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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines monovalenten Verbrennungsmotors mit Diffusionsverbrennung nach dem Dieselprinzip mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung einen Kraftstoffinjektor, insbesondere einen HP-DI-Injektor, der zur Durchführung des Verfahrens geeignet ist.
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Stand der Technik
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Insbesondere im Bereich der Nutzfahrzeuge finden vorrangig monovalente Verbrennungsmotoren Einsatz, die mit Dieselkraftstoff betrieben werden. Derartige Motoren weisen einen hohen Wirkungsgrad auf. Die Verbrennung von Dieselkraftstoff geht jedoch mit vergleichsweise hohen Schadstoffemissionen einher, so dass nach alternativen Konzepten und/oder alternativen Kraftstoffen gesucht wird. Besondere Beachtung finden in diesem Zusammenhang die Verbrennung gasförmiger Brennstoffe, wie beispielsweise Ethanol oder Erdgas, da diese weniger belastend für die Umwelt sind. Der Wechsel vom Dieselmotor zum Gasmotor führt jedoch in der Regel zu einem Wirkungsgradverlust sowie einem Leistungs- und Drehmomentnachteil.
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Um diese Nachteile zu beseitigen, wurden u.a. bereits Gasmotoren mit Diffusionsverbrennung nach dem Dieselprinzip vorgeschlagen. Hierbei erfolgt die Gaseinblasung - analog dem Dieselmotor - innerhalb eines kleinen Kurbelwinkelbereichs direkt in die Verbrennung. Der Gasdruck muss dabei deutlich über dem Verbrennungsdruck liegen, so dass insbesondere Gasventile für die Hochdruck-Direkteinblasung („high pressure - direct injection“ bzw. HP-DI-Injektoren) Verwendung finden. Derartige Gasmotoren weisen im Vergleich zu anderen Gasmotoren einen hohen Wirkungsgrad, kurze Reaktionszeiten hinsichtlich Dynamik und eine erhöhte Robustheit gegenüber kleinen Methanzahlwerten (geringere Klopfneigung bei Varianz der Gasqualität) auf.
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Da in Gasmotoren zum Einsatz gelangende gasförmige Kraftstoffe in der Regel nicht selbstzündend sind, muss die Verbrennung eingeleitet werden, beispielsweise durch eine vorausgehende Dieseleinspritzung mittels separatem Dieselinjektor oder mittels Gasventil mit integriertem Dieselinjektor (sogenanntes „Zündstrahlverfahren“). Des Weiteren kann eine Glüh- oder Zündvorrichtung zum Zünden eingesetzt werden. Als Vorteil erweist sich dabei, dass kein Dieselkraftstoff als weiterer Kraftstoff vorgehalten werden muss, so dass der Systemaufwand deutlich geringer ist. Als Nachteil erweist sich, dass oftmals nicht alle Gasstrahlen gleichzeitig entflammt werden, so dass es zu einem Zündverzug kommt. Dies ist insbesondere der Fall, wenn eine seitlich in Bezug auf den Gasinjektor angeordnete Glüh- oder Zündkerze als Glüh- oder Zündvorrichtung eingesetzt wird. Darüber hinaus ist das Zünden nicht selbstzündender Kraftstoffe mittels Mikrowellenzündung bekannt. Hierbei werden Plasmen generiert, die ein größeres Volumen einnehmen, jedoch mit radial austretenden Gasstrahlen nicht kombinierbar sind.
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Das Zünden erfolgt mit Eintritt des Kraftstoffs in den Brennraum bzw. in eine dem Brennraum vorgelagerte und der Brennraumatmosphäre zugängliche Kammer, so dass ein Luft-Kraftstoff-Gemisch gezündet wird. Die vorgelagerte Kamer besitzt den Vorteil, dass das hierin eingebrachte Luft-Kraftstoff-Gemisch zentral gezündet werden kann.
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Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines monovalenten Verbrennungsmotors, insbesondere Gasmotors, mit Diffusionsverbrennung nach dem Dieselprinzip anzugeben, bei dem eine möglichst gleichmäßige Entflammung eines nichtselbstzündenden oder schwer zündbaren Kraftstoffs ohne Zuhilfenahme eines zweiten Kraftstoffs erreicht wird. Zugleich soll der konstruktive Aufwand zur Durchführung des Verfahrens möglichst gering gehalten werden.
