WO2008155280A1 - Brennkraftmaschine sowie verfahren zum betrieb einer brennkraftmaschine - Google Patents

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WO2008155280A1
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Jochen Laubender
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Robert Bosch Gmbh
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Definitions

  • the present invention relates to an internal combustion engine and a method for operating an internal combustion engine.
  • a pressure control module which supplies the fuel gas in a reduced pressure to the gas injection valves.
  • natural gas is controlled by the pressure control module to a low pressure of less than 10 x 10 5 Pa.
  • the internal combustion engine according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that it has a higher efficiency compared to known internal combustion engines and can be provided very inexpensively.
  • the internal combustion engine according to the invention makes use of the great cooling, which during the expansion process of the stored under high pressure gaseous fuel in
  • Pressure control module to a low pressure occurs.
  • This temperature reduction is used specifically to increase a cylinder charge of the internal combustion engine.
  • the cooling of the relaxing gas is thus used selectively to cool a combustion air supplied in an air supply line.
  • the invention thus occurs heat exchange between the supplied combustion air and the relaxed, cool fuel gas.
  • the density of the combustion air can be increased, whereby in particular an improved Greungssteigerang the internal combustion engine is achieved.
  • at least part of the air mass sucked into a cylinder is displaced by the volume of the gaseous fuel injected. This can be up to 15% or more. This results in particular significant moment losses.
  • the internal combustion engine according to the invention can be operated closer to the knock limit.
  • the Drackregelmodul and / or a supply range of a supply line from the Drackregelmodul is arranged to the injection valve adjacent to the air supply line.
  • adjacent means a distance between the air supply line and the Drackregelmodul or a line region of the fuel gas supply line according to the Drackregelmodul, which is between 0 cm to 10 cm, preferably 0 cm to 5 cm, particularly preferably 0 cm to 1 cm.
  • Particularly preferred is a direct contact between the air supply line and the Drackregelmodul or the fuel gas supply line.
  • the draining control module is arranged directly adjacent to the inlet connection. This can ensure that a cooling of the supplied combustion air takes place immediately before entry into the cylinder, so that a particularly high degree of filling can be achieved.
  • the fuel gas is also briefly injected just before the cylinder or on an inlet valve, it is ensured that the fuel gas displaces a not too large volume of combustion air. Further, reheating of the combustion air can be prevented.
  • the internal combustion engine comprises a turbocharger and the draining control module is arranged adjacent to the air supply line at a line section between the turbocharger and the inlet port.
  • the draining control module is arranged adjacent to the air supply line at a line section between the turbocharger and the inlet port.
  • the pressure control module is preferably arranged adjacent to a line section between the turbocharger and the charge air cooler or to a line section between the charge air cooler and the inlet port.
  • the intercooler in terms of its cooling capacity and its geometric dimensions, can be made smaller, since part of the cooling is taken over by the relaxing fuel gas.
  • the internal combustion engine may optionally be completely dispensed with a charge air cooler in an internal combustion engine with turbocharger.
  • the internal combustion engine further comprises a valve adjusting device to adjust an opening time and / or a closing time of an intake valve and / or an exhaust valve, wherein the valve adjusting increases with increasing load of the internal combustion engine, a flushing degree of the valve.
  • the valve adjuster may adjust valve opening overlap across the intake and exhaust valves to achieve the higher purge level.
  • the degree of filling in the cylinders is optimized on the one hand, and on the other hand, a temperature in the cylinders is lowered by the improved flushing out of the burned residual gas.
  • the internal combustion engine can be operated with an ignition angle closer to a knock limit.
  • the internal combustion engine comprises a throttle valve and the pressure control module is arranged on a line section of the air supply line before or after the throttle valve.
  • the internal combustion engine comprises a separate heat exchanger, which is arranged between the pressure control module and / or a line region of the fuel gas supply line and the air supply line.
  • a separate heat exchanger which is arranged between the pressure control module and / or a line region of the fuel gas supply line and the air supply line.
  • a liquid coolant is provided in a fluid circuit of the heat exchanger.
  • a pump is arranged in the fluid circuit.
  • the pump can be an electric or mechanical pump. This allows an optimal heat exchange between the expanded fuel gas and the sucked air mass.
  • the fluid circuit is designed such that an adaptation to the current operating conditions of the internal combustion engine is possible via the pump, so that in each operating range of the internal combustion engine optimum cooling of the sucked air mass can be carried out to a defined temperature.
  • an electrical heating device is arranged in the fluid circuit of the heat exchanger.
  • the coolant can be heated to temperatures above the ambient temperature in order to reliably prevent the pressure control module from freezing.
  • the inventive method for operating an internal combustion engine with the features of claim 12 has the advantage that an efficiency of the internal combustion engine is improved when operating with a gaseous fuel.
  • the gaseous fuel is stored in a memory under a pressure which is higher than the ambient pressure stored.
  • a pressure level of the gaseous fuel is regulated in a supply line to a injection valve by means of a pressure control module, wherein during the pressure reduction of the fuel gas, the temperature of the fuel gas decreases due to the relaxation.
  • the expanded in the pressure control module fuel gas is used for heat exchange with a supplied in an air supply line combustion air.
  • a cooling of the combustion air and, accordingly, a heating of the fuel gas can be achieved, however, the inventive method can also be used in a cold start.
  • the expanded fuel gas for heat exchange with the combustion air immediately adjacent to an inlet port ie, immediately adjacent to an inlet valve, passed.
  • the inventive method is particularly preferably used in combination with a supercharged internal combustion engine, since then a temperature difference between the expanded fuel gas and the supplied combustion air is very high.
