkohols kann dabei kostengünstig oder durch die auch als Hochdruckkraftstoffpumpe bezeichnete Hochdruckpumpe erfolgen. Hierbei tritt keine leicht entmischbare Emulsion wie bei Wasser auf, da die Kraftstoffsorten sich in weiten Bereichen gut als Lösung miteinander vermischen. Zudem ist keine Gefahr des Ausfrierens gegeben. Der negative Einfluss, wie beziehungsweise der höhere Anspruch an Dichtungsmaterialien, kann gegenüber klassischen Flex-Fuel-Fahrzeugen entschärft werden, da die Einzelkraftstoffe einfacher zu beherrschen sind und nur der kraftstoffführende Bereich kurz vor der Einbringung in den Brennraum besonderer Aufmerksamkeit bedarf. Zudem führen die niedrigen Siedepunkte der Alkoholkomponenten im Vergleich zur Wassereinspritzung zu weniger Fremdstoffeintrag in das Öl der Verbrennungskraftmaschine in Form von Kraftstoff oder Wasser. Aufgrund des niedrigen Gefrierpunkts des Alkohols ist ein Einfrieren oder Ausfrieren auch bei niedrigen Außentemperaturen nicht möglich.
• Das Konzept entspricht einer variablen Klopffestigkeit bei einem festen Verdichtungsverhältnis anstelle einer festen Klopffestigkeit bei variablen Verdichtungsverhältnissen. Thermodynamisch nutzt man bei diesem Prinzip beziehungsweise Konzept gezielt die Eigenschaften des Alkohols aus: Der Alkohol als Kraftstoff weist eine sehr hohe Klopffestigkeit und eine hohe Verdampfungskühlung auf, welche geringer als die von Wasser, jedoch höher als die von konventionellem Ottokraftstoff ist. Der Alkohol weist darüber hinaus eine höhere laminare Brenngeschwindigkeit mit hoher Magerfähigkeit auf. Der Alkohol brennt rußfrei in der Diffusionsflamme und hat einen deutlich niedrigeren Siedepunkt als Wasser. Alkohole mischen sich im weiten Verhältnis mit Benzin. Außerdem weist der Alkohol deutlich erhöhte Abgasraten auf.
• Dadurch lassen sich folgende zusätzliche Vorteile erwarten:
• - Darstellung von Ä = 1 im Kennfeld via Verdampfungskühlung, Klopffestigkeit, und erhöhte Abgas-Rate
• - verbesserte Klopfgrenze im LET via zweite Einspritzung (Zündstrahl)
• - gegebenenfalls Steigerung des Verdichtungsverhältnisses und Verbrauchsvorteil im Kennfeld, allerdings unter Erhöhung des Alkoholverbrauchs
• - verbesserte Dynamik und Niedriglastlaufruhe
• - rußfreies Heizen des Katalysators in Verbindung mit MPI-Benzineinspritzung und DEI für Zündstrahlen, wobei zumindest der Alkohol direkt in den Brennraum eingespritzt wird
• - Injektorreinigung von Injektorkuppenverkokungen
• - rußfreier Abbrand der Injektorkuppenbenetzung und Brennraumreinigung
• - deutlich geringere Einwaschung von Fremdbestandteilen ins Motoröl
• - generell sind zündungsnahe, späte Einspritzung möglich, da Alkohol, insbesondere Ethanol, rußfrei verbrennt
• Bei diesem unabhängigen, separaten vierten Aspekt ist besonders eine zusätzliche Saugrohreinspritzung mit reinem Ottokraftstoff in Kombination mit der Mischungs-DI-Einspritzung zielführend.
• Bei diesem unabhängigen, separaten vierte Aspekt ist somit ein Zwei-Kraftstoff-System geschaffen, dem insbesondere die Erkenntnis zugrunde liegt, dass die Umsetzung des direkten Wasser-Einspritzkonzepts stark durch Aspekte der Bauteilhaltbarkeit und Stabilität der Emulsion aus Ottokraftstoff und Wasser limitiert ist. Zudem kann Wasser als Klopffestiger einfrieren und so Bauteilschäden nach sich ziehen. Weiterhin ist die Zumischung von Wasser meist auf Betriebspunkte mit einer Außentemperatur oberhalb des Gefrierpunkts limitiert und ggf. Zusatzmaßnahmen erforderlich. Diese Probleme und Nachteile können dadurch vermieden werden, dass anstelle von Wasser der zuvor beschriebene Alkohol verwendet wird.
• Ein fünfter, separater beziehungsweise unabhängiger Aspekt sieht eine Mischungseinspritzung wässriger Alkoholmischungen vor, um einen besonders emissionsarmen Betrieb zu realisieren. Dies bedeutet, dass im Hinblick auf eine DWI-Emulsions-Fahrzeugarchitektur anstelle von Wasser eine wässrige alkoholische Lösung, das heißt ein Wasser-Alkohol-Gemisch, verwendet wird, welches in den Brennraum eingebracht, insbesondere direkt eingespritzt, wird. Ferner wird ein vorzugsweise als Ottokraftstoff ausgebildeter und von dem Wasser-Alkohol-Gemisch unterschiedlicher Kraftstoff in den Brennraum eingebracht, insbesondere direkt eingespritzt, wobei beispielsweise zwei voneinander separate beziehungsweise getrennte Behälter vorgesehen sind. In einem ersten der Behälter ist die wässrige Alkohollösung aufgenommen, wobei in einem zweiten der Behälter der beispielsweise als Ottokraftstoff ausgebildete Erstkraftstoff aufgenommen ist. Beispielsweise wird ein Gemisch aus dem Ottokraftstoff und der wässrigen Alkohollösung in den Brennraum eingebracht, insbesondere direkt eingespritzt. Ferner ist es denkbar, die zwei Stoffe (wässrige Alkohollösung und Erstkraftstoff) jeweils separat in den Brennraum einzubringen, insbesondere einzuspritzen, sodass sich die zwei Stoffe erst in dem Brennraum mischen. Die wässrige Alkohollösung, welche auch als wässrige alkoholische Lösung bezeichnet wird, ist ein erster Betriebsstoff, wobei der Erstkraftstoff ein zweiter Betriebsstoff ist. Die Vermischung der Betriebsstoffe aus den beiden getrennten und auch als Flüssigkeitstanks bezeichneten Behältern kann, wie bei DWI, kurz vor oder in der Hochdruckpumpe erfolgen, sodass eine Mischung der Betriebsstoffe in den Brennraum eingebracht, insbesondere direkt eingespritzt, wird, oder die beiden Betriebsstoffe werden dem Brennraum jeweils separat zugeführt, insbesondere direkt eingespritzt, und vermischen sich erst innerhalb des Brennraums. Auch eine Mischung im Hochdruckrail selbst ist denkbar, erfordert aber in der Regel zwei separate Hochdruckpumpen. Essenziell ist, dass zwei Betriebsstoffe gezielt und betriebspunktoptimal dem Brennraum zugeführt werden, wobei die Relativdosierung zueinander betriebspunktoptimal gewählt wird. Hierbei ist es ein Ziel, dass immer so wenig Zweitstoffbetriebsstoff (wässrige alkoholische Lösung) wie möglich zugeführt wird, um die notwendigen Nachbetankungen des Zweitstoffbetriebsstoffes gering zu halten, aber es ist ein weiteres Ziel, immer ausreichend Zweitstoffbetriebsstoff zuzuführen, um das bestmögliche Emissionierungsergebnis zu erhalten, insbesondere im Hinblick auf einen realen Fahrbetrieb und im Hinblick auf das gesamte Motorkennfeld. Das vorliegende Konzept lässt sich prinzipiell auch für Saugrohreinspritzungen anwenden, die Vorteile aus der Verdampfungskühlung sind dabei erwartungsgemäß geringer, da ein Teil der Verdampfungskühlung durch Wärmeübergang an Saugkanalwände verloren geht.
• Bei DWI, das heißt bei einem DWI-Konzept, ist der Zweitbetriebsstoff Wasser, was einige Vor-, aber auch etliche Nachteile birgt. Bei einem sechsten, separaten beziehungsweise unabhängigen Aspekt wird vorgeschlagen, anstelle von Wasser eine wässrige alkoholische Lösung, das heißt eine wässrige Alkohollösung, als zweite Kraftstoffsorte beziehungsweise als Zweitstoffbetriebsstoff zu verwenden, wobei die wässrige alkoholische Lösung wenigstens einen Alkoholinsbesondere einen kurzkettigen Alkohol oder Alkoholkraftstoff, aufweist. Somit ist bei diesem sechsten Aspekt ein DAI-Konzept beziehungsweise ein DAI-Betrieb vorgesehen (DAI - Direct alcohol in aqueous solution injection). Die Nutzung von kurzkettigen Alkoholkraftstoffen wie beispielsweise Ethanol oder Methanol in wässriger Lösung anstelle von reinem Wasser bringt zahlreiche Vorteile gegenüber einer DWI-Emulsionskonzeption beziehungsweise auch gegenüber klassischen Flex-Fuel-E85-Konzepten. Gegenüber der Verwendung reiner Alkohole beziehungsweise E85/M85 bringt sie den Vorteil einer zusätzlich erhöhten Kühlwirkung beziehungsweise bei Ethanol die Vermeidung der Notwendigkeit des Ausweichens auf das giftige Methanol aus Kühlungsgründen. Im Weiteren wird der Vereinfachung halber nur noch von Alkohol beziehungsweise Ethanol in wässriger Lösung gesprochen. Die technischen Ausführungen können aber auf längerkettige Alkohole beziehungsweise Methanol und auch auf mehrwertige Alkoholverbindungen erweitert werden. Der Sinnzusammenhang erschließt, ob von Alkoholen im Allgemeinen oder spezifisch von Ethanol gesprochen wird.