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Zur Lösung der Aufgabe werden das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie der Kraftstoffinjektor mit den Merkmalen des Anspruchs 9 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.
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Offenbarung der Erfindung
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Bei dem vorgeschlagenen Verfahren zum Betreiben eines monovalenten Verbrennungsmotors mit Diffusionsverbrennung nach dem Dieselprinzip wird ein nicht selbstzündender oder schwer zündbarer Kraftstoff, beispielsweise Ethanol oder Erdgas, mittels eines Kraftstoffinjektors direkt in einen Brennraum eingebacht. Erfindungsgemäß wird zumindest eine Teilmenge des einzubringenden Kraftstoffs vor dem Eintritt in den Brennraum oder in eine der Brennraumatmosphäre zugängliche Kammer durch Plasmaerzeugung, Ionisierung und/oder Radikalbildung aktiviert. Durch die Aktivierung wird die Reaktionsfreudigkeit des Kraftstoffs erhöht, so dass sich dieser mit Eintritt in den Brennraum oder in die Kammer bei Kontakt mit der dort vorhandenen Luft selbst entflammt. Das heißt, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren die Selbstzündung des Kraftstoffs verbessert wird, so dass kein zusätzlicher Kraftstoff zur Ausbildung eines Zündstrahls vorgehalten werden muss. Der zur Durchführung des Verfahren erforderliche konstruktive Aufwand ist demnach vergleichsweise gering. Darüber hinaus wird eine gleichmäßige Entflammung des Kraftstoffs bei Kontakt mit Luft bzw. mit Brennraumatmosphäre erreicht. Denn die Aktivierung des Kraftstoffs erfolgt noch im Kraftstoffinjektor, das heißt zeitlich vor dem eigentlichen Einspritzvorgang und damit unabhängig von der Form und/oder Ausrichtung der in den Brennraum abgegebenen Kraftstoffstrahlen. Der Entflammungszeitpunkt wird dabei durch den Einspritzbeginn bestimmt.
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Im Unterschied zu den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren, wird lediglich Kraftstoff und kein Luft-Kraftstoff-Gemisch aktiviert bzw. gezündet. Die Aktivierung wird zudem im Kraftstoffinjektor, insbesondere in einem Kraftstoffpfad des Kraftstoffinjektors, durchgeführt. Dadurch verkürzen sich die Durchführungswege der erforderlichen Strom- und/oder Spannungsversorgung. Der konstruktive Aufwand beschränkt sich auf geringfügige Modifikationen des zum Einspritzen des Kraftstoffs vorgesehenen Kraftstoffinjektors.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird zur Plasmaerzeugung, Ionisierung und/oder Radikalbildung zumindest eine Teilmenge des einzubringenden Kraftstoffs erhitzt und/oder elektrischen Feldstärken ausgesetzt. Die gewünschte Erhöhung der Reaktionsfreudigkeit des Kraftstoffs wird demnach vorrangig über die Temperatur und nicht über den Druck gesteuert. Entsprechend kann der Systemdruck gesenkt werden bzw. auf einem niedrigen bis mittleren Niveau gehalten werden. Vorzugsweise wird das Erhitzen und/oder das Erzeugen der elektrischen Feldstärken elektrisch, vorzugsweise mittels einer Glüh- oder Zündvorrichtung, mittels Koronazündung oder mittels Mikrowellenzündung bewirkt. Diese Verfahren sind aus dem Stand der Technik bekannt und haben sich daher bereits bewährt.
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Weiterhin bevorzugt wird dem Kraftstoffinjektor zur Aktivierung des Kraftstoffs von außen Energie zugeführt. Das heißt, dass der Kraftstoffinjektor mindestens einen elektrischen Anschluss zur Energieversorgung sowie mindestens eine elektrische Leitung aufweisen muss. Über die Energieversorgung ist dann in einfacher Weise die Aktivierung des Kraftstoffs steuerbar. Die Integration der elektrischen Leitung in den Kraftstoffinjektor kann mit vergleichsweise geringem Aufwand umgesetzt werden.
