DE102020100224A1 - Internal combustion engine with on-board fuel processing - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit bordeigener Kraftstoffaufbereitung, die als Dual Fuel Brennkraftmaschine betrieben werden kann.
Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine umfasst einen Verbrennungszylinder (16), eine Injektorvorrichtung, eine erste Zuleitung (2), eine zweite Zuleitung (9), eine dritte Zuleitung (5), einen Reaktor (7) und einen Kraftstofftank (1). Die Injektorvorrichtung ist über die erste Zuleitung (2) mit dem Kraftstofftank (1) und über die zweite Zuleitung (9) mit dem Reaktor (7) verbunden. Der Reaktor (7) ist über eine dritte Zuleitung (5) mit der ersten Zuleitung (2) verbunden und derart ausgebildet, einen Hauptkraftstoff in einen aufbereiteten Hauptkraftstoff aufzubereiten. Die Injektorvorrichtung ist derart ausgebildet, den Hauptkraftstoff, den aufbereiteten Hauptkraftstoff und/oder ein Gemisch aus Hauptkraftstoff und aufbereitetem Hauptkraftstoff in den Verbrennungszylinder (16) einzubringen. So kann die Brennkraftmaschine mit dem Hauptkraftstoff, dem im Reaktor (7) aufbereiteten Hauptkraftstoff und/oder einem Gemisch aus Hauptkraftstoff und aufbereitetem Hauptkraftstoff betrieben werden.
The invention relates to an internal combustion engine with on-board fuel processing, which can be operated as a dual fuel internal combustion engine.
The internal combustion engine according to the invention comprises a combustion cylinder (16), an injector device, a first feed line (2), a second feed line (9), a third feed line (5), a reactor (7) and a fuel tank (1). The injector device is connected to the fuel tank (1) via the first feed line (2) and to the reactor (7) via the second feed line (9). The reactor (7) is connected to the first supply line (2) via a third supply line (5) and is designed to process a main fuel into a processed main fuel. The injector device is designed to introduce the main fuel, the processed main fuel and / or a mixture of the main fuel and the processed main fuel into the combustion cylinder (16). The internal combustion engine can thus be operated with the main fuel, the main fuel processed in the reactor (7) and / or a mixture of the main fuel and the processed main fuel.
Description
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit bordeigener Kraftstoffaufbereitung, die als Dual Fuel Brennkraftmaschine betrieben werden kann.The invention relates to an internal combustion engine with on-board fuel processing, which can be operated as a dual fuel internal combustion engine.
Aus der
Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine umfasst einen Verbrennungszylinder, eine Injektorvorrichtung, eine erste Zuleitung, eine zweite Zuleitung, eine dritte Zuleitung, einen Reaktor und einen Kraftstofftank. Die Injektorvorrichtung ist über die erste Zuleitung mit dem Kraftstofftank und über die zweite Zuleitung mit dem Reaktor verbunden. Der Reaktor ist über eine dritte Zuleitung mit der ersten Zuleitung verbunden und derart ausgebildet, einen Hauptkraftstoff in einen aufbereiteten Hauptkraftstoff aufzubereiten. Die Injektorvorrichtung ist derart ausgebildet, den Hauptkraftstoff, den aufbereiteten Hauptkraftstoff und/oder ein Gemisch aus Hauptkraftstoff und aufbereitetem Hauptkraftstoff in den Verbrennungszylinder einzubringen. So kann die Brennkraftmaschine mit dem Hauptkraftstoff, dem im Reaktor aufbereiteten Hauptkraftstoff und/oder einem Gemisch aus Hauptkraftstoff und aufbereitetem Hauptkraftstoff betrieben werden.The internal combustion engine according to the invention comprises a combustion cylinder, an injector device, a first feed line, a second feed line, a third feed line, a reactor and a fuel tank. The injector device is connected to the fuel tank via the first feed line and to the reactor via the second feed line. The reactor is connected to the first feed line via a third feed line and is designed to process a main fuel into a prepared main fuel. The injector device is designed to introduce the main fuel, the processed main fuel and / or a mixture of the main fuel and the processed main fuel into the combustion cylinder. Thus, the internal combustion engine can be operated with the main fuel, the main fuel processed in the reactor and / or a mixture of main fuel and processed main fuel.