  • the expanded fuel gas is passed directly after the pressure control module for heat exchange with the combustion air at this.
  • the device according to the invention and the method according to the invention are particularly preferably used in vehicles powered by natural gas.
  • use may be made in both purely natural gas powered vehicles and vehicles equipped with natural gas and another fuel, e.g. Gasoline, alcohol, ethanol, etc., are operated.
  • another fuel e.g. Gasoline, alcohol, ethanol, etc.
  • other compressed gaseous fuels may be used.
  • FIG. 1 shows a schematic, partially sectioned view of an internal combustion engine according to a first embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a schematic, partially sectioned view of an internal combustion engine according to a second embodiment of the present invention
  • Figure 3 is a schematic, partially sectioned view of an internal combustion engine according to a third embodiment of the present invention
  • Figure 4 is a schematic, partially sectioned view of an internal combustion engine according to a fourth Embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 shows schematically an internal combustion engine 1, which is designed for a gas operation, in particular an operation with natural gas.
  • the internal combustion engine 1 comprises a combustion chamber 2 in a cylinder in which a piston 13 is arranged in a known manner.
  • At the combustion chamber 2 at least one inlet port 3 and an outlet port 4 is arranged.
  • the inlet connection 3 can be opened or closed by means of an inlet valve 11 and the outlet connection 4 can be opened or closed by means of an outlet valve 12.
  • a spark plug 10 is arranged on the combustion chamber 2 in a known manner.
  • ambient air is supplied as combustion air into an air supply pipe 7.
  • a throttle valve 16 is arranged in the air supply line 7.
  • the air supply line 7 opens at the inlet port 3 at the combustion chamber 2. Shortly before the end of the air supply line 7 at the inlet port 3, the fuel gas is injected into the air supply line 7 by means of a first Gaseinblasventils 5 and second Einblasventils.
  • the blowing direction corresponds essentially to the flow direction of the air in the air supply line. 7
  • the fuel gas is stored in a gas storage 8 under high pressure over 200 x 10 5 Pa. Since this pressure is too high for the operation of the internal combustion engine, the gas discharged via a line 17 from the gas reservoir 8 is expanded in a pressure control module 9 to a lower pressure.
  • the fuel gas is preferably expanded to a low pressure of less than 10 ⁇ 10 5 Pa.
  • a first fuel gas line 17a goes to the gas injection valve 5 and a second fuel gas line 17b to the gas injection valve 6.
  • this relaxation process of the fuel gas to the low pressure causes a very large cooling of the fuel gas, which leads to a high temperature drop at the pressure control module 9.
  • the pressure control module 9 is disposed immediately adjacent to the air supply line 7 and contacts the air supply line. Due to the high temperature differences between the air supply line 7 and the pressure control module 9, a heat transfer takes place between these two components and the media therein. In the operation of the internal combustion engine can thus for the
  • the pressure control module 9 is arranged directly adjacent to the inlet connection 3 on the air-flow conduit 7. This prevents that the once cooled combustion air on its way to the combustion chamber 2 is not heated excessively again.
  • the internal combustion engine When using natural gas as the fuel gas, the internal combustion engine can be operated in addition closer to the knock limit with the much cooler intake air and the house of higher octane number of natural gas compared to conventional gasoline fuels. This leads to a further improvement in the efficiency of the internal combustion engine. This is for example also of importance for internal combustion engines, which should provide a predetermined performance with the smallest possible space. As a result, a space can be reduced.
  • advantages in the operation of the internal combustion engine 1 can be obtained if the inventively exploited temperature reduction in the relaxation of the fuel gas for temperature reduction of the combustion air is also combined with a targeted adjustment of the intake valve 11 and the exhaust valve 12.
  • the adjustment of the intake and exhaust valves is thereby adjusted such that a valve overlap, i.e., a simultaneous opening of the intake valve 11 and the exhaust valve 12 is present.
  • a higher degree of flushing can be achieved and a degree of filling in the cylinders can be optimized.
  • the temperature in the cylinders is lowered by the improved scavenging of the scorched hot residual gas, so that the
  • an exhaust gas return line 14 is provided, which recirculates combustion gases from an exhaust gas line 18 back into the air supply line 17.
  • a valve 15 is provided, which regulates the amount of the supplied exhaust gas to the intake air.
  • the exhaust gas return line opens to a junction region 19 in the air supply line. The outflow of the exhaust gas is indicated by the arrow B.
  • the arrangement according to the invention also has advantages in a cold start of the internal combustion engine. Before starting the internal combustion engine usually have the
  • Intake air and stored in the gas storage 8 fuel gas the same temperature. If after the start of the engine fuel gas is relaxed in the pressure control module 9, the temperature of the fuel gas drops significantly below the temperature of the intake air.
  • a temperature difference of the fuel gas before and after the relaxation can be up to 30 0 C.
  • the expanded fuel gas is passed immediately adjacent to the warmer intake air in the air supply line 7, there is a heat transfer from the intake air to the fuel gas, so that the temperature difference remains moderate.
  • the intake air is warmer than the ambient temperature, for example by compression, this positive effect increases during cold start. This reduces in particular opening problems of valves with elastomeric sealing elements.
  • the second embodiment essentially corresponds to the first embodiment, wherein in contrast to the second embodiment, the pressure control module 9 is disposed between a throttle valve 16 and a junction region 19 of the exhaust gas return line 14.
  • this arrangement has design advantages, since there is often little to no installation space for the arrangement of the pressure control module 9 directly adjacent to the cylinder. Otherwise, this embodiment corresponds to the previous embodiment, so that reference can be made to the description given there.
