EP3645853A1 - Verwendung einer diesel-einspritzvorrichtung zum einspritzen von oxymethylenether (ome) - Google Patents

Verwendung einer diesel-einspritzvorrichtung zum einspritzen von oxymethylenether (ome)

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EP3645853A1
EP3645853A1 EP18722965.3A EP18722965A EP3645853A1 EP 3645853 A1 EP3645853 A1 EP 3645853A1 EP 18722965 A EP18722965 A EP 18722965A EP 3645853 A1 EP3645853 A1 EP 3645853A1
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EP
European Patent Office
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fuel
pressure
diesel
internal combustion
combustion engine
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Withdrawn
Application number
EP18722965.3A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Oliver Kastner
Gerd RÖSEL
Oliver Maiwald
Rolf BRÜCK
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Vitesco Technologies GmbH
Original Assignee
Vitesco Technologies GmbH
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Filing date
Publication date
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Publication of EP3645853A1 publication Critical patent/EP3645853A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G OR C10K; LIQUIFIED PETROLEUM GAS; USE OF ADDITIVES TO FUELS OR FIRES; FIRE-LIGHTERS
    • C10L1/00—Liquid carbonaceous fuels
    • C10L1/02—Liquid carbonaceous fuels essentially based on components consisting of carbon, hydrogen, and oxygen only
    • C10L1/026—Liquid carbonaceous fuels essentially based on components consisting of carbon, hydrogen, and oxygen only for compression ignition
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B69/00—Internal-combustion engines convertible into other combustion-engine type, not provided for in F02B11/00; Internal-combustion engines of different types characterised by constructions facilitating use of same main engine-parts in different types
    • F02B69/02—Internal-combustion engines convertible into other combustion-engine type, not provided for in F02B11/00; Internal-combustion engines of different types characterised by constructions facilitating use of same main engine-parts in different types for different fuel types, other than engines indifferent to fuel consumed, e.g. convertible from light to heavy fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0025—Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
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    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/38—Controlling fuel injection of the high pressure type
    • F02D41/3809—Common rail control systems
    • F02D41/3836—Controlling the fuel pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/38—Controlling fuel injection of the high pressure type
    • F02D41/3809—Common rail control systems
    • F02D41/3827—Common rail control systems for diesel engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/95—Fuel injection apparatus operating on particular fuels, e.g. biodiesel, ethanol, mixed fuels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/02—Fuel-injection apparatus having several injectors fed by a common pumping element, or having several pumping elements feeding a common injector; Fuel-injection apparatus having provisions for cutting-out pumps, pumping elements, or injectors; Fuel-injection apparatus having provisions for variably interconnecting pumping elements and injectors alternatively
    • F02M63/0225—Fuel-injection apparatus having a common rail feeding several injectors ; Means for varying pressure in common rails; Pumps feeding common rails

Definitions

  • the invention relates to the use of a Dieselinjekti ⁇ onsvorraum for injecting Oxymethylenether (OME) in a combustion chamber of an internal combustion engine.
  • OME Oxymethylenether
  • OME oxymethylene ether
  • the calorific value Hu which is significantly lower for OME compared to diesel.
  • the calorific value H 0 corresponds to the amount of heat, which can be generated in the combustion of an equal mass m of fuel.
  • the calorific value Hu at OME is about half that of diesel, that is, it would have, if only the calorific value H 0 is considered, for an equal amount of heat or energy to be generated about twice the average mass m of fuel to be burned.
  • OME is also different in other physical properties of diesel, for example in the viscosity, it can be assumed that a conventional die ⁇ selinjetechnischsvortechnisch can not be taken simply to inject OME in a diesel internal combustion engine. However, this would be desirable because it is so easy to switch from diesel to OME as fuel.
  • the object of the invention is therefore to enable the use of a diesel injection device for injecting oxymethyl ene-ether (OME) into a combustion chamber of an internal combustion engine.
  • OME oxymethyl ene-ether
  • a diesel injection apparatus which includes a high-pressure fuel accumulator for storing a high-pressure fuel for an injector for injecting the high-pressure fuel into the combustion chamber of the internal combustion engine and a control device for adjusting the high-pressure fuel in having the high-pressure fuel storage depending on a prevailing load point of the internal combustion engine.
  • Control device sets when using oxymethylene ether (OME) as fuel high fuel pressure so that it is at all load points of the internal combustion engine at least 25% below a set when using diesel as fuel in the same load points of the internal combustion engine high pressure fuel.
  • Diesel injectors for fuel use as fuel are well studied and known.
  • diesel as a fuel to avoid emissions, in particular to avoid soot a very high fuel high pressure is set in the high-pressure fuel storage, so as to improve the atomization of the diesel and cause less soot formation in the combustion.
  • high fuel pressures of 200 bar to 2700 bar are set in the high-pressure fuel storage.
  • the load points of the internal combustion engine thereby relate essentially to the speed and the torque of the internal combustion engine, alternatively, the Mit ⁇ tel horren instead of the torque.
  • high fuel pressures are achieved in the high-pressure fuel storage in the use of diesel as fuel in a range between 2000 bar and 3000 bar.
  • Dieselinjek ⁇ tion device In order for the Dieselinjek ⁇ tion device must be able to provide an extremely high fuel high pressure, which means a high technical and cost-intensive effort. So far it has been assumed that these high fuel pressures must be adjusted as fuel even with oxymethylene ether (OME). In experiments, however, it has surprisingly been found that in the combustion of OME as fuel in a conventional diesel internal combustion engine no measurable amount of soot is formed.