• Dieser sechste Aspekt weist insbesondere die folgenden Konzeptcharakteristika und erwarteten Vorteile auf: Der Alkohol in wässriger Lösung wird nur bei Bedarf im Motorkennfeld eingesetzt. Der wertvolle, idealerweise biogen oder regenerativ erzeugte Alkoholkraftstoff ist ein sehr hochwertiger und hochoktaniger Kraftstoff und wird in wässriger Lösung nur genau da im Kennfeld eingesetzt, wo seine Leistungsfähigkeitsqualitäten explizit gebraucht werden und seine Nachteile effektiv vermieden werden können. Dies bedeutet eine wesentlich effizientere Ausnutzung sowohl der Vorteile der alkoholischen Biokraftstoffe als auch des normalen Benzin-Kraftstoffes, bei essenziell weniger volumetrischen Bedarfen an den weniger stark verfügbaren Alkoholkraftstoffen, insbesondere im Vergleich zu konventionellen Flex-Fuel-Konzepten.
• Die Umsetzung eines Smart-Fuel-Konzepts ist mit vergleichsweise einfachen Mitteln möglich, da eine genaue und aktive Kontrolle des Gehalts an wässriger Alkohollösung des instantan im Motor notwendigen Kraftstoffes erfolgt und somit nur der Kraftstoffmix dem Motor zugeführt wird, der für den jeweiligen Motorbetrieb optimal gemischt ist. Die Kraftstoffmischung erfolgt somit vorgesteuert und aktiv und nicht wie bei Flex-Fuel-Konzepten betankungsbedingt und passiv.
• Mittels des Konzepts können gezielt die Vorteile der beiden Betriebsstoffsorten kombiniert und ihre Nachteile vermieden werden. So können temperaturkritische Bereiche der Nennlast, die bisher einer Kühlung durch unterstöchiometrische Kraftstoffanreicherung bedürfen, durch Zu-Dosierung von wässriger Alkohollösung im Lambda-1-Bereich betrieben werden. Umgekehrt kann in Bereichen des Kaltstarts das bessere Verdampfungsverhalten des Normalkraftstoffes (Ottokraftstoff) genutzt werden. Der rußfrei brennende Alkoholkraftstoff kann ferner, auch in wässriger Lösung (nicht zu niederprozentige Ethanol-Wasser-Gemische) genutzt werden, um zum Beispiel einen rußarmen Warmlauf des Motors und dessen Abgasnachbehandlungsanlage darzustellen oder um im Low-End-Torque-Bereich des Motors durch eine rußfreie zündungsgekoppelte Einspritzung und die damit verbundene Ausweitung der Klopfgrenze eine thermodynamisch günstigere Schwerpunktlage zu erreichen. Hierbei ist es sehr günstig, zusätzlich eine Niederdruck-Saugrohreinspritzung zur Verfügung zu haben, die vom reinen Benzinkreislauf gespeist wird, da so die Betriebsstoffe unabhängig voneinander in denselben Verbrennungszyklus eingespeist werden können.
• Die Zumischung der wässrigen Lösung des Alkohols kann dabei kostengünstig über die Hochdruckkraftstoffpumpe erfolgen. Hierbei tritt keine leicht mischbare Emulsion wie bei reiner Wasser-/Benzin-Emulsion auf, sondern eine teilweise stabilisierte Emulsion, da sich Ethanol sowohl im Kraftstoff als auch im Wasser löst, sozusagen einen tensidischen Mittler darstellt. Hierbei kann die Art der tensidischen Wirkung durch die Wahl des Alkohols gezielt beeinflusst werden. So werden sich Butanol, Ethanol und Methanol hier, entsprechend ihrer aliphatischen Molekülanteile und Isomerstrukturen, unterschiedlich lipophil beziehungsweise hydrophil verhalten. Da sich Ethanol beziehungsweise Methanol im Falle einer Entmischung der Emulsion bevorzugt in der wässrigen Phase befinden, ist hiervon auch im Falle einer Emulsion auszugehen. Dies bedeutet, dass sich bei der Emulsion der Alkoholanteil auch verstärkt in Wassertröpfchen zuschlagen wird. Das oben genannte Verhalten hat einige gravierende Einflüsse beziehungsweise Vorteile. Zum einen wird durch die tensidische Wirkung des Alkohols die Emulsion an sich bereits stabilisiert, zum anderen weisen die Wassertröpfchen aufgrund ihres Alkoholgehalts eine reduzierte Dichte gegenüber dem reinen Wasser auf. Letzteres hat zur Folge, dass die Entmischungstendenz der Emulsion durch gravimetrische Ursachen verringert beziehungsweise verlangsamt wird, zum anderen wird die dichtebedingte Separierung der Wasser- beziehungsweise Kraftstoff-Tröpfchen im Sprayaufbruch (im Brennraum) verringert (unterschiedliche Abbremsung der Tropfen unterschiedlicher Dichte durch die Brennraumgasfüllung), das Spray sozusagen homogenisiert. Weiterhin erleichtert vermutlich der Ethanolanteil die Verdunstung des Wassers im Vergleich zum reinen Wassertropfen, da bei der fraktionierten Verdampfung des Ethanols (Siedepunkt bei 78 Grad Celsius) aus dem Wassertropfenbereich bereits Wasserbestandteile (Siedepunkt bei 100 Grad Celsius) mit in die Gasphase gerissen werden.
• Durch die bedarfsgerechte Zumischung der wässrigen Alkohol- beziehungsweise Ethanollösung kann der negative Einfluss auf beziehungsweise der höhere Anspruch an Dichtungsmaterialien gegenüber klassischen Flex-Fuel-Fahrzeugen vermutlich entschärft werden, da die wässrige Alkohollösung des Ethanols beziehungsweise Alkohols vermutlich diffusionstechnisch beziehungsweise quelltechnisch wesentlich materialverträglicher ist. Zudem schützt der Wasseranteil in Grenzen vor der typischen Alkoholatkorrosion. Weiterhin führen die niedrigeren Siedepunkte der Alkoholkomponenten im Vergleich zur Wassereinspritzung und die reduzierte Dichte der Ethanol-Wasser-Tropfen zu weniger Fremdstoffeintrag via Wandfilm ins Öl in Form von Kraftstoff oder Wasser. Hierdurch wird das Risiko eines erhöhten Blow-by-Volumenstroms erheblich reduziert. Diese Reduzierung des Fremdstoffeintrags kann auch dadurch unterstützt werden, dass sich wässrige Ethanollösung vermutlich eher als Wandfilm denn als Tropfen am Ölfilm der auch als Liner bezeichneten Zylinderwand abscheiden und somit den Wärmeübergang und das Abdampfen vom Liner verbessert wird.
• Zudem kann durch ausreichenden Ethanolanteil ein Ausfrieren des Wassers verhindert werden. So ist beispielsweise der Gefrierpunkt einer Mischung aus 40 Volumenprozent Ethanol in Wasser bereits auf -25 Grad Celsius abgesenkt. Zudem erfolgt das Ausfrieren fraktioniert und in Mikrokristalliten, die den Ethanolgehalt der verbleibenden Flüssigphase zunehmend aufkonzentrieren und so das Risiko einer frostbedingten Bauteilschädigung erheblich reduzieren. Ob sich diese Mikrokristallite am Boden oder an der Oberseite des Zusatztanks ansammeln, hängt vom Ethanolgehalt und dem Dichteverhältnis ab. Der Ethanolgehalt kann gegebenenfalls auch so eingestellt werden, dass diese Mikrokristalle am Gefrierpunkt genau in der Schwebe sind, sich also weder oben noch unten ansammeln.
