DE202004000300U1 - Diesel-Verbrennungskraftmaschine und Kraftstoffzusammensetzung dafür - Google Patents

Abstract

Diesel-Verbrennungskraftmaschine (1) mit einer Direkteinspritzung und mit einer Additiv-Zuführung (13) in den Treibstoff (9), die vor der Direkteinspritzung angeordnet ist, wobei eine Vorrichtung (16) zur Konstanthaltung eines Verhältnisses Additiv (14) zu Treibstoff (9) vorgesehen ist.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Diesel-Verbrennungskraftmaschine mit einer Direkteinspritzung sowie eine Diesel-Kraftstoffzusammensetzung zur Direkteinspritzung.
• Aufgrund verschärfter gesetzlicher Auflagen ist es notwendig, daß bei Diesel-Verbrennungskraftmaschinen ein Partikelausstoß minimiert wird. Diese Minimierung kann über innermotorische Maßnahmen wie auch über einen Rußpartikelfilter erfolgen. Bei Nutzung eines Rußpartikelfilters muß dieser von Zeit zu Zeit regeneriert werden. Dabei werden die auf dem Rußpartikelfilter sich abgesetzten Partikel verbrannt. Die dafür notwendige Zündtemperatur wird beispielsweise über eine Beheizung des Partikelfilters erzielt. Weiterhin ist es bekannt, daß eine Zündtemperatur für einen Partikelfilter durch Zugabe eines geeigneten Additivs abgesenkt werden kann.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Diesel-Verbrennungskraftmaschine, die eine Direkteinspritzung aufweist, zur Verfügung zu stellen, die nicht nur eine Reinigung von Partikeln ermöglicht, sondern zusätzlich auf das Direkteinspritzungssystem wirken kann. Weiterhin wird hierfür eine angepaßte Diesel-Kraftstoffzusammensetzung vorgeschlagen.
• Gemäß der Erfindung wird eine Diesel-Verbrennungskraftmaschine mit einer Direkteinspritzung mit einer Additiv-Zuführung in den Treibstoff vorgesehen, wobei die Additiv-Zuführung vor der Direkteinspritzung angeordnet ist, und wobei eine Vorrichtung zur Konstanthaltung eines Verhältnisses Additiv zu Treibstoff vorgesehen ist. Mit einer derartigen Vorrichtung gelingt es, daß ein vorgebbares Verhältnis zwischen Additiv und Treibstoff in die Direkteinspritzung zugeführt wird. Einerseits kann dadurch das Verbrennungsverhalten und insbesondere das Erreichen einer geeigneten Rußzündungstemperatur erzielt werden. Beispielsweise wird ein Additiv zugeführt, mit dem eine Rußzündtemperatur in einem Bereich gesenkt wird, der vorzugsweise zwischen 350°C und 450°C liegt, insbesondere in einem Bereich von weniger als 400°C. Auf diese Weise gelingt es, daß ein Rußpartikelfilter weniger sensitiv gegenüber seiner Umgebung ist. Weiterhin gelingt es, mit einer Konstanthaltung eines insbesondere vorgebbaren Verhältnissen von Additiv zu Treibstoff, auf das Direkteinspritzungssystem einwirken zu können. Insbesondere ist das Additiv allein oder im Zusammenspiel mit beispielsweise einem Lösungsmittel in der Lage, in dem Direkteinspritzungssystem, insbesondere in einem Bereich zwischen einer Düsennadel und einem Düsennadelsitz, eine Dämpfungsfunktion wahrnehmen zu können. Beispielsweise setzt sich hierzu das Additiv und/oder das Lösungsmittel punktweise, tröpfchenweise oder filmmäßig auf der Düsennadel und/oder dem Düsennadelsitz ab. Vorzugsweise weist das Additiv im Zusammenspiel mit dem Lösungsmittel oder auch allein eine derartige Molekularstruktur auf, daß bei einem Aufeinandertreffen von Düsennadel und Düsennadelsitz keine Beschädigung von beiden auftritt. Vorzugsweise ist vorgesehen, daß die Düsennadel und/oder der Düsennadelsitz ungehärtet ist. Aufgrund der Wirkung des Additivs bzw. Lösungsmittels wird sichergestellt, daß es zu keiner Materialerhöhung bzw. Materialbeschädigung in diesem Bereich kommt.