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Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die von außen zugeführte Energie innerhalb des Kraftstoffinjektors in eine zur Aktivierung des Kraftstoffs geeignete Energieform umgewandelt wird. Das heißt, dass die zur Umwandlung erforderlichen Mittel, wie beispielsweise ein Hochfrequenz-Generator, in den Kraftstoffinjektor integriert sind, so dass eine kompakte Anordnung geschaffen wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird an den Kraftstoffinjektor eine Gleichspannung angelegt, die mit Hilfe eines Hochfrequenz- und/oder Mikrowellen-Generators, der vorzugsweise in den Kraftstoffinjektor integriert ist, in eine hochfrequente Hochspannung umgewandelt wird. Das heißt, dass die Aktivierung des Kraftstoff mit Hilfe bereits bekannter Mittel durchgeführt wird, die gemäß dem Stand der Technik bei der Mikrowellenzündung Verwendung finden. Auf diese Weise kann der konstruktive Aufwand weiter gesenkt werden.
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Vorteilhafterweise wird der Kraftstoff über mehrere Einspritzöffnungen in den Brennraum eingebracht, so dass eine möglichst gleichmäßige Verteilung des Kraftstoffs im Brennraum erreicht wird. Vorzugsweise sind die mehreren Einspritzöffnungen radial oder schräg zu einer Längsachse des Kraftstoffinjektors verlaufend und/oder im gleichen Winkelabstand zueinander angeordnet. Durch diese Maßnahmen - allein oder in Kombination - kann die Verteilung des Kraftstoffs im Brennraum weiter verbessert werden.
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Alternativ können die Einspritzöffnungen auch tangential verlaufen, so dass eine turbulente Strömung im Brennraum erzeugt wird, welche die Vermischung mit Luft verbessert. Dies führt zugleich zu einer schnelleren Umsetzung. Darüber hinaus können die Einspritzöffnungen in ungleichmäßigen Winkelabständen zueinander angeordnet sein, beispielsweise um deren Lage an nicht rotationssymmetrische Brennraum- oder Kolbengeometrien anzupassen.
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Die Aktivierung von Kraftstoff wird bevorzugt zumindest über die Dauer mindestens eines Einspritzvorgangs zum Einbringen des Kraftstoffs in den Brennraum durchgeführt. Somit ist sichergestellt, dass die gesamte in den Brennraum eingebrachte Einspritzmenge sicher zur Entflammung gebracht wird. Dabei kann es genügen, dass ggf. nur eine Teilmenge der einzuspritzenden Kraftstoffmenge aktiviert wird, die sich mit Eintritt in den Brennraum entflammt und somit die übrige in den Brennraum gelangende, nicht zuvor aktivierte Kraftstoffmenge zündet.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass der Kraftstoff in mehreren, vorzugsweise in mindestens zwei, aufeinanderfolgenden Einspritzvorgängen, in den Brennraum eingebracht wird. Das heißt, dass der Haupteinspritzung eine Voreinspritzung vorausgehen und/oder eine Nacheinspritzung nachfolgen kann. Das erfindungsgemäße Verfahren kann somit in Verbindung mit unterschiedlichen Einspritzstrategien durchgeführt werden.
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Erfolgt die Einbringung des Kraftstoff in mehrfach aufeinanderfolgenden Einspritzvorgängen, wird die Aktivierung über die Dauer zumindest eines Einspritzvorgangs durchgeführt, vorzugsweise während des ersten Einspritzvorgangs. Durch den sich entflammenden Kraftstoff wird in der Nähe des Kraftstoffinjektors die Temperatur im Brennraum angehoben, so dass in einem nachfolgenden Einspritzvorgang eingebrachter, zuvor nicht aktivierter Kraftstoff dennoch entflammt. Das vorgeschlagene Verfahren kann somit besonders energieeffizient durchgeführt werden, da die Ansteuerdauer der Mittel zur Aktivierung reduziert werden kann.
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In Weiterbildung der Erfindung wird daher vorgeschlagen, dass eine aktivierte Teilmenge des Kraftstoffs im Wege einer Piloteinspritzung in den Brennraum eingebracht und zum Entflammen einer zeitlich versetzt in den Brennraum eingebrachten Kraftstoffmenge verwendet wird.
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Die Aktivierung kann aber auch über die Dauer jedes einzelnen Einspritzvorgangs durchgeführt werden, um eine sichere Entflammung zu gewährleisten.