  • OME oxymethylene ether
  • the diesel injection device can be adjusted differently and, above all, easier compared to the use of diesel as a fuel. It has been found that the fuel high pressure in the high-pressure fuel accumulator can be reduced by at least 25% over the entire characteristic map, that is to say in all load points of the internal combustion engine.
  • the diesel injection device can be calibrated more simply and robustly, resulting in a less susceptible and overall less expensive diesel injection device.
  • control means controls the fuel ⁇ high pressure in a maximum load point of the internal combustion engine to a value below 1500 bar a.
  • the high fuel pressure when using diesel in the maximum load point of the internal combustion engine in a range between 2000 bar and 3000 bar moves, which brings a very high load on the entire system. Due to the lack of soot emission during the combustion of the OME, the fuel high pressure can be set to a value below 1500 bar even in the maximum load point of the internal combustion engine, whereby the loads on the system can be significantly reduced.
  • the boundary condition is that in order to achieve the same performance as in the injection of diesel in the internal combustion engine, a correspondingly increased Fuel mass m should be injected to OME as fuel in the combustion chamber of the internal combustion engine. Therefore, the high fuel pressure in the high-pressure fuel storage can not be arbitrarily reduced. Further, in order to be able to inject a sufficient fuel mass m of OME, the high-pressure fuel in the high-pressure fuel reservoir should preferably be set at least to the maximum load point of the internal combustion engine ⁇ above 700 bar. It is therefore possible to reduce the high fuel pressure in the high-pressure fuel accumulator when using OME instead of diesel by up to 70%.
  • the diesel injection device further comprises at least one injector for injecting the high-pressure fuel into the combustion chamber of the internal combustion engine, wherein the high-pressure fuel is supplied to the injector from the high-pressure fuel storage, wherein the control device, the injector for injecting the fuel into the combustion chamber depending on a prev - Visible load point of the internal combustion engine controls, wherein the control device, the injector in all load points of the
  • activation should be understood to mean that the control device gives the injector a corresponding signal that it opens, injects a predetermined fuel mass m into the combustion chamber and then closes it again.
  • the control device when the control device actuates the injector twice, the control device outputs two signals to the injector, whereupon the injector respectively opens, injects a predetermined fuel mass m of fuel into the combustion chamber, and closes again when the required fuel mass m is injected.
  • the control device thus controls the injector for a main injection, in which the largest fuel mass m is injected for the actual combustion in the combustion chamber, and another small injection.
  • control device activates the injector for a main injection and a pilot injection upstream of the main injection.
  • diesel as fuel
  • control device controls the injector so that the post-injection is completely dispensed with.
  • the diesel injection device when using a diesel injection device for injecting oxymethylene ether (OME) instead of diesel, the diesel injection device as a whole can be significantly simpler be calibrated.
  • the high fuel pressure in the high-pressure fuel accumulator can be reduced by at least 25% compared to diesel, and on the other hand can be dispensed with the plurality of injections by only the main injection and a pilot injection are performed. Accordingly, the diesel injection device can be significantly simplified compared to the use of diesel as a fuel. Nevertheless, with these measures, the soot emission is even lower than when using diesel as a fuel.
  • FIG. 1 shows a schematic overview of a diesel injection device with a high-pressure fuel accumulator and a plurality of injectors
  • FIG. 2 is a graph illustrating the formation of soot in the combustion of fuel as a function of the high fuel pressure in the high-pressure fuel storage shown in FIG. 1.
  • Fig. 1 shows a schematic overview of a diesel injection device 10, applied with the usual diesel as fuel 12 with high-pressure fuel P, Ge ⁇ collects and is then injected into combustion chambers of an internal combustion engine.
  • the diesel injection device 10 has a tank 14 in which the fuel 12 is provided, and from where the fuel 12 is supplied via a pre-feed pump 16 to a high-pressure fuel pump 18.
  • the fuel ⁇ high-pressure pump 18 then pressurizes the fuel 12 to the fuel high pressure p and pushes the fuel 12 in the direction of a high-pressure fuel storage 20 from where the highly pressurized fuel is stored 12th
  • the one with High-pressure fuel 12 is then removed via injectors 22 to the high-pressure fuel accumulator 20 and supplied by injection from the injectors 22 out of the combustion chambers of the internal combustion engine.
  • the pre-feed pump 16 transports the fuel 12 consequently out of the tank 14 out through a low pressure region 24 of the diesel injection device 10 to a pressure chamber 26 of the high-pressure fuel pump 18.
  • a metering valve 28 is provided which are actively controlled at ⁇ and thus filling the Pressure chamber 26 with fuel 12 from the low pressure region 24 can control.
  • a pump piston 30 moves translatorically up and down and thereby periodically changes the volume of the pressure chamber 26 so that therein fuel 12 ver ⁇ seals and thus subjected to high pressure.
  • the fuel 12 pressurized in the pressure chamber 26 is discharged into a high-pressure region 34 of the diesel injection device 10, where it is then stored in the high-pressure fuel reservoir 20, the so-called rail, until it is injected via the injectors 22 into combustion chambers of the internal combustion engine.
  • the control of the metering valve 28 and the injectors 22 is effected via a control device 36 that outputs depending on a load point of the internal combustion engine signals to the To ⁇ metering valve 28 and the injectors 22 in order to a corresponding fuel mass m for the combustion to
  • the control device 36 are for this purpose parameters of the internal combustion engine over which the control device 36 the can determine the corresponding load point of the internal combustion engine. These are, for example, the speed and the torque of the internal combustion engine, but it can be used instead of torque and the medium pressure.