• Vorzugsweise wird die Diesel-Verbrennungskraftmaschine bei einem Direkteinspritzungsdruck betätigt, der vorzugsweise über 1000 Bar, insbesondere über 1500 Bar liegt. Eine derartige Hochdruckeinspritzung wird dadurch unterstützt, daß das Additiv bzw. das Lösungsmittel zusätzlich in der Lage sind, Ablagerungen im Bereich einer Einspritzdüse zu unterdrücken.
• Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, daß eine Überwachung eines Düsennadelsystems vorgesehen ist, über das eine Ablagerung im Bereich einer Direkteinspritzkomponente aus Düsennadel und Düsennadelsitz feststellbar ist. Beispielsweise kann eine derartige Überwachung über eine Feststellung des Spritzwinkels, einer Auffächerung des einge spritzten Treibstoffs, über eine Ungleichverteilung des eingespritzten Treibstoffs, über eine Druckänderung, über eine Strömungsgeschwindigkeitsänderung über die Zeit oder anderen Parametern festgestellt werden. Beispielsweise sind hierzu ein oder mehrere geeignete Sensoren im Bereich des Düsennadelsystems vorgesehen, die entsprechende Meßwerte aufnehmen und weiterleiten. Die Sensoren können beispielsweise in unmittelbarer Nachbarschaft zu einer Öffnung, insbesondere Düse angeordnet sein. Eine Aufwertung kann beispielsweise in einem entsprechenden Steuergerät und/oder in einer Motorsteuerung erfolgen.
• Wird beispielsweise festgestellt, daß sich im Bereich einer Direkteinspritzkomponente aus Düsennadel und Düsennadelsitz eine Ablagerung befindet, dies kann insbesondere eine Verkokung im Bereich eines Düseneinspritzloches sein, kann eine Zugabe eines Additivs mit einem Lösungsmittel in den Treibstoff geändert werden. Insbesondere wird das Verhältnis derart geändert, daß eine Ablagerung aufgelöst und entfernt werden kann. Hierzu kann beispielsweise ein Kennfeld hinterlegt sein, über das bei einer Feststellung einer Ablagerung im Bereich der Direkteinspritzkomponente ein an die Veränderung angepaßtes Verhältnis Additiv zu Treibstoff bzw. Additiv und Lösungsmittel zu Treibstoff angepaßt wird. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, daß nach Ablauf einer gewissen Zeit, einer gewissen Einspritzmenge oder eines anderen vorgebbaren Parameters eine turnusmäßige Änderung des Verhältnisses von Additiv zu Treibstoff bzw. Additiv und Lösungsmittel zu Treibstoff erfolgt. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß eventuell schon vorhandene Ablagerungen gelöst werden und insbesondere Ablagerungskeime frühzeitig entfernbar sind, bevor es zu Betriebsstörungen bei zu großen Ablagerungen kommt.
• Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, eine Diesel-Kraftstoffzusammensetzung zur Direkteinspritzung vorzusehen, die ein Additiv aufweist, welches ver bunden ist mit einem Lösungsmittel, wobei das Additiv ein Rußzündadditiv für einen Partikelfilter ist und das Lösungsmittel eine Ablagerung im Bereich einer Einspritzdüse unterdrückt, wobei eine Molekularstruktur von jeweils Additiv und Lösungsmittel zur Erzeugung einer Dämpfungseigenschaft für einen Bereich zwischen einer Düsennadel und einem Düsennadelsitz aufeinander abgestimmt sind. Insbesondere ermöglicht dieses, daß ein Teil der Düsennadel bzw. die gesamte Düsennadel und/oder der Düsennadelsitz nicht gehärtet werden brauchen. Eine Dämpfungseigenschaft durch die Molekularstruktur kann dabei auf das verwendete Material von Düsennadel bzw. Düsennadelsitz abgestimmt werden. Dieses kann beispielsweise durch entsprechende Langzeitversuche ermittelt werden.
