EP3990763A1 - Hpdf-betriebsverfahren für eine brennkraftmaschine, brennkraftmaschine und arbeitsvorrichtung - Google Patents

Hpdf-betriebsverfahren für eine brennkraftmaschine, brennkraftmaschine und arbeitsvorrichtung

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EP3990763A1
EP3990763A1 EP20730242.3A EP20730242A EP3990763A1 EP 3990763 A1 EP3990763 A1 EP 3990763A1 EP 20730242 A EP20730242 A EP 20730242A EP 3990763 A1 EP3990763 A1 EP 3990763A1
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EP
European Patent Office
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fuel
ignition
main fuel
injection device
internal combustion
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP20730242.3A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Jud
Georg Fink
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Technische Universitaet Muenchen
Original Assignee
Technische Universitaet Muenchen
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Definitions

  • the invention relates to an HPDF operating method for an internal combustion engine, an internal combustion engine and a working device and in particular a vehicle as such.
  • methane slip in which unburned methane (or short-chain hydrocarbons in general) escapes from the combustion chamber as a particularly climate-effective gas and which can be problematic in gas engines in particular, and to the formation of particles, which, for example, in diesel engines in connection with soot formation occurs and can be problematic.
  • HPDF high pressure dual fuel
  • non-self-igniting i.e. gasoline engine fuels and self-igniting fuels are used simultaneously and injected or introduced into the combustion chamber of a respective cylinder of an internal combustion engine under high pressure, with the gasoline engine fuel acting as the main fuel and the self-igniting fuel as the ignition fuel for the main fuel serves, so that the main fuel is ignited externally via the ignition of the self-igniting fuel.
  • previously lean combustion areas which can deliver a particularly high proportion of methane slip, and rich combustion areas, which can deliver a particularly high proportion of soot and thus particle formation, cannot be optimally handled.
  • the present invention relates to an HPDF operating method for an internal combustion engine with internal mixture formation and auto-ignition.
  • the introduction of a main fuel for a combustion cycle of an operating cycle under high pressure for the introduction of a main fuel, the introduction of a non-self-igniting or gasoline engine fuel at a first point in time and the introduction of a self-igniting or diesel fuel into a combustion chamber of the internal combustion engine at a second point in time at least initiated and / or executed.
  • Self-ignition of the ignition fuel and, with the self-ignition of the ignition fuel, external ignition of the main fuel is effected.
  • the self-ignition of the ignition fuel is carried out temporally and / or spatially in such a way that the main fuel is ignited at one location and / or in an area of a jet tip and / or a propagation front of a quantity of introduced main fuel - in particular first in time.
  • the tip - in absolute terms - is ignited first in time.
  • the fat areas located shortly behind the tip initially remain unburned and can continue to mix - especially with the ambient air. Since the flame also has to run against the flow, for example, this propagation will in particular take place relatively slowly.
  • the required spatial-temporal distribution of main fuel and ignition fuel in the combustion chamber before and during ignition can be set in a particularly suitable manner if, according to a preferred embodiment of the operating method according to the invention, the second point in time is not earlier than the first point in time and preferably after the first point in time.
  • the spatial-temporal distribution of the main fuel and the ignition fuel in the combustion chamber and, in relation to one another, the spatial-temporal distribution of the ignition processes can be determined on the basis of and taking into account the geometry of the combustion chamber, the piston with the piston crown and the spatial and temporal configuration of the Introducing the main fuel and the ignition fuel can be set so that the effect according to the invention, namely that the main fuel occurs first in the area of the propagation front and / or the jet tip, can be achieved in a particularly suitable manner.
  • the main fuel is introduced via a first injection device of an injection device and, when or after the main fuel is introduced, it is spatially deflected in the combustion chamber, in particular by pulse deflection.
  • This can be done in particular by returning the main fuel or the injected amount of the main fuel to a location and / or a spatial area of the first injection device and / or with an orientation towards a location and / or a spatial area of the first injection device, for example with a focus on an outlet opening, an injection nozzle or the like.
  • the introduction of the main fuel or the amount of main fuel can take place at least approximately with spatial alignment to one or more recesses and / or contours in the piston crown and / or to an apex or several apexes of one or more recesses and / or contours in the piston crown.
  • a quantity of the main fuel in the form of a fuel gas flow is introduced into the combustion chamber via one or the first injection device in such a way that the fuel gas flow is directed to one or the other the plurality of depressions and / or contours is or will be aligned so that the fuel gas flow, starting from the outlet from the first injection device as a base, flows or flows in essentially along a wall of the recess and / or along the contour, through the wall of the recess and / or is deflected, deflected and / or returned by the contour in its flow direction and flows on or out along the wall of the recess and / or along the contour essentially in the direction of the base point or an end point corresponding to the base point.
  • the modalities of introducing, distributing and / or igniting the ignition fuel can also be adapted accordingly.
  • a quantity of the ignition fuel via a second injection device of the injection device with an alignment to the one or more recesses and / or contours and / or with alignment to the End point and / or the location and / or the area of the jet tip and / or the propagation front of the amount of main fuel introduced - in particular at a desired and / or predetermined ignition time - to be introduced into the combustion chamber.
  • lean zones of the fuel gas jet of the injected main fuel can be taken into account, which only develop after the end of the injection, for example in the edge areas of the fuel gas jet, in particular at the jet foot and / or in the wake of the gas jet.
  • one or the quantity of the ignition fuel is introduced into the combustion chamber with its orientation via the second injection device of the injection device in such a way that at the time of self-ignition the Ignition fuel also tangential ignition and / or ignition of the main fuel at or in one of the jet tip and / or the propagation front of the main fuel - in particular with regard to the propagation of the main fuel - takes place remote point or area, in particular at or in the area of a jet foot of the Fuel gas jet of the main fuel and / or in a lateral area of the fuel gas jet between and / or laterally to a connection between the jet foot and jet tip.
  • a quantity of the main fuel in the form of a fuel gas flow is introduced into the combustion chamber via the first injection device in such a way that the fuel gas flow is oriented towards a partition of directly adjacent depressions and / or contours that the fuel gas flow starting from the outlet from the first injection device on the partition wall is divided into partial flows and divided and divided between the directly adjacent depressions and / or contours and a respective partial flow essentially along a respective wall of a respective recess and / or along a respective contour flows or flows in, deflected or deflected in its flow direction by the wall of the respective recess and / or by the respective contour and essentially in the direction along the wall of the respective recess and / or along the respective contour 52k flows further or flows out at the base point or an end point corresponding to the base point.
  • one or the quantity of the ignition fuel 64 is introduced into the combustion chamber divided into partial flows via one or the second injection device of the injection device, in each case with an orientation towards a respective one Recess and / or contour and / or with a respective orientation towards a respective end point, a respective location and / or a respective area of a jet tip and / or a propagation front of a divided amount of main fuel introduced, in particular at a desired and / or predetermined ignition time.
  • the invention also relates to an internal combustion engine as such.
  • the proposed internal combustion engine is set up according to the invention to be operated according to, with or in an HPDF operating method configured according to the invention.
  • the internal combustion engine has a cylinder which, in its interior and cylinder space, forms a combustion chamber of the internal combustion engine in which a piston is guided to move up and down.
  • an injection device is designed for introducing a main fuel and an ignition fuel, with a piston head of the piston having one or more recesses and / or contours which are designed to deflect and / or redirect a quantity of the main fuel introduced, in particular in coordination with space and time the injector.
  • the present invention also provides a working device which, for example, but not exclusively, can be designed as a vehicle.
  • the working device has a drivable unit and an internal combustion engine as a drive for the unit, the internal combustion engine being designed in the manner according to the invention.
  • Figure 1 shows in the form of a vertical cross-sectional view part of a
  • Figure 2A shows in the form of a lateral cross-sectional view part of another
  • FIG. 2B also shows, in the form of a lateral cross-sectional view, part of an alternative embodiment of an internal combustion engine designed according to the invention, which in the case of an HPDF according to the invention
  • FIGS. 3 and 4 show, in the form of lateral cross-sectional views, situations during the operation of conventional internal combustion engines with an HPDF operating method.
  • FIG. 1 shows, in the form of a vertical cross-sectional view, part of an embodiment of an internal combustion engine 100 designed according to the invention, which can be used in an HPDF operating method according to the invention.
  • Figure 1 illustrates this a variant of the method according to the invention with vertical beam deflection, for example in a plane which contains the cylinder axis 50z.
  • the internal combustion engine 100 shown in FIG. 1 is represented here schematically by part of a cylinder 50 with a cylinder head 51, a piston 52 and a cylinder jacket 53, the combustion chamber wall 50w being defined by the latter.
  • the cylinder 50 is oriented approximately rotationally symmetrically to the cylinder axis 50z - here parallel to the z direction.
  • the piston 52 is arranged displaceably in the cylinder 50 along the cylinder axis 50z, i.e. in the z-direction, and is moved to a direction by means of appropriate timing and the combustion of the fuel in the combustion chamber 20 formed by the cylinder chamber 55 and a corresponding downstream transmission -and- movement and, in the case of FIG. 1, an up-and-down movement 52z.
  • combustion chamber 20 and thus the interior 55 of the cylinder 50 is in Figure 1 above by the cylinder head 51, below by the piston 52 and in particular by the piston head 52b and on the side of the cylinder jacket 53 and the corresponding cylinder wall 50w, which can also be referred to as combustion chamber wall 50w , and is variable over time due to the up and down movement of the piston 52 in the manner customary for internal combustion engines.
  • the base 52b of the piston 52 has one or more recesses 52a and / or contours 52k.
  • any recesses 52a and / or contours 52k are designed so that they can be used in cooperation with an injection device 60 and its first and second injection nozzles 61 and 62 for the pressurized introduction of a non-self-igniting or gasoline engine fuel Main fuel 63 or a self-igniting or diesel fuel as ignition fuel 64 to deflect or deflect and in particular to return a quantity of introduced main fuel 63 in the direction of the point of injection, for example in the direction of an outlet hole of a nozzle or the like, however in an advantageous manner, boundary conditions with regard to no or a minimal overlap of the beam with itself can be met.