  • the control device 36 the force ⁇ high fuel pressure p in the fuel high-pressure accumulator 20 in accordance with a.
  • the control device 36 controls, for example, the metering valve 28 to admit a corresponding fuel mass m in the pressure chamber 26 of the high-pressure fuel pump 18, which is then ver ⁇ seals.
  • This fuel mass m is provided to the power ⁇ fabric high-pressure accumulator 20 is available.
  • a corresponding high-pressure fuel p is established in the high-pressure fuel accumulator 20. The less fuel mass m is supplied to the high-pressure fuel storage 20, the lower the high fuel pressure p, which then prevails in the high-pressure fuel storage 20.
  • diesel as fuel 12 tends to burn down to form soot and NO x . Therefore, diesel injectors 10 have so far been optimized so controlled via the control device 36 that as little as possible soot is formed and also produces as little NO x . The problem was that these two unwanted emissions behave in opposite directions. This means that the formation of soot increases with the lowest possible formation of NO x .
  • soot during the combustion of diesel Ver ⁇ could be reduced as the fuel 12 in particular.
  • FIG. 2 This is illustrated for example in FIG. 2 in a diagram illustrating the formation of soot in FSN in dependence on the fuel pressure P in ⁇ high bar.
  • diesel injectors 10 have been optimized to use the highest possible high fuel pressure p to counteract this soot formation.
  • OME has a significantly lower calorific value H 0 than diesel, with the calorific value Hui of diesel being about twice as high as the calorific value H 0 2 of OME.
  • the calorific value H 0 corresponds to the amount of heat that can be generated at a same fuel mass m. Therefore theoretically for equal performance would have to
  • diesel as fuel 12 to reduce soot formation is, in addition to a main injection of the injectors 22, that is the actual injection, which introduces the desired fuel mass m in the combustion chamber of the internal combustion engine, additionally upstream pilot injections and also to carry out post-injection after time.
  • the mixture formation between diesel as fuel 12 and the ambient air is influenced so that the least possible soot is produced during the combustion of the diesel.
  • the control device therefore controls the injectors 22 in such a way that, in addition to a main injection, a single pilot injection, which is upstream of the main injection, is carried out.
  • the control device therefore controls the injectors 22 at most twice in all load points of the internal combustion engine.

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Abstract

Die Erfindung betrifft die Verwendung einer Dieselinjektionsvorrichtung (10) zum Einspritzen von Oxymethylenether (OME) in eine Brennkammer einer Brennkraftmaschine, wobei eine Steuervorrichtung (36) einen Kraftstoffhochdruck (p) in dem OME so einstellt, dass er in allen Lastpunkten der Brennkraftmaschine wenigstens 25% unter einem bei der Verwendung von Diesel als Kraftstoff (12) in den gleichen Lastpunkten der Brennkraftmaschine einzustellenden Kraftstoffhochdruck (p) liegt.

Description

Beschreibung
VERWENDUNG EINER DIESEL-EINSPRITZVORRICHTUNG ZUM EINSPRITZEN VON OXYMETHYLENETHER (OME)
Die Erfindung betrifft die Verwendung einer Dieselinjekti¬ onsvorrichtung zum Einspritzen von Oxymethylenether (OME) in eine Brennkammer einer Brennkraftmaschine. Bislang ist es bekannt, als Kraftstoff für eine Brennkraft¬ maschine Diesel oder Benzin bzw. Gas in einen Brennraum einzuspritzen, in welchem der jeweilige Kraftstoff verbrannt und dabei in dem Kraftstoff gespeicherte Energie in Bewegungsenergie umgewandelt wird, sodass ein Kolben, der in dem Brennraum angeordnet ist, sich in Bewegung setzt und somit die Brenn¬ kraftmaschine antreibt. Dabei sind beispielsweise Dieselin¬ jektionsvorrichtungen, mit denen Diesel als Kraftstoff in den Brennraum eingebracht wird, daraufhin optimiert, möglichst energieeffizient eine Schadstoffarme Verbrennung zu ermögli- chen.
Beispielsweise werden heutzutage selbstzündende Brennkraft¬ maschinen wie Dieselmotoren, mit Diesel als Kraftstoff in verschiedenster Verblendung gefahren. Dies ist dabei vom be- trachteten Land, der Lieferfirma des Kraftstoffes und den
Umgebungsbedingungen (Sommer- und Winterdiesel) abhängig. Die grundsätzliche Applikationsstrategie folgt hier der Be¬ schränkung durch den Ruß-NOx-Trade-Off, der sich als Folge der Verbrennung in der Brennkraftmaschine ergibt. Das bedeutet, dass die Kalibration sowohl die Nox-Emissionen unter die geforderten Grenzwerte bringen, aber auch gleichzeitig einen möglichst geringen Anstieg der Rußemissionen sicherstellen muss. Um dies zu erreichen, sind verschiedene Parameter der Dieselinjekti¬ onsvorrichtung zu optimieren, damit sich dieser Trade-Off günstig ausbildet. Einer dieser Parameter ist beispielsweise der Druck in einem Kraftstoffhochdruckspeicher, dem sogenannten Rail, in dem der mit Hochdruck beaufschlagte Kraftstoff, nämlich Diesel, gespeichert wird, und von da aus einem Injektor zum Einspritzen in die Brennkammer zugeführt wird. Weitere Parameter sind die Anzahl, Größe und der Abstand von Pilot- und Nach¬ einspritzungen des Injektors, die einer Haupteinspritzung des Diesels in die Brennkammer vor- bzw. nachgelagert sind. Dabei wurden die genannten Rußemissionen bislang dadurch niedrig gehalten, dass der Hochdruck in dem Kraftstoffhochdruckspeicher hoch gewählt wird, da dadurch die Zerstäubung des Kraftstoffes durch den Injektor verbessert wird. Gleichzeitig ist es bekannt, die Pilot- und Nacheinspritzungen klein zu wählen, um bei dem gewünschten Effekt der Geräuschverringerung auch die durch diese Maßnahme entstehenden Rußemissionen klein zu halten.
