WO2012159923A1 - Zweistoffbrennkraftmaschine - Google Patents

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WO2012159923A1 PCT/EP2012/058968 EP2012058968W WO2012159923A1 WO 2012159923 A1 WO2012159923 A1 WO 2012159923A1 EP 2012058968 W EP2012058968 W EP 2012058968W WO 2012159923 A1 WO2012159923 A1 WO 2012159923A1
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    • Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Definitions

  • the invention relates to a dual-fuel internal combustion engine, in particular large engine for watercraft, which is operable in a first operating range with a particular gaseous first fuel and in a second operating range with a self-igniting second fuel, wherein in the first operating range of the first fuel by a pilot fuel formed by the first fuel can be ignited in the combustion chamber, with at least one cylinder for a reciprocating piston, in whose combustion chamber at least one injection device for injecting the first fuel opens. Furthermore, the invention relates to a method for operating this dual-fuel internal combustion engine.
  • the propulsion engines for ships formed by large combustion engines are often designed as dual-fuel internal combustion engines, where in emission-restricted areas a low-emission gaseous first fuel, such as methane, LPG, or the like and offshore areas, a cheaper sulfur-rich second fuel, for example Diesel fuel is used.
  • the second fuel is used in operating areas in which the gaseous first fuel is used as the main fuel, as a pilot fuel for the first fuel.
  • the amount of second fuel injected must be limited to a maximum of 5% of the design fuel quantity.
  • Cam-driven injection systems have problems to allow for these low injection quantities a stable and reproducible injection with a full range of operating covering single injector, since the injector needles is only partially opened in low load ranges and thus can occur by ballistic effects of the nozzle needle strong variations in the injection quantities ,
  • there are relatively large tolerance ranges for different fuel pumps The deviations in the delivered fuel quantity can thus be greater than the actually injected fuel quantities (1% to 2%), which can lead to a fluctuation of the injected fuel quantities between 0% and 5%.
  • the object of the invention is to achieve the simplest possible way stable and reproducible ⁇ minimum ignition injection quantities in dual-fuel internal combustion engines.
  • the injection device is designed as a two-stage injector with a nozzle needle having at least two stroke areas for injecting a single fuel, namely the second fuel, the first stroke range being associated with the first operating range and the second stroke range being associated with the second operating range wherein the second fuel in the first operating range with a first injection pressure and in the second operating range with a second injection pressure in the combustion chamber is injectable, wherein the stroke range of the nozzle needle in the second operating range is greater than in the first operating range.
  • the needle stroke is at most 25% of the maximum needle stroke of the second stroke range and the injected fuel quantity in the first stroke range is 1% to 2% of the maximum fuel in the second stroke range
  • the first stroke range can be defined by a stroke in the direction of the nozzle needle, spring-loaded by the first closing spring first stop and the second stroke range defined by a housing-fixed stop.
  • the second fuel pilot fuel can be injected in extremely small quantities as a pilot fuel for a gaseous first fuel in the first operating range or as the sole main fuel in the second operating range via a single injection device.
  • a further ignition device can be saved with it.
  • the ignition fuel serves to ignite the gaseous second fuel, which is introduced into the combustion chamber via at least one gas injection device.
  • FIG. 1 shows an injection device of a dual-fuel internal combustion engine according to the invention in a first embodiment in a longitudinal section;
  • FIG. 2 shows detail II of this injection device from FIG. 1;
  • FIG. 3 shows an injection device of an internal combustion engine according to the invention in a longitudinal section in a second embodiment variant
  • FIG. 4 shows a needle lift injection pressure diagram of the injection device according to the invention
  • Fig. 5 is a needle lift camshaft angle diagram
  • Fig. 6 is another needle lift camshaft angle diagram
  • Fig. 7 is a fuel quantity pump stroke diagram
  • Fig. 8 shows schematically a cylinder of an internal combustion engine according to the invention in a longitudinal section.
  • the in Fig. 8 schematically indicated Zweistoffbrennkraftma- machine 14, for example, a large motor for driving a watercraft, has one or more cylinders 15, each with an oscillating piston 18.