• Vorzugsweise wird die Dämpfungseigenschaft des Additivs und des Lösungsmittels in dem Bereich dadurch geschaffen, daß ein Schutzfilm im Bereich einer Direkteinspritzkomponente aus Düsennadel und Düsennadelsitz gebildet wird. Vorzugsweise wird als Additiv eine metallorganische Verbindung eingesetzt. Auch kann als Additiv ein seltenerdhaltiges Additiv Verwendung finden. Beispielsweise kann als Additiv eine Komponente Verwendung finden, wie aus der DE 100 43 144 C1 offenbart wird. Diesbezüglich wie auch bezüglich verwendbarer Treibstoffe wie auch der Herstellung derartiger Additive und Zusammensetzungen mit dem Treibstoff wird im Umfang dieser Offenbarung auf dieses Dokument verwiesen. Weiterhin kann als Additiv mit beigegeben werden ein vierwertiges Metalloxid, insbesondere in Form einer organischen Sole, wie es beispielsweise aus der DE 695 16 569 T2 hervorgeht. Bezüglich der genauen Zusammensetzung, Herstellung wie auch Anwendung wird im Umfang dieser Offenbarung ebenfalls auf dieses Dokument verwiesen. Insbesondere kann das Additiv als Zusatz mit einem endfunktionalisierten Polyvinylether eingesetzt werden, insbesondere einem Polyvinylether-Amin mit einer Hydroxypropylen-Verbindungsgruppe, wie es beispielsweise aus der DE 694 24 608 T2 hervorgeht. Auf dieses Dokument wird im Rahmen dieser Offenbarung bezüglich der Zusammensetzung, Herstellungsweise und Beimischmöglichkeiten hingewiesen. Das gleich gilt auch für die aus der DE 694 22 461 T1 und DE 694 13 484 T2 hervorgehenden Amine bzw. Aminocarburate, auf die im Rahmen dieser Offenbarung ebenfalls verwiesen wird. Weiterhin können kupferenthaltende aromatische Mannig-Komplexe und Konzentrate dem Dieselkraftstoff zugegeben werden. Beispielsweise gehen derartige Komplexe aus der DE 693 11 785 T2 hervor, auf die bezüglich aromatischer Komplexe sowie deren Herstellung im Rahmen dieser Offenbarung verwiesen wird. Weitere organische Komlex-Antioxidationsmittel-kombinationen, metallorganische Komplexe und Antioxidationsmittel als solche gehen beispielsweise aus der DE 692 11 091 T2 hervor, auf die im Rahmen dieser Offenbarung ebenfalls verwiesen wird. Weiterhin können eisenorganische Verbindungen enthaltende, flüssige, aromatenarme Kraftstoffadditive genutzt werden, wie sie beispielsweise aus DE 102 08 326 A1 hervorgehen, auf die im Rahmen dieser Offenbarung diesbezüglich verwiesen wird. Dieses gilt auch für den zu dieser Druckschrift aufgefundenen Stand der Technik. Auch können Additive Verwendung finden, wie sie beispielsweise aus der DE 37 81 557 T2 hervorgehen, auf die im Rahmen dieser Offenbarung bezüglich verwendbarer Beigaben, insbesondere Titan- oder Zirkoniumverbindungen, verwiesen wird. Insbesondere kann auch ein Gemisch an Additiven vorliegen, die oben jeweils beschrieben oder auf die verwiesen wurde.
• Beispiele für eine Vorrichtung, mit der ein Additiv bzw. ein Additiv mit einem Lösungsmittel einem Treibstoff zugegeben werden kann, gehen beispielsweise aus der DE 600 01 122 T2 , aus der DE 101 30 338 A1 , aus der DE 101 10 806 A1 , aus der DE 100 00 396 A1 , aus der DE 41 29 297 A1 sowie auch aus der DE 34 20 199 C2 hervor. Auf diese Vorrichtungen und Bauteile davon, sowie auf Kombinationen dieser Vorrichtungen sowie Zugabeverfahren wird im Rahmen dieser Offenbarung verwiesen und in diese mitaufgenommen.
• Einsetzbare Dieselbrennkraftmaschinen bzw. Filtervorrichtungen, Katalysatoren sowie Einrichtungen zwischen insbesondere dem Treibstofftank, einer Einspritzvorrichtung sowie einem Partikelfilter sind beispielsweise aus DE 37 20 829 A1 , DE 43 03 709 A1 , DE 100 23 787 A1 , DE 100 43 613 A1 , DE 100 44 893 A1 , DE 100 44 923 A1 , DE 101 53 284 A1 , DE 199 55 542 A1 und DE 695 03 203 T2 bekannt. Diese sind einzeln wie auch gemeinsam miteinander einsetzbar. Auf diese Druckschriften wird daher im Rahmen dieser Offenbarung verwiesen.
• weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in der nachfolgenden Zeichnung näher angegeben. Diese Zeichnung ist jedoch nicht beschränkend auszulegen. Vielmehr können weitere vorteilhafte Ausgestaltungen durch Kombinationen von dort dargestellten Merkmalen mit weiter oben beschriebenen Merkmalen erfolgen. Es zeigt:
• 1 eine schematische Ansicht einer Diesel-Verbrennungskraftmaschine mit einer Direkteinspritzung.