Aufgrund gesetzlicher Auflagen wird es immer schwieriger, auch bei bester Optimierung der Dieselinjektionsvorrichtung, eine Verbrennung von Diesel als Kraftstoff zu ermöglichen, der diese gesetzlichen Auflagen noch erfüllen kann.
Daher gehen Bestrebungen dahin, Diesel durch andere Kraftstoffe wie beispielsweise synthetische Kraftstoffe zu ersetzen.
Ein Beispiel für einen solchen synthetischen Kraftstoff ist Oxymethylenether, sogenanntes OME, der eine besondere Eignung als Kraftstoff für Dieselmotoren aufweist, da er, wie auch Diesel, selbstzündend verbrennt.
Trotz ähnlicher Zündeigenschaften von Diesel und OME bestehen jedoch Unterschiede in anderen physikalischen Parametern, insbesondere beim Heizwert Hu, der bei OME im Vergleich zu Diesel deutlich geringer ist. Der Heizwert H0 entspricht der Wärmemenge, die bei der Verbrennung einer gleichen Masse m an Kraftstoff erzeugt werden kann. Im Schnitt ist der Heizwert Hu bei OME etwa halb so groß wie bei Diesel, das heißt, es müsste, wenn nur der Heizwert H0 betrachtet wird, für eine gleiche zu erzeugende Wärme- bzw. Energiemenge etwa im Schnitt die doppelte Masse m an Kraftstoff verbrannt werden.
Da sich OME auch in weiteren physikalischen Eigenschaften von Diesel unterscheidet, beispielsweise in der Viskosität, ist davon auszugehen, dass nicht einfach eine herkömmliche Die¬ selinjektionsvorrichtung hergenommen werden kann, um OME in eine Diesel-Brennkraftmaschine einzuspritzen. Dies wäre jedoch wünschenswert, da so einfach von Diesel auf OME als Kraftstoff umgestiegen werden kann.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Verwendung einer Dieselinjektionsvorrichtung zum Einspritzen von Oxymethyl- enether (OME) in eine Brennkammer einer Brennkraftmaschine zu ermöglichen .
Diese Aufgabe wird mit einem Gegenstand mit der Merkmalskom¬ bination des Anspruches 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Bei der Verwendung einer Dieselinjektionsvorrichtung zum Einspritzen von Oxymethylenether (OME) in eine Brennkammer einer Brennkraftmaschine wird eine Dieselinjektionsvorrichtung verwendet, die einen Kraftstoffhochdruckspeicher zum Speichern eines mit Hochdruck beaufschlagten Kraftstoffes für einen Injektor zum Einspritzen des mit Hochdruck beaufschlagten Kraftstoffes in die Brennkammer der Brennkraftmaschine und eine Steuervorrichtung zum Einstellen des Kraftstoffhochdruckes in dem Kraftstoffhochdruckspeicher abhängig von einem vorherrschenden Lastpunkt der Brennkraftmaschine aufweist. Die
Steuervorrichtung stellt bei der Verwendung von Oxymethylenether (OME) als Kraftstoff den Kraftstoffhochdruck so ein, dass er in allen Lastpunkten der Brennkraftmaschine wenigstens 25% unter einem bei der Verwendung von Diesel als Kraftstoff in den gleichen Lastpunkten der Brennkraftmaschine einzustellenden Kraftstoffhochdruck liegt. Dieselinjektionsvorrichtungen für die Verwendung von Diesel als Kraftstoff sind gut untersucht und bekannt. Wie bereits erwähnt, wird bei Diesel als Kraftstoff zur Vermeidung von Emissionen, insbesondere zur Vermeidung von Ruß, ein sehr hoher Kraftstoffhochdruck in dem Kraftstoffhochdruckspeicher eingestellt, um so die Zerstäubung des Diesels zu verbessern und eine geringere Rußbildung bei der Verbrennung herbeizuführen. Je nach Lastpunkt werden dabei Kraftstoffhochdrücke von 200 bar bis 2700 bar in dem Kraftstoffhochdruckspeicher eingestellt. Die Lastpunkte der Brennkraftmaschine, auf die sich die Steuervorrichtung dabei bezieht, betreffen dabei im Wesentlichen die Drehzahl und das Drehmoment der Brennkraftmaschine, alternativ auch den Mit¬ teldruck anstatt des Drehmomentes. Unter Maximallast werden in dem Kraftstoffhochdruckspeicher bei der Verwendung von Diesel als Kraftstoff Kraftstoffhochdrücke in einem Bereich zwischen 2000 bar und 3000 bar erreicht. Damit muss die Dieselinjek¬ tionsvorrichtung einen extrem hohen Kraftstoffhochdruck bereitstellen können, was einen hohen technischen und auch kostenintensiven Aufwand bedeutet. Bislang wurde davon ausgegangen, dass diese Kraftstoffhochdrücke auch bei Oxymethylenether (OME) als Kraftstoff eingestellt werden müssen. In Versuchen hat sich jedoch überraschenderweise herausgestellt, dass bei der Verbrennung von OME als Kraftstoff in einer herkömmlichen Diesel-Brennkraftmaschine keine messbare Menge an Ruß gebildet wird. Dies gilt auch bei sehr klein werdenden Kraftstoffhochdrücken . Daher kann bei der Verwendung von OME als Kraftstoff die Dieselinjektionsvorrichtung im Vergleich zur Verwendung von Diesel als Kraftstoff anders und vor allem einfacher eingestellt werden. Es wurde herausgefunden, dass der Kraftstoffhochdruck in dem Kraftstoffhochdruckspeicher im gesamten Kennfeld, das heißt in allen Lastpunkten der Brennkraftmaschine, um mindestens 25% verringert werden kann.