  • FIG. 3 shows an internal combustion engine 1 according to a third embodiment of the present invention. Identical or functionally identical parts are designated by the same reference numerals as in the preceding embodiments.
  • the third exemplary embodiment has a turbocharger 20.
  • the turbocharger 20 compresses the intake air, being driven by means of an exhaust gas turbine. Due to the compression of the intake air whose temperature increases, so that in the air supply line 7 also an intercooler 21 is provided.
  • the pressure control module 9 is arranged as close to the cylinder of the internal combustion engine 1 as in the first embodiment. Since the pressure control module 9 additionally cools the compressed intake air during operation of the internal combustion engine, in particular the intercooler 21 can be made smaller. Depending on the design of the internal combustion engine may possibly be completely dispensed with the intercooler 21. Otherwise, this embodiment corresponds to the previous one
  • FIG. 4 shows an internal combustion engine 1 according to a fourth exemplary embodiment of the present invention. Identical or functionally identical parts are designated by the same reference numerals as in the preceding embodiments.
  • the fourth embodiment substantially corresponds to the third embodiment and also includes a turbocharger 20, wherein the pressure regulating module 9 of the fourth embodiment is disposed on the air supply pipe 7 between the intercooler 21 and the throttle valve 16.
  • a space requirement near the cylinder of the internal combustion engine is reduced.
  • this embodiment corresponds to the previous embodiments, so that reference can be made to the description given there.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine für einen gasförmigen Brennstoff, umfassend einen Brennraum (2), einen Einlassanschluss (3), einen Auslassanschluss (4), ein Gaseinblasventil (5, 6), eine Luftzufuhrleitung (7), welche am Einlassanschluss (3) mündet, einen Gasspeicher (8), um den gasförmigen Brennstoff unter einem Druck über einem Umgebungsdruck zu speichern, und ein Druckregelmodul (9), welches in einer Verbindungsleitung zwischen dem Gasspeicher (8) und dem Gaseinblasventil (5, 6) angeordnet ist, um eine Druckhöhe des gasförmigen Brennstoffs zu regeln, wobei das Druckregelmodul (9) und/oder ein Leitungsbereich einer Brenngaszuleitung (17a, 17b) vom Druckregelmodul (9) zum Gaseinblasventil (5, 6) benachbart zur Luftzufuhrleitung (7) angeordnet ist, um einen Wärmeaustausch zwischen dem gasförmigen Brennstoff und der in der Luftzufuhrleitung (7) zugeführten Verbrennungsluft zu ermöglichen. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine.

Description

Beschreibung
Titel
Brennkraftmaschine sowie Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine sowie ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine.
Brennkraftmaschinen sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt.
In jüngster Zeit werden verstärkt Brennkraftmaschinen vorgeschlagen, welche mit alternativen Brennstoffen betrieben werden. Beispielsweise gibt es Brennkraftmaschinen, welche im bivalenten
Betrieb Erdgas/Benzin oder auch im monovalenten Betrieb nur mit Erdgas betrieben werden. Auch sind noch andere gasförmige Brennstoffe denkbar. Die gasförmigen Brennstoffe werden üblicherweise in gesonderten Druckspeichern mit einem Druck von über 200 x 105 Pa gespeichert.
Da dieser Speicherdruck für den Normalbetrieb zu hoch ist, ist ein Druckregelmodul vorgesehen, welches den Gaseinblasventilen das Brenngas in einem reduzierten Druck zuführt. Normalerweise wird beispielsweise Erdgas durch das Druckregelmodul auf einen Niederdruck von unter 10 x 105 Pa geregelt.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass sie im Vergleich mit bekannten Brennkraftmaschinen einen höheren Wirkungsgrad aufweist und sehr kostengünstig bereitgestellt werden kann. Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine nutzt dabei die große Abkühlung aus, welche beim Entspannungsvorgang des unter hohem Druck gespeicherten gasförmigen Brennstoffs im
Druckregelmodul auf einen niederen Druck auftritt. Diese Temperaturreduzierung wird gezielt zur Erhöhung einer Zylinderfüllung der Brennkraftmaschine verwendet. Erfindungsgemäß wird somit die Abkühlung des sich entspannenden Gases gezielt genutzt, um eine in einer Luftzufuhrleitung zugeführte Verbrennungsluft abzukühlen. Erfindungsgemäß tritt somit ein Wärmeaustausch zwischen der zugeführten Verbrennungsluft und dem entspannten, kühlen Brenngas auf. Hierdurch kann die Dichte der Verbrennungsluft gesteigert werden, wodurch insbesondere eine verbesserte Füllungssteigerang der Brennkraftmaschine erreicht wird. Insbesondere bei gasförmigen Brennstoffen wird im Stand der Technik zumindest ein Teil von der in einen Zylinder angesaugten Luftmasse durch das Volumen des gasförmig eingeblasenen Brennstoffes verdrängt. Dies kann bis zu 15 % oder mehr sein. Hierdurch ergeben sich insbesondere signifikante Momenteneinbußen. Durch die mittels des entspannten Brenngases erfmdungsgemäß jedoch abgekühlten Ansaugluft kann die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine näher an der Klopfgrenze betrieben werden. Um eine ausreichende Wärmeübertragung sicherzustellen, ist das Drackregelmodul und/oder ein Zuleitungsbereich einer Zuleitung vom Drackregelmodul zum Einblasventil benachbart zur Luftzufuhrleitung angeordnet. Im Sinne der Erfindung ist unter dem Begriff "benachbart" ein Abstand zwischen der Luftzufuhrleitung und dem Drackregelmodul bzw. einem Leitungsbereich der Brenngaszuleitung nach dem Drackregelmodul zu verstehen, welcher zwischen 0 cm bis 10 cm, bevorzugt 0 cm bis 5 cm, besonders bevorzugt 0 cm bis 1 cm beträgt. Besonders bevorzugt besteht ein direkter Kontakt zwischen der Luftzufuhrleitung und dem Drackregelmodul bzw. der Brenngaszuleitung.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Besonders bevorzugt ist das Drackregelmodul unmittelbar benachbart zum Einlassanschluss angeordnet. Dadurch kann sichergestellt werden, dass eine Abkühlung der zugeführten Verbrennungsluft unmittelbar vor dem Eintritt in den Zylinder erfolgt, so dass ein besonders hoher Füllungsgrad erreicht werden kann. Insbesondere wenn das Brenngas ebenfalls kurz unmittelbar vor dem Zylinder oder auf ein Einlassventil eingeb lasen wird, wird sichergestellt, dass das Brenngas ein nicht zu großes Volumen der Verbrennungsluft verdrängt. Ferner kann ein Wiedererwärmen der Verbrennungsluft verhindert werden.