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Zum Einbringen einer aktivierten Teilmenge des Kraftstoffs und einer nicht aktivierten weiteren Kraftstoffmenge kann ein Kraftstoffinjektor mit einer Düse oder mit zwei getrennten Düsen verwendet werden. Grundsätzlich ist es auch möglich zwei Kraftstoffinjektoren einzusetzen. Dadurch erhöht sich jedoch der konstruktive Aufwand und der Bauraumbedarf steigt.
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Darüber hinaus wird ein Kraftstoffinjektor, insbesondere ein HP-DI-Injektor, zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagen. Der vorgeschlagene Kraftstoffinjektor umfasst eine in einem Düsenkörper hubbeweglich aufgenommene Düsennadel zum Freigeben und Verschließen mehrerer Einspritzöffnungen, wobei die Düsennadel mit einem Dichtsitz zusammenwirkt. Erfindungsgemäß ist stromaufwärts des Dichtsitzes ein Aktivierungsbereich im Kraftstoffinjektor, vorzugsweise in einem Kraftstoffpfad des Kraftstoffinjektors, ausgebildet, der Mittel zum Erhitzen des Kraftstoffs und/oder zum Erzeugen elektrischer Feldstärken im Kraftstoff umfasst.
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Aus dem Stand der Technik sind Kraftstoffinjektoren, wie beispielsweise HP-DI-Injektoren bekannt, die zwei ineinander geführte Düsennadeln zum zeitlich versetzten Einspritzen zwei unterschiedlicher Kraftstoffe aufweisen. Der weitere Kraftstoff dient dabei der Zündung des ersten Kraftstoffs, der hierzu im Wege einer Piloteinspritzung in den Brennraum eingebracht wird. Da bei dem vorgeschlagenen Verfahren nur eine einzige Kraftstoffart in den Brennraum eingebracht wird, kann die zur Formung eines Zündstrahls vorgesehene Düsennadel entfallen. In der Regel handelt es sich hierbei um die innere der beiden ineinander geführten Düsennadeln. Damit entsteht im Kraftstoffinjektor ein Hohlraum, der zur Aufnahme der Mittel zur Aktivierung von Kraftstoff genutzt werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich somit besonders aufwandsarm und einfach umsetzen.
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Die Mittel zum Erhitzen und/oder zum Erzeugen elektrischer Feldstärken können insbesondere umfassen:
- - eine elektrische Leitung,
- - eine Glüh- oder Zündvorrichtung,
- - einen Hochfrequenz- und/oder Mikrowellen-Generator und/oder
- - einen Wellenleiter, insbesondere einen λ/4-Leiter.
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Das heißt, dass auf bereits bekannte Mittel zurückgegriffen werden kann, die vorliegend nur noch in den Kraftstoffinjektor integriert werden müssen. Sofern der Kraftstoffinjektor der Bauart nach wie ein Zweistoffinjektor ausgebildet ist, kann hierfür der durch Wegfall der inneren Düsennadel frei werdende Raum genutzt werden.
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Mit Hilfe der elektrischen Leitung kann die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderliche Energieversorgung sichergestellt werden. Insbesondere kann die elektrische Leitung bis an den Aktivierungsbereich im Kraftstoffpfad des Kraftstoffinjektors bzw. bis an weitere Mittel zum Erhitzen und/oder zum Erzeugen elektrischer Feldstärken im Kraftstoff herangeführt werden. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine aus dem Stand der Technik bekannte Glüh- oder Zündvorrichtung handeln, die hierzu in den Kraftstoffinjektor integriert wird.
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Darüber hinaus können die Mittel zum Erhitzen und/oder zum Erzeugen elektrischer Feldstärken einen Hochfrequenz- und/oder Mikrowellen-Generator umfassen. Mit Hilfe dieser Mittel kann eine zur Verfügung gestellte Energie in eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Energie umgewandelt werden. Beispielsweise kann eine an den Kraftstoffinjektor angelegte Gleichspannung in eine hochfrequente Hochspannung umgewandelt werden, um eine Aktivierung des Kraftstoffs analog der aus dem Stand der Technik bekannten Hochfrequenz- bzw. Mikrowellenzündung von Kraftstoff durchzuführen. Der Kraftstoffinjektor kann aber auch von außen, beispielsweise durch einen externen Magnetron, mit HF-Energie versorgt werden.