Heutige Dual Fuel Motoren werden üblicherweise mit Erdgas betrieben, das direkt in den Verbrennungszylinder oder in das Saugrohr eingespritzt wird. Zur Zündung wird ein Zündstrahl aus Diesel verwendet. Vergleichbare Strategien werden unter Nutzung von Methanol oder Ethanol anstelle von Erdgas verfolgt. Allerdings wird immer ein zusätzlicher Tank für den Diesel benötigt. Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine ermöglicht den Betrieb als Dual Fuel Motor mit nur einem Kraftstofftank. Der in dem Kraftstofftank vorgehaltene Hauptkraftstoff kann in dem Reaktor aufbereitet werden. Über die Injektorvorrichtung kann dann der Hauptkraftstoff, der aufbereitete Hauptkraftstoff und/oder ein Gemisch aus Hauptkraftstoff und aufbereitetem Hauptkraftstoff dem Verbrennungszylinder zugeführt werden, wodurch ein sehr flexibler Betrieb der Brennkraftmaschine möglich wird. Als Hauptkraftstoff wird bevorzugt Methanol oder Methanol mit geringem Wasser-Anteil verwendet. Dieser lässt sich im Reaktor in DME (Dimethylether) oder in ein Gemisch aus DME, Wasser und Methanol aufbereiten. DME weist gegenüber Diesel den Vorteil auf, praktisch ohne Bildung unerwünschter Rußpartikel zu verbrennen. Der Reaktor ist vorzugsweise ein chemischer Reaktor, besonders bevorzugt ein Synthesereaktor oder Reformer.Today's dual fuel engines are usually operated with natural gas, which is injected directly into the combustion cylinder or into the intake manifold. A diesel ignition jet is used for ignition. Comparable strategies are followed using methanol or ethanol instead of natural gas. However, an additional tank for the diesel is always required. The internal combustion engine according to the invention enables operation as a dual fuel engine with only one fuel tank. The main fuel held in the fuel tank can be processed in the reactor. The main fuel, the processed main fuel and / or a mixture of the main fuel and the processed main fuel can then be supplied to the combustion cylinder via the injector device, which enables a very flexible operation of the internal combustion engine. Methanol or methanol with a low water content is preferably used as the main fuel. This can be processed in the reactor in DME (dimethyl ether) or in a mixture of DME, water and methanol. DME has the advantage over diesel that it burns practically without the formation of unwanted soot particles. The reactor is preferably a chemical reactor, particularly preferably a synthesis reactor or reformer.
Vorzugsweise umfasst die Injektorvorrichtung einen ersten und einen zweiten Injektor. Der erste Injektor ist über die erste Zuleitung mit einem Kraftstofftank verbunden. Der zweite Injektor ist über die zweite Zuleitung mit dem Reaktor verbunden. Diese Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine hat den Vorteil, dass ein Dual Fuel Betrieb der Brennkraftmaschine vorteilhaft umgesetzt werden kann. Über den ersten Injektor kann mittels Direkteinspritzung oder Saugrohreinspritzung der Hauptkraftstoff wie Methanol in den Verbrennungszylinder eingebracht werden. Es kann (ggf. zeitlich nachgelagert) über den zweiten Injektor der aufbereitete Hauptkraftstoff wie DME dem Verbrennungszylinder zur Zündung des Methanol-Luft Gemisches zugeführt wird. Je nach Bedarf kann der energetische Anteil des Hauptkraftstoffes an der gesamten pro Verbrennungszyklus eingespritzten Kraftstoffmasse variiert werden, bevorzugt beträgt der energetische Anteil des Hauptkraftstoffes mindestens 75 %, besonders bevorzugt liegt er im Bereich 80 - 98 %.The injector device preferably comprises a first and a second injector. The first injector is connected to a fuel tank via the first feed line. The second injector is connected to the reactor via the second feed line. This embodiment of the internal combustion engine according to the invention has the advantage that dual fuel operation of the internal combustion engine can advantageously be implemented. The main fuel, such as methanol, can be introduced into the combustion cylinder via the first injector by means of direct injection or intake manifold injection. The processed main fuel, such as DME, can be fed to the combustion cylinder to ignite the methanol-air mixture (possibly later). Depending on requirements, the energetic portion of the main fuel in the total fuel mass injected per combustion cycle can be varied, preferably the energetic portion of the main fuel is at least 75%, particularly preferably it is in the range 80-98%.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine ein Steuergerät, das eingerichtet ist, die folgenden Schritte durchzuführen:
- - Bereitstellung des Hauptkraftstoffes oder eines Gemisches aus Hauptkraftstoff und aufbereitetem Hauptkraftstoff über die erste Zuleitung,
- - Bereitstellung des aufbereiteten Hauptkraftstoffes oder eines Gemisches aus Hauptkraftstoff und aufbereitetem Hauptkraftstoff über die zweite Zuleitung und
- - Erste Einbringung des Hauptkraftstoffes, des aufbereiteten Hauptkraftstoffes und/oder eines Gemisches aus Hauptkraftstoff und aufbereitetem Hauptkraftstoff durch die Injektorvorrichtung.