  • the dual-fuel internal combustion engine 14 can be operated with a, for example, gaseous first fuel, such as methane or LPG, which can be ignited by a pilot fuel, for example diesel fuel, formed by a second fuel.
  • a second operating range OP2 the dual-fuel internal combustion engine 14 is operated only with the second fuel.
  • Per cylinder 15 is at least a two-stage injector 1 is provided, in the housing 2, a nozzle needle 3 is arranged axially displaceable.
  • the nozzle needle 3 is adjacent to a pressure chamber 4, in which a pressure line 5 opens for the introduction of a fuel.
  • the nozzle needle 3 is pressed by a first closing spring 6 against the needle seat 8, wherein the first spring 6 acts on a spring plate 7. If the fuel pressure p in the pressure line 5 and thus in the pressure chamber 4 is increased, then the nozzle needle 3 is deflected in the opening direction and executes a needle stroke h in a first stroke range hi.
  • the nozzle needle 3 rests against the first stop 9 formed by a plate, which is loaded by a second closing spring 10 in the closing direction. In this position, the nozzle needle 3 lifts slightly from the valve seat 8, whereby a defined Zündkraftstoffmenge machine enters through the nozzle holes 11 in the combustion chamber 16 of a cylinder 15 of the two-fuel internal combustion engine 14.
  • a gaseous second fuel can be ignited in the combustion chamber 16, which is introduced by a separate blowing device 17 into the combustion chamber 16.
  • the nozzle needle 3 remains in the limited by the first stop 9 position at the end of the first stroke range u to the end of the injection. However, if the fuel pressure p is increased, the nozzle needle 3 is raised further and also deflects the stop 9 against the force of the second spring 10 until the first stop 9 abuts against a second stop 12 formed by the housing 2.
  • the maximum stroke of the second stroke range h 2 is thus defined by the maximum deflection of the first stop 9, and thus by the second stop 12.
  • the maximum stroke h max of the nozzle needle 3 is thus composed of the sum of the first stroke range hi and the second stroke range h 2 .
  • first and second closing springs 6, 10 are arranged concentrically with each other, wherein the first closing spring 6 is positioned within the second closing spring 10. This allows a very short length of the two-stage injector. 1
  • Fig. 3 shows a second embodiment of the two-stage injector 1, wherein the first and second closing spring 6, 10 are arranged one after the other in the axial direction.
  • This embodiment allows a very slim design of the two-stage injector 1. It differs from the embodiment shown in FIGS. 1 and 2 essentially in that the first closing spring 6 acts on the nozzle needle 3 via a pressure pin 13.
  • Fig. 4 the relationship between the needle stroke h and the injection pressure p is shown. From a first injection pressure pi, the injection needle 3 begins to open. NEN and is deflected by the injection pressure p until the nozzle needle 3 rests against the first stop 9.
  • the first valve lift hi is normally between about 5% and 25% of the maximum stroke h max of the nozzle needle 3 and determines the throttling action of the fuel during the ignition injection in the first operating range.
  • the needle stroke h is plotted against the cam angle ⁇ for a dual-fuel internal combustion engine with a conventional continuously variable injector and for a dual-fuel internal combustion engine 14 according to the invention with a two-stage two-stage injector 1 for the first operating range OPl, the lines A being the situation in a known dual-fuel internal combustion engine and line B show the situation with a dual-fuel internal combustion engine 14 according to the invention.
  • the diagram shows very well the fluctuations in the needle stroke h of the nozzle needle in standard injectors A due to the inertia of the nozzle needle at partial load.
  • FIG. 6 shows a needle stroke h camshaft angle ⁇ diagram for the second operating range OP2.
  • a further advantage of using a two-stage injector 1 is that the delivery rate FD applied via the delivery stroke DS of the fuel pump is flattened in the first stroke range hi of the nozzle needle 3 in comparison with a conventional single-stage injection device (curve A).
  • curve A a conventional single-stage injection device
  • tolerance-related differences between different fuel pumps have a significantly lower effect on the delivery rate FD than with conventional single-stage injection devices.
  • a reduction of the amount of fuel to 2% of the full load amount can cause large differences between the fuel pumps in the partial load range, which also cause large differences in the injected Kraftstoffm tight.