  • the amount of main fuel 63 introduced is diverted in a vertical direction, e.g. in a plane which contains the cylinder axis 50z. This means that after being introduced via the first injection nozzle 61, the main fuel flows along the contour 52k of the recess 52a in the bottom 52b of the piston 52 and leaves the recess 52a of the piston 52 in the direction of the first injection nozzle 61 and its outlet hole.
  • an amount of the ignition fuel 64 has been injected through the second injection nozzle 62 of the injection device 60 toward the propagation front 63f of the main fuel 63 initiated in such a way that at the point in time of the self-ignition of the introduced ignition fuel 64, the ignition of the main fuel 63 begins in the area of the propagation front 63f and / or in the area of the so-called jet tip.
  • this last aspect can generally be used as the basis for the procedure according to the invention.
  • the mixing field is shown at a point in time shortly after the end of the gas injection. This can be seen in the lean zones close to the nozzle outlet, where pure fuel can of course be found beforehand.
  • the mixing field shown corresponds to the one at which combustion begins. Whether location 1 is shortly before location 2 or vice versa may be less relevant in certain embodiments.
  • FIG. 2A shows, in the form of a lateral cross-sectional view, part of another embodiment of an internal combustion engine 100 designed according to the invention, which can be used in an HPDF operating method according to the invention.
  • FIG. 2A illustrates a variant of the method according to the invention with horizontal beam deflection, e.g. in a plane perpendicular to a cylinder axis 50z, which in the arrangement according to FIG. 2 is in turn aligned parallel to the z-direction.
  • the gas jet of the main fuel 63 is divided into two partial jets 63-1, 63-2 by a separating web 52s of directly adjacent recesses 52a in the piston head 52, each of which is approximately in the direction of the exit of the main fuel 63 from the first nozzle 61 be returned by deflecting along the contours 52k.
  • corresponding partial beams 64-1, 64-2 are introduced corresponding to the two partial beams 63-1, 63-2 of the main fuel 63 for ignition and the corresponding locations 1, i.e. the fronts 63f virtually touch during the ignition.
  • FIG. 2A describes a situation in which, for or when introducing the main fuel 63, a quantity of the main fuel 63 in the form of a fuel gas flow is introduced into the combustion chamber 20 via the first injection device 61 in such a way that the fuel gas flow is directed onto a partition 52s directly adjacent to it Depressions 52a and / or contours 52k aligned so that the fuel gas flow, starting from the outlet from the first injection device 61, is divided into partial flows 63-1 and 63-2 on the partition wall 52s and divided between the directly adjacent recesses 52a and / or contours 52k and a respective partial flow 63-1, 63-2 essentially flows or flows in along a respective wall of a respective recess 52a and / or along a respective contour 52k, through the wall of the respective recess 52a and / or through the respective contour 52k in its flow direction deflected or deflected and flows on or out along the wall of the respective recess 52a and / or along the respective contour 52k essentially
  • one or the quantity of the ignition fuel 64 is introduced into the combustion chamber 20 via one or the second injection device 62 of the injection device 60, divided into partial flows 64-1, 64-2 is, in each case with an alignment to a respective recess 52a and / or contour 52k and / or with a respective orientation to a respective end point, a respective location 1 and / or a respective area of a beam tip 63f and / or a propagation front 63f a divided amount of introduced main fuel 63, in particular at a desired and / or predetermined ignition point.
  • FIG. 2B also shows, in the form of a lateral cross-sectional view, part of an alternative embodiment of an internal combustion engine designed according to the invention, which can be used in an HPDF operating method according to the invention.
  • the structure shown in FIG. 2B and its use are identical to those as described in connection with the structure according to FIG. 2A.
  • the jet pattern in FIG. 2B is in particular designed essentially symmetrically, the two simultaneous partial jets 64-1 and 64-2 of the ignition fuel 64 as pilot jets igniting respectively adjacent partial jets 63-1 and 63-2 of the main fuel 63.
  • the number of jets for both fuels 63 and 64 is the same in this embodiment, but in principle it can also be selected differently.
  • the webs or partition walls 52s between two directly adjacent recesses 52a of a pair of recesses 52a are not designed to taper as sharply in the direction of the cylinder axis 50z as in the embodiment shown in FIG. 2A. In other words, this means that there are no tapering edges in the combustion chamber 20.
  • the height of the outlet 52t between directly adjacent pairs of recesses 52a can be designed as short as possible and / or with a step in order to promote the mixing and in particular the mixing 70 of ambient air or ambient atmosphere into the main fuel 63.
  • the jets 63-1, 63-2 of the main fuel 63 are deflected or deflected by aligning the jets 63-1, 63-2 with the contour 52k of the recesses 52a and flow along this contour 52k.
  • a specific goal of recess 52a which can also be referred to as a trough, is to receive as much of the jet pulse as possible so that it actually runs back, specifically in relation to the original location, in particular the location of the recess of the first injection nozzle or injection device 61 for the main fuel 63.
  • the end point of the contour 52k is used to align the flow of the partial jets 63-1, 63-2 of the main fuel 63 towards the pilot jets 64-1, 64-2 of the ignition fuel 64. (9) This can specifically mean that a jet or partial jet 63-1, 63-2 of the main fuel 63 should not meet itself or should at least meet itself as late as possible.
  • the outlet 52t should be designed as short as possible (in the vicinity of 52b in FIG. 1, the shoulder between the piston gap and the recess).
  • FIGS. 3 and 4 show, in the form of lateral cross-sectional views, situations during the operation of conventional internal combustion engines 100 with an HPDF operating method.
  • Figures 3 and 4 thus illustrate the two possible previous operating strategies of an HPDF combustion process, with the combustion chamber wall 50w, the fuel! injector 60, the diesel jet as ignition fuel 64 and the gas jet as main fuel 63 are shown.
  • FIG. 3 shows a situation in which the ignition fuel 64 is injected and ignited into the combustion chamber 20 formed by the conventional piston 50 'with its cylinder chamber 55 at a comparatively early point in time compared to the expansion of the main fuel 63.
  • the jet tip or propagation front 63f of the main fuel 63 has not yet reached the cylinder wall 50w after the injection.
  • FIG. 4 shows a situation in which the ignition fuel 64 is injected and ignited into the combustion chamber 20 at a comparatively late point in time compared to the expansion of the main fuel 63.
  • the jet tip or spreading fund 63f of the main fuel 63 has already reached the cylinder wall 50w after the injection and has been deflected or deflected, in particular in the sense that in such a process the front hit the wall and widens to the side .
  • the conventional tangential ignition as shown for example in Figure 3, in particular for example due to an early ignition point in the vicinity of the outlet openings of the injection device 60, experience has shown that the emission characteristics are comparatively poor, both in terms of soot formation and in the With regard to methane slip.
  • An additional or alternative core aspect of the present invention consists in a targeted deflection and / or redirection of the jet of the main fuel 63, in particular by interaction of the jet of the main fuel 63 with corresponding recesses 52a and / or contours 52k on the piston crown 52b of the respective piston 52, to optimize the ignition and / or the combustion of the main fuel 63, so that soot formation and / or methane slip are reduced or prevented, the jet of the main fuel 63 and in particular the jet tip or propagation front 63f towards the jet of the ignition fuel 64, i.e. towards which these pilots are heading or become.
  • HPDF combustion process HPDF: High Pressure Dual-Fuel
  • diesel pilot ignition This combustion process provides for natural gas to be injected into the combustion chamber at high pressure, with ignition being carried out by a small amount of diesel fuel, which is referred to as a diesel pilot. This is also explained in detail in connection with the source [3] given below.
  • This procedure is concerned with a targeted mixture formation by injection, specifically so that no lean zones arise on a combustion chamber wall and / or in a piston gap which, for example, do not burn off due to a flame being extinguished.
  • the combustion process can also be used with other gasoline engine fuels, i.e. non-compression self-igniting fuels, e.g. with methanol, ethanol or the like, can be converted.
  • non-compression self-igniting fuels e.g. with methanol, ethanol or the like
  • the present invention is not limited to the use of natural gas as the main fuel either.
  • the interaction of the two jets 63 and 64 can only be controlled via the respective start of injection and the respective injection duration.
  • premixing and ignition timing can be varied independently of one another by the two jets 63 and 64.
  • the HPDF combustion process always has rich and lean zones, regardless of the operating strategy.
  • the gas jet of the main fuel 63 is ignited shortly after the injector has been opened by interaction or interaction with the diesel jet as ignition fuel 64.
  • the combustion and the mixture take place simultaneously - as is usual with classic diffusion flames.
  • a very sooty combustion is the inevitable consequence of the continuous injection of fresh fuel into the already burning jet area.
  • gentle combustion processes are possible, which, however, lead to disadvantages in terms of efficiency due to the slow, mixture-limited combustion.
  • the gas jet of the main fuel 63 is ignited comparatively late and in the extreme case, for example, shortly after the end of the injection of the gas through interaction or interaction with the diesel jet as ignition fuel 64.
  • the gas jet 63 hits the combustion chamber wall 50w while the injection is still in progress and is distributed along it.
  • the areas far from the wall can continue to mix with air, those close to the wall remain bold and cannot mix any further, even if they stay longer.
  • the flame is first carried into the rich areas, which means that even with this strategy, sooty combustion cannot be ruled out.
  • the associated rapid flame spread also leads to a high peak in the release of heat, which must be avoided due to the associated sharp rise in pressure. This limits this operating strategy for use in partial load areas.
  • the lean zones in the edge area can meanwhile continue to mix in, which increases methane emissions.
  • the gas jet of the main fuel 63 can now be ignited first in those areas in the vicinity of the injector 60 which have already had enough time to mix with the combustion chamber air.