Dadurch kann die Dieselinjektionsvorrichtung einfacher und robuster kalibriert werden, was zu einer weniger anfälligen und insgesamt kostengünstigeren Dieselinjektionsvorrichtung führt.
Vorzugsweise stellt die Steuereinrichtung den Kraftstoff¬ hochdruck in einem Maximallastpunkt der Brennkraftmaschine auf einen Wert unter 1500 bar ein.
Wie bereits erwähnt, bewegt sich der Kraftstoffhochdruck bei der Verwendung von Diesel in dem Maximallastpunkt der Brennkraftmaschine in einem Bereich zwischen 2000 bar und 3000 bar, was eine sehr hohe Belastung des gesamten Systems mit sich bringt . Aufgrund der fehlenden Rußemission bei der Verbrennung des OME kann auch im Maximallastpunkt der Brennkraftmaschine der Kraftstoffhochdruck auf einen Wert unter 1500 bar eingestellt werden, wodurch die Belastungen des Systems deutlich verringert werden können.
Aufgrund des deutlich verringerten Heizwertes Hu des OME im Vergleich zum Diesel besteht die Randbedingung, dass, um die gleiche Leistung wie bei der Einspritzung von Diesel in der Brennkraftmaschine zu erreichen, eine entsprechend vergrößerte Kraftstoffmasse m an OME als Kraftstoff in die Brennkammer der Brennkraftmaschine eingespritzt werden sollte. Daher kann der Kraftstoffhochdruck in dem Kraftstoffhochdruckspeicher nicht beliebig verringert werden. Um weiterhin eine ausreichende Kraftstoffmasse m an OME einzuspritzen zu können, sollte der Kraftstoffhochdruck in dem Kraftstoffhochdruckspeicher daher vorzugsweise zumindest in dem Maximallastpunkt der Brenn¬ kraftmaschine oberhalb 700 bar eingestellt sein. Es ist daher eine Reduzierung des Kraftstoffhochdruckes in dem Kraft- stoffhochdruckspeicher bei der Verwendung von OME statt Diesel von bis zu 70% möglich.
Vorzugsweise weist die Dieselinjektionsvorrichtung weiter wenigstens einen Injektor zum Einspritzen des mit Hochdruck beaufschlagten Kraftstoffes in die Brennkammer der Brennkraftmaschine auf, wobei der hochdruckbeaufschlagte Kraftstoff dem Injektor aus dem Kraftstoffhochdruckspeicher zugeführt wird, wobei die Steuervorrichtung den Injektor zum Einspritzen des Kraftstoffes in die Brennkammer abhängig von einem vorherr- sehenden Lastpunkt der Brennkraftmaschine ansteuert, wobei die Steuervorrichtung den Injektor in allen Lastpunkten der
Brennkraftmaschine maximal zweimal ansteuert.
Unter „Ansteuerung" soll dabei verstanden werden, dass die Steuervorrichtung dem Injektor ein entsprechendes Signal gibt, dass er öffnet, eine vorbestimmte Kraftstoffmasse m in die Brennkammer einspritzt und anschließend wieder schließt.
Steuert die Steuervorrichtung daher den Injektor zweimal an, gibt die Steuervorrichtung dem Injektor zwei Signale aus, woraufhin der Injektor jeweils öffnet, eine vorbestimmte Kraftstoffmasse m an Kraftstoff in die Brennkammer einspritzt, und wenn die geforderte Kraftstoffmasse m eingespritzt ist, wieder schließt. Die Steuervorrichtung steuert den Injektor somit für eine Haupteinspritzung, in der die größte Kraftstoffmasse m für die eigentliche Verbrennung in der Brennkammer eingespritzt wird, und eine weitere kleine Einspritzung an.
Vorteilhaft steuert die Steuervorrichtung den Injektor für eine Haupteinspritzung und eine zeitlich der Haupteinspritzung vorgelagerte Piloteinspritzung an. Bei der Verwendung von Diesel als Kraftstoff ist es bekannt, eine Vielzahl von Piloteinspritzungen, und auch wenigstens eine Nacheinspritzung als kleine Einspritzungen zusätzlich zu der Haupteinspritzung durchzuführen, um somit die Gemischbildung von Diesel und Umgebungsluft optimal zu gestalten und die Bildung von Emissionen während der Verbrennung dahingehend zu beeinflussen, dass möglichst wenig Ruß, CO, HC und NOx gebildet wird.