  • This variation particularly affects the uniform distribution of the fuel between different cylinders 15 in the first operating range OP1. in part, which can lead to misfires.
  • a reduction in the sensitivity of the amount of fuel FD to the delivery stroke DS therefore has an advantageous effect on the uniform distribution of the fuel between different cylinders 15.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zweistoffbrennkraftmaschine (14), insbesondere Grossmotor für Wasserfahrzeuge, welche in einem ersten Betriebsbereich (OP1) mit einem insbesondere gasförmigen ersten Kraftstoff und in einem zweiten Betriebsbereich (OP2) mit einem selbstzündenden zweiten Kraftstoff betreibbar ist, wobei im ersten Betriebsbereich (OP1) der erste Kraftstoff durch einen durch den ersten Kraftstoff gebildeten Zündkraftstoff im Brennraum (16) zündbar ist, mit zumindest einem Zylinder (15) für zumindest einen hin- und hergehenden Kolben (18), in dessen Brennraum (16) zumindest eine Einspritzeinrichtung zum Einspritzen des ersten Kraftstoffes einmündet. Um auf möglichst einfache und platzsparende Weise die Emissionen zu vermindern, ist vorgesehen, dass die Einspritzeinrichtung als Zweistufen-Injektor (1) mit einer zumindest zwei Hubbereiche (h1, h2) aufweisenden Düsennadel (3) zum Einspritzen eines einzigen Kraftstoffes, und zwar des zweiten Kraftstoffes, ausgebildet ist, wobei der erste Hubbereich (h1) dem ersten Betriebsbereich (OP1) und der zweite Hubbereich (h2) dem zweiten Betriebsbereich (OP2) zugeordnet ist, wobei der zweite Kraftstoff im ersten Betriebsbereich (OP1) mit zumindest einem ersten Einspritzdruck (p1) und im zweiten Betriebsbereich (OP2) mit zumindest einem zweiten Einspritzdruck (p2) in den Brennraum (16) einspritzbar ist, und wobei der Hubbereich (h1, h2) der Düsennadel (3) im zweiten Betriebsbereich (OP2) grösser ist als im ersten Betriebsbereich (OP1).

Description

Zweistoffbrennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft eine Zweistoffbrennkraftmaschine, insbesondere Großmotor für Wasserfahrzeuge, welche in einem ersten Betriebsbereich mit einem insbesondere gasförmigen ersten Kraftstoff und in einem zweiten Betriebsbereich mit einem selbstzündenden zweiten Kraftstoff betreibbar ist, wobei im ersten Betriebsbereich der erste Kraftstoff durch einen durch den ersten Kraftstoff gebildeten Zündkraftstoff im Brennraum zündbar ist, mit zumindest einem Zylinder für einen hin- und hergehenden Kolben, in dessen Brennraum zumindest eine Einspritzeinrichtung zum Einspritzen des ersten Kraftstoffes einmündet. Weiters betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben dieser Zweistoffbrennkraftmaschine.
Aufgrund von strengeren Abgasvorschriften für Wasserfahrzeuge werden die durch Großbrennkraftmaschinen gebildete Antriebsmotoren für Schiffe häufig als Zweistoffbrennkraftmaschinen ausgebildet, wobei in emissionsbeschränkten Gebieten ein emissionsarmer gasförmiger erster Kraftstoff, beispielweise Methan, Flüssiggas (LPG), oder ähnliches und in küstenfernen Gebieten ein kostengünstiger schwefelreicherer zweiter Kraftstoff, beispielsweise Dieselkraftstoff, eingesetzt wird . Der zweite Kraftstoff dient dabei in Betriebsbereichen, in denen der gasförmige erste Kraftstoff als Hauptkraftstoff eingesetzt wird, auch als Zündkraftstoff für den ersten Kraftstoff. Um strenge Abgasvorschriften in küstennahen Regionen zu erfüllen, muss dabei die Menge des eingespritzten zweiten Kraftstoffes auf maximal 5% der Auslegungskraftstoffmenge beschränkt werden. Nockengetriebene Einspritzsysteme haben allerdings Probleme, für diese niedrigen Einspritzmengen eine stabile und reproduzierbare Einspritzung mit einer das gesamte Betriebsspektrum abdeckenden einzigen Einspritzeinrichtung zu ermöglichen, da die Einspritzdüsennadeln in niedere Lastbereichen nur teilweise geöffnet wird und somit durch ballistische Effekte der Düsennadel starke Variationen bei den Einspritzmengen auftreten können. Dazu kommen relativ große Toleranzbereiche bei unterschiedlichen Kraftstoffpumpen. Die Abweichungen in den gelieferten Kraftstoffmenge können somit größer sein, als die tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmengen (1% bis 2%), was zu einer Schwankung der eingespritzten Kraftstoffmengen zwischen 0% und 5% führen kann.