  • the inflammation at the jet tip or spreading base 63f i.e. at location 1 of the gas jet of the main fuel 63, limits the pressure peaks, since the spread now takes place against the flow velocity, and at the same time allows the fat areas to be further leaned over the remaining jet surface in the rear area. It is also advantageous to continue to allow tangential ignition at the jet foot geometrically at point 2. In this way, the lean zones that form here after the end of the injection are ignited comparatively early in time and methane slip is avoided or at least reduced. In the course of combustion, this type of ignition shows a reduction in the peaks, with the course remaining compact at the same time when it is broadened. This is advantageous for a high degree of efficiency.
  • Tangential ignition can furthermore be absolutely necessary or at least advantageous for a partial load range because a sufficient deflection is not possible here due to the shorter injection duration.
  • the precise timing of the ignition of the main fuel 63 at locations 1 and 2 is not in the foreground in every case, but rather the way in which a flame is in the foreground Main fuel 63 reaches location 1, for example.
  • This can mean, for example, that the partial jets 63-1, 63-2 of the main fuel 63 at location 1 is ignited directly by the pilot jet 64-1, 64-2, ie by the auxiliary fuel 64 and its flame, and not by the propagation the flame in main fuel 63, for example from location 2 to location 1.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein HPDF-Betriebsverfahren für eine Brennkraftmaschine (100) mit innerer Gemischbildung und Selbstzündung, bei welchem (i) für einen Brennzyklus eines Betriebstakts unter Hochdruck als Hauptkraftstoff (63) zu einem ersten Zeitpunkt die Einleitung eines nicht-selbstzündenden oder ottomotorischen Kraftstoffs und als Zündkraftstoff (64) zu einem zweiten Zeitpunkt die Einleitung eines selbstzündenden oder Dieselkraftstoffes in einen Brennraum (20) der Brennkraftmaschine (1) zumindest initiiert und/oder ausgeführt werden, (ii) eine Selbstzündung des Zündkraftstoffs (64) und mit der Selbstzündung eine Fremdzündung des Hauptkraftstoffs (63) bewirkt werden und (iii) die Selbstzündung des Zündkraftstoffs (64) zeitlich und/oder räumlich so ausgeführt wird, dass der Hauptkraftstoff (63) an einem Ort (1) und/oder in einem Bereich einer Strahlspitze (63f) und/oder einer Ausbreitungsfront (63f) einer Menge eingeleiteten Hauptkraftstoffs (63) - insbesondere zeitlich zuerst - gezündet wird.

Description

HPDF-Betriebsverfahren für eine Brennkraftmaschine,
Brennkraftmaschine und Arbeitsvorrichtung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein HPDF-Betriebsverfahren für eine Brennkraftmaschine, eine Brennkraftmaschine sowie eine Arbeitsvorrichtung und insbesondere ein Fahrzeug als solche.
Im Bereich der Verbrennungsmotoren gewinnen Aspekte der Umweltverträglichkeit zunehmend an Bedeutung. Dabei wird besonderes Augenmerk gelegt auf den Methanschlupf, bei welchem aus dem Brennraum unverbranntes Methan (oder allgemein kurzkettige Kohlenwasserstoffe) als besonders klimawirksames Gas entweicht und welcher vor allem bei Gasmotoren problematisch sein kann, und auf die Partikelbildung, welche zum Beispiel bei Dieselmotoren im Zusammenhang mit der Rußbildung auftritt und problematisch sein kann.
Mit der Entwicklung von HPDF-Brennverfahren (HPDF : high pressure dual fuel) wird hinsichtlich dieser Problematiken eine maßgebliche Verbesserung erreicht. Bei diesem Verfahren werden nicht-selbstentzündende, also ottomotorische Kraftstoffe und selbstentzündliche Kraftstoffe simultan verwendet und unter Hochdruck in den Brennraum eines jeweiligen Zylinders einer Brennkraftmaschine eingespritzt oder eingeleitet, wobei der ottomotorische Kraftstoff als Hauptkraftstoff fungiert und der selbstentzündliche Kraftstoff über seine Selbstzündung als Zündkraftstoff für den Hauptkraftstoff dient, so dass der Hauptkraftstoff über die Zündung des selbstentzündlichen Kraftstoffs fremd gezündet wird. Bekannt ist, dass sich bei diesem Vorgehen bisher magere Brennbereiche, die einen besonders hohen Anteil an Methanschlupf liefern können, und fette Brennbereiche, die einen besonders hohen Anteil an Ruß und damit Partikelbildung liefern können, nicht optimal handhaben lassen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein HPDF-Betriebsverfahren für eine Brennkraftmaschine sowie eine Brennkraftmaschine und eine Arbeitsvorrichtung, insbesondere ein Fahrzeug, als solche anzugeben, bei welchen ein Entweichen kurzkettiger Kohlenwasserstoffe, insbesondere im Sinn eines Methanschlupfes, und Partikelbildung auf Grund von Ruß gegenüber herkömmlichen Betriebsformen von Verbrennungsmotoren reduziert sind.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt bei einem HPDF-Betriebsverfahren erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 , bei einer Brennkraftmaschine erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 10 und bei einer Arbeitsvorrichtung erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 11. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche.
Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein HPDF-Betriebsverfahren für eine Brennkraftmaschine mit innerer Gemischbildung und Selbstzündung. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden für einen Brennzyklus eines Betriebstakts unter Hochdruck zur Einleitung eines Hauptkraftstoffs zu einem ersten Zeitpunkt die Einleitung eines nicht-selbstzündenden oder ottomotorischen Kraftstoffs und zur Einleitung eines Zündkraftstoffs zu einem zweiten Zeitpunkt die Einleitung eines selbstzündenden oder Dieselkraftstoffes in einen Brennraum der Brennkraftmaschine zumindest initiiert und/oder ausgeführt. Es werden eine Selbstzündung des Zündkraftstoffs und mit der Selbstzündung des Zündkraftstoffs eine Fremdzündung des Hauptkraftstoffs bewirkt. Dabei wird die Selbstzündung des Zündkraftstoffs erfindungsgemäß zeitlich und/oder räumlich so ausgeführt, dass der Hauptkraftstoff an einem Ort und/oder in einem Bereich einer Strahlspitze und/oder einer Ausbreitungsfront einer Menge eingeleiteten Hauptkraftstoffs - insbesondere zeitlich zuerst - gezündet wird.
Es ist zeitlich gesehen nicht bei jeder Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zwingend erforderlich, dass die Spitze - absolut gesehen - zeitlich zuerst gezündet wird. Bei bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist es ausreichend, wenn die Flamme diesen Bereich nicht über eine Ausbreitung entlang der Strömungsrichtung vom hinteren Zündpunkt her erreicht, sondern wenn die Verbrennung der Strahlspitze über eine dortige Interaktion mit dem Piloten ausgelöst wird. Dadurch bleiben die räumlich kurz hinter der Spitze liegenden fetten Bereiche zunächst unverbrannt und können weiter - insbesondere mit der Umgebungsluft - mischen. Da die Flamme zum Beispiel zudem gegen die Strömung anlaufen muss, wird diese Ausbreitung insbesondere verhältnismäßig langsam erfolgen.
Durch eine vergleichsweise frühe Zündung des Hauptkraftstoffs im Bereich der Strahlspitze oder Ausbreitungsfront des Hauptkraftstoffs werden mit hoher Wahrscheinlichkeit dort auftretende magere Bereiche vergleichsweise früh gezündet, dadurch wird der Anteil an Methanschlupf gesenkt. Andererseits haben die jenseits von der Ausbreitungsfront oder der Strahlspitze liegenden Bereiche des Hauptkraftstoffs bis zur Zündung mehr Zeit zur Durchmischung mit der Luft im Brennraum, wodurch der Anteil fetter Bereiche und damit die Rußbildung gesenkt werden.
Die erforderliche räumlich-zeitliche Verteilung von Hauptkraftstoff und Zündkraftstoff im Brennraum vor und während der Zündung lassen sich in besonders geeigneter Weise einstellen, wenn gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens der zweite Zeitpunkt zeitlich nicht vor dem ersten Zeitpunkt und vorzugsweise nach dem ersten Zeitpunkt liegt.
Grundsätzlich können die räumlich-zeitliche Verteilung des Hauptkraftstoffs und des Zündkraftstoffs im Brennraum und in Bezug aufeinander damit die räumlich-zeitliche Verteilung der Zündvorgänge auf der Grundlage und unter Berücksichtigung der Geometrie des Brennraums, des darin beweglichen Kolbens mit dem Kolbenboden und der räumlich zeitlichen Ausgestaltung des Einbringens des Hauptkraftstoffs und des Zündkraftstoffs so eingestellt werden, dass der erfindungsgemäße Effekt, dass nämlich der Hauptkraftstoff zuerst im Bereich der Ausbreitungsfront und/oder der Strahlspitze erfolgt, in besonders geeigneter Weise erreicht werden.
Dabei ist es insbesondere von Vorteil, wenn gemäß einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens das Einleiten des Hauptkraftstoffs über eine erste Einspritzeinrichtung einer Einspritzvorrichtung bewirkt wird und beim oder nach dem Einleiten des Hauptkraftstoffs dieser im Brennraum, insbesondere durch Impulsumlenkung, räumlich umgelenkt wird. Dies kann insbesondere durch Rückführen des Hauptkraftstoffs oder der eingespritzten Menge des Hauptkraftstoffs zu einem Ort und/oder einem räumlichen Bereich der ersten Einspritzeinrichtung und/oder mit einer Ausrichtung auf einen Ort und/oder einen räumlichen Bereich der ersten Einspritzeinrichtung erfolgen, zum Beispiel mit Fokus auf eine Austrittsöffnung eine Einspritzdüse oder dergleichen.
In diesem Zusammenhang kann es von besonderem Vorteil sein, wenn gemäß einer Fortbildung des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens ein Umlenken des Hauptkraftstoffs oder der Menge des eingespritzten Hauptkraftstoffs mittels einer oder mehrerer Ausnehmungen und/oder Konturen in einem Kolbenboden eines Kolbens in einem den Brennraum bildenden Zylinderraum eines Zylinders der Brennkraftmaschine bewirkt wird.