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Mit Hilfe des Wellenleiters, insbesondere in Form eines λ/4-Leiters, der einfach in den Kraftstoffinjektor integrierbar ist, kann im Aktivierungsbereich ein Plasma erzeugt werden, mittels dessen zumindest eine Teilmenge des Kraftstoffs aktivierbar ist.
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Um die Integration der Mittel in den Kraftstoffinjektor zu erleichtern, wird vorgeschlagen, dass die Düsennadel zumindest abschnittsweise als Hohlnadel ausgeführt ist. Umfasst der Kraftstoffinjektor einen Wellenleiter, ist dieser bevorzugt - zumindest abschnittsweise - in der Hohlnadel aufgenommen. Der Wellenleiter kann insbesondere den Raum einer nicht vorhandenen zweiten Düsennadel einnehmen.
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Vorteilhafterweise verlaufen die Einspritzöffnungen des Kraftstoffinjektors radial oder schräg in Bezug auf eine Längsachse des Kraftstoffinjektors. Ferner wird vorgeschlagen, dass die Einspritzöffnungen im gleichen Winkelabstand zueinander angeordnet sind. Durch diese Maßnahmen - allein oder in Kombination - wird eine gleichmäßige Verteilung des Kraftstoffs im Brennraum erreicht.
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Alternativ können die Einspritzöffnungen auch tangential verlaufen, so dass eine turbulente Strömung im Brennraum erzeugt wird, welche die Vermischung mit Luft verbessert. Dies führt zugleich zu einer schnelleren Umsetzung. Darüber hinaus können die Einspritzöffnungen in ungleichmäßigen Winkelabständen zueinander angeordnet sein, beispielsweise um deren Lage an nicht rotationssymmetrische Brennraum- oder Kolbengeometrien anzupassen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
- 1 einen schematischen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform, a) bei geschlossener Düsennadel, b) bei geöffneter Düsennadel,
- 2 einen schematischen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform, a) bei geschlossener Düsennadel, b) bei geöffneter Düsennadel,
- 3 einen schematischen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform, a) bei geschlossener Düsennadel, b) bei geöffneter Düsennadel,
- 4 einen schematischen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform, a) bei geschlossener Düsennadel, b) bei geöffneter Düsennadel,
- 5 einen schematischen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor gemäß einer fünften bevorzugten Ausführungsform, a) bei geschlossener Düsennadel, b) bei geöffneter Düsennadel,
- 6 einen schematischen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor gemäß einer sechsten bevorzugten Ausführungsform, a) bei geschlossener Düsennadel, b) bei geöffneter Düsennadel,
- 7 einen schematischen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor gemäß einer siebten bevorzugten Ausführungsform, a) bei geschlossener Düsennadel, b) bei geöffneter Düsennadel, und
- 8-13 jeweils ein Diagramm zur Darstellung verschiedener Ansteuerkonzepte.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Der 1a und der 1b ist jeweils eine erste bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors 1 zu entnehmen. Der dargestellte Kraftstoffinjektor 1 umfasst einen Düsenkörper 5 mit einer hierin hubbeweglich aufgenommenen Düsennadel 6 zum Freigeben und Verschließen mehrerer Einspritzöffnungen 4. Die Düsennadel 6 wirkt hierbei mit einem Dichtsitz 7 zusammen, der durch den Düsenkörper 5 ausgebildet wird. Über den Dichtsitz 7 verläuft ein Kraftstoffpfad 12, über welchen den Einspritzöffnungen 4 Kraftstoff zugeführt wird. Stromaufwärts des Dichtsitzes 7 ist im Kraftstoffpfad 12 ein Aktivierungsbereich 8 ausgebildet, der über eine elektrische Leitung 10 mit Energie versorgbar ist. Mit Hilfe dieser Energie wird der über den Kraftstoffpfad 12 in den Aktivierungsbereich 8 gelangende Kraftstoff aktiviert, das heißt einer Behandlung unterzogen, durch welche die Reaktionsfreudigkeit des Kraftstoffs steigt. Der aktivierte Kraftstoff wird anschließend über die Einspritzöffnungen 4 in einen Brennraum 2 eingespritzt (siehe 1b). Im Brennraum 2 gelangt der aktivierte Kraftstoff 13 in Kontakt mit der dort vorhandenen Verbrennungsluft, was dazu führt, dass sich der Kraftstoff entflammt und verbrennt. Um eine gleichmäßige Verteilung des aktivierten Kraftstoffs 13 im Brennraum 2 zu erreichen, sind die Einspritzöffnungen 4 als im Wesentlichen radial verlaufende und im gleichen Winkelabstand zueinander angeordnete Bohrungen ausgeführt. Die Angabe „im Wesentlichen radial“ bezieht sich auf eine Ausrichtung der Einspritzöffnungen 4 im Wesentlichen senkrecht zu einer Längsachse 14 des Kraftstoffinjektors 1. Das Öffnen der Düsennadel 6 erfolgt mit Hilfe eines elektromagnetischen Aktors 15, dessen Magnetkraft die Düsennadel 6 entgegen der Federkraft einer Rückstellfeder 16 aus dem Dichtsitz 7 hebt.