• Das Konzept entspricht insgesamt einer variablen Klopffestigkeit des Kraftstoffkonzeptes bei einem festen Verdichtungsverhältnis anstelle einer festen Klopffestigkeit des Kraftstoffes bei festem beziehungsweise gegebenenfalls variablem Verdichtungsverhältnis des Motors. Durch Kombination mit einer reinen Benzin-Saugkanaleinspritzung können erhebliche Kennfeldvorteile erzielt werden, da so unterschiedliche Betriebsstoffe gezielt und dynamisch aus zwei Einspritzsystemen einem Verbrennungszyklus zugeführt werden können. Thermodynamisch nutzt man bei diesem Prinzip also gezielt die folgenden Eigenschaften der Ethanolbeziehungsweise Methanolkraftstoffe, welche auch für wässrige Lösungen gültig sind, aus:
• Ethanol- beziehungsweise Methanol-Kraftstoffe, das heißt Alkoholkraftstoffe, weisen eine sehr hohe Klopffestigkeit und eine hohe Verdampfungskühlung auf, die allerdings signifikant geringer als die von Wasser, jedoch deutlich höher als die konventioneller Ottokraftstoffe ist. In wässriger Lösung kann die Verdampfungskühlung der des Wassers angenähert werden. Alkoholkraftstoffe weisen eine höhere laminare Brenngeschwindigkeit mit hoher Magerfähigkeit auf und brennen rußfrei in der Diffusionsflamme und haben als Reinstoffe einen deutlich niedrigeren Siedepunkt als Wasser (78 Grad Celsius beziehungsweise 65 Grad Celsius). Alkoholkraftstoffe mischen sich als Reinstoffe im weiten Verhältnis mit Benzin und mit Wasser. Alkoholkraftstoffe weisen deutlich erhöhte Abgasraten auf.
• Dadurch lassen sich insbesondere die folgenden Vorteile erwarten:
• - Darstellung von λ =1 im Kennfeld via Verdampfungskühlung, Klopffestigkeit und erhöhte Abgas-Raten
• - verbesserte Klopfgrenze und LET (via zusätzlicher zündungsgekoppelter Einspritzung)
• - gegebenenfalls Chance auf verbesserte Dynamik und Niedriglastlaufruhe
• - rußfreies Heizen von Katalysatoren
• - Injektorreinigung von Injektorkuppenverkokungen, sowie Vermeidung derselbigen
• - rußfreier Abbrand der Injektorkuppenbenetzung und Brennraumreinigung
• - gegebenenfalls Chance auf Steigerung des Verdichtungsverhältnisses und Verbrauchsvorteil im Kennfeld, allerdings unter Erhöhung des Ethanolverbrauchs in wässriger Lösung
• - deutlich geringere Einwaschung von Fremdbestandteilen ins Motoröl
• - generell sind zündungsnahe, späte Einspritzungen möglich, da Ethanol, auch in wässriger Lösung, rußfrei verbrennt, sofern nicht eine zu starke Verdünnung des Alkohols mit Wasser zu einer Flammenlöschung führt
• Bei diesem unabhängigen, separaten und sechsten Aspekt ist besonders eine zusätzliche Saugrohreinspritzung mit reinem Ottokraftstoff in Kombination mit der Mischungs-DI-Einspritzung zielführend.
• Durch den Einsatz, die Alkoholkraftstoffe als wässrige Mischung zu fahren, können die Vorteile der reinen Ethanol- und reinen Wasser-Mischungseinspritzung kombiniert und die Nachteile der Reinstoff-Anwendung minimiert werden. So kann die Kühlwirkung pro Volumenmehrung und pro Zusatztankvolumen durch Zugabe von Wasser zwischen den Werten der reinen Wasser-Mischungseinspritzung und der reinen Ethanolmischungseinspritzung variiert werden. Durch erhöhten Volumenanteil an Alkohol kann der Gefrierpunkt der wässrigen Lösung stark abgesenkt werden. Weiterhin kann die Eigenentflammbarkeit des Zusatzbetriebsmittels gesteuert werden (> 50 Prozent entflammbar unter Normbedingung; < 50 Prozent nicht entflammbar unter Normbedingung). Umgekehrt wird die Klopffestigkeit ebenfalls mit dem Wassergehalt variieren.
• Ein unabhängiger siebter Aspekt der Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem Brennraum. Die Verbrennungskraftmaschine umfasst ferner wenigstens einen ersten Tank zum Aufnehmen eines flüssigen Kraftstoffes, mittels welchem die Verbrennungskraftmaschine in ihrem befeuerten Betrieb betreibbar ist. Des Weiteren weist die Verbrennungskraftmaschine wenigstens einen zweiten Tank zum Aufnehmen eines von dem Kraftstoff unterschiedlichen, flüssigen Betriebsstoffes auf. Die Verbrennungskraftmaschine umfasst außerdem zumindest einen Mischbereich, in welchem unter Bildung eines den Kraftstoff aus dem ersten Tank und den Betriebsstoff aus dem zweiten Tank umfassenden und auch als Mischung oder Gemisch bezeichneten, insbesondere flüssigen, Stoffgemisches der Kraftstoff aus dem ersten Tank mit dem Betriebsstoff aus dem zweiten Tank zu mischen ist, das heißt gemischt werden kann. Darüber hinaus weist die Verbrennungskraftmaschine eine Einbringeinrichtung, insbesondere auch als Injektor bezeichnetes Einspritzventil, auf, mittels welchem das Stoffgemisch in den Brennraum einbringbar ist. Dies bedeutet, dass der Brennraum mittels der Einbringeinrichtung mit dem Stoffgemisch versorgt werden kann. Der Mischbereich kann innerhalb der Einbringeinrichtung angeordnet sein, sodass beispielsweise der Kraftstoff mit dem Betriebsstoff innerhalb der Einbringeinrichtung, insbesondere innerhalb des Einspritzventils, gemischt wird. Dabei ist der Mischbereich beispielsweise durch die Einbringeinrichtung gebildet beziehungsweise begrenzt. Oder der Mischbereich ist außerhalb der Einbringeinrichtung und dabei stromauf der Einbringeinrichtung angeordnet, sodass das Stoffgemisch außerhalb der Einbringeinrichtung gebildet und die Einbringeinrichtung mit dem Stoffgemisch aus dem Mischbereich versorgt wird. Somit ist beispielsweise der Mischbereich durch eine separat von der Einbringeinrichtung ausgebildete Komponente der Verbrennungskraftmaschine gebildet beziehungsweise begrenzt.
• Um nun einen besonders vorteilhaften und insbesondere emissionsarmen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine bedarfsgerecht realisieren zu können, ist es bei dem siebten Aspekt der Erfindung vorgesehen, dass die Verbrennungskraftmaschine dazu ausgebildet ist, einen gegenüber Null größeren ersten Anteil des Kraftstoffes an dem Stoffgemisch und einen gegenüber Null größeren zweiter Anteil des Betriebsstoffes an dem Gemisch in Abhängigkeit von wenigstens einem eine Umgebung der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere des Kraftfahrzeugs, charakterisierenden Parameter einzustellen beziehungsweise zu variieren.
• Der Parameter umfasst beispielsweise wenigstens einen Ort, an welchem sich die Verbrennungskraftmaschine aktuelle befindet oder in Zukunft befinden wird. Mit anderen Worte umfasst der Parameter beispielsweise Ortsdaten, insbesondere Koordinaten, die einen Ort auf der Erde charakterisieren. Der Ort beziehungsweise die Ortsdaten oder Koordinaten werden beispielsweise mittels einer Navigationseinrichtung, insbesondere des Kraftfahrzeugs, ermittelt, insbesondere unter Nutzung eines satellitengestützten Navigationssystem wie beispielsweise GPS. Somit ist beispielsweise eine satelliten- beziehungsweise GPS-Steuerung oder eine satelliten- beziehungsweise GPS-Regelung der Anteile vorgesehen.
• Alternativ oder zusätzlich umfasst der Parameter eine Umgebungstemperatur, welche in der Umgebung der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere des Kraftfahrzeugs herrscht, wobei die Umgebungstemperatur beispielsweise an einem Ort herrscht, an welchem sich die Verbrennungskraftmaschine beziehungsweise das Kraftfahrzeug aktuelle befindet oder in Zukunft befinden wird.