Dabei kann das Einleiten des Hauptkraftstoffs oder der Menge an Hauptkraftstoff zumindest in etwa mit räumlicher Ausrichtung auf eine oder mehrere Ausnehmungen und/oder Konturen im Kolbenboden und/oder auf einen Scheitelpunkt oder mehrere Scheitelpunkte einer oder mehrerer Ausnehmungen und/oder Konturen im Kolbenboden erfolgen. Insbesondere ist es dabei von Vorteil, wenn gemäß einer anderen Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens zum oder beim Einleiten des Hauptkraftstoffs eine Menge des Hauptkraftstoffs in Form eines Brenngasstroms über eine oder die erste Einspritzeinrichtung in den Brennraum derart eingeleitet wird, dass der Brenngasstrom so auf die eine oder die mehreren Vertiefungen und/oder Konturen ausgerichtet ist oder wird, dass der Brenngasstrom, ausgehend vom Austritt aus der ersten Einspritzeinrichtung als Fußpunkt im Wesentlichen entlang einer Wand der Ausnehmung und/oder entlang der Kontur strömt oder einströmt, durch die Wand der Ausnehmung und/oder durch die Kontur in seiner Strömungsrichtung abgelenkt, umgelenkt und/oder zurückgeführt wird und entlang der Wand der Ausnehmung und/oder entlang der Kontur im Wesentlichen in Richtung des Fußpunkts oder eines dem Fußpunkt entsprechenden Endpunkts weiter- oder ausströmt.
Alternativ oder zusätzlich können auch die Modalitäten des Einleitens, Verteilens und/oder Zündens des Zündkraftstoffs entsprechend angepasst werden.
So ist es gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens möglich, zum oder beim Einleiten des Zündkraftstoffs eine Menge des Zündkraftstoffs über eine zweite Einspritzeinrichtung der Einspritzvorrichtung mit einer Ausrichtung auf die eine oder die mehreren Ausnehmungen und/oder Konturen und/oder mit Ausrichtung auf den Endpunkt und/oder den Ort und/oder den Bereich der Strahlspitze und/oder der Ausbreitungsfront der Menge eingeleiteten Hauptkraftstoffs - insbesondere zu einem gewünschten und/oder vorbestimmten Zündzeitpunkt - in den Brennraum einzuleiten.
Um den Methanschlupf weiter zu senken, können magere Zonen des Brenngasstrahls des eingespritzten Hauptkraftstoffs berücksichtigt werden, welche sich erst nach Injektionsende, zum Beispiel in Randbereichen des Brenngasstrahls entwickeln, insbesondere am Strahlfuß und/oder im Nachlauf des Gasstrahls.
Deshalb ist es von besonderem Vorteil, wenn gemäß einem anderen vorteilhaften Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens zum oder beim Einleiten des Zündkraftstoffs eine oder die Menge des Zündkraftstoffs über die zweite Einspritzeinrichtung der Einspritzvorrichtung derart mit seiner Ausrichtung in den Brennraum eingeleitet wird, dass zum Zeitpunkt der Selbstzündung des Zündkraftstoffs auch eine tangentiale Zündung und/oder eine Zündung des Hauptkraftstoffs an oder in einem der Strahlspitze und/oder der Ausbreitungsfront des Hauptkraftstoffs - insbesondere in Bezug auf den Ausbreitungsverlauf des Hauptkraftstoffs - abgewandten Punkt oder Bereich erfolgt, insbesondere an einem oder im Bereich eines Strahlfußes des Brenngasstrahls des Hauptkraftstoffs und/oder in einem seitlichen Bereich des Brenngasstrahls zwischen und/oder lateral zu einer Verbindung zwischen Strahlfuß und Strahlspitze. Bei einer anderen vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens ist oder wird zum oder beim Einleiten des Hauptkraftstoffs eine Menge des Hauptkraftstoffs in Form eines Brenngasstroms über die erste Einspritzeinrichtung in den Brennraum derart eingeleitet, dass der Brenngasstrom so auf eine Trennwand direkt benachbarter Vertiefungen und/oder Konturen ausgerichtet, dass der Brenngasstrom ausgehend vom Austritt aus der ersten Einspritzeinrichtung an der Trennwand in Teilströme und geteilt und auf die direkt benachbarten Vertiefungen und/oder Konturen aufgeteilt wird und ein jeweiliger Teilstrom im Wesentlichen entlang einer jeweiligen Wand einer jeweiligen Ausnehmung und/oder entlang einer jeweiligen Kontur strömt oder einströmt, durch die Wand der jeweiligen Ausnehmung und/oder durch die jeweiligen Kontur in seiner Strömungsrichtung ab- oder umgelenkt und entlang der Wand der jeweiligen Ausnehmung und/oder entlang der jeweiligen Kontur 52k im Wesentlichen in Richtung des Fußpunkts oder eines dem Fußpunkt entsprechenden Endpunkts weiterströmt oder ausströmt.
Bei einem derartigen Vorgehen ist es von besonderem Vorteil, wenn zum oder beim Einleiten des Zündkraftstoffs eine oder die Menge des Zündkraftstoffs 64 über eine oder die zweite Einspritzeinrichtung der Einspritzvorrichtung in Teilströme aufgeteilt in den Brennraum eingeleitet wird, und zwar jeweils mit einer Ausrichtung auf eine jeweilige Ausnehmung und/oder Kontur und/oder mit einer jeweiligen Ausrichtung auf einen jeweiligen Endpunkt, einen jeweiligen Ort und/oder einen jeweiligen Bereich einer Strahlspitze und/oder einer Ausbreitungsfront einer aufgeteilten Menge eingeleiteten Hauptkraftstoff, insbesondere zu einem gewünschten und/oder vorbestimmten Zündzeitpunkt.
Die Erfindung betrifft ferner auch eine Brennkraftmaschine als solche.
Die vorgeschlagene Brennkraftmaschine ist erfindungsgemäß dazu eingerichtet, nach, mit oder in einem erfindungsgemäß ausgestalteten HPDF-Betriebsverfahren betrieben zu werden.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine weist diese dazu einen Zylinder auf, welcher in seinem Inneren und Zylinderraum einen Brennraum der Brennkraftmaschine bildet, in welchem ein Kolben zu einer Auf-und-Abbewegung geführt ist.
Des Weiteren ist eine Einspritzvorrichtung zum Einleiten eines Hauptkraftstoffs und eines Zündkraftstoffs ausgebildet, wobei ein Kolbenboden des Kolbens eine oder mehrere Ausnehmungen und/oder Konturen aufweist, welche zum Ablenken und/oder Umlenken einer Menge eingeleiteten Hauptkraftstoffs eingerichtet sind, insbesondere in räumlich-zeitlicher Abstimmung mit der Einspritzvorrichtung. Ferner schafft die vorliegende Erfindung auch eine Arbeitsvorrichtung, welche zum Beispiel, aber nicht nur, als Fahrzeug ausgebildet sein kann.
Die erfindungsgemäße Arbeitsvorrichtung weist ein antreibbares Aggregat und eine Brennkraftmaschine als Antrieb für das Aggregat auf, wobei die Brennkraftmaschine in der erfindungsgemäßen Art und Weise ausgestaltet ist.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung.
Figur 1 zeigt in Form einer senkrechten Querschnittsansicht einen Teil einer
Ausführungsform einer erfindungsgemäß ausgestalteten
Brennkraftmaschine, welche bei einem erfindungsgemäßen HPDF-
Betriebsverfahren eingesetzt werden kann.
Figur 2A zeigt in Form einer lateralen Querschnittsansicht einen Teil einer anderen
Ausführungsform einer erfindungsgemäß ausgestalteten
Brennkraftmaschine, welche bei einem erfindungsgemäßen HPDF-
Betriebsverfahren eingesetzt werden kann.
Figur 2B zeigt in Form einer lateralen Querschnittsansicht ebenfalls einen Teil einer alternativen Ausführungsform einer erfindungsgemäß ausgestalteten Brennkraftmaschine, welche bei einem erfindungsgemäßen HPDF-
Betriebsverfahren eingesetzt werden kann.
Figuren 3 und 4 zeigen in Form lateraler Querschnittsansichten Situationen beim Betrieb herkömmlicher Brennkraftmaschinen mit einem HPDF-Betriebsverfahren.
Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 4 Ausführungsbeispiele und der technische Hintergrund der Erfindung im Detail beschrieben. Gleiche und äquivalente sowie gleich oder äquivalent wirkende Elemente und Komponenten werden mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Nicht in jedem Fall ihres Auftretens wird die Detailbeschreibung der bezeichneten Elemente und Komponenten wiedergegeben.
Die dargestellten Merkmale und weiteren Eigenschaften können in beliebiger Form voneinander isoliert und beliebig miteinander kombiniert werden, ohne den Kern der Erfindung zu verlassen.
Figur 1 zeigt in Form einer senkrechten Querschnittsansicht einen Teil einer Ausführungsform einer erfindungsgemäß ausgestalteten Brennkraftmaschine 100, welche bei einem erfindungsgemäßen HPDF-Betriebsverfahren eingesetzt werden kann. Figur 1 illustriert dabei eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens mit vertikaler Strahlumlenkung, z.B. in einer Ebene, welche die Zylinderachse 50z enthält.
Die in Figur 1 dargestellte Brennkraftmaschine 100 wird hier schematisch durch einen Teil eines Zylinders 50 mit einem Zylinderkopf 51 , einem Kolben 52 und einem Zylindermantel 53 repräsentiert, wobei durch letzteren die Brennraumwand 50w definiert wird. Grundsätzlich ist der Zylinder 50 in etwa rotationssymmetrisch zur Zylinderachse 50z - hier parallel zur z- Richtung - ausgerichtet. Der Kolben 52 ist im Zylinder 50 entlang der Zylinderachse 50z, also in der z-Richtung, verschieblich angeordnet und wird mittels einer entsprechenden Taktung und durch die Verbrennung des Kraftstoffes in dem durch den Zylinderraum 55 gebildeten Brennraum 20 und ein entsprechendes nachgeschaltetes Getriebe zu einer Hin-und- Herbewegung und im Fall der Figur 1 zu einer Auf-und-Abbewegung 52z angetrieben.