Bei der Verwendung von OME wurde jedoch gefunden, dass keine messbare Menge an Ruß gebildet wird. Dadurch sind auch die von der Dieseltechnologie her bekannten Pilot- und Nacheinsprit¬ zungen im Prinzip nicht mehr nötig. Deshalb können im gesamten Kennfeld die Pilot- und Nacheinspritzungen im Wesentlichen entfallen . Lediglich um die Geräuschentwicklung bei der OME-Verbrennung möglichst klein zu halten, wird vorteilhaft eine kurze Pilo¬ teinspritzung der Haupteinspritzung zeitlich vorgelagert.
Die Steuervorrichtung steuert den Injektor jedoch so an, dass auf die Nacheinspritzung vollständig verzichtet wird.
Bei der Verwendung einer Dieselinjektionsvorrichtung zum Einspritzen von Oxymethylenether (OME) statt Diesel kann daher die Dieselinjektionsvorrichtung insgesamt deutlich einfacher kalibriert werden. Einerseits kann der Kraftstoffhochdruck in dem Kraftstoffhochdruckspeicher um wenigstens 25% im Vergleich zu Diesel gesenkt werden, und andererseits kann auf die Vielzahl an Einspritzungen verzichtet werden, indem lediglich die Haupteinspritzung und eine Piloteinspritzung durchgeführt werden. Die Dieselinjektionsvorrichtung kann demgemäß deutlich vereinfacht werden im Vergleich zu der Verwendung von Diesel als Kraftstoff. Dennoch ist mit diesen Maßnahmen die Rußemission noch geringer als bei der Verwendung von Diesel als Kraftstoff.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:
Fig. 1 eine schematische Übersichtsdarstellung einer Dieselinjektionsvorrichtung mit einem Kraftstoffhochdruckspeicher und mehreren Injektoren; und
Fig. 2 ein Diagramm, das die Rußbildung bei der Verbrennung von Kraftstoff in Abhängigkeit des Kraftstoffhoch- druckes in dem in Fig. 1 gezeigten Kraftstoffhochdruckspeicher darstellt.
Fig. 1 zeigt eine schematische Übersichtsdarstellung einer Dieselinjektionsvorrichtung 10, mit der gewöhnlich Diesel als Kraftstoff 12 mit Kraftstoffhochdruck p beaufschlagt, ge¬ speichert und dann in Brennräume einer Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Die Dieselinjektionsvorrichtung 10 weist einen Tank 14 auf, in dem der Kraftstoff 12 bereitgestellt wird, und von wo aus der Kraftstoff 12 über eine Vorförderpumpe 16 einer Kraftstoffhochdruckpumpe 18 zugeführt wird. Die Kraftstoff¬ hochdruckpumpe 18 beaufschlagt den Kraftstoff 12 dann mit dem Kraftstoffhochdruck p und stößt den Kraftstoff 12 in Richtung auf einen Kraftstoffhochdruckspeicher 20 aus, in dem der mit Hochdruck beaufschlagte Kraftstoff 12 gespeichert wird. Der mit Hochdruck beaufschlagte Kraftstoff 12 wird dann über Injektoren 22 dem Kraftstoffhochdruckspeicher 20 entnommen und durch Einspritzung aus den Injektoren 22 heraus Brennräumen der Brennkraftmaschine zugeführt.
Die Vorförderpumpe 16 transportiert den Kraftstoff 12 demgemäß aus dem Tank 14 heraus durch einen Niederdruckbereich 24 der Dieselinjektionsvorrichtung 10 zu einem Druckraum 26 der Kraftstoffhochdruckpumpe 18. In dem Niederdruckbereich 24 ist beispielsweise ein Zumessventil 28 vorgesehen, das aktiv an¬ gesteuert werden und somit eine Befüllung des Druckraumes 26 mit Kraftstoff 12 aus dem Niederdruckbereich 24 steuern kann.
In dem Druckraum 26 bewegt sich ein Pumpenkolben 30 transla- torisch auf und ab und verändert dabei periodisch das Volumen des Druckraumes 26, sodass darin befindlicher Kraftstoff 12 ver¬ dichtet und somit mit Hochdruck beaufschlagt wird.
Über ein Auslassventil 32 wird der in dem Druckraum 26 druckbeaufschlagte Kraftstoff 12 in einen Hochdruckbereich 34 der Dieselinjektionsvorrichtung 10 ausgelassen, wo er dann in dem Kraftstoffhochdruckspeicher 20, dem sogenannten Rail, bis zu einer Einspritzung über die Injektoren 22 in Brennräume der Brennkraftmaschine gespeichert wird.
Die Ansteuerung des Zumessventiles 28 und auch der Injektoren 22 erfolgt dabei über eine Steuervorrichtung 36, die abhängig von einem Lastpunkt der Brennkraftmaschine Signale an das Zu¬ messventil 28 bzw. die Injektoren 22 ausgibt, um eine ent- sprechende Kraftstoffmasse m für die Verbrennung zu den
Brennräumen der Brennkraftmaschine zuführen zu können.
Der Steuervorrichtung 36 liegen dazu Parameter der Brennkraftmaschine vor, über die die Steuervorrichtung 36 den entsprechenden Lastpunkt der Brennkraftmaschine bestimmen kann. Dies sind beispielsweise die Drehzahl und das Drehmoment der Brennkraftmaschine, es kann jedoch statt Drehmoment auch der Mitteldruck verwendet werden.