Besonders bevorzugt umfasst die Brennkraftmaschine einen Turbolader und das Drackregelmodul ist benachbart zur Luftzufuhrleitung an einem Leitungsabschnitt zwischen dem Turbolader und dem Einlassanschluss angeordnet. Hierdurch ist es möglich, die Dichte der komprimierten Luft vor einem Einlass in einen Brennraum der Brennkraftmaschine zu steigern. Hierbei ist es besonders von Vorteil, dass bei einer Volllastanforderang an die Brennkraftmaschine eine größere Temperaturerhöhung der durch den Turbolader komprimierten Ansaugluft auftritt, jedoch zeitgleich auch eine größere Nachfrage nach Brenngas auftritt, so dass durch die Entspannung der größeren Brenngasmenge eine größere Kühlleistung bereitgestellt werden kann. Somit kann ohne eine zusätzliche Regeleinrichtung in Abhängigkeit von den Lastanforderangen der Brennkraftmaschine eine Kühlung der zugeführten Verbrennungsluft erfolgen. Wenn zusätzlich zum Turbolader vorzugsweise noch ein Ladeluftkühler vorgesehen ist, ist das Druckregelmodul vorzugsweise benachbart an einem Leitungsabschnitt zwischen dem Turbolader und dem Ladeluftkühler oder an einem Leitungsabschnitt zwischen dem Ladeluftkühler und dem Einlassanschluss angeordnet. Insbesondere kann dabei der Ladeluftkühler, betreffend seine Kühlleistung und auch seine geometrischen Abmessungen, kleiner dimensioniert werden, da ein Teil der Kühlung durch das sich entspannende Brenngas übernommen wird. Abhängig von der Auslegung der Brennkraftmaschine kann gegebenenfalls vollständig auf einen Ladeluftkühler bei einer Brennkraftmaschine mit Turbolader verzichtet werden.
Vorzugsweise umfasst die Brennkraftmaschine ferner eine Ventilverstelleinrichtung, um einen Öffnungszeitpunkt und/oder einen Schließzeitpunkt eines Einlassventils und/oder eines Auslassventils zu verstellen, wobei die Ventilverstelleinrichtung mit steigender Last der Brennkraftmaschine einen Spülgrad des Ventils vergrößert. Die Ventilverstelleinrichtung kann insbesondere eine Ventilöffnungsüberschneidung über das Einlass- und Auslassventil einstellen, um den höheren Spülgrad zu erreichen. Dadurch wird der Füllungsgrad in den Zylindern einerseits optimiert und andererseits wird eine Temperatur in den Zylindern durch das verbesserte Ausspülen des verbrannten Restgases abgesenkt. Dadurch kann die Brennkraftmaschine mit einem Zündwinkel näher an einer Klopfgrenze betrieben werden.
Weiterhin kann durch die höhere Luftfüllung im Zylinder ein höherer Luftmassenstrom und somit auch ein erhöhter Abgasmassenstrom erreicht werden, was sich bei Verwendung eines Turboladers positiv auf ein Ansprechverhalten des Turboladers auswirkt. Dies führt erfindungsgemäß auch zu einem geringeren Kraftstoffverbrauch und geringeren Emissionen.
Weiter bevorzugt umfasst die Brennkraftmaschine eine Drosselklappe und das Druckregelmodul ist an einem Leitungsabschnitt der Luftzufuhrleitung vor oder nach der Drosselklappe angeordnet.
Vorzugsweise umfasst die Brennkraftmaschine einen separaten Wärmetauscher, welcher zwischen dem Druckregelmodul und/oder einem Leitungsbereich der Brenngaszuleitung und der Luftzufuhrleitung angeordnet ist. Durch die Verwendung des Wärmetauschers kann eine verbesserte Wärmeübertragung sichergestellt werden.
Besonders bevorzugt ist in einem Fluidkreislauf des Wärmetauschers ein flüssiges Kühlmittel vorgesehen. Dadurch kann eine besonders gute Wärmeübertragung sichergestellt werden. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist im Fluidkreislauf eine Pumpe angeordnet. Dadurch kann eine Zwangszirkulation eines Kühlmittels sichergestellt werden. Die Pumpe kann eine elektrische oder mechanische Pumpe sein. Dadurch kann ein optimaler Wärmeaustausch zwischen dem entspannten Brenngas und der angesaugten Luftmasse erfolgen. Besonders bevorzugt ist der Fluidkreislauf derart ausgelegt, dass über die Pumpe eine Anpassung an die momentanen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine möglich ist, so dass in jedem Betriebsbereich der Brennkraftmaschine eine optimale Abkühlung der angesaugten Luftmasse auf eine definierte Temperatur erfolgen kann.