Der Brennraum 20 und also das Innere 55 des Zylinders 50 wird in Figur 1 oben vom Zylinderkopf 51 , unten vom Kolben 52 und insbesondere vom Kolbenboden 52b sowie an der Seite vom Zylindermantel 53 und der entsprechenden Zylinderwand 50w, die auch als Brennraumwand 50w bezeichnet werden kann, begrenzt und ist aufgrund der Auf-und- Abbewegung des Kolbens 52 in der für Brennkraftmaschinen üblichen Art und Weise zeitlich variabel.
Erfindungsgemäß weist der Boden 52b des Kolbens 52 eine oder mehrere Ausnehmungen 52a und/oder Konturen 52k auf. Wie oben bereits im Detail dargelegt wurde, sind etwaige Ausnehmungen 52a und/oder Konturen 52 k so ausgebildet, dass sie im Zusammenwirken mit einer Einspritzvorrichtung 60 und deren ersten und zweiten Einspritzdüsen 61 bzw. 62 zum druckbeaufschlagten Einleiten eines nicht-selbstentzündenden oder ottomotorischen Kraftstoffs als Hauptkraftstoff 63 bzw. eines selbstentzündenden oder Dieselkraftstoffs als Zündkraftstoff 64 zu einem Ablenken oder Umlenken und insbesondere zu einem Rückführen einer Menge eingeleiteten Hauptkraftstoffs 63 in Richtung auf den Ort des Einspritzens zu führen, zum Beispiel in Richtung auf ein Austrittsloch einer Düse oder dergleichen, wobei jedoch in vorteilhafter Weise Randbedingungen in Bezug auf keine bzw. eine minimale Überlappung des Strahles mit sich selbst erfüllt werden können.
In Figur 1 erfolgt die Umlenkung der Menge eingeleiteten Hauptkraftstoffs 63 in vertikaler Richtung, z.B. in einer Ebene, welche die Zylinderachse 50z enthält. Das bedeutet, dass der Hauptkraftstoff nach dem Einleiten über die erste Einspritzdüse 61 entlang der Kontur 52k der Ausnehmung 52a im Boden 52b des Kolbens 52 strömt und die Ausnehmung 52a des Kolbens 52 in Richtung auf die erste Einspritzdüse 61 und deren Austrittsloch verlässt.
Zwischenzeitlich wurde eine Menge des Zündkraftstoffs 64 durch die zweite Einspritzdüse 62 der Einspritzvorrichtung 60 in Richtung auf die Ausbreitungsfront 63f des Hauptkraftstoffs 63 derart eingeleitet, dass zum Zeitpunkt der Selbstzündung des eingeleiteten Zündkraftstoffs 64 die Zündung des Hauptkraftstoffs 63 im Bereich der Ausbreitungsfront 63f und/oder im Bereich der sogenannten Strahlspitze beginnt.
Dieser letzte Aspekt kann bei bestimmten Ausführungsformen ganz allgemein beim erfindungsgemäßen Vorgehen zu Grunde gelegt werden.
Grundsätzlich ist im Zusammenhang mit den Darstellungen der Figuren 1 und - nachfolgend - der Figuren 2A und 2B das Mischungsfeld zu einem Zeitpunkt kurz nach dem Ende der Gasinjektion gezeigt. Dies ist erkennbar an den mageren Zonen nahe am Düsenaustritt, wo vorher natürlich reiner Kraftstoff zu finden ist.
Das abgebildete Mischungsfeld entspricht jenem, bei dem in etwa die Verbrennung einsetzt. Ob nun Ort 1 kurz vor Ort 2 oder umgekehrt kann bei bestimmten Ausführungsformen weniger relevant sein.
Figur 2A zeigt in Form einer lateralen Querschnittsansicht einen Teil einer anderen Ausführungsform einer erfindungsgemäß ausgestalteten Brennkraftmaschine 100, welche bei einem erfindungsgemäßen HPDF-Betriebsverfahren eingesetzt werden kann. Figur 2A illustriert dabei eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens mit horizontaler Strahlumlenkung, z.B. in einer Ebene senkrecht zu einer Zylinderachse 50z, die in der Anordnung gemäß Figur 2 ihrerseits parallel zur z-Richtung ausgerichtet ist.
Zusätzlich wird bei dieser Variante der Gasstrahl des Hauptkraftstoffs 63 durch einen trennenden Steg 52s direkt benachbarter Ausnehmungen 52a im Kolbenboden 52 in zwei Teilstrahlen 63-1 , 63-2 unterteilt, welche jeweils etwa in Richtung auf den Austritt des Hauptkraftstoffs 63 aus der ersten Düse 61 durch Umlenken entlang der Konturen 52k zurückgeführt werden.
Entsprechend kann es optional vorteilhaft sein, wenn zu den zwei Teilstrahlen 63-1 , 63-2 des Hauptkraftstoffs 63 zur Zündung entsprechende Teilstrahlen 64-1 , 64-2 korrespondierend eingeleitet werden und die entsprechenden Orte 1 , d.h. die Fronten 63f, bei der Zündung quasi berühren.
Insbesondere beschreibt Figur 2A eine Situation, bei welcher zum oder beim Einleiten des Hauptkraftstoffs 63 eine Menge des Hauptkraftstoffs 63 in Form eines Brenngasstroms über die erste Einspritzeinrichtung 61 in den Brennraum 20 derart eingeleitet ist oder wird, dass der Brenngasstrom so auf eine Trennwand 52s direkt benachbarter Vertiefungen 52a und/oder Konturen 52k ausgerichtet, dass der Brenngasstrom ausgehend vom Austritt aus der ersten Einspritzeinrichtung 61 an der Trennwand 52s in Teilströme 63-1 und 63-2 geteilt und auf die direkt benachbarten Vertiefungen 52a und/oder Konturen 52k aufgeteilt wird und ein jeweiliger Teilstrom 63-1 , 63-2 im Wesentlichen entlang einer jeweiligen Wand einer jeweiligen Ausnehmung 52a und/oder entlang einer jeweiligen Kontur 52k strömt oder einströmt, durch die Wand der jeweiligen Ausnehmung 52a und/oder durch die jeweiligen Kontur 52k in seiner Strömungsrichtung ab- oder umgelenkt und entlang der Wand der jeweiligen Ausnehmung 52a und/oder entlang der jeweiligen Kontur 52k im Wesentlichen in Richtung des Fußpunkts oder eines dem Fußpunkt entsprechenden Endpunkts weiterströmt oder ausströmt.
Bei einem derartigen Vorgehen ist es von besonderem Vorteil, wenn zum oder beim Einleiten des Zündkraftstoffs 64 eine oder die Menge des Zündkraftstoffs 64 über eine oder die zweite Einspritzeinrichtung 62 der Einspritzvorrichtung 60 in Teilströme 64-1 , 64-2 aufgeteilt in den Brennraum 20 eingeleitet wird, und zwar jeweils mit einer Ausrichtung auf eine jeweilige Ausnehmung 52a und/oder Kontur 52k und/oder mit einer jeweiligen Ausrichtung auf einen jeweiligen Endpunkt, einen jeweiligen Ort 1 und/oder einen jeweiligen Bereich einer Strahlspitze 63f und/oder einer Ausbreitungsfront 63f einer aufgeteilten Menge eingeleiteten Hauptkraftstoffs 63, insbesondere zu einem gewünschten und/oder vorbestimmten Zündzeitpunkt.
In Bezug auf die in Figur 2A gezeigte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist festzuhalten, dass das vorteilhaft sein kann, wenn die Anzahl an Injektionsstellen für die beiden Kraftstoffe nicht gleich sind.
Allerdings kann es dann ferner vorteilhaft sein, wenn bei der Anordnung gemäß Figur 2A eine vorliegende Rotationssymmetrie mit berücksichtigt wird.
Es ist nicht in jedem Fall vorgesehen, dass zwei Pilotstrahlen direkt nebeneinander angeordnet und/oder ausgebildet werden, bevor eine nächste oder nachfolgende Gasinjektion in Umfangsrichtung ausgebildet und/oder angeordnet ist oder wird.
Diese Aspekte werden im Zusammenhang mit der Ausführungsform gemäß Figur 2B verdeutlicht.
Figur 2B zeigt dazu ebenfalls in Form einer lateralen Querschnittsansicht auch einen Teil einer alternativen Ausführungsform einer erfindungsgemäß ausgestalteten Brennkraftmaschine, welche bei einem erfindungsgemäßen HPDF-Betriebsverfahren eingesetzt werden kann. Vom Kern her sind der in Figur 2B gezeigte Aufbau und dessen Verwendung identisch mit denen, wie sie im Zusammenhang mit dem Aufbau gemäß Figur 2A beschrieben wurden.
Gemeinsamkeiten und Unterschiede ergeben sich insbesondere aus den nachfolgenden Bemerkungen: (1) Das Strahlbild bei Figur 2B ist insbesondere im Wesentlichen symmetrisch ausgestaltet, wobei die beiden simultanen Teilstrahlen 64-1 und 64-2 des Zündkraftstoffs 64 als Pilotstrahlen jeweils benachbarte Teilstrahlen 63-1 und 63-2 des Hauptkraftstoffs 63 zünden. Bei der Darstellung gemäß Figur 2B ist die Anzahl der Strahlen für beide Kraftstoffe 63 und 64 bei dieser Ausführungsform gleich, sie kann jedoch prinzipiell auch unterschiedlich gewählt sein oder werden.
(2) Die Pfeile 70 symbolisieren wieder das Einmischen der Luft aus der Umgebungsatmosphäre in die Kraftstoffe und insbesondere in den Hauptkraftstoff 63.