• Alternativ oder zusätzlich kann der Parameter eine Bevölkerungsdichte eines Gebiets auf der Erde umfassen, in welchem sich die Verbrennungskraftmaschine aktuelle befindet oder in Zukunft befinden wird. Das Gebiet kann beispielsweise anhand der Koordinaten ermittelt werden. Mit anderen Worten, wird anhand der Koordinaten der Ort ermittelt, und wird ermittelt, dass der Ort zu dem Gebiet gehört, so können in Abhängigkeit von der Bevölkerungsdichte des Gebiets die Anteile eingestellt, das heißt variiert werden. Der siebte Aspekt der Erfindung weist die Vorteile auf, dass zum einen an Orten wie beispielsweise in dicht besiedelten Ballungszentren ein besonders emissionsarmer Betrieb gewährleistet werden kann. Zum anderen kann beispielsweise der Verbrauch von höherwertigem und nur in geringeren Mengen verfügbarem Betriebsstoff besonders gering gehalten werden, und der hochwertige und beispielsweise als Synthesekraftstoff ausgebildete Betriebsstoff kann so schwerpunktmäßig und gezielt in dicht besiedelten und emissionskritischen Ballungsräume zur Emissionsverbesserung genutzt werden.
• Bei dem Kraftstoff kann es sich um einen Ottokraftstoff oder aber um einen Dieselkraftstoff handeln. Bei dem Betriebsstoff kann es sich um einen weiteren Kraftstoff wie beispielsweise um einen Alkohol oder um eine Alkoholmischung handeln. Ferner ist es denkbar, dass der Betriebsstoff zumindest oder ausschließlich Wasser umfasst. Insbesondere kann an Anteil von Wasser an dem Betriebsstoff mindestens 90%, insbesondere mindestens 95% oder vorzugsweise mindestens 99%, des Betriebsstoffes betragen.
• Beispielsweise mittels der Navigationseinrichtung werden Daten ermittelt, welche wenigstens einen Ort oder jeweilige Orte charakterisieren, wobei sich das Kraftfahrzeug und somit die Verbrennungskraftmaschine beispielsweise an dem jeweiligen ermittelten Ort aktuell befinden oder zukünftig befinden werden. In Abhängigkeit von dem jeweils ermittelten Ort werden die Anteile und somit das Stoffgemisch eingestellt, wobei die Anteile jeweils größer als Null sind. Somit ist nicht etwa eine digitale oder binäre Umschaltung zwischen dem Kraftstoff und dem Betriebsstoff vorgesehen, sondern das Stoffgemisch umfasst die jeweiligen, gegenüber Null größeren Anteile, welche in Abhängigkeit von dem jeweiligen Ort variiert werden. Vorzugsweise wird das Stoffgemisch mittels der Einbringeinrichtung, insbesondere mittels des Einspritzventils, direkt in den beispielsweise als Zylinder ausgebildete Brennraum eingespritzt. Das Einspritzventil, mittels welchem das Stoffgemisch direkt in den Brennraum eingespritzt werden kann beziehungsweise eingespritzt wird, wird auch als DI-Injektor bezeichnet.
• Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn zusätzlich zu dem DI-Injektor ein weiteres Einspritzventil vorgesehen ist, welches auch als MPI-Injektor bezeichnet wird. Vorzugsweise ist die Verbrennungskraftmaschine dazu ausgebildete, mittels des weiteren Einspritzventils bezogen auf den Kraftstoff und den Betriebsstoff ausschließlich den Kraftstoff in den Brennraum einbringen zu können. Dabei weist die Verbrennungskraftmaschine einen von Luft durchströmbaren Ansaugtrakt auf, mittels welchem die Luft in den Brennraum führbar ist. Dabei kann der Kraftstoff mittels des weiteren Einspritzventils an einer stromauf des Brennraums angeordneten Stelle in den Ansaugtrakt eingebracht, insbesondere eingespritzt, werden. Das weitere Einspritzventil ist beispielsweise zum Durchführen einer Saugrohreinspritzung ausgebildet, sodass mittels des weiteren Einspritzventils der Kraftstoff in ein zum Ansaugtrakt gehörendes Saugrohr oder Saugmodul eingebracht, insbesondere eingespritzt, werden kann. Außerdem ist es denkbar, dass das weitere Einspritzventil zum Durchführen einer Kanaleinspritzung ausgebildet ist, sodass der Kraftstoff mittels des weiteren Einspritzventils in einen zum Ansaugtrakt gehörenden Einlasskanal eingebracht, insbesondere eingespritzt, werden kann.
• Da sowohl der Kraftstoff als auch der Betriebsstoff und somit das Stoffgemisch flüssig sind, bildet zumindest das erste Einspritzventil, mittels welchem der Kraftstoff und der Betriebsstoff vorzugsweise direkt in den Brennraum eingespritzt werden kann, eine Zweistoff-DI-Nasskomponentenarchitektur, mittels welcher ein besonders vorteilhafter Betrieb realisiert werden kann. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts, des zweiten Aspekts, des dritten Aspekts, des vierten Aspekts, des fünften Aspekts und des sechsten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des siebten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
• Ein achter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere gemäß dem siebten Aspekt, für ein Kraftfahrzeug. Die Verbrennungskraftmaschine weist wenigstens einen Brennraum auf. Die Verbrennungskraftmaschine umfasst ferner wenigstens einen ersten Tank zum Aufnehmen eines flüssigen Kraftstoffes, mittels welchem die Verbrennungskraftmaschine in ihrem befeuerten Betrieb betreibbar ist beziehungsweise betrieben wird. Des Weiteren weist die Verbrennungskraftmaschine wenigstens einen zweiten Tank zum Aufnehmen eines von dem Kraftstoff unterschiedlichen, flüssigen Betriebsstoffes auf. Die Verbrennungskraftmaschine umfasst außerdem zumindest einen Mischbereich, in welchem unter Bildung eines den Kraftstoff aus dem ersten Tank und den Betriebsstoff aus dem zweiten Tank umfassenden und auch als Mischung oder Gemisch bezeichneten, insbesondere flüssigen, Stoffgemisches der Kraftstoff aus dem ersten Tank mit dem Betriebsstoff aus dem zweiten Tank gemischt wird. Hierzu wird der Mischbereich mit dem Kraftstoff aus dem ersten Tank und mit dem Betriebsstoff aus dem zweiten Tank versorgt. Darüber hinaus weist die Verbrennungskraftmaschine eine Einbringeinrichtung, insbesondere auch als Injektor bezeichnetes Einspritzventil, auf, mittels welchem das Stoffgemisch in den Brennraum eingebracht wird. Dies bedeutet, dass der Brennraum mittels der Einbringeinrichtung mit dem Stoffgemisch versorgt wird.
• Um nun einen besonders vorteilhaften und insbesondere emissionsarmen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine bedarfsgerecht realisieren zu können, ist es bei dem siebten Aspekt der Erfindung vorgesehen, dass ein gegenüber Null größerer erster Anteil des Kraftstoffes an dem Stoffgemisch und ein gegenüber Null größerer zweiter Anteil des Betriebsstoffes an dem Gemisch in Abhängigkeit von wenigstens einem eine Umgebung der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere des Kraftfahrzeugs, charakterisierenden Parameter eingestellt beziehungsweise variiert wird. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts, des zweiten Aspekts, des dritten Aspekts, des vierten Aspekts, des fünften Aspekts, des sechsten Aspekts und des siebten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des achtens Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
• Dem siebten und achten Aspekt liegen insbesondere die folgenden Erkenntnisse zugrunde: Otto-Turbo-Motoren mit hoher Leistungsdichte können mit direkter Wassereinspritzung als Kraftstoffemulsion und mit zusätzlicher Benzin-Saugkanaleinspritzung ausgestattet sein, um die RDE-Richtlinien (Lambda=1; RDE - Real Driving Emissions) im gesamten Motorkennfeld zu erreichen, wobei das Wasser in einem separaten Tank zugetankt wird. Auf diese Otto-Turbo-Motoren aber auch auf fremdgezündete Lambda=1-Motoren mit und ohne Abgasrückführung sowieMager-Brennverfahrenskonzepte, z. B. als Konzepte mit homogener Kraftstoffverteilung oder als Konzepte mit Kraftstoffschichtung, sowie auf alle Motoren generell kann die Erfindung besonders vorteilhaft angewendet werden. Weitere, besonders vorteilhafte Verwendungszwecke sind Flex-Fuel Fahrzeuge mit Zusatztank (Startkraftstoff) zu Kaltstartzwecken und alle Diesel-Verbrennungsmotoren.