• 1 zeigt eine Diesel-Verbrennungskraftmaschine 1 in einer schematischen Ansicht. Die hier dargestellte Diesel-Verbrennungskraftmaschine 1 weist eine Direkteinspritzung auf. Die Direkteinspritzung ist ebenfalls nur schematisch angedeutet. Beispielsweise wird ein Pumpe-Düse-System verwendet oder auch ein Common-Rail-System. Dargestellt ist eine Direkteinspritzkomponente 2, die eine Düsennadel 3 und einen Düsennadelsitz 4 aufweist. Düsennadel 3 und Düsennadelsitz 4 bilden das Düsennadelsystem 5, mit dem Öffnungen 6 der Direkteinspritzkomponente 2 geöffnet wie auch verschlossen werden können. Die Öffnungen werden dabei beispielsweise durch Verschiebung der Düsennadel 3 geöffnet bzw. geschlossen. Die Öffnungen 6 befinden sich beispielsweise in einem Außenumfang eines Düsenkörpers 7. Zum Düsenkörper 7 hin wird aus einem Treibstofftank 8 Treibstoff 9 befördert. Hierzu wird bei spielsweise ein hier nicht näher dargestelltes Pumpensystem genutzt. Dabei durchfließt der Treibstoff 9 eine Mischkammer 10. In diese Mischkammer 10 wird aus einem Additiv-Vorratsbehälter 11 über eine Leitung 12 einer Additivzuführung 13 ein Additiv 14 zugeführt. Das Additiv 14 ist dabei vorzugsweise mit einem Lösungsmittel verbunden und wird in flüssiger Form in die Mischkammer 10 vorzugsweise dosiert zugeführt. Eine Dosierung kann beispielsweise über eine Dosiervorrichtung, wie beispielsweise einer Dosierpumpe 15 ausgeführt werden. Die Dosierpumpe 15 ist vorzugsweise steuerbar. Eine Steuerung erfolgt beispielsweise über ein Steuergerät und/oder eine Motorsteuerung. Insbesondere weist die Diesel-Verbrennungskraftmaschine 1 eine Vorrichtung 16 zur Konstanthaltung eines Verhältnisses von Additiv 14 zu Treibstoff 9 auf. Beispielsweise hat die Vorrichtung 16 eine Microcomputereinheit 17, die beispielsweise mit der Mischkammer 10 sowie mit einem ersten Sensor 18 und einem zweiten Sensor 19 in Verbindung steht. Gemäß einer Ausgestaltung kann über den ersten Sensor 18 das Mischungsverhältnis nach der Mischkammer 10 überprüft werden, während der zweite Sensor 19 Aufschluß über das Einspritzverhalten der Direkteinspritzkomponente 2 und insbesondere des Düsennadelsystems 5 liefert. Insbesondere ist der zweite Sensor 19 in der Lage, einen Hinweis darauf zu ermitteln, ob sich eine Ablagerung im Bereich der Öffnungen 6 bzw. des Düsennadelsitzes 4 gebildet hat. Dazu kann der zweite Sensor 19 beispielsweise Sensordaten ermitteln, wie eine Änderung der Strömungsverhältnisse, wie eine Druckänderung, wie eine Geräuschänderung oder anderes. Die durch die Sensoren 18, 19 aufgenommenen Werte werden an die Vorrichtung 16 und dort zur Microcomputereinheit 17 weitergeleitet. In der Microcomputereinrichtung 17 ist vorzugsweise ein Vergleicher angeordnet. Der Vergleicher kann auf eine Datenbasis zurückgreifen, anhand der er über ermittelte Parameter Rückschlüsse darüber zieht, ob einerseits ein konstantes und beabsichtigtes Verhältnis Additiv 14 zu Treibstoff 9 vorliegt, zum anderen, ob sich Ablagerungen gebildet haben und dadurch das Verhältnis Additiv 14 zu Treibstoff 9 sich ändern soll.