(3) Bei der in Figur 2B gezeigten Ausführungsform sind die Stege oder Trennwände 52s zwischen zwei direkt benachbarten Ausnehmungen 52a eines Paares von Ausnehmungen 52a in Richtung auf die Zylinderachse 50z hin nicht so spitz zulaufend ausgelegt wie bei der in Figur 2A gezeigten Ausführungsform. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass im Brennraum 20 keine spitz zulaufenden Kanten vorliegen.
(4) Alternativ oder zusätzlich kann die Höhe des Auslaufs 52t zwischen direkt benachbarten Paaren von Ausnehmungen 52a möglichst kurz und/oder mit einer Stufe ausgebildet sein, um die Mischung und insbesondere das einmischen 70 von Umgebungsluft oder Umgebungsatmosphäre in den Hauptkraftstoff 63 zu begünstigen.
(5) Eine Ablenkung oder Umlenkung der Strahlen 63-1 , 63-2 des Hauptkraftstoffs 63 erfolgt durch ein Ausrichtung der Strahlen 63-1 , 63-2 auf die Kontur 52k der Ausnehmungen 52a und Strömung entlang dieser Kontur 52k. Somit ist ein konkretes Ziel der Ausnehmung 52a, die auch als Mulde bezeichnet werden kann, möglichst viel des Strahlimpulses zu erhalten, damit dieser auch tatsächlich zurück läuft, und zwar in Bezug auf den Ursprungsort, insbesondere des Orts der Ausnehmung der ersten Einspritzdüse oder Einspritzeinrichtung 61 für den Hauptkraftstoff 63.
(6) Das führt nach einer graduellen Umlenkung, im Gegensatz zu einem herkömmlichen frontalen Aufprallen auf eine Wand 50w des Brennraums 20, was herkömmlicherweise zu einer Umwandlung des Impulses in Turbulenz an der Wand 50w führen würde.
(7) Dies betrifft also sowohl die generelle Form der Kontur 50k, als auch insbesondere den Bereich in dem der Strahl auftrifft.
(8) bei bevorzugten Ausführungsformen erfolgt mit dem Endpunkt der Kontur 52k die Ausrichtung der Strömung der Teilstrahlen 63-1 , 63-2 des Hauptbrennstoffs 63 auf den oder die Pilotstrahlen 64-1 , 64-2 des Zündkraftstoffs 64 hin. (9) Dies kann konkret bedeuten, dass ein Strahl oder Teilstrahl 63-1 , 63-2 des Hauptkraftstoffs 63 sich nicht oder aber zumindest möglichst spät selbst treffen sollte.
(10) Eine Überlappung führt zur schlechteren Einmischung 70 von Luft, was zu vermeiden ist.
(11) Dieser Grad der Umlenkung wird maßgeblich über die Richtung und Form der Kontur 52 k an deren Ende bestimmt.
(12) Generell sind bei im Bereich der Umlenkung die fettesten Bereiche direkt an der Wand 52w der Brennkammer 20 zu finden, da hier keine Luft eingemischt werden kann.
(13) Damit diese fetten Bereiche nach Verlassen der Mulde 52a möglichst früh weiter Luft einmischen, sollte der Auslauf 52t möglichst kurz gestaltet sein (in der Nähe von 52b in Figur 1 , die Schulter zwischen Kolbenspalt und Mulde).
(14) Zur Interaktion zwischen Gasstrahl und Dieselstrahl im tangentialen Bereich, zum Beispiel am Ort 2, zeigen Untersuchungen, dass die Strahlen auch bei Winkeln zwischen den Achsen über etwa 30° noch interagieren, obwohl der Öffnungswinkel jeweils etwa 20° beträgt (Diesel oder Zündkraftstoff 64 etwas weniger, Gas oder Hauptkraftstoff 63 mehr). Der Grund ist die starke Sogwirkung des Gasstrahles des Hauptkraftstoffs 63, welcher die Dieselwolke zu sich her zieht. Dieser Vorgang braucht etwas Zeit, was genutzt werden kann, um den Diesel oder allgemeinen Zündkraftstoff 64 bis zur Zündung am Ort 1 eindringen zu lassen, bevor eine Zündung an Ort 2 erfolgt. Hinzu kommt, dass auch hier für einen guten Ausbrand der beiden Strahlen generell die Interaktion gering gehalten werden sollte. Aus all diesen Argumenten folgt, dass der Winkel zwischen den Strahlen bevorzugt im Bereich von etwa 15° bis etwa 30° zu liegen hat.
Die Figuren 3 und 4 zeigen in Form lateraler Querschnittsansichten Situationen beim Betrieb herkömmlicher Brennkraftmaschinen 100‘ mit einem HPDF-Betriebsverfahren. Die Figuren 3 und 4 veranschaulichen also die zwei möglichen bisherigen Betriebsstrategien eines HPDF- Brennverfahrens, wobei die Brennraumwand 50w, der Kraftstoff! njektor 60, der Dieselstrahl als Zündkraftstoff 64 und der Gasstrahl als Hauptkraftstoff 63 dargestellt sind.
Insbesondere ist in Figur 3 eine Situation dargestellt, bei welcher der Zündkraftstoff 64 zu einem im Vergleich zur Ausdehnung des Hauptkraftstoffs 63 vergleichsweise frühen Zeitpunkt in den durch den herkömmlichen Kolben 50‘ mit seinem Zylinderraum 55 gebildeten Brennraum 20 eingespritzt und gezündet wird. In dieser Situation hat die Strahlspitze oder Ausbreitungsfront 63f des Hauptkraftstoffs 63 nach dem Einspritzen die Zylinderwand 50w noch nicht erreicht. Im Gegensatz dazu zeigt Figur 4 eine Situation, bei welcher der Zündkraftstoff 64 zu einem im Vergleich zur Ausdehnung des Hauptkraftstoffs 63 vergleichsweise späten Zeitpunkt in den Brennraum 20 eingespritzt und gezündet wird. In dieser Situation hat die Strahlspitze oder Ausbreitungsfonds 63f des Hauptkraftstoffs 63 nach dem Einspritzen die Zylinderwand 50w bereits erreicht und wurde ab- oder umgelenkt, insbesondere in dem Sinne, dass bei einem derartigen Prozess die Front jeweils auf die Wand geprallt und sich zur Seite hin verbreitert.
Das Auftreffen des Strahls des Hauptkraftstoffs 63 am Kolbenboden 52b ist ein maßgeblicher Vorgang beim einspritzendes Kraftstoffs und kann in Brennkraftmaschinen in der Regel nicht verhindert werden.
Die herkömmlicherweise tangentiale Entzündung, wie sie zum Beispiel in Figur 3 dargestellt ist, insbesondere zum Beispiel auf Grund eines frühen Zündzeitpunkts in der Nähe der Auslassöffnungen der Einspritzvorrichtung 60, führt erfahrungsgemäß zu vergleichsweise schlechten Emissionscharakteristika, und zwar sowohl im Hinblick auf die Rußbildung als auch im Hinblick auf den Methanschlupf.
Ein zusätzlicher oder alternativer Kernaspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, durch eine zielgerichtete Ablenkung und/oder Umlenkung des Strahls des Hauptkraftstoffs 63, insbesondere durch Wechselwirkung des Strahls des Hauptkraftstoffs 63 mit entsprechenden Ausnehmungen 52a und/oder Konturen 52k am Kolbenboden 52b des jeweiligen Kolbens 52, den Strahl des Hauptkraftstoffs 63 und insbesondere die Strahlspitze oder Ausbreitungsfront 63f auf den Strahl des Zündkraftstoffs 64, also auf den diese Piloten zu, die Zündung und/oder die Verbrennung des Hauptkraftstoffs 63 zu optimieren, so dass Rußbildung und/oder Methanschlupf reduziert oder unterbunden sind oder werden.
Diese und weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung werden auch anhand der folgenden Darstellung weiter erläutert:
Die Verwendung von Erdgas oder anderen alternativen Kraftstoffen in Verbrennungsmotoren ist eine vielversprechende Möglichkeit, um Treibhausgase zu reduzieren.
Um das Potential von Erdgas oder dergleichen als Kraftstoff hinsichtlich der Reduktion von C02-Emissionen voll nutzen zu können, ist eine Vermeidung von Methanemissionen anzustreben. Motoren mit homogener Vormischung von Erdgas haben einen signifikanten Methanschlupf, welcher um ein Vielfaches stärker als CO2 zur globalen Erwärmung beiträgt und einen etwaigen Vorteil hinsichtlich C02-Emissionen zunichtemacht, wie dies im Zusammenhang mit den unten angegebenen Quellen [1], [2] erläutert ist. Eine Möglichkeit zur Vermeidung von Methanemissionen stellt das HPDF-Brennverfahren (HPDF : High Pressure Dual-Fuel) mit Dieselpilot-Zündung dar. Dieses Brennverfahren sieht eine Hochdruckeinblasung von Erdgas in den Brennraum vor, wobei die Zündung durch eine kleine Menge an Dieselkraftstoff erfolgt, welcher als Dieselpilot bezeichnet wird. Dies ist auch im Zusammenhang mit der unten angegebenen Quelle [3] im Detail erläutert.
Bei diesem Vorgehen geht es und insbesondere um eine gezielte Gemischbildung durch Injektion, und zwar damit keine mageren Zonen an einer Brennraumwand und/oder in einem Kolbenspalt entstehen, welche zum Beispiel auf Grund eines Flammenlöschens nicht abbrennen.
Das Brennverfahren ist prinzipiell auch mit anderen ottomotorischen, also nicht kompressionsselbstzündenden Kraftstoffen, z.B. mit Methanol, Ethanol oder dergleichen, umsetzbar.
Auch die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Verwendung von Erdgas als Hauptkraftstoff beschränkt.