• Herkömmliche Verbrennungskraftmaschinen gemäß dem Stand der Technik weisen die Nachteile auf, dass normale Verbrennungsmotorkonzepte unter der wesentlichen Einschränkung leiden, dass der gesamte Motorbetrieb mit genau einer Kraftstoffsorte bestritten werden muss. Für global operierende Hersteller bedeutet dies, dass der Motor sich in seiner Grundauslegung an der schlechtesten, für das Kraftfahrzeug zulässigen Kraftstoffsorte orientieren muss. Dies führt dazu, dass bei der Auslegung von Verbrennungsmotoren ein hoher Kompromiss zugunsten der Schlechtkraftstofftauglichkeit eingegangen werden muss. Weiterhin ist es grundsätzlich möglich, durch den gezielten Einsatz alternativer und synthetischer Kraftstoffe die Leistungsfähigkeit der jeweiligen, auch als Motor oder Verbrennungsmotor bezeichneten Verbrennungskraftmaschine Motors hinsichtlich Emissionen und Well-to Wheel-Verbrauch erheblich zu steigern. Solche Kraftstoffe sind dabei (E-Fuels, Syn-Fuels, Bio Fuels) allerdings sehr rar, vergleichsweise energieaufwendig und teuer um flächendeckend dem Kraftstoff in emissionsreduktionswirksamen Mengen beigemengt zu werden. Mengt man die Kraftstoffe in nur geringen Mengen bei, wie es unter Einhaltung der Normen wie EN228 flächendeckend möglich ist, verpufft die verbrennungstechnische Wirkung dieser Kraftstoffe nahezu.
• Daher wird im Rahmen des siebten und achten Aspekts der Erfindung die Verwendung von Kraftstoffmischsystemen vor, bei denen die auch als Kraftstoffeinspritzsystem bezeichnete Einbringeinrichtung (Einspritzventil beziehungsweise Injektor) mit einer im Kennfeld variablen Mischung zweier verschiedener Betriebsstoffe in Form des Kraftstoffes und des Betriebsstoffes aus den zwei getrennt existierenden und auch als Tankeinheiten bezeichneten Tanks für den Kraftstoff und den Betriebsstoff gespeist wird. Der auch als Grundkraftstoff bezeichnete Kraftstoff wird dabei auch als Betriebsstoff 1 bezeichnet, wobei der Betriebsstoff auch als Zusatzbetriebsstoff oder Betriebsstoff 2 bezeichnet wird. Vorgeschlagen wird die Nutzung einer mischungsbasierten Zweistoff-DI-Nasskomponentenarchitektur zur Umsetzung eines kennfeldgesteuerten Kraftstoffkonzeptes, welches die Kraftstoffeigenschaften optimal der jeweiligen Kennfeld- und Außensituation anpassen kann.
• Hierbei ist es besonders vorteilhaft, sofern dieses Konzept zusätzlich zum DI-Injektor noch das weitere Einspritzventil und somit beispielsweise eine Kraftstoff-Saugrohreinspritzung beinhaltet, und wenn der DI-Injektor mit dem kennfeldpunktspezifischen, variablen und auch als Mischung bezeichneten Stoffgemisch aus den Betriebsstoffen 1 und 2 gespeist wird, und wenn zusätzlich ein Saugkanalinjektorsystem ausschließlich für die Einspritzung von Betriebsstoff 1 verfügbar ist. Anstelle oder zusätzlich zu einem MPI-Injektor kann auch ein zweiter DI-Injektor als allgemein verwendbarer zweiter Kraftstoffpfad mit gekoppeltem oder separatem Hochdruckrail Verwendung finden.
• Eine mischungsbasiertes Zweistoff-DI-Nasskomponentenarchitektur findet z. B. bei der DWI-Emulsions-Fahrzeugarchitektur (DWI=Direkt Water Injection) mit separatem Zusatztank Verwendung. Auf diese Weise können die Eigenschaften der Mischung aus Grundkraftstoffes und aus dem Zusatzbetriebstoffes variabel und perfekt angepasst im Kennfeld gewählt werden. Über die Kombination von Saugrohr und DI-Mischungsinjektor können so auch Kraftstoffschichtungen einfach erzeugt werden. So kann zum Beispiel ein Kraftstoffverbesserer gezielt in kritischen Betriebspunkten zur Emissionsoptimierung und Verbrauchseinsparung eingesetzt werden, zum Beispiels stark sauerstoffhaltige Kraftstoffkomponenten zur Rußunterdrückung, sowohl in der Diesel- als auch der Otto-motorischen Verbrennung.
• Solche Kraftstoffverbesserer (zum Beispiel B. E-Fuels, Syn-Fuels, Bio Fuels) sind dabei aber oft zu rar, zu energieaufwendig und zu teuer um flächendeckend dem Kraftstoff beigemengt zu werden. Daher schlägt die Erfindung vor, den Einsatz der nur beschränkt verfügbaren Ressourcen gezielt in den emissionssensibelsten Bereichen, wie zum Beispiel urbanen Ballungszentren einzusetzen, indem zum Beispiel mittels GPS-Erkennung zwischen emmissionsgefährdeten Zonen, wo ein maximal emissionsoptimierter Betrieb umgesetzt wird, und ruralen Bereichen, bei denen der Fokus auf einen Well-to-wheel besonders effizienten Grundkraftstoffbetrieb gesetzt wird. Hierdurch werden die schwer verfügbaren und energieaufwendigen synthetischen Kraftstoffe ausschließlich in den besonders emissionskritischen Ballungsräumen eingesetzt, und auch dort nur in den kennfeldspezifisch notwendigen Mengen als Zumischung. Es ist somit ein kosteneffizienter und verbrauchsarmer Überlandverkehr ebenso möglich wie die Einhaltung strenger und strengster Emissionsrichtlinien in innerstädtischen, teilweise zufahrtsbeschränkten Bereichen. Anders als rein bimodal geolokal umschaltende Zwei-Kraftstoff-Konzepte erlauben solche Konzepte die optimalste Synergie aus Kraftstoffverfügbarkeit, aufwendiger Kraftstoffentstehungskette und optimalsten Motorbetrieb je nach geolokaler Anforderung und Besiedlungsdichte. Solche Konzepte erlauben es im vertretbaren Rahmen erheblich höhere Aufwendungen in ideale Designer-Zusatzkraftstoffe zu stecken, da der emissionsoptimale Betrieb mit einem Minimum an Volumenbedarf an Zusatzkraftstoff abgedeckt werden kann. Weiterhin sind auf Basis des dargestellten Mischsystems, welche Grundkraftstoff und Zusatzkraftstoff erst direkt vor Einsatz im Motor als Mischung zusammenführt, eine weit größere Anzahl an möglichen Kombinationen aus Grundkraftstoff und Zusatzbetriebsstoff möglich, da keine Langzeitstabilität der Mischung gewährleistet werden muss. Emulsionshafte Mischungen sind somit zulässig, die ggf. mischungsbedingte negative Materialwechselwirkung (Quellverhalten von Kunstoffen etc.) ist auf ein Minimum von Teilen beschränkt. So kann dieses Zweikraftstoff-Mischungskonzeptes zum Beispiel auf den Dieselmotor angewendet werden und hierbei der Dieselkraftstoff auf Emulsionsbasis mit einem weiteren Kraftstoff, zum Beispiel Ethanol, abhängig von Last-/Drehzahl- beziehungsweise Motorkonditionierung/Umgebungsbedingungen, angereichert werden und so ein deutlich rußärmerer Abbrand erzielt werden. Aufgrund der nur kurzzeitigen Emulgierung direkt vor der Einspritzung ist hier keine aufwendige Mischungsstabilisierung nötig. Die Mischung wird sozusagen instantan und on-Demand hergestellt.
• In Summe ist durch dieses Konzept ein besonders nachhaltiger Umweltschutz gewährleistet, mit Hauptfokus auf geringe Schadstoffemissionen im urbanen Bereich und Fokus auf minimale CO₂-Emisionen und hohe Reichweite im ruralen Bereich. Neben der reinen GPS-Steuerung kann die Steuerung der kennfeldspezifischen Zusatzbetriebsstoffbeimengung sich alternativ oder zusätzlich nach emissionkritischen Aussenbedingungen (Außen- beziehungsweise Umgebungstemperatur etc. via Sensor) und besonders emissionskritischen Fahrsituationen (Stau; gesteuert über Informationen zum Beispiel über Connected Drive und/oder GPS) adaptieren, um gezielt das Emissionsverhalten zusätzlich und kennfeldspezifisch durch Zumischung von „Low-Emission“-Zusatzbetriebsstoffen zu verbessern. Dies bedeutet beispielsweise, dass die Umgebungs- oder Außentemperatur mittels wenigstens eines Sensors, insbesondere des Kraftfahrzeugs, erfasst werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann der Parameter wenigstens eine Verkehrssituation in der Umgebung umfasst, sodass die Anteile in Abhängigkeit von der Verkehrssituation eingestellt werden.
• Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels mit der zugehörigen Zeichnung. Dabei zeigt die einzige Fig. eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine, welche zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist.
• Die einzige Fig. zeigt in einer schematischen Darstellung eine Verbrennungskraftmaschine 1 für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen beispielsweise als Personenkraftwagen ausgebildeten Kraftwagen. Die Verbrennungskraftmaschine 1 weist ein beispielsweise als Zylindergehäuse, insbesondere als Zylinderkurbelgehäuse, ausgebildetes Motorgehäuse 2 auf, durch welches mehrere Brennräume in Form von Zylindern 3 der Verbrennungskraftmaschine 1 gebildet sind. Die Verbrennungskraftmaschine 1 ist dabei als Hubkolbenmaschine ausgebildet, sodass im jeweiligen Zylinder 3 ein Kolben translatorisch bewegbar aufgenommen ist. Die Verbrennungskraftmaschine 1 weist dabei eine beispielsweise als Kurbelwelle ausgebildete Abtriebswelle 4 auf, welche um eine Drehachse relativ zu dem Motorgehäuse 2 drehbar ist. Die Kolben sind dabei über jeweilige Pleuel gelenkig mit der Abtriebswelle 4 verbunden, sodass die translatorischen Bewegungen der Kolben in den Zylindern 3 in eine rotatorische Bewegung der Abtriebswelle 4 umgewandelt werden. Im Rahmen eines Verfahrens zum Betreiben der Verbrennungskraftmaschine 1 wird die Verbrennungskraftmaschine 1 in ihrem befeuerten Betrieb betrieben, welcher mehrere, zeitlich aufeinanderfolgende Arbeitsspiele der Verbrennungskraftmaschine 1 umfasst. Das jeweilige Arbeitsspiel kann dabei genau zwei vollständige Umdrehungen der Abtriebswelle 4 umfassen, wobei die Verbrennungskraftmaschine 1 beispielsweise als Vier-Takt-Motor ausgebildet ist. Während des befeuerten Betriebs wird innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels in dem jeweiligen Zylinder 3 ein Kraftstoff-Luft-Gemisch gebildet, welches, insbesondere fremdgezündet und verbrannt wird. Dadurch entsteht in dem jeweiligen Zylinder 3 ein Abgas, welches aus dem jeweiligen Zylinder 3 ausströmen kann. Hierzu umfasst die Verbrennungskraftmaschine 1 einen von dem Abgas durchströmbaren Abgastrakt 5, mittels welchem das Abgas aus dem jeweiligen Zylinder 3 abgeführt wird.
• Die Verbrennungskraftmaschine 1 weist ferner einen von Luft durchströmbaren und auch als Ansaugtrakt bezeichneten Einlasstrakt 6 auf, mittels welchem die den Einlasstrakt 6 durchströmende Luft in den jeweiligen Zylinder 3 zu leiten ist beziehungsweise geleitet wird. Des Weiteren weist die Verbrennungskraftmaschine 1 eine im Ganzen mit 7 bezeichnete Einspritzanlage auf, mittels welcher zwei voneinander unterschiedliche, flüssige Kraftstoffe in die Zylinder 3 eingebracht werden können. Bei einem ersten der Kraftstoffe handelt es sich um einen Dieselkraftstoff, wobei es sich bei dem zweiten Kraftstoff um einen Ottokraftstoff handelt. Der Dieselkraftstoff wird auch als Diesel bezeichnet, wobei der Ottokraftstoff auch als Benzin oder Motorbenzin bezeichnet wird.
• Die Verbrennungskraftmaschine 1 weist außerdem wenigstens einen Abgasturbolader 8 auf, welcher eine in dem Abgastrakt 5 angeordnete und ein Turbinenrad 9 aufweisende Turbine 10 umfasst. Außerdem umfasst der Abgasturbolader 8 einen in dem Einlasstrakt 6 angeordneten Verdichter 11, welcher ein Verdichterrad 12 aufweist. Mittels des Verdichterrads 12 kann die den Einlasstrakt 6 durchströmende Luft verdichtet werden. Der Abgasturbolader 8 weist außerdem eine Welle 13 auf, welche drehfest mit dem Turbinenrad 9 und drehfest mit dem Verdichterrad 12 verbunden ist. Hierdurch kann das Verdichterrad 12 über die Welle 13 von dem Turbinenrad 9 angetrieben werden, wobei das Turbinenrad 9 von dem den Abgastrakt 5 durchströmenden Abgas angetrieben werden kann. In der Folge wird durch das Antreiben des Verdichterrads 12 die Luft verdichtet, sodass im Abgas enthaltene Energie zum Verdichten der Luft genutzt werden kann. In dem Abgastrakt 5 ist stromab der Turbine 10 eine Abgasnachbehandlungseinrichtung 23 angeordnet, welche beispielsweise wenigstens einen Katalysator aufweisen kann. Mittels der Abgasnachbehandlungseinrichtung 2, welche auch als Abgasnachbehandlungsanlage bezeichnet wird, wird das Abgas nachbehandelt. Aus der Fig. ist erkennbar, dass dem jeweiligen Zylinder 3 ein jeweiliges Einspritzventil 14 zugeordnet ist, mittels welchem - wie im Folgenden noch genauer erläutert wird - der Dieselkraftstoff direkt in den jeweils zugeordneten Zylinder 3 eingespritzt werden kann.
• Um nun einen besonders vorteilhaften und insbesondere kraftstoffverbrauchs- und emissionsarmen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 1 zu realisieren, weist die Verbrennungskraftmaschine 1 einen ersten Tank 15 auf, in welchem bezogen auf den Dieselkraftstoff und den Ottokraftstoff ausschließlich der Dieselkraftstoff aufnehmbar beziehungsweise aufgenommen ist. Dabei ist das jeweilige Einspritzventil 14 mit dem in dem ersten Tank 15 aufgenommenen beziehungsweise aufnehmbaren Dieselkraftstoff versorgbar.
• Darüber hinaus ist wenigstens ein zweiter Tank 16 vorgesehen, mittels welchem bezogen auf die Kraftstoffe ausschließlich der Ottokraftstoff aufnehmbar beziehungsweise aufgenommen ist. Dabei ist das jeweilige Einspritzventil 14 mit dem Ottokraftstoff aus dem zweiten Tank 16 versorgbar. Des Weiteren weist die Verbrennungskraftmaschine 1 einen Mischbereich 17 auf, welcher mit dem Dieselkraftstoff aus dem Tank 15 und mit dem Ottokraftstoff aus dem Tank 16 versorgbar ist. In dem Mischbereich 17 ist beziehungsweise wird unter Bildung eines Dieselkraftstoff aus dem ersten Tank 15 und Ottokraftstoff aus dem zweiten Tank 16 aufweisenden und auch als Mischung oder Kraftstoffmischung oder Kraftstoffgemisch bezeichneten Gemisches Dieselkraftstoff aus dem ersten Tank 15 mit Ottokraftstoff aus dem zweiten Tank 16 zu mischen beziehungsweise gemischt, wobei mittels des jeweiligen Einspritzventils 14 die zuvor genannte Mischung direkt in den jeweils zugeordneten Zylinder 3 einspritzbar ist beziehungsweise eingespritzt wird. Das jeweilige Einspritzventil 14 wird auch als DI-Injektor bezeichnet, da die Mischung mittels des jeweiligen Einspritzventils 14 direkt in den jeweiligen Zylinder 3 eingespritzt werden kann.
• Des Weiteren ist je Zylinder 3 genau ein Injektor 18 vorgesehen, wobei die Einspritzventile 14 und die Injektoren 18 Bestandteile der Einspritzanlage 7 sind. Der jeweilige Injektor 18 ist bezogen auf die Kraftstoffe ausschließlich mit dem Ottokraftstoff aus dem zweiten Tank 16 versorgbar. Mit anderen Worten wird der jeweilige Injektor 18 bezogen auf die Kraftstoffe ausschließlich mit dem Ottokraftstoff aus dem zweiten Tank 16 versorgt. Somit ist beziehungsweise wird mittels des jeweiligen Injektors 18 bezogen auf die Kraftstoffe ausschließlich der Ottokraftstoff an einer jeweiligen, stromauf des jeweiligen der Zylinder 3 angeordneten Stelle S in den Einlasstrakt 6 und dadurch in die den Einlasstrakt 6 durchströmende Luft einspritzbar beziehungsweise eingespritzt. Somit wird mittels des jeweiligen Injektors 18 eine Saugrohr- beziehungsweise Kanaleinspritzung durchgeführt, in deren Rahmen reines Benzin aus dem zweiten Tank 16 in den Einlasstrakt 6 an der jeweiligen Stelle S eingespritzt wird. Die den Einlasstrakt 6 durchströmende Luft kann den an der jeweiligen Stelle S in den Einlasstrakt 6 eingespritzten Ottokraftstoff mitnehmen und dadurch in den jeweiligen Zylinder 3 transportieren.
