DE20310824U1 - Verbrennungskraftmaschine mit Hochdruckeinspritzung eines flüssigen Kraftstoffgemisches - Google Patents

Verbrennungskraftmaschine mit Hochdruckeinspritzung eines flüssigen Kraftstoffgemisches Download PDF

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Abstract

Verbrennungskraftmaschine mit Hochdruckeinspritzung eines flüssigen Kraftstoffgemisches durch eine Kraftstoffhochdruckpumpe und Hochdruckeinspritzventile, das zum einen aus Kraftstoffen besteht, die bei Normaldruck und Normaltemperatur flüssig sind (Niederdruckkraftstoff) und zum anderen aus Kraftstoffen, die eines relativ geringen Druckes bedürfen um flüssig gespeichert werden zu können (Mitteldruckkraftstoff) und mit einer oder mehreren, in Reihe geschalteten, Niederdruckkraftstoffpumpen, die das Kraftstoffgemisch zu der Hochdruckpumpe fördern und, falls notwendig, mit einer Druckregelung ausgestattet, die den Kraftstoffdruck am Eingang zu der Hochdruckpumpe konstant hält dadurch gekennzeichnet, dass das einzuspritzende Kraftstoffgemisch in einem gemeinsamen druckfesten Kraftstofftank bevorratet ist.

Description

  • Die Erfindung geht aus von einer Verbrennungskraftmaschine mit Hochdruckeinspritzung eines Kraftstoffgemisches durch eine Kraftstoffhochdruckpumpe und Hochdruckeinspritzventile, das zum einen aus Kraftstoffen besteht, die bei Normaldruck und Normaltemperatur flüssig sind (Niederdruckkraftstoff) und zum anderen aus Kraftstoffen, die eines relativ geringen Druckes bedürfen um flüssig gespeichert werden zu können (Mitteldruckkraftstoff) und mit einer oder mehreren, in Reihe geschalteten, Niederdruckkraftstoffpumpen, die das Kraftstoffgemisch zu der Hochdruckpumpe fördern.
  • Mitteldruckkraftstoffe sind Kraftstoffe, wie z.B. Flüssiggas auch Autogas oder LPG bezeichnet, die eines relativ geringen Überdruckes bedürfen um bei Normaltemperatur in flüssigem Zustand in einem druckfesten Tank gespeichert werden können.
  • Niederdruckkraftstoffe sind Kraftstoffe, wie z.B. Benzin, Diesel, Pflanzenöl, die bei Normaldruck und Normaltemperatur flüssig sind und keines Überdruckes zur Speicherung bedürfen.
  • Gasförmige Kraftstoffe wie LPG oder CNG versprechen bei Verwendung in einer Brennkraftmaschine, die nach dem Selbstzündungsverfahren betrieben wird, eine Reduzierung der Schadstoffrohemissionen bei niedrigen Kosten und ohne Verlust an Leistung. In der Literatur wird bei einer Zumischung von 73% Naturgas als Kraftstoff eine NOx-Reduktion von 24% festgestellt bei einer leicht verbesserten thermischen Effizienz gegenüber dem reinen Dieselkraftstoff.
  • Durch die Einspritzung eines Kraftstoffgemisches von Kraftstoffes unterschiedlicher Eigenschaften wird versucht den Gleichdruckverbrennungprozeß bei der dieselmotorischen Verbrennung mit der Gleichraumverbrennung des Otto-Motors zu kombinieren, um daraus Vorteile hinsichtlich Leistung und bei der Emission von Schadstoffen zu gewinnen.
  • Ein eigener Vorversuch ergab bei einer Zumischung von Flüssiggas zu Dieselkraftstoff eine Drehmomentsteigerung von 230 Nm auf 350 Nm bei einer gleichzeitigen Reduzierung des die Emission von Rußpartikeln repräsentierenden k-Wertes von 0,53 auf 0,23.
  • Eine derartige Verbrennungskraftmaschine ist aus dem Japanischen Patent 59162337 A bekannt.
  • Das Patent beschreibt eine Verbrennungskraftmaschine die nach dem Dieselprinzip arbeitet und zwei Kraftstofftanks aufweist, einen für Flüssiggas (LPG = Liquified petroleum gas – ein Gemisch aus Propan und Butan) und einen für den Dieselkraftstoff. Aus beiden Tanks wird der jeweilige Kraftstoff unter Druck zu einer Mischkammer gefördert, wo sie gemischt und anschließend mittels einer Hochdruckpumpe und Einspritzventilen direkt in den Zylinder eines Dieselmotors eingespritzt werden.
  • Nachteilig bei dieser Ausführung ist der Aufwand an Bauteilen der nötig ist, um der Hochdruckpumpe das gewünschte Kraftstoffgemisch zuzuführen.
  • Ein weiterer Nachteil dieser Ausführung ist die Verwendung von Flüssiggas. Bei den hohen Temperaturen, die bei modernen dieselmotorischen Verbrennungskraftmaschinen im Einspritzbereich auftreten besteht die große Gefahr, dass der Propananteil im Flüssiggas die kritische Temperatur überschreitet und verdampft.
  • Ebenfalls ein Nachteil ist die Beschränkung auf den Kraftstoff Diesel und den dieselmotorischen Verbrennungsprozess. Diese Nachteile werden durch die oben beschriebenen Schutzansprüche der Erfindung vermieden.
  • Indem die gewünschte Kraftstoffinischung schon bei oder vor dem Tanken erzeugt wird. verlagert sich der Mischungsprozess aus dem Kraftstoffzuführungsprozess. Dadurch vereinfacht sich der Aufbau der Kraftstoffzuführung zu dem Verbrennungsmotor erheblich. Durch die Nutzung der Komponente Butan an Stelle von Flüssiggas werden gleichzeitig die zu beherrschenden Drücke im Niederdrucksystem der Kraftstoffzuführung reduziert und, noch wichtiger, das Problem der Überschreitung der kritischen Temperatur eines Kraftstoffanteils auf dem Weg durch die Einspritzprozesskette zum Brennraum vermieden; denn Butan besitzt die kritische Temperatur von 152,1 °C bei einem kritischen Druck von 38,1 bar gegenüber der kritischen Temperatur von 96,8 °C und dem kritischen Druck von 42,6 bar von Propan.
  • Zusätzlich ist es auch möglich, direkteinspritzende Ottomotoren mit dieser Kraftstoffzuführungskonfiguration zu betreiben. In 1 ist eine bevorzugte Ausführung der Erfindung schematisch dargestellt.
  • Sie zeigt einen Drucktank 10 für Flüssiggas mit den entsprechenden Armaturen, von denen aber nur die hier benötigten dargestellt sind. Über die Füllleitung 11 werden die Kraftstoffe in den druckfesten Tank 10 eingefüllt, entweder schon vorgemischt oder in den gewünschten Anteilen nacheinander. Voraussetzung dabei ist, dass auch der Niederdruckkraftstoff mit einem Druck eingefüllt wird, der über dem Dampfdruck des Mitteldruckkraftstoffes, hier Butan, liegt. Rückschlagventile 2 verhindern eine Rückströmen des Kraftstoffes 18.
  • Eine Kraftstoffpumpe 1 drückt das Kraftstoffgemisch 18 aus dem Drucktank 10 über einen Filter 6 und, falls nötig, eine weitere Kraftstoffpumpe 4 zum Eingang der Hochdruckpumpe 5. Eine Kühlung des Kraftstoffes kann, falls nötig oder sinnvoll, vor oder hinter der Hochdruckpumpe 5 über einen Kraftstoffkühler 9 erfolgen. Messfühler 15, 16 und 17 messen die Kraftstofftemperatur. Die Messwerte werden in der Regelung 27 verarbeitet und gegebenenfalls startet die Regelung 27 den Kühlprozess.
  • Die Hochdruckpumpe 5 drückt den Kraftstoff, je nachdem welches Einspritzsystem vorliegt, ob Common-Rail, Pumpe-Düse, Pumpe-Leitung-Düse, Verteiler- oder Reiheneinspritzpumpe mit dem systemtypischen Druck entweder direkt oder über die Speicherleiste zu den (hier nicht gezeigten) Einspritzdüsen. Ein Hochdruckregler 8 sorgt für den konstanten Hochdruck. Hier abgebildet ist ein Common-Rail-System mit einer Speicherleiste 7 und einem Hochdruckregler 8.
  • Der Kraftstoffrücklauf 19 wird aus Gründen der Kühlung und der Entlüftung vorzugsweise in den Kraftstofftank 10 zurückgeführt. In den Rücklauf 19 eingebunden ist in einer bevorzugten Ausführung ein Druckregler für den Niederdruckkreislauf 14, der in einer bevorzugten Ausführung durch eine Rückkoppelungsleitung 13 eine weitere Druckerhöhung erzielt. Der Druckregler 14 erfüllt gleichzeitig die Funktion eines Druckdämpfers.