Aspekte des allgemeinen Brennverfahrens sind aus zahlreichen Veröffentlichungen bekannt, z.B. aus den unten aufgelisteten Quellen [3], [4], [5]
Herkömmlicherweise ergeben sich folgende problematischen Umstände:
Geometrisch sind der Ursprung von Gas- und Dieselstrahlen sowie der Winkel zwischen den Strahlen für den Dieselpiloten als Zündkraftstoff 64 und für den ottomotorischen Hauptkraftstoff 63 im Motor 100, 100‘ fest vorgegeben.
Die Wechselwirkung der beiden Strahlen 63 und 64 lässt sich nur über den jeweiligen Einblasbeginn und die jeweilige Einblasdauer steuern.
Anders als bei klassischen Dieselmotoren können jedoch Vormischung und Zündzeitpunkt durch die beiden Strahlen 63 und 64 unabhängig voneinander variiert werden.
Ferner liegen - anders als bei klassischen Ottomotoren mit Saugrohreinspritzung und homogen vorgemischtem Kraftstoff luftgemisch im Brennraum - beim HPDF-Brennverfahren unabhängig von der Betriebsstrategie immer fette und magere Zonen vor.
Das Problem dabei ist, dass bei der Verbrennung eines fetten Kraftstoffluftgemischs zwangsläufig Ruß gebildet wird. Ruß- bzw. Partikelemissionen wirken sich negativ auf das Eimissionsverhalten insgesamt aus und müssen gegebenenfalls mit einer aufwändigen Abgasnachbehandlung entfernt werden. Die bisherige und herkömmliche Kraftstoffverteilung im Brennraum wird exemplarisch im Zusammenhang mit den Figuren 3 und 4 an zwei möglichen herkömmlichen Betriebsstrategien erläutert.
Die dabei jeweils zu Grunde liegenden Betriebspunkte stellen mögliche Extremfälle einer frühen bzw. späten Einspritzung des Dieselpiloten in den Gasstrahl dar, wobei die Strategie in einem Motor abhängig vom Lastpunkt und damit die Injektionsdauer flexibel variiert und optimiert werden können.
Herkömmliche Betriebsstrategie 1 :
Gemäß der Darstellung aus der Figur 3 wird der Gasstrahl des Hauptkraftstoffs 63 kurz nach dem Öffnen des Injektors durch Wechselwirkung oder Interaktion mit dem Dieselstrahl als Zündkraftstoff 64 gezündet. Die Verbrennung und die Mischung laufen - wie bei klassischen Diffusionsflammen üblich - simultan ab. Eine stark rußende Verbrennung ist die zwingende Folge der fortlaufenden Injektion von frischem Brennstoff in den bereits brennenden Strahlbereich. Mit dieser herkömmlichen Betriebsstrategie sind sanfte Brennverläufe möglich, die durch den langsamen mischungslimitierten Abbrand allerdings zu Nachteilen im Wirkungsgrad führen.
Herkömmliche Betriebsstrategie 2:
Gemäß der Darstellung aus der Figur 4 wird der Gasstrahl des Hauptkraftstoffs 63 vergleichsweise spät und im Extremfall zum Beispiel kurz nach dem Ende der Injektion des Gases durch Wechselwirkung oder Interaktion mit dem Dieselstrahl als Zündkraftstoff 64 gezündet. Der Gasstrahl 63 trifft noch während der Eindüsung auf die Brennraumwand 50w und verteilt sich entlang dieser. Die wandfernen Bereiche können noch weiter mit Luft mischen, die wandnahen bleiben fett und können auch durch längere Verweildauer nicht weiter mischen. Die Flamme wird nach der Zündung aufgrund der an dieser Stelle höchsten Geschwindigkeiten zuerst in die fetten Bereiche getragen, wodurch auch bei dieser Strategie eine rußende Verbrennung nicht auszuschließen ist. Die damit verbundene schnelle Flammenausbreitung führt zudem zu einer hohen Spitze in der Wärmefreisetzung, welche aufgrund des damit verbundenen starken Druckanstiegs zu vermeiden ist. Das limitiert diese Betriebsstrategie für den Einsatz in Teillastbereichen. Die mageren Zonen im Randbereich können währenddessen weiter Einmischen, wodurch die Methanemissionen ansteigen.
Das Spannungsfeld zwischen den aus dem herkömmlichen Vorgehen bekannten Betriebsstrategien 1 und 2 wird in der unten angegebenen Quelle [5] im Detail dargestellt.
Aspekte des erfindungsgemäßen Vorgehens: Um die Rußbildung zu reduzieren oder gar zu vermeiden, müssen Zonen fetten Gemisches im Bereich der Flamme vermieden werden. In den Bereichen fetten Gemisches muss also, bevor sie von der Flamme erreicht werden, die Luftzufuhr verbessert oder ihnen mehr Zeit zum Einmischen und/oder Ausdünnen gegeben werden. Gleichzeitig sollten lokal sehr magere Bereiche zur Vermeidung von Methanschlupf durch eine frühe Verbrennung vermieden werden.
In konventionellen Dieselmotoren ist es üblich, die Mischung durch eine Strahlumlenkung zu verbessern, um den Abbrand im bereits brennenden Dieselstrahl zu beschleunigen. Da der Gasstrahl aber fremdgezündet wird, kann derselbe Effekt bereits vor der Verbrennung zur Erzeugung eines vorteilhaften Mischungsfeldes genutzt werden. Dazu ist eine horizontale (z.B. in einer Ebene senkrecht zur Zylinderachse 50z) oder auch vertikale Umlenkung (in einer Ebene, welche die Zylinderachse enthält) denkbar, wobei der Strahl auch geteilt werden kann. Dies ist in den Figuren 1 bzw. 2 dargestellt. Während sich die fettesten Bereiche kurz nach Injektionsende weiterhin an der Wand finden, wird die Impulsumlenkung im weiteren Ablauf zu einer verbesserten Einmischung führen.
Der Gasstrahl des Hauptkraftstoffs 63 kann nun in jenen Bereichen im Nahbereich des Injektors 60 zuerst gezündet werden, die bereits genug Zeit hatten um mit der Brennraumluft zu mischen. Die Entflammung an der Strahlspitze oder Ausbreitungsfond 63f, also am Ort 1 des Gasstrahls des Hauptkraftstoffes 63, limitiert die Druckpeaks, da die Ausbreitung nun entgegen der Strömungsgeschwindigkeit erfolgt, und lässt gleichzeitig die weitere Abmagerung der fetten Bereiche über die restliche Strahloberfläche im hinteren Bereich zu. Es ist zudem vorteilhaft, eine tangentiale Zündung am Strahlfuß geometrisch an der Stelle 2 weiterhin zuzulassen. Damit werden die sich nach Injektionsende hier bildenden mageren Zonen zeitlich vergleichsweise früh gezündet und es wird dadurch Methanschlupf vermieden oder zumindest verringert. Im Brennverlauf zeigt sich durch diese Art der Zündung eine Reduktion der Spitzen wobei der Verlauf bei einer Verbreiterung gleichzeitig kompakt bleibt. Dies ist für einen hohen Wirkungsgrad vorteilhaft.
Eine tangentiale Zündung kann des Weiteren für einen Teillastbereich zwingend erforderlich oder zumindest vorteilhaft sein, weil hier auf Grund der kürzeren Injektionsdauer eine ausreichende Umlenkung nicht möglich ist.
Insbesondere werden dabei geringere Kraftstoffmengen erforderlich, nämlich durch zeitlich kürzere Injektion und/oder durch einen verwendeten geringeren Druck. In einem derartigen Fall können aber der Impuls und/oder damit das Eindringverhalten gegebenenfalls reduziert sein, so dass der Strahl des Hauptkraftstoffs unter Umständen nicht mehr bis zum Piloten zurückläuft. Unter solchen Umständen erfolgt keine Zündung am Ort 1. Die allgemeine Problematik eines hohen Druckpeaks mit dieser klassischen Zündart ist hier nicht so stark, da generell eine geringere Brennstoffmasse eingebracht wird oder werden kann. Auch sind die höchsten Rußemissionen vor allem bei Volllast ein Problem, insbesondere wenn sehr lange Brennstoff nachgefördert wird. In diesem Zusammenhang ist es von besonderer Bedeutung für bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens, das nicht in jedem Fall eine genaue zeitliche Abfolge der Zündung des Hauptkraftstoffs 63 an den Orten 1 und 2 im Vordergrund steht, sondern eher die Art und Weise, wie eine Flamme im Hauptkraftstoff 63 zum Beispiel den Ort 1 erreicht. Dies kann zum Beispiel bedeuten, dass der Teilstrahlen 63-1 , 63-2 des Hauptkraftstoffs 63 am Ort 1 direkt durch den Pilotstrahl 64-1 , 64-2, also durch den Hilfskraftstoff 64 und dessen Flamme gezündet wird, und nicht durch die Ausbreitung der Flamme im Hauptkraftstoff 63, zum Beispiel vom Ort 2 zum Ort 1.
Neben der vorstehenden schriftlichen Beschreibung der Erfindung wird zu deren ergänzender Offenbarung hiermit explizit auf die zeichnerische Darstellung der Erfindung in den Figuren 1 bis 4 Bezug genommen.