• Beispielsweise in Strömungsrichtung des von dem Tank 15 in Richtung der Einspritzventile 14 strömenden Dieselkraftstoffs ist der Mischbereich 17 stromauf der Injektoren 18 angeordnet. Alternativ dazu ist es denkbar, dass der Mischbereich 17 in den Injektoren 18 angeordnet ist beziehungsweise dass in dem jeweiligen Injektor 18 ein jeweiliger Mischbereich vorgesehen ist, in welchem der Dieselkraftstoff aus dem Tank 15 mit dem Ottokraftstoff aus dem Tank 16 gemischt werden kann.
• Beispielsweise wird mittels einer ersten Pumpe der Dieselkraftstoff aus dem Tank 15 zu dem beziehungsweise in den Mischbereich 17 gefördert. Beispielsweise mittels einer zweiten Pumpe wird der Ottokraftstoff aus dem Tank 16 zu dem und in den Mischbereich 17 gefördert. Ferner ist es denkbar, dass der Ottokraftstoff aus dem Tank 16 mittels der zweiten Pumpe zu den auch als MPI-Injektoren bezeichneten Injektoren 18 gefördert wird. Insbesondere wird beispielsweise der Ottokraftstoff aus dem Tank 16 zu einem den Injektoren 18 gemeinsamen Kraftstoffverteilungselement 19 gefördert, welches auch als Rail bezeichnet wird. Alternativ oder zusätzlich ist den Einspritzventilen 14 ein den Einspritzventilen 14 gemeinsames Kraftstoffverteilungselement 20 zugeordnet, welches einfach auch als Verteilungselement oder Rail bezeichnet wird. Das Gemisch kann beispielsweise mit einem ersten Druck zu dem und insbesondere in das Kraftstoffverteilungselement 20 gefördert und in dem Kraftstoffverteilungselement 20 gespeichert werden. Mittels des Kraftstoffverteilungselements 20 wird die Mischung mit dem ersten Druck auf die Einspritzventile 14 aufgeteilt, sodass die Mischung mit dem ersten Druck mittels der Einspritzventile 14 direkt in den Zylinder 3 eingespritzt werden kann.
• Der Ottokraftstoff kann beispielsweise mit einem gegenüber dem ersten Druck geringeren zweiten Druck in dem Kraftstoffverteilungselement 19 gespeichert und mittels des Kraftstoffverteilungselements 19 auf die Injektoren 18 aufgeteilt werden. Mittels der Injektoren 18 wird beispielsweise der Ottokraftstoff mit dem gegenüber dem ersten Druck wesentlich geringeren zweiten Druck in den Einlasstrakt 6 eingespritzt. Die erste Pumpe ist beispielsweise eine Niederdruckpumpe. Beispielsweise mittels einer als Kraftstoffhochdruckpumpe ausgebildeten dritten Pumpe wird das Gemisch von dem Mischbereich 17 zu den Einspritzventilen 14 beziehungsweise zu dem und insbesondere in das Kraftstoffverteilungselement 20 gefördert, wobei die Mischung mittels der Kraftstoffhochdruckpumpe auf den zweiten Druck gebracht wird. Insbesondere ist es denkbar, dass der Mischbereich 17 stromauf der Kraftstoffhochdruckpumpe oder in der Kraftstoffhochdruckpumpe angeordnet ist.
• Im Rahmen des Verfahrens zum Betreiben der Verbrennungskraftmaschine 1 wird die Verbrennungskraftmaschine 1 beispielsweise während einer ersten Zeitspanne in einem ersten Betriebszustand, während einer zweiten Zeitspanne in einem zweiten Betriebszustand und während einer dritten Zeitspanne in einem dritten Betriebszustand betrieben, wobei die Zeitspannen zeitlich aufeinander folgen. In dem ersten Betriebszustand wird beispielsweise mittels des jeweiligen Einspritzventils 14 bezogen auf die Kraftstoffe ausschließlich der Ottokraftstoff aus dem zweiten Tank 16 in den jeweils zugeordneten Zylinder 3 direkt eingespritzt, sodass in dem ersten Betriebszustand beziehungsweise während des ersten Betriebszustands ein durch das jeweilige Einspritzventil 14 bewirktes direktes Einspritzen des Dieselkraftstoffes in den Zylinder 3 unterbleibt.
• In dem zweiten Betriebszustand wird mittels des jeweiligen Einspritzventils 14 bezogen auf die Kraftstoffe ausschließlich der Dieselkraftstoff aus dem ersten Tank 15 direkt in den jeweils zugeordneten Zylinder 3 eingespritzt, sodass in dem zweiten Betriebszustand beziehungsweise während des zweiten Betriebszustands ein durch das jeweilige Einspritzventil 14 bewirktes direktes Einspritzen des Ottokraftstoffs aus dem zweiten Tank 16 in den Zylinder 3 unterbleibt. In dem dritten Betriebszustand jedoch wird die zuvor genannte Mischung mittels des jeweiligen Einspritzventils 14 direkt in den jeweils zugeordneten Zylinder 3 eingespritzt. Dabei weist der Dieselkraftstoff aus dem Tank 15 einen gegenüber 0 größeren ersten Anteil an der Mischung auf, während der Ottokraftstoff aus dem zweiten Tank 16 einen gegenüber 0 größeren zweiten Anteil an der Mischung aufweist. Mit anderen Worten weist der Anteil des Ottokraftstoffes an der Mischung einen gegenüber 0 größeren ersten Wert auf, während der Anteil des Dieselkraftstoffes an der Mischung einen gegenüber 0 größeren zweiten Wert aufweist. Die Anteile beziehungsweise ihre Werte ergeben in Summe beispielsweise 100 Prozent der Mischung.
• Der jeweilige Betriebszustand wird beispielsweise, insbesondere mittels einer in der Fig. besonders schematisch dargestellten elektronischen Recheneinrichtung 21 der Verbrennungskraftmaschine 1, eingestellt. Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass mittels der elektronischen Recheneinrichtung 21 voneinander unterschiedliche und gegenüber 0 größere erste Werte des ersten Anteils und voneinander unterschiedliche und gegenüber 0 größere zweite Werte des zweiten Anteils eingestellt werden. Hierzu ist beispielsweise eine den Mischbereich 17 aufweisende Mischeinrichtung 22 vorgesehen, welche dazu ausgebildet ist, jeweilige Anteile des Dieselkraftstoffes und des Ottokraftstoffes an dem Gemisch in Abhängigkeit von wenigstens einem Parameter auf jeweilige Werte einzustellen. Hierzu wird beispielsweise die Mischeinrichtung 22, insbesondere in Abhängigkeit von dem Parameter, von der Recheneinrichtung 21 angesteuert. Die Betriebszustände und/oder die ersten Werte und/oder die zweite Werte werden beispielsweise in Abhängigkeit von wenigstens einem beziehungsweise dem Parameter und/oder in Abhängigkeit von wenigstens einem jeweiligen aktuellen Ort mittels der elektronischen Recheneinrichtung 21 eingestellt, wobei sich die Verbrennungskraftmaschine 1 beziehungsweise das Kraftfahrzeug an dem jeweiligen aktuellen Ort aktuell befindet. Der jeweilige Ort wird beispielsweise mittels einer Navigationseinrichtung und insbesondere mithilfe eines satellitengestützten Navigationssystems wie beispielsweise GPS (Global Positioning System) ermittelt. Der Parameter umfasst somit beispielsweise den aktuellen Ort und/oder die Last und/oder die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine 1.
• Insbesondere ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Verbrennungskraftmaschine 1 in zumindest einem, in mehreren oder in allen der zuvor genannten Betriebszustände in einem Magerbetrieb und somit mager betrieben wird, sodass die Verbrennungskraftmaschine 1 mit einem Verbrennungsluftverhältnis betrieben wird, welches größer als 1, vorzugsweise größer als 1,5 und vorzugsweise größer als 1,8 ist. Vorzugsweise beträgt das Verbrennungsluftverhältnis beispielsweise zirka 2 oder größer.
• Bezugszeichenliste