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Eine zweite bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors 1 ist der 2a und der 2b zu entnehmen. Hier wird die Aktivierung des Kraftstoffs mit Hilfe eines Wellenleiters 11 in Form eines λ/4-Leiters bewirkt, der in der Düsennadel 6 aufgenommen ist. Die Düsennadel 6 ist hierzu als Hohlnadel ausgeführt. Der Aktivierungsbereich 8 ist am brennraumnahen Ende des Wellenleiters 11 angeordnet, an dem im Betrieb eine Spannungsüberhöhung stattfindet, die zur Plasmabildung führt. Die erforderliche hochfrequente Spannung wird dem Wellenleiter 11 über die Stromleitung 10 zugeführt, die hierzu als HF-Leitung ausgeführt ist. Am brennraumfernen Ende ist der Wellenleiter 11 durch einen Kondensator 17 vom Aktor 15 getrennt. Eine weitere scheibenförmige Trennwand 18 begrenzt eine zwischen dem Wellenleiter 11 und der Düsennadel 6 verbleibenden Ringraum 19, der sich im Betrieb des Kraftstoffinjektors 1 mit Kraftstoff füllt.
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Eine dritte bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors 1 ist der 3a und der 3b zu entnehmen. Diese entspricht der Ausführungsform der 2a und 2b mit der Ausnahme, dass die scheibenförmige Trennwand 18 in Richtung des Brennraums 2 verlagert worden ist. Dadurch verkleinert sich das Volumen des Ringraums 19, das sich im Betrieb des Kraftstoffinjektors 1 mit Kraftstoff füllt. Entsprechend reduziert sich das Totvolumen. Während in den 2a und 2b die Trennwand 18 bezogen auf die Gesamtlänge des Wellenleiters 11 in etwa auf Höhe des ersten Drittels angeordnet ist, erfolgt die Anordnung in den 3a und 3b in etwa auf Höhe des zweiten Drittels.
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Grundsätzlich kann jedoch auch auf eine scheibenförmige Trennwand 18 zur Verkleinerung des Volumens des Ringraums 19 verzichtet werden. Diese Ausführungsform ist beispielhaft in der 4a und der 4b dargestellt.
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Der 5a und der 5b ist eine fünfte bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors 1 zu entnehmen. Hier wird die hochfrequente Spannung mit Hilfe eines in den Kraftstoffinjektor 1 integrierten HF-Generators 3 erzeugt. Der HF-Generator 3 ist über eine elektrische Leitung 10 mit einem Wellenleiter 11 verbunden, der wiederum in einer als Hohlnadel ausgeführten Düsennadel 6 aufgenommen ist. Die scheibenförmige Trennwand 18 zur Begrenzung des Volumens des Ringraums 19 ist analog der Ausführungsform der 2a und der 2b auf etwa dem ersten Drittel der Gesamtlänge des Wellenleiters 11 angeordnet. Der HF-Generator 3 wird über eine Stromleitung 20 mit Energie versorgt und über eine Steuerleitung 21 angesteuert.
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In der 6a und der 6b ist eine sechste bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors 1 dargestellt. Diese unterscheidet sich von der der 5a und der 5b lediglich dadurch, dass die scheibenförmige Trennwand 18 wieder näher an den Brennraum 2 herangerückt worden ist.