Je nach Lastpunkt stellt die Steuervorrichtung 36 den Kraft¬ stoffhochdruck p in dem Kraftstoffhochdruckspeicher 20 entsprechend ein. Abhängig von diesem Lastpunkt steuert die Steuervorrichtung 36 beispielsweise das Zumessventil 28 an, um eine entsprechende Kraftstoffmasse m in den Druckraum 26 der Kraftstoffhochdruckpumpe 18 einzulassen, die dort dann ver¬ dichtet wird. Diese Kraftstoffmasse m wird dann dem Kraft¬ stoffhochdruckspeicher 20 zur Verfügung gestellt. Je nach Kraftstoffmasse m, die von der Kraftstoffhochdruckpumpe 18 verdichtet wird, stellt sich in dem Kraftstoffhochdruckspeicher 20 ein entsprechender Kraftstoffhochdruck p ein. Je weniger Kraftstoffmasse m dem Kraftstoffhochdruckspeicher 20 zugeführt wird, desto geringer ist der Kraftstoffhochdruck p, der dann in dem Kraftstoffhochdruckspeicher 20 vorherrscht.
Bisher ist es bekannt, dass Diesel als Kraftstoff 12 stark dazu neigt, unter Bildung von Ruß und NOx abzubrennen. Daher wurden bislang Dieselinjektionsvorrichtungen 10 über die Steuervorrichtung 36 so optimiert angesteuert, dass möglichst wenig Ruß gebildet wird und auch möglichst wenig NOx entsteht. Dabei bestand die Problematik, dass diese beiden unerwünschten Emissionen sich gegenläufig verhalten. Das bedeutet, dass bei einer möglichst niedrigen NOx-Bildung die Bildung von Ruß ansteigt .
Um diesem Effekt entgegenzuwirken, wurde bislang in der Dieselinjektionsvorrichtung 10 beim Einspritzen von Diesel als Kraftstoff 12 der Kraftstoffhochdruck p im Kraftstoffhochdruckspeicher 20 über die Steuervorrichtung 36 so hoch wie nur irgendwie möglich in dem jeweiligen Lastpunkt der Brennkraftmaschine eingestellt. Dabei war es beispielsweise bekannt, insbesondere im Maximallastpunkt der Brennkraftmaschine den Kraftstoffhochdruck des Diesels auf einen Wert zwischen 2000 bar und 3000 bar einzustellen.
Dadurch konnte insbesondere die Bildung von Ruß bei der Ver¬ brennung von Diesel als Kraftstoff 12 verringert werden. Dies ist beispielsweise in Fig. 2 in einem Diagramm dargestellt, das die Rußbildung in FSN in Abhängigkeit des Kraftstoff¬ hochdruckes p in bar darstellt.
Es ist zu erkennen, dass bei Diesel als Kraftstoff 12 beim Unterschreiten eines Kraftstoffhochdruckes p von 1000 bar die Bildung von Ruß stark ansteigt. Je höher der Kraftstoffhochdruck p jedoch wird, desto geringer werden auch die Rußemissionen bei der Verbrennung von Diesel als Kraftstoff 12. Daher waren bislang Dieselinjektionsvorrichtungen 10 darauf optimiert, einen möglichst hohen Kraftstoffhochdruck p zu verwenden, um dieser Rußbildung entgegenzuwirken.
Bislang wurde davon ausgegangen, dass auch bei der Verwendung von OME als Kraftstoff 12 entsprechende Rußemissionen wie bei Diesel zu erwarten sind.
In Versuchen hat sich jedoch überraschenderweise herausgestellt, dass auch bei immer kleiner werdendem Kraftstoffhochdruck p die Rußemissionen bei der Verbrennung von OME ausbleiben.
Dies ist ebenfalls in Fig. 2 dargestellt, wo zu sehen ist, dass über den gesamten untersuchten Bereich des Kraftstoffhochdruckes p die Rußemission bei der Verwendung von OME als Kraftstoff 12 auf einem gleichen niedrigen Niveau verbleibt, und sogar über den gesamten Bereich immer unterhalb des Wertes von Diesel als Kraftstoff 12 liegt. Aus diesem Grund ist es überraschenderweise möglich, eine bisher bekannte Dieselinjektionsvorrichtung 10 zum Einspritzen von OME statt Diesel als Kraftstoff 12 zu verwenden, wobei jedoch die Steuervorrichtung 36 den Kraftstoffhochdruck p in dem Kraftstoffhochdruckspeicher 20 so ansteuern kann, dass er in allen Lastpunkten der Brennkraftmaschine wenigstens 25% unterhalb des entsprechenden Kraftstoffhochdruckes p bei Diesel als Kraftstoff 12 in den gleichen Lastpunkten liegt.
OME weist jedoch einen deutlich geringeren Heizwert H0 auf als Diesel, wobei der Heizwert Hui von Diesel etwa doppelt so hoch ist wie der Heizwert H02 von OME. Der Heizwert H0 entspricht dabei der Wärmemenge, die bei einer gleichen Kraftstoffmasse m erzeugt werden kann. Daher müsste theoretisch für eine gleiche Leistung der
Brennkraftmaschine im Schnitt etwa die doppelte Kraftstoffmasse m OME als Kraftstoff 12 in die Brennkammern eingespritzt werden als dies für Diesel als Kraftstoff 12 der Fall wäre. Für die Einspritzung des Kraftstoffes 12 in die jeweilige Brennkammer steht jedoch nur ein sehr begrenzter Zeitraum zur Verfügung. Es ist demgemäß schwer, die gewünschte Kraftstoffmasse m über eine schlichte Verlängerung der Einspritzdauer, das heißt der Öffnungszeit der Injektoren 22, zu erreichen. Daher ist es wünschenswert, dass der Kraftstoffhochdruck p im OME zumindest so hoch ist, dass in der begrenzten Zeitspanne, die zum Ein¬ spritzen des Kraftstoffes 12 über die Injektoren 22 zur Verfügung steht, eine ausreichende Kraftstoffmasse m OME in die Brennkammer gelangen kann. Durch diese Randbedingung kann der Kraftstoffhochdruck p nicht beliebig abgesenkt werden.