Vorzugsweise ist im Fluidkreislauf des Wärmetauschers eine elektrische Heizvorrichtung angeordnet. Dadurch kann das Kühlmittel auf Temperaturen über die Umgebungstemperatur geheizt werden, um ein Vereisen des Druckregelmoduls mit Sicherheit zu verhindern.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12 weist den Vorteil auf, dass ein Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine bei einem Betrieb mit einem gasförmigen Brennstoff verbessert wird. Der gasförmige Brennstoff ist dabei in einem Speicher unter einem Druck, welcher höher als der Umgebungsdruck liegt, gespeichert. Eine Druckhöhe des gasförmigen Brennstoffs wird in einer Zuleitung zu einem Einblasventil mittels eines Druckregelmoduls geregelt, wobei während der Druckabsenkung des Brenngases die Temperatur des Brenngases aufgrund der Entspannung sinkt. Das im Druckregelmodul entspannte Brenngas wird dabei für einen Wärmeaustausch mit einer in einer Luftzufuhrleitung zugeführten Verbrennungsluft verwendet. Hierbei kann einerseits eine Abkühlung der Verbrennungsluft und dementsprechend eine Erwärmung des Brenngases erreicht werden, jedoch kann das erfindungsgemäße Verfahren auch bei einem Kaltstart genutzt werden. Wenn beispielsweise Temperaturen unter dem Gefrierpunkt herrschen, haben gasbetriebene Brennkraftmaschinen häufig Startprobleme. Da durch den Entspannungsvorgang des Brenngases im Druckregelmodul zusätzlich noch eine Temperaturreduzierung des Brenngases um bis zu 300C auftreten kann, kann somit durch ein Vorbeiführen des Brenngases an der zugeführten Verbrennungsluft, die ungefähr Umgebungstemperatur aufweist, eine Temperaturerhöhung des Brenngases erreicht werden. Dies wird insbesondere bei aufgeladener Verbrennungsluft erreicht, da diese eine höhere Temperatur als die Umgebungstemperatur aufweist.
Vorzugsweise wird das entspannte Brenngas für einen Wärmeaustausch mit der Verbrennungsluft unmittelbar benachbart zu einem Einlassanschluss, d.h., unmittelbar benachbart zu einem Einlassventil, vorbeigeführt. Hierdurch kann eine besonders große Wirkungsgradsteigerung erreicht werden. Das erfindungsgemäße Verfahren wird besonders bevorzugt in Kombination mit einer aufgeladenen Brennkraftmaschine verwendet, da dann eine Temperaturdifferenz zwischen dem entspannten Brenngas und der zugeführten Verbrennungsluft sehr hoch ist.
Weiter bevorzugt wird das entspannte Brenngas unmittelbar nach dem Druckregelmodul für einen Wärmeaustausch mit der Verbrennungsluft an dieser vorbeigeführt.
Es sei angemerkt, dass für eine besonders gute Wärmeübertragung zwischen dem entspannten Brenngas und der zugeführten Verbrennungsluft vorzugsweise größere Flächen vorgesehen sein können.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren werden besonders bevorzugt in Fahrzeugen mit Erdgasantrieb verwendet. Hierbei kann eine Verwendung in sowohl rein mit Erdgas betriebenen Fahrzeugen als auch mit Fahrzeugen vorgesehen werden, welche mit Erdgas und einem weiteren Brennstoff, z.B. Benzin, Alkohol, Ethanol, usw., betrieben werden. Es können jedoch auch andere komprimierte gasförmige Brennstoffe verwendet werden.
Zeichnung
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
Figur 1 eine schematische, teilweise geschnittene Ansicht einer Brennkraftmaschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Figur 2 eine schematische, teilweise geschnittene Ansicht einer Brennkraftmaschine gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, Figur 3 eine schematische, teilweise geschnittene Ansicht einer Brennkraftmaschine gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, und Figur 4 eine schematische, teilweise geschnittene Ansicht einer Brennkraftmaschine gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Figur 1 eine Brennkraftmaschine 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben. Figur 1 zeigt schematisch eine Brennkraftmaschine 1, welche für einen Gasbetrieb, insbesondere einem Betrieb mit Erdgas, ausgelegt ist. Die Brennkraftmaschine 1 umfasst einen Brennraum 2 in einem Zylinder, in welchem in bekannter Weise ein Kolben 13 angeordnet ist. Am Brennraum 2 ist wenigstens ein Einlassanschluss 3 und ein Auslassanschluss 4 angeordnet. Der Einlassanschluss 3 ist mittels eines Einlassventils 11 freigebbar bzw. verschließbar und der Auslassanschluss 4 ist mittels eines Auslassventils 12 freigebbar bzw. verschließbar. Ferner ist in bekannter Weise eine Zündkerze 10 am Brennraum 2 angeordnet. Wie durch den Pfeil A gekennzeichnet, wird Umgebungsluft als Verbrennungsluft in eine Luftzufuhrleitung 7 zugeführt. Eine Drosselklappe 16 ist in der Luftzufuhrleitung 7 angeordnet. Die Luftzufuhrleitung 7 mündet am Einlassanschluss 3 am Brennraum 2. Kurz vor dem Ende der Luftzufuhrleitung 7 am Einlassanschluss 3 wird das Brenngas mittels eines ersten Gaseinblasventils 5 und eines zweiten Einblasventils 6 in die Luftzufuhrleitung 7 eingeblasen. Die Einblasrichtung entspricht dabei im Wesentlichen der Strömungsrichtung der Luft in der Luftzufuhr leitung 7.