1

Verbrennungskraftmaschine

2

Motorgehäuse

3

Zylinder

4

Abtriebswelle

5

Abgastrakt

6

Einlasstrakt

7

Einspritzanlage

8

Abgasturbolader

9

Turbinenrad

10

Turbine

11

Verdichter

12

Verdichterrad

13

Welle

14

Einspritzventil

15

erster Tank

16

zweiter Tank

17

Mischbereich

18

Injektor

19

Kraftstoffverteilungselement

20

Kraftstoffverteilungselement

21

elektronische Recheneinrichtung

22

Mischeinrichtung

23

Abgasnachbehandlungseinrichtung

S

Stelle

• 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 102016118591 A1 [0002]
• DE 102016000761 A1 [0003]
• WO 2005/012466 A1 [0004]
• Zitierte Nicht-Patentliteratur
• DIN EN 590 [0007]
• Norm EN 14214 [0007]
• DIN EN 228 [0009]

Claims (10)

1. Verbrennungskraftmaschine (1) für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem Brennraum (3), und mit einem dem Brennraum (3) zugeordneten Einspritzventil (14), mittels welchem ein Dieselkraftstoff direkt in den Brennraum (3) einspritzbar ist, gekennzeichnet durch: - wenigstens einen ersten Tank (15) zum Aufnehmen des Dieselkraftstoffes, wobei das Einspritzventil (14) mit dem in dem ersten Tank (15) aufgenommenen Dieselkraftstoff versorgbar ist; - wenigstens einen zweiten Tank (16) zum Aufnehmen eines Ottokraftstoffes, wobei das Einspritzventil (14) mit dem in dem zweiten Tank (16) aufgenommenen Ottokraftstoff versorgbar ist; und - zumindest einen Mischbereich (17), in welchem unter Bildung eines Dieselkraftstoff aus dem ersten Tank (15) und Ottokraftstoff aus dem zweiten Tank (16) aufweisenden Gemisches Dieselkraftstoff aus dem ersten Tank (15) mit Ottokraftstoff aus dem zweiten Tank (16) zu mischen ist, wobei mittels des Einspritzventils (14) das Gemisch direkt in den Brennraum (3) einspritzbar ist.
2. Verbrennungskraftmaschine (1) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch: - einen zumindest von Luft durchströmbaren Einlasstrakt (6), mittels welchem die den Einlasstrakt (6) durchströmende Luft in den Brennraum (3) zu leiten ist; und - zumindest einen bezogen auf den Ottokraftstoff und den Dieselkraftstoff ausschließlich mit dem Ottokraftstoff aus dem zweiten Tank (16) versorgbaren Injektor (18), mittels welchem bezogen auf den Ottokraftstoff und den Dieselkraftstoff ausschließlich der Ottokraftstoff an einer stromauf des Brennraums (3) angeordneten Stelle (S) in den Einlasstrakt (6) und dadurch in die den Einlasstrakt (6) durchströmenden Luft einspritzbar ist.
3. Verbrennungskraftmaschine (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Betriebszustand innerhalb eines Arbeitsspiels der Verbrennungskraftmaschine (1) das Einspritzventil (14) das Gemisch direkt in den Brennraum (3) einspritzt und der Injektor (18) Ottokraftstoff aus dem zweiten Tank (16) an der Stelle (S) in den Einlasstrakt (6) einspritzt.
4. Verbrennungskraftmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch: - wenigstens einen ersten Betriebszustand, in welchem das Einspritzventil(14) bezogen auf den Ottokraftstoff und den Dieselkraftstoff ausschließlich Ottokraftstoff aus dem zweiten Tank (16) direkt in den Brennraum (3) einspritzt; - wenigstens einen zweiten Betriebszustand, in welchem das Einspritzventil (14) bezogen auf den Ottokraftstoff und den Dieselkraftstoff ausschließlich Dieselkraftstoff aus dem ersten Tank (15) direkt in den Brennraum (3) einspritzt; und - wenigstens einen dritten Betriebszustand, in welchem das Einspritzventil (14) das Gemisch direkt in den Brennraum (3) einspritzt.
5. Verbrennungskraftmaschine (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungskraftmaschine (1) dazu ausgebildet ist, den jeweiligen Betriebszustand in Abhängigkeit von einem aktuellen Ort, an dem sich die Verbrennungskraftmaschine (1) aktuell befindet, einzustellen.
6. Verbrennungskraftmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Mischeinrichtung (21), welche dazu ausgebildet ist, jeweilige Anteile des Dieselkraftstoffes und des Ottokraftstoffes an dem Gemisch in Abhängigkeit von wenigstens einem Parameter auf jeweilige Werte einzustellen.
7. Verbrennungskraftmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungskraftmaschine (1) in einem Magerbetrieb betreibbar ist.
8. Verbrennungskraftmaschine (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungskraftmaschine (1) in dem Magerbetrieb ein Verbrennungsluftverhältnis von zirka 2 oder höher aufweist.
9. Kraftfahrzeug, mit einer Verbrennungskraftmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
10. Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine (1) für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem Brennraum (3), und mit einem dem Brennraum (3) zugeordneten Einspritzventil (14), mittels welchem ein Dieselkraftstoff direkt in den Brennraum (3) einspritzbar ist, gekennzeichnet durch: - wenigstens einen ersten Tank (15), in welchem der Dieselkraftstoff aufgenommen ist, wobei das Einspritzventil (14) mit dem in dem ersten Tank (15) aufgenommenen Dieselkraftstoff versorgt wird; - wenigstens einen zweiten Tank (16), in welchem ein Ottokraftstoff aufgenommen ist, wobei das Einspritzventil (14) mit dem in dem zweiten Tank (16) aufgenommenen Ottokraftstoff versorgt wird; und - zumindest einen Mischbereich (17), in welchem unter Bildung eines Dieselkraftstoff aus dem ersten Tank (15) und Ottokraftstoff aus dem zweiten Tank (16) aufweisenden Gemisches Dieselkraftstoff aus dem ersten Tank (15) mit Ottokraftstoff aus dem zweiten Tank (16) gemischt wird, wobei mittels des Einspritzventils (14) das Gemisch direkt in den Brennraum (3) eingespritzt wird.

Images