Es wurde gefunden, dass der Kraftstoffhochdruck p in den entsprechenden Lastpunkten der Brennkraftmaschine auf bis zu 70% unterhalb des Kraftstoffhochdruckes p bei der Verwendung von Diesel als Kraftstoff 12 abgesenkt werden kann, um eine aus¬ reichende Kraftstoffmasse m OME in den jeweiligen Brennraum einspritzen zu können.
Eine weitere Möglichkeit bei der Verwendung von Diesel als Kraftstoff 12, die Rußbildung weitgehend zu verringern, ist es, neben einer Haupteinspritzung der Injektoren 22, das heißt der eigentlichen Einspritzung, die die gewünschte Kraftstoffmasse m in die Brennkammer der Brennkraftmaschine einbringt, zusätzlich zeitlich vorgelagerte Piloteinspritzungen und auch zeitlich nachgelagerte Nacheinspritzungen durchzuführen. Dadurch wird die Gemischbildung zwischen Diesel als Kraftstoff 12 und der Umgebungsluft so beeinflusst, dass möglichst wenig Ruß bei der Verbrennung des Diesels entsteht.
Aufgrund der Tatsache, dass OME, wie in Fig. 2 dargestellt ist, weitgehend rußfrei abbrennt, besteht auch hier keinerlei Notwendigkeit - wenn lediglich die Rußbildung betrachtet wird -, die Gemischbildung zwischen OME und der Umgebungsluft zu beeinflussen. Daher kann prinzipiell auf sämtliche Piloteinspritzungen und auch Nacheinspritzungen zusätzlich zu der Haupteinspritzung verzichtet werden. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass das Vorsehen wenigstens einer Piloteinspritzung vorteilhaft sein kann, da hierdurch die Geräuschentwicklung bei der Verbrennung von OME reduziert werden kann . Vorteilhaft steuert die Steuervorrichtung daher die Injektoren 22 derart an, dass neben einer Haupteinspritzung eine einzige Piloteinspritzung, die der Haupteinspritzung zeitlich vorgelagert ist, durchgeführt wird.
Auf sämtliche Nacheinspritzungen wird jedoch verzichtet.
Die Steuervorrichtung steuert daher die Injektoren 22 in allen Lastpunkten der Brennkraftmaschine maximal zweimal an.

Claims

Patentansprüche
1. Verwendung einer Dieselinjektionsvorrichtung (10) zum Einspritzen von Oxymethylenether (OME) in eine Brennkammer einer Brennkraftmaschine, wobei die Dieselinjektionsvorrichtung (10) aufweist :
- einen Kraftstoffhochdruckspeicher (20) zum Speichern eines mit Hochdruck beaufschlagten Kraftstoffes (12) für einen Injektor (22) zum Einspritzen des hochdruckbeaufschlagten Kraftstoffes (12) in die Brennkammer der Brennkraftmaschine;
- eine Steuervorrichtung (36) zum Einstellen des Kraftstoffhochdruckes (p) in dem Kraftstoffhochdruckspeicher (20) abhängig von einem vorherrschenden Lastpunkt der Brennkraftmaschine, wobei die Steuervorrichtung (36) den Kraftstoffhochdruck (p) bei der Verwendung von Oxymethylenether (OME) als Kraftstoff (12) so einstellt, dass er in allen Lastpunkten der Brennkraftmaschine wenigstens 25% unter einem bei der Verwendung von Diesel als Kraftstoff (12) in den gleichen Lastpunkten der Brennkraftmaschine einzustellenden Kraftstoffhochdruck (p) liegt.
2. Verwendung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (36) den Kraftstoffhochdruck (12) in einem Maximallastpunkt der
Brennkraftmaschine auf einen Wert unter 1500 bar einstellt.
3. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Dieselinjektionsvorrichtung (10) weiter wenigstens einen Injektor (22) zum Einspritzen des hochdruckbeaufschlagten Kraftstoffes (12) in die Brennkammer der Brennkraftmaschine aufweist, wobei der hochdruckbeaufschlagte Kraftstoff (12) dem Injektor (22) aus dem Kraftstoffhoch- druckspeicher (20) zugeführt wird, wobei die Steuervorrichtung (36) den Injektor (22) zum Einspritzen des Kraftstoffes (12) in die Brennkammer abhängig von einem vorherrschenden Lastpunkt der Brennkraftmaschine ansteuert, wobei die Steuervorrichtung (36) den Injektor (22) in allen Lastpunkten der Brennkraftmaschine maximal zweimal ansteuert.
4. Verwendung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (36) den Injektor (22) in jedem Lastpunkt der Brennkraftmaschine für eine Haupteinspritzung und eine zeitlich der Haupteinspritzung vorgelagerte Piloteinspritzung ansteuert.
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