Das Brenngas wird in einem Gasspeicher 8 unter hohem Druck über 200 x 105 Pa gespeichert. Da dieser Druck für den Betrieb der Brennkraftmaschine zu hoch ist, wird das über eine Leitung 17 vom Gasspeicher 8 abgeführte Gas in einem Druckregelmodul 9 auf einen geringeren Druck entspannt. Das Brenngas wird vorzugsweise auf einen Niederdruck von unter 10 x 105 Pa entspannt. Vom Druckregelmodul 9 aus geht eine erste Brenngasleitung 17a zum Gaseinblasventil 5 und eine zweite Brenngasleitung 17b zum Gaseinblasventil 6. Dieser Entspannungsvorgang des Brenngases auf den Niederdruck bedingt jedoch eine sehr große Abkühlung des Brenngases, was zu einem hohen Temperaturabfall am Druckregelmodul 9 führt. Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, ist das Druckregelmodul 9 unmittelbar benachbart zur Luftzufuhrleitung 7 angeordnet und kontaktiert die Luftzufuhrleitung. Aufgrund der hohen Temperaturunterschiede zwischen der Luftzufuhrleitung 7 und dem Druckregelmodul 9 erfolgt eine Wärmeübertragung zwischen diesen beiden Bauteilen und den darin befindlichen Medien. Im Betrieb der Brennkraftmaschine kann somit die für die
Luftzufuhrleitung 7 zugeführte Verbrennungsluft abgekühlt werden. Hierdurch kann die Dichte der Verbrennungsluft erhöht werden. Ferner kann bei einem Betrieb der Brennkraftmaschine mit gasformigem Brennstoff der Füllungsgrad erhöht werden. Dies führt zu einer verbesserten Verbrennung und zu einem höheren Wirkungsgrad, da eine Abkühlung der angesaugten Verbrennungsluft eine größere Füllungssteigerung im Brennraum 2 bewirkt. Dies hat auch positive Auswirkungen auf die Abgaswerte. Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, ist das Druckregelmodul 9 unmittelbar benachbart am Einlassan- schluss 3 an der Luftzuruhrleitung 7 angeordnet. Dadurch wird verhindert, dass sich die einmal abgekühlte Verbrennungsluft auf ihrem Weg zum Brennraum 2 nicht wieder übermäßig erwärmt.
Bei einer Verwendung von Erdgas als Brenngas kann mit der deutlich kühleren Ansaugluft und der von Haus aus höheren Oktanzahl von Erdgas gegenüber den herkömmlichen Otto-Kraftstoffen die Brennkraftmaschine zusätzlich näher an der Klopfgrenze betrieben werden. Dies führt zu einer weiteren Wirkungsgradverbesserung der Brennkraftmaschine. Dies ist beispielsweise auch für Brennkraftmaschinen von Bedeutung, welche eine vorbestimmte Leistung mit einem möglichst kleinen Bauraum bereitstellen sollen. Hierdurch kann ein Bauraum reduziert werden.
Ferner können Vorteile beim Betrieb der Brennkraftmaschine 1 erhalten werden, wenn die erfindungsgemäß ausgenutzte Temperaturabsenkung bei der Entspannung des Brenngases zur Tempera- turreduzierung der Verbrennungsluft auch mit einer gezielten Verstellung des Einlassventils 11 und des Auslassventils 12 kombiniert wird. Die Verstellung der Einlass- und Auslassventile wird dabei derart eingestellt, dass eine Ventilüberschneidung, d.h., ein gleichzeitiges Öffnen des Einlassventils 11 und des Auslassventils 12 vorhanden ist. Dadurch kann ein höherer Spülgrad erreicht werden und ein Füllungsgrad in den Zylindern optimiert werden. Auch wird die Temperatur in den Zylindern durch das verbesserte Ausspülen des verbrannten heißen Restgases abgesenkt, so dass die
Brennkraftmaschine mit dem Zündwinkel noch näher an der Klopfgrenze betrieben werden kann.
Wie weiter aus Figur 1 ersichtlich ist, ist eine Abgasrückleitung 14 vorgesehen, welche Verbrennungsgase von einer Abgasleitung 18 wieder in die Luftzufuhrleitung 17 zurückführt. In der Abgasrückleitung 14 ist dabei ein Ventil 15 vorgesehen, welches die Menge des zuführten Abgases zur Ansaugluft regelt. Die Abgasrückleitung mündet an einen Einmündungsbereich 19 in der Luftzufuhrleitung. Das Abströmen des Abgases ist durch den Pfeil B gekennzeichnet.
Erfindungsgemäß wird somit die bei der Entspannung des Brenngases auftretende Temperaturabsenkung zur Kühlung der Verbrennungsluft verwendet, was letztendlich zu einem höheren Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine führt. Es sei angemerkt, dass sämtliche andere Bauteile und Funktionen der Brennkraftmaschine dabei unverändert übernommen werden können.