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Das der 7a und der 7b zu entnehmende siebte bevorzugte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von denen der 5a und 5b sowie 6a und 6b lediglich dadurch, dass auf eine scheibenförmige Trennwand 18 vollständig verzichtet worden ist.
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Sämtliche dargestellten Kraftstoffinjektoren 1 weisen jeweils einen Düsenkörper 5 bzw. eine Düse auf. Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens können jedoch auch Kraftstoffinjektoren mit zwei Düsen verwendet werden. Diese Ausführungsform ist zwar nicht dargestellt, aber erfindungsgemäß. Ebenfalls erfindungsgemäß, obwohl nicht dargestellt, können Kraftstoffinjektoren mit nach außen öffnenden Düsennadeln sein.
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Des Weiteren erfindungsgemäß, jedoch ohne Darstellung, ist die Verwendung einer einfachen Glüh- oder Zündvorrichtung als Mittel 9 zum Erhitzen des Kraftstoffs und/oder zum Erzeugen elektrischer Feldstärken im Kraftstoff. Beispielsweise könnte anstelle des Wellenleiters 11 eine herkömmliche Glüh- oder Zündkerze als Mittel 9 integriert werden. Darüber hinaus sind weitere Abwandlungen vom Umfang der Ansprüche mit umfasst.
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Den darüber hinaus beigefügten 8 bis 13 sind verschiedene Ansteuerstrategien zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu entnehmen.
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Wie beispielhaft in der 8 dargestellt, wird kurz vor Beginn einer Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum 2 (Kurve A), mit der Aktivierung zumindest einer Teilmenge des einzuspritzenden Kraftstoffs begonnen (Kurve B). Die Aktivierung wird nicht über die gesamte Dauer der Einspritzung fortgesetzt, sondern abgebrochen. Das heißt, dass anschließend nicht aktivierter Kraftstoff in den Brennraum 2 gelangt, der jedoch durch die bereits im Brennraum 2 vorhandene und entflammte Kraftstoffmenge gezündet wird.
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Alternativ kann - zur Erhöhung der Sicherheit, dass der eingespritzte Kraftstoff vollständig verbrennt - die Aktivierung über den gesamten Einspritzvorgang fortgesetzt werden, so dass über die gesamte Dauer der Einspritzung aktivierter Kraftstoff in den Brennraum 2 gelangt (siehe 9).
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Wird der Kraftstoff in mehreren einzelnen, kurz aufeinanderfolgenden Einspritzvorgängen in den Brennraum 2 eingebracht, wie beispielhaft in der 10 dargestellt, kann die Aktivierung kurz vor Beginn des ersten Einspritzvorgangs („Voreinspritzung“) und über die Dauer des ersten Einspritzvorgangs durchgeführt werden. Mit Hilfe der im Wege der Voreinspritzung in den Brennraum 2 eingebrachten aktivierten Kraftstoffmenge, die sich in Kontakt mit der im Brennraum 2 vorhandenen Luft entflammt, kann dann die nachfolgend eingespritzte nicht aktivierte Kraftstoffmenge gezündet werden.
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Alternativ kann auch hier - zur Erhöhung der Sicherheit, dass der eingespritzte Kraftstoff vollständig verbrennt - eine erneute Aktivierung während des nachfolgenden Einspritzvorgangs („Haupteinspritzung“) durchgeführt werden. Dieses Beispiel ist in der 11 dargestellt.
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Wie beispielhaft der 12 zu entnehmen ist, kann auf die Haupteinspritzung ein dritter Einspritzvorgang („Nacheinspritzung“) folgen. Da durch die Verbrennung der im Wege der Haupteinspritzung in den Brennraum 2 eingebrachten Kraftstoffmenge die Temperatur im Brennraum 2 weiterhin erhöht ist, entflammt sich der im Wege der Nacheinspritzung eingebrachte Kraftstoff auch ohne vorherige Aktivierung. Die Aktivierung von Kraftstoff muss demnach nur kurz vor und während der Voreinspritzung vorgenommen werden. Es kann aber auch, wie beispielhaft in der 13 dargestellt, eine erneute Aktivierung von Kraftstoff kurz vor und während der Nacheinspritzung durchgeführt werden.