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Bezugszeichenliste
1 Ende/Spitze des Gasstrahls/Strahls des Hauptkraftstoffs 63
2 Ort/Raumbereich für tangentiale Zündung
20 Brennraum
50 Zylinder
50‘ herkömmlicher Zylinder
50w Brennraumwand, Zylinderwand
50x Zylinderachse, Symmetrieachse
50z Zylinderachse
51 Zylinderkopf
52 Kolben
52a Ausnehmung/Vertiefung (am/im Kolbenboden 52b)
52b Kolbenboden, Boden des Kolbens
52k Kontur
52s Steg/Trennwand zwischen zwei direkt benachbarten Ausnehmungen 52a
52t Auslauf/Steg/Trennwand zwischen direkt Paaren von benachbarten Ausnehmungen 52a
52z (Richtung der) Auf-und-Abbewegung des Kolbens 52 im Brennraum 55
53 Zylindermantel
55 Zylinderraum, Inneres des Zylinders
60 Einspritzvorrichtung, Injektor
61 (erste) Einspritzdüse/Einspritzeinrichtung (für Hauptkraftstoff 63)
62 (zweite) Einspritzdüse/Einspritzvorrichtung (für Zündkraftstoff 64)
63 Hauptkraftstoff, nicht-selbstzündender oder ottomotorischer Kraftstoff
63-1 Teilstrahl
63-2 Teilstrahl
63f Ausbreitungsfront, Strahlspitze
64 Zündkraftstoff, selbstzündender oder Dieselkraftstoff
64-1 Teilstrahl
64-2 Teilstrahl
70 Ort/Prozess der Lufteinmischung, insbesondere in den Hauptkraftstoff 63
100 Brennkraftmaschine
100‘ herkömmliche Brennkraftmaschine x Raumrichtung
y Raumrichtung
z Raumrichtung

Claims

Ansprüche
1. HPDF-Betriebsverfahren für eine Brennkraftmaschine (100) mit innerer
Gemischbildung und Selbstzündung, bei welchem
- für einen Brennzyklus eines Betriebstakts unter Hochdruck zur Einleitung eines Hauptkraftstoffs (63) zu einem ersten Zeitpunkt die Einleitung eines nicht selbstzündenden oder ottomotorischen Kraftstoffs und zur Einleitung eines Zündkraftstoffs (64) zu einem zweiten Zeitpunkt die Einleitung eines selbstzündenden oder Dieselkraftstoffes in einen Brennraum (20) der Brennkraftmaschine (1) zumindest initiiert und/oder ausgeführt werden,
- eine Selbstzündung des Zündkraftstoffs (64) und mit der Selbstzündung eine Fremdzündung des Hauptkraftstoffs (63) bewirkt werden und
- die Selbstzündung des Zündkraftstoffs (64) zeitlich und/oder räumlich so ausgeführt wird, dass der Hauptkraftstoff (63) an einem Ort (1) und/oder in einem Bereich einer Strahlspitze (63f) und/oder einer Ausbreitungsfront (63f) einer Menge eingeleiteten Hauptkraftstoffs (63) - insbesondere zeitlich zuerst - gezündet wird.
2. Betriebsverfahren nach Anspruch 1 , bei welchem der zweite Zeitpunkt zeitlich nicht vor dem ersten Zeitpunkt und vorzugsweise nach dem ersten Zeitpunkt liegt.
3. Betriebsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem
- das Einleiten des Hauptkraftstoffs (63) über eine erste Einspritzeinrichtung (61) einer Einspritzvorrichtung (60) bewirkt wird und
- beim oder nach dem Einleiten des Hauptkraftstoffs (63) der Hauptkraftstoff (63) im Brennraum (55) räumlich umgelenkt wird, insbesondere durch Rückführen zu einem oder mit Ausrichtung auf einen Ort und/oder einen räumlichen Bereich der ersten Einspritzeinrichtung (61).
4. Betriebsverfahren nach Anspruch 3, bei welchem
- ein Umlenken des Hauptkraftstoffs (63) mittels einer oder mehrerer Ausnehmungen (52a) und/oder Konturen (52k) in einem Kolbenboden (52b) eines Kolbens (52) in einem den Brennraum (20) bildenden Zylinderraum (55) eines Zylinders (50) der Brennkraftmaschine (100) bewirkt wird und insbesondere
- das Einleiten des Hauptkraftstoffs (63) - zumindest in etwa - mit räumlicher Ausrichtung auf eine oder mehrere Ausnehmungen (52a) und/oder Konturen (52k) im Kolbenboden (52b) und/oder deren Scheitelpunkt oder Scheitelpunkte erfolgt.
5. Betriebsverfahren nach Anspruch 3 oder 4, bei welchem zum oder beim Einleiten des Hauptkraftstoffs (63) eine Menge des Hauptkraftstoffs (63) in Form eines Brenngasstroms über die erste Einspritzeinrichtung (61) in den Brennraum (20) derart eingeleitet wird, dass der Brenngasstrom so auf eine oder mehrere Vertiefungen (52a) und/oder Konturen (52k) ausgerichtet ist oder wird, dass der Brenngasstrom ausgehend vom Austritt aus der ersten Einspritzeinrichtung (61) als Fußpunkt im Wesentlichen entlang einer Wand einer Ausnehmung (52a) und/oder entlang einer Kontur (52k) strömt oder einströmt, durch die Wand der Ausnehmung (52a) und/oder durch die Kontur (52k) in seiner Strömungsrichtung ab- oder umgelenkt und entlang der Wand der Ausnehmung (52a) und/oder entlang der Kontur (52k) im Wesentlichen in Richtung des Fußpunkts oder eines dem Fußpunkt entsprechenden Endpunkts weiterströmt oder ausströmt.
6. Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei welchem zum oder beim Einleiten des Zündkraftstoffs (64) eine Menge des Zündkraftstoffs (64) über eine zweite Einspritzeinrichtung (62) der Einspritzvorrichtung (60) mit einer Ausrichtung auf eine oder mehrere Ausnehmungen (52a) und/oder Konturen (52k) und/oder mit Ausrichtung auf den Endpunkt, den Ort (1) und/oder den Bereich der Strahlspitze (63f) und/oder der Ausbreitungsfront (63f) der Menge eingeleiteten Hauptkraftstoffs (63) - insbesondere zu einem gewünschten und/oder vorbestimmten Zündzeitpunkt - in den Brennraum (20) eingeleitet wird.
7. Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, bei welchem zum oder beim Einleiten des Hauptkraftstoffs (63) eine Menge des Hauptkraftstoffs (63) in Form eines Brenngasstroms über die erste Einspritzeinrichtung (61) in den Brennraum (20) derart eingeleitet wird, dass der Brenngasstrom so auf eine Trennwand (52s) direkt benachbarter Vertiefungen (52a) und/oder Konturen (52k) ausgerichtet ist oder wird, dass der Brenngasstrom ausgehend vom Austritt aus der ersten Einspritzeinrichtung (61) an der Trennwand (52s) in Teilströme (63-1 , 63-2) geteilt und auf die direkt benachbarten Vertiefungen (52a) und/oder Konturen (52k) aufgeteilt wird und ein jeweiliger Teilstrom (63-1 , 63-2) im Wesentlichen entlang einer jeweiligen Wand einer jeweiligen Ausnehmung (52a) und/oder entlang einer jeweiligen Kontur (52k) strömt oder einströmt, durch die Wand der jeweiligen Ausnehmung (52a) und/oder durch die jeweiligen Kontur (52k) in seiner Strömungsrichtung ab- oder umgelenkt und entlang der Wand der jeweiligen Ausnehmung (52a) und/oder entlang der jeweiligen Kontur (52k) im Wesentlichen in Richtung des Fußpunkts oder eines dem Fußpunkt entsprechenden Endpunkts weiterströmt oder ausströmt.
8. Betriebsverfahren nach einem der Anspruch 7, bei welchem zum oder beim Einleiten des Zündkraftstoffs (64) eine oder die Menge des Zündkraftstoffs (64) über eine oder die zweite Einspritzeinrichtung (62) der Einspritzvorrichtung (60) in Teilströme (64-1 , 64-2) aufgeteilt in den Brennraum (20) eingeleitet wird, und zwar jeweils mit einer Ausrichtung auf eine jeweilige Ausnehmung (52a) und/oder Kontur (52k) und/oder mit einer jeweiligen Ausrichtung auf einen jeweiligen Endpunkt, einen jeweiligen Ort (1) und/oder einen jeweiligen Bereich einer Strahlspitze (63f) und/oder einer Ausbreitungsfront (63f) der in Teilströme (63-1 , 63-2) aufgeteilten Menge eingeleiteten Hauptkraftstoffs (63), insbesondere zu einem gewünschten und/oder vorbestimmten Zündzeitpunkt.
9. Betriebsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem zum oder beim Einleiten des Zündkraftstoffs (64) eine Menge des Zündkraftstoffs (64) über die zweite Einspritzeinrichtung (62) der Einspritzvorrichtung (60) mit seiner Ausrichtung in den Brennraum (20) derart eingeleitet wird, dass zum Zeitpunkt der Selbstzündung des Zündkraftstoffs (64) auch eine tangentiale Zündung und/oder eine Zündung des Hauptkraftstoffs (63) an oder in einem der Strahlspitze (63f) und/oder der Ausbreitungsfront (63f) des Hauptkraftstoffs (63) - insbesondere in Bezug auf den Ausbreitungsverlauf des Hauptkraftstoffs (63) - abgewandten Punkt oder Bereich (2) erfolgt, insbesondere an einem oder im Bereich eines Strahlfußes des Hauptkraftstoffs (63).
10. Brennkraftmaschine (100),
- welche eingerichtet ist, mit, nach oder in einem Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 betrieben zu werden und
- welche dazu insbesondere einen Zylinder (50) aufweist, welcher in seinem Inneren und Zylinderraum (55) einen Brennraum (20) der Brennkraftmaschine (100) bildet, in welchem ein Kolben (50) zu einer Auf-und-Abbewegung geführt ist und eine Einspritzvorrichtung (60) zum Einleiten eines Hauptkraftstoffs (63) und eines Zündkraftstoffs (64) ausgebildet ist,
- wobei ein Kolbenboden (52b) des Kolbens (52) eine oder mehrere Ausnehmungen (52a) und/oder Konturen (52k) aufweist, welche zum Ab- und/oder Umlenken eingeleiteten Hauptkraftstoffs (63) eingerichtet sind, insbesondere in räumlich zeitlicher Abstimmung mit der Einspritzvorrichtung (60).
11. Arbeitsvorrichtung und insbesondere Fahrzeug,
mit: - einem antreibbaren Aggregat und
- einer Brennkraftmaschine (100) als Antrieb für das Aggregat, wobei die Brennkraftmaschine (100) nach Anspruch 10 ausgebildet ist.
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