Es sei ferner angemerkt, dass die erfindungsgemäße Anordnung auch Vorteile bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine hat. Vor dem Starten der Brennkraftmaschine haben üblicherweise die
Ansaugluft und das im Gasspeicher 8 gespeicherte Brenngas die gleiche Temperatur. Wenn nach dem Start der Brennkraftmaschine Brenngas im Druckregelmodul 9 entspannt wird, sinkt die Temperatur des Brenngases deutlich unter die Temperatur der Ansaugluft. Hierbei kann ein Temperaturunterschied des Brenngases vor und nach der Entspannung bis zu 300C betragen. Da das entspannte Brenngas jedoch unmittelbar benachbart an der wärmeren Ansaugluft in der Luftzufuhrleitung 7 vorbeigeführt wird, erfolgt eine Wärmeübertragung von der Ansaugluft auf das Brenngas, so dass der Temperaturunterschied moderat bleibt. Wenn insbesondere die Ansaugluft beispielsweise durch Verdichtung wärmer als die Umgebungstemperatur ist, vergrößert sich dieser positive Effekt beim Kaltstart. Dies reduziert insbesondere Öffnungsprobleme von Ventilen mit Elastomerdichtelementen.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Figur 2 eine Brennkraftmaschine 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet.
Das zweite Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel, wobei im Unterschied hierzu beim zweiten Ausführungsbeispiel das Druckregelmodul 9 zwischen einer Drosselklappe 16 und einem Einmündungsbereich 19 der Abgasrückleitung 14 angeordnet ist. Diese Anordnung hat insbesondere Auslegungsvorteile, da häufig unmittelbar benachbart zum Zylinder nur wenig bis kein Bauraum für die Anordnung des Druckregelmoduls 9 vorhanden ist. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.
Figur 3 zeigt eine Brennkraftmaschine 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen bezeichnet.
Im Unterschied zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen weist das dritte Ausführungsbeispiel einen Turbolader 20 auf. Der Turbolader 20 verdichtet die Ansaugluft, wobei er mittels einer Abgasturbine angetrieben wird. Durch die Verdichtung der Ansaugluft steigt deren Temperatur, so dass in der Luftzufuhrleitung 7 ferner ein Zwischenkühler 21 vorgesehen ist. Das Druckregelmodul 9 ist ähnlich wie im ersten Ausführungsbeispiel möglichst nahe am Zylinder der Brennkraftmaschine 1 angeordnet. Da das Druckregelmodul 9 im Betrieb der Brennkraftmaschine zusätzlich die verdichtete Ansaugluft abkühlt, kann insbesondere der Zwischenkühler 21 kleiner ausgelegt werden. Je nach Auslegung der Brennkraftmaschine kann eventuell vollständig auf den Zwischenkühler 21 verzichtet werden. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel den vorhergehenden
Ausführungsbeispielen, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann. Figur 4 zeigt eine Brennkraftmaschine 1 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen bezeichnet.
Das vierte Ausführungsbeispiel entspricht im wesentlichem dem dritten Ausführungsbeispiel und umfasst ebenfalls einen Turbolader 20, wobei das Druckregelmodul 9 des vierten Ausführungsbeispiels an der Luftzufuhrleitung 7 zwischen dem Zwischenkühler 21 und der Drosselklappe 16 angeordnet ist. Hierdurch wird insbesondere ein Raumbedarf nahe dem Zylinder der Brennkraftmaschine reduziert. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel den vorhergehenden Ausführungsbeispielen, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.

Claims

Ansprüche
1. Brennkraftmaschine für einen gasförmigen Brennstoff, umfassend einen Brennraum (2), einen Einlassanschluss (3), einen Auslassanschluss (4), ein Gaseinblasventil (5, 6), eine Luftzufuhrleitung (7), welche am Einlassanschluss (3) mündet, einen Gasspeicher (8), um den gasförmigen Brennstoff unter einem Druck über einem Umgebungsdruck zu speichern, und ein Druckregelmodul (9), welches in einer Verbindungsleitung zwischen dem Gasspeicher (8) und dem Gaseinblasventil (5, 6) angeordnet ist, um eine Druckhöhe des gasförmigen Brennstoffs zu regeln, wobei das Druckregelmodul (9) und/oder ein Leitungsbereich einer Brenngaszuleitung (17a, 17b) vom Druckregelmodul (9) zum Gaseinblasventil (5, 6) benachbart zur Luftzufuhrleitung (7) angeordnet ist, um einen Wärmeaustausch zwischen dem gasförmigen Brennstoff und der in der Luftzufuhrleitung (7) zugeführten Verbrennungsluft zu ermöglichen.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckregelmodul (9) unmittelbar benachbart zum Einlassanschluss (3) angeordnet ist.
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend einen Turbolader (20), wobei das Druckregelmodul (9) benachbart zur Luftzufuhrleitung (7) an einem Leitungsabschnitt zwischen dem Turbolader (20) und dem Einlassanschluss (3) angeordnet ist.
4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, ferner umfassend einen Ladeluftkühler (21), wobei das Druckregelmodul (9) an einem Leitungsabschnitt zwischen dem Turbolader (20) und dem Ladeluftkühler (21) oder einem Leitungsabschnitt zwischen dem Ladeluftkühler (21) und dem Einlassanschluss (3) der Luftzufuhrleitung (7) angeordnet ist.
5. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Ventilverstelleinrichtung, um einen Öffhungszeitpunkt und/oder einen Schließzeitpunkt eines Einlassventils und/oder eines Auslassventils zu verstellen.
6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilverstelleinrich- tung mit einer steigenden Last der Brennkraftmaschine einen Spülgrad des Brennraums (2) durch ein längeres gleichzeitiges Öffnen des Einlassventils (11) und des Auslassventils (12) vergrößert.
7. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Drosselklappe (16), wobei das Druckregelmodul (9) an einem Leitungsabschnitt der Luftzuruhrleitung (7) vor oder nach der Drosselklappe (16) angeordnet ist.
8. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend einen Wärmetauscher, welcher zwischen dem Druckregelmodul (9) und/oder einem Leitungsbereich der Brenngaszuleitung (17a, 17b) und der Luftzufuhrleitung (7) angeordnet ist, wobei der Wärmetauscher einen separaten Fluidkreislauf aufweist.
9. Brennkraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Fluidkreislauf des Wärmetauschers ein flüssiges Kühlmittel verwendet wird.
10. Brennkraftmaschine nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Fluidkreislauf des Wärmetauschers eine Pumpe angeordnet ist, welche in Abhängigkeit von Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine betreibbar ist.
11. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass im Fluidkreislauf des Wärmetauschers ferner eine elektrische Heizvorrichtung angeordnet ist.
12. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, welche mit einem gasförmigen Brennstoff betrieben wird, wobei der gasförmige Brennstoff in einem Gasspeicher (8) unter einem Druck über
Umgebungsdruck gespeichert wird, wobei eine Druckhöhe des gasförmigen Brennstoffs mittels eines Druckregelmoduls (9) reduziert wird, und wobei das Druckregelmodul (9) und/oder eine Brenngaszuleitung (17a, 17b) benachbart zu einem Luftzufuhrleitung (7) angeordnet ist, und wobei der in dem Druckregelmodul (9) entspannte gasförmige Brennstoff für einen Wärmeaustausch mit der in der Luftzufuhrleitung (7) zugeführten Verbrennungsluft verwendet wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der im Druckregelmodul (9) entspannte gasförmige Brennstoff unmittelbar benachbart zu einem Einlassanschluss (3) am Brennraum (2) an der Luftzufuhrleitung (7) für einen Wärmeaustausch vorbeigeführt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der entspannte gasförmige Brennstoff zum Kühlen von verdichteter Verbrennungsluft verwendet wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der entspannte gasförmige Brennstoff unmittelbar nach dem Druckregelmodul (9) für einen Wärmeaustausch mit der Verbrennungsluft an der Luftzufuhrleitung (7) vorbeigeführt wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der im Druckregelmodul (9) entspannte gasförmige Brennstoff bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine durch das Vorbeiführen an der Verbrennungsluft erwärmt wird.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ITRM20110374A1 (it) * 2011-07-18 2013-01-19 Icomet Spa Alimentazione a doppio carburante gpl/diesel per motori a scoppio
CN109715921A (zh) * 2016-08-15 2019-05-03 汉堡-哈尔堡工业大学 用于燃气发动机或双燃料发动机的气体输送方法以及为此的气体供应装置

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010034227A1 (de) * 2010-08-07 2012-02-09 Daimler Ag Verbrennungskraftmaschine, insbesondere für einen Kraftwagen
CN103089406A (zh) * 2012-01-18 2013-05-08 摩尔动力(北京)技术股份有限公司 高效增压发动机
KR20150111047A (ko) * 2014-03-25 2015-10-05 두산인프라코어 주식회사 엔진
DE102016202612A1 (de) * 2016-02-19 2017-08-24 Volkswagen Aktiengesellschaft Brennkraftmaschine und Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2517367A1 (fr) * 1981-11-27 1983-06-03 Roger Claude Procede et dispositif pour ameliorer le rendement d'un groupe moto-compresseur
JPS6412060A (en) * 1987-07-02 1989-01-17 Aisan Ind Fuel feeding device of lp gas internal combustion engine
JPH04259652A (ja) * 1991-02-08 1992-09-16 Yanmar Diesel Engine Co Ltd 過給ガス機関
WO1995030083A1 (en) * 1994-04-28 1995-11-09 Citimotors, Inc. Natural gas powered engine with inlet air and natural gas temperature control
WO2005056992A1 (fr) * 2003-12-02 2005-06-23 Institut Francais Du Petrole Procede de controle d'un moteur suralimente, notamment d'un moteur a injection indirecte
JP2006125249A (ja) * 2004-10-27 2006-05-18 Toyota Motor Corp ガス燃料エンジンの冷却制御装置
DE102005025615A1 (de) * 2005-06-03 2006-12-07 Bayerische Motoren Werke Ag Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor mit aktiver Ansaugluftkühlung

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2517367A1 (fr) * 1981-11-27 1983-06-03 Roger Claude Procede et dispositif pour ameliorer le rendement d'un groupe moto-compresseur
JPS6412060A (en) * 1987-07-02 1989-01-17 Aisan Ind Fuel feeding device of lp gas internal combustion engine
JPH04259652A (ja) * 1991-02-08 1992-09-16 Yanmar Diesel Engine Co Ltd 過給ガス機関
WO1995030083A1 (en) * 1994-04-28 1995-11-09 Citimotors, Inc. Natural gas powered engine with inlet air and natural gas temperature control
WO2005056992A1 (fr) * 2003-12-02 2005-06-23 Institut Francais Du Petrole Procede de controle d'un moteur suralimente, notamment d'un moteur a injection indirecte
JP2006125249A (ja) * 2004-10-27 2006-05-18 Toyota Motor Corp ガス燃料エンジンの冷却制御装置
DE102005025615A1 (de) * 2005-06-03 2006-12-07 Bayerische Motoren Werke Ag Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor mit aktiver Ansaugluftkühlung

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ITRM20110374A1 (it) * 2011-07-18 2013-01-19 Icomet Spa Alimentazione a doppio carburante gpl/diesel per motori a scoppio
CN109715921A (zh) * 2016-08-15 2019-05-03 汉堡-哈尔堡工业大学 用于燃气发动机或双燃料发动机的气体输送方法以及为此的气体供应装置
CN109715921B (zh) * 2016-08-15 2022-02-25 汉堡-哈尔堡工业大学 气体输送方法以及气体供应装置

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