Claims (2)

  1. Verbrennungskraftmaschine mit Hochdruckeinspritzung eines flüssigen Kraftstoffgemisches durch eine Kraftstoffhochdruckpumpe und Hochdruckeinspritzventile, das zum einen aus Kraftstoffen besteht, die bei Normaldruck und Normaltemperatur flüssig sind (Niederdruckkraftstoff) und zum anderen aus Kraftstoffen, die eines relativ geringen Druckes bedürfen um flüssig gespeichert werden zu können (Mitteldruckkraftstoff) und mit einer oder mehreren, in Reihe geschalteten, Niederdruckkraftstoffpumpen, die das Kraftstoffgemisch zu der Hochdruckpumpe fördern und, falls notwendig, mit einer Druckregelung ausgestattet, die den Kraftstoffdruck am Eingang zu der Hochdruckpumpe konstant hält dadurch gekennzeichnet, dass das einzuspritzende Kraftstoffgemisch in einem gemeinsamen druckfesten Kraftstofftank bevorratet ist.
  2. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass als Mitteldruckkraftstoff im Kraftstoffgemisch ein Butangemisch genutzt wird, wenn die Gefahr besteht, dass im Normalbetrieb der Verbrennungskraftmaschine im Kraftstoffzuführungssystem die kritische Temperatur von Propan von 96,8 °C erreicht oder überschritten wird.
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