• Hierbei ist insbesondere möglich, daß sich auch der Anteil des Lösungsmittels ändert. Vorzugsweise ist jedoch im Additivvorratsbehälter 11 ein homogenes Gemisch aus Additiv 14 und Lösungsmittel vorliegend. Eine Änderung des Verhältnisses ist beispielsweise durch eine Änderung der Dosierung über die Dosierpumpe 15 einstellbar. Hierzu kann insbesondere auch die durch die Motorsteuerung bzw. Steuergeräte vorgegebene Treibstoffanforderung und damit Treibstoffeinspritzung Berücksichtigung finden. Nachdem das Gemisch aus Treibstoff 9 und Additiv 14 in einer Brennkammer 20 vergast und verbrannt sind, wird dieses Abgas über eine Abgasleitung 21 beispielsweise zuerst zu einem Partikelfilter 22 geführt. Vom Partikelfilter 22 gelangt das vorgereinigte Abgas zu einem nachfolgenden Katalysator 23. Das Additiv 14 und/oder das Lösungsmittel ist dabei in der Lage, eine Ruß- und Zündtemperatur im Partikelfilter 22 herabzusetzen. Vorzugsweise ist am bzw. im Partikelfilter 22 über zumindest einen dritten Sensor 24 ein Wert zu ermitteln, über den feststellbar ist, ob der Additivanteil herabgesenkt, erhöht oder konstant gehalten werden kann.
• Anstatt eines im Fahrzeug angebrachten Additiv-Tanks kann auch von extern dem Fahrzeug eine mit dem Additiv vermischte Diesel-Brennstoffzusammensetzung zugeführt werden. Auch besteht die Möglichkeit, daß eine Diesel-Brennstoffzusammensetzung von extern zugeführt wird, die das Additiv zu einem gewissen Grundanteil aufweist. Zu diesem Gemisch kann dann aus dem im Fahrzeug vorhandenen und wiederauffüllbaren Additiv-Tank bei Bedarf der Additivanteil erhöht werden.

Claims (12)

1. Diesel-Verbrennungskraftmaschine (1) mit einer Direkteinspritzung und mit einer Additiv-Zuführung (13) in den Treibstoff (9), die vor der Direkteinspritzung angeordnet ist, wobei eine Vorrichtung (16) zur Konstanthaltung eines Verhältnisses Additiv (14) zu Treibstoff (9) vorgesehen ist.
2. Diesel-Verbrennungskraftmaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Partikelfilter (22) vorgesehen ist, der mittels des von der Additiv-Zuführung (13) zugemischten Additivs regenerierbar ist.
3. Diesel-Verbrennungskraftmaschine (1) vorzugsweise nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Überwachung eines Düsennadelsystems (5) vorgesehen ist, über das eine Ablagerung im Bereich einer Direkteinspritzkomponente (2) aus Düsennadel (3) und Düsennadelsitz (4) feststellbar ist.
4. Diesel-Verbrennungskraftmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zugabe eines Additivs (14) mit einem Lösungsmittel über eine Ermittlung einer Ablagerung im Bereich einer Direkteinspritzkomponente (2) aus Düsennadel (3) und Düsennadelsitz (4) änderbar ist.
5. Diesel-Verbrennungskraftmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsennadelsitz (4) und/oder zumindest der in Kontakt mit dem Düsenadelsitz (4) kommende Bereich der Düsennadel (3) ungehärtet ist.
6. Diesel-Kraftstoffzusammensetzung zur Direkteinspritzung mit einem Additiv (14), welches verbunden ist mit einem Lösungsmittel, wobei das Additiv (14) ein Rußzündadditiv für einen Partikelfilter (22) ist und das Lösungsmittel eine Ablagerung im Bereich einer Einspritzdüse unterdrückt, wobei eine Molekularstruktur von Additiv (14) und Lösungsmittel zur Erzeugung einer Dämpfungseigenschaft für einen Bereich zwischen einer Düsennadel (3) und einem Düsennadelsitz (4) aufeinander abgestimmt sind.
7. Diesel-Kraftstoffzusammensetzung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Additiv (14) und das Lösungsmittel in einem festen Verhältnis zueinander und zu einer Hauptkomponente der Diesel-Kraftstoffzusammensetzung stehen.
8. Diesel-Kraftstoffzusammensetzung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Additiv (14) und das Lösungsmittel in der Lage sind, einen Schutzfilm im Bereich von einer Direkteinspritzkomponente (2) aus Düsennadel (3) und Düsennadelsitz (4) zu bilden.
9. Diesel-Kraftstoffzusammensetzung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Additiv (14) und das Lösungsmittel eine Verwendung von einem ungehärteten Düsennadelsitz (4) und/oder einem ungehärteten Bereich einer Düsennadel (3) erlaubt.
10. Diesel-Kraftstoffzusammensetzung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Additiv (14) eine metallorganische Struktur hat.
11. Diesel-Kraftstoffzusammensetzung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Additiv (14) zumindest eine seltene Erde aufweist.
12. Diesel-Kraftstoffzusammensetzung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Additiv (14) ferrocenhaltig ist.