- Provision of the main fuel or a mixture of main fuel and processed main fuel via the first feed line,
- - Provision of the processed main fuel or a mixture of the main fuel and the processed main fuel via the second feed line and
- - First introduction of the main fuel, the processed main fuel and / or a mixture of the main fuel and the processed main fuel through the injector device.
Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass abhängig von einem zu erzielenden Betriebszustand der Brennkraftmaschine die Kraftstoffzusammensetzung angepasst werden kann, woraus Vorteile hinsichtlich Kraftstoffverbrauch und/oder Schadstoffbildung erreicht werden können.This achieves the advantage that the fuel composition can be adapted depending on an operating state of the internal combustion engine to be achieved, from which advantages in terms of fuel consumption and / or pollutant formation can be achieved.
Die abhängigen Ansprüche beschreiben weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.The dependent claims describe further advantageous embodiments of the invention.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Dabei zeigt
-
1 eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine, -
2 Verfahrensschritte, die von einem Steuergerät einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine ausgeführt werden.
-
1 an internal combustion engine according to the invention, -
2nd Method steps that are carried out by a control device of an internal combustion engine according to the invention.
In einem weiteren (nicht gezeigten) Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine umfasst die Injektorvorrichtung einen ersten Injektor
In dem in
In einer alternativen Ausführungsform (nicht gezeigt) kann eine Verbindungsleitung zwischen der ersten Zuleitung
In dem in
Die Brennkraftmaschine umfasst hier vier Kompressoren/Pumpen
In diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Brennkraftmaschine ein Rückschlagventil
Die Brennkraftmaschine umfasst ein Reservoir
Die Brennkraftmaschine umfasst ein Steuergerät, das eingerichtet ist, die in
- - Bereitstellung des Hauptkraftstoffes oder eines Gemisches aus Hauptkraftstoff und aufbereitetem Hauptkraftstoff über die erste Zuleitung
S1 ,2 , - - Bereitstellung des aufbereiteten Hauptkraftstoffes oder eines Gemisches aus Hauptkraftstoff und aufbereitetem Hauptkraftstoff über die zweite Zuleitung
S2 ,9 und - - Erste Einbringung
S3 des Hauptkraftstoffes, des aufbereiteten Hauptkraftstoffes und/oder eines Gemisches aus Hauptkraftstoff und aufbereitetem Hauptkraftstoff durch die Injektorvorrichtung.
- - Provision of the main fuel or a mixture of main fuel and processed main fuel via the first feed line
S1 ,2nd , - - Provision of the processed main fuel or a mixture of the main fuel and the processed main fuel via the second feed line
S2 ,9 and - - First contribution
S3 the main fuel, the processed main fuel and / or a mixture of the main fuel and the processed main fuel by the injector device.
Hierdurch wird ein Betrieb der Brennkraftmaschine mit unterschiedlichen Kraftstoffen beziehungsweise Kraftstoffgemischen bei Verwendung von nur einem Kraftstofftank ermöglicht.This enables the internal combustion engine to be operated with different fuels or fuel mixtures when using only one fuel tank.
Hier führt das Steuergerät nach der ersten Einbringung
Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine wird bevorzugt als Dual Fuel Motor betrieben. Für solche Motoren sind insbesondere größere Motoren interessant, die als Schiffsmotoren, Hilfsaggregate oder auch stationäre Maschinen eingesetzt werden. Grundsätzlich sind die Dimensionen der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine nicht beschränkt, weshalb auch andere technische Anwendungen wie z.B. Nutzfahrzeuge und selbst PKW denkbar sind.The internal combustion engine according to the invention is preferably operated as a dual fuel engine. Larger engines that are used as marine engines, auxiliary units or even stationary machines are particularly interesting for such engines. Basically, the dimensions of the internal combustion engine according to the invention are not limited, which is why other technical applications such as Commercial vehicles and even cars are conceivable.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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