Um dieses aufgezeigte Problem zu vermeiden, ist es bekannt, bei Zweistoffbrennkraftmaschine für den auf niedrige Emissionen abzielenden Betriebs mit dem ersten emissionsarmen Kraftstoff zusätzlich zu einer Haupteinspritzeinrichtung für den im zweiten Betriebsbereich als Hauptkraftstoff dienenden zweiten Kraftstoff eine weitere Zündeinspritzeinrichtung pro Zylinder zur Einspritzung des Zündkraftstoffes oder gar ein zweites Zündeinspritzsystem zu verwenden, mit welchem sich äußerst geringe Kraftstoffeinspritzmengen im ersten Betriebbereich zum Zünden des gasförmigen ersten Kraftstoffes einbringen lassen. Dadurch kann eine stabile und reproduzierbare Einspritzung des Zündkraftstoffes im Bereich zwischen 1% bis 2% der Auslegungskraftstoffmenge verwirklicht werden, allerdings ist der konstruktive Aufwand für die Maßnahmen sehr hoch, kostenintensiv und platzaufwendig.
Aufgabe der Erfindung ist es, auf möglichst einfache Weise stabile und reprodu¬ zierbare minimale Zündeinspritzmengen bei Zweistoffbrennkraftmaschinen zu erreichen.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass die Einspritzeinrichtung als Zweistufen-Injektor mit einer zumindest zwei Hubbereiche aufweisenden Düsennadel zum Einspritzen eines einzigen Kraftstoffes, und zwar des zweiten Kraftstoffes, ausgebildet ist, wobei der erste Hubbereich dem ersten Betriebsbereich und der zweite Hubbereich dem zweiten Betriebsbereich zugeordnet ist, wobei der zweite Kraftstoff im ersten Betriebsbereich mit einem ersten Einspritzdruck und im zweiten Betriebsbereich mit einem zweiten Einspritzdruck in den Brennraum einspritzbar ist, wobei der Hubbereich der Düsennadel im zweiten Betriebsbereich größer ist als im ersten Betriebsbereich.
Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass im ersten Hubbereich der Nadelhub höchstens 25% des maximalen Nadelhubes des zweiten Hubbereichs und die eingespritzte Kraftstoffmenge im ersten Hubbereich 1% bis 2% des maximalen Kraftstoffes im zweiten Hubbereich beträgt
Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn auf die Düsennadel in Abhängigkeit des Nadelhubes abgestuft zwei Schließfedern einwirken, wobei während des ersten Hubbereiches nur eine erste Schließfeder und während des zweiten Hubbereiches beide Schließfedern auf die Düsennadel einwirken. Der erste Hubbereich kann dabei durch einen in Hubrichtung der Düsennadel verschiebbaren, durch die erste Schließfeder federbelasteten ersten Anschlag und der zweite Hubbereich durch einen gehäusefesten Anschlag definiert sein.
Somit kann über eine einzige Einspritzeinrichtung der zweite Kraftstoff Zündkraftstoff in äußerst geringen Mengen als Zündkraftstoff für einen gasförmigen ersten Kraftstoff im ersten Betriebsbereich oder als alleiniger Hauptkraftstoff im zweiten Betriebsbereich eingespritzt werden. Eine weitere Zündeinrichtung kann damit eingespart werden. Während des ersten Betriebsbereiches dient der Zündkraftstoff dabei zum Zünden des gasförmigen zweiten Kraftstoffes, welcher über zumindest eine Gaseinblaseeinrichtung in den Brennraum eingebracht wird.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen :
Fig. 1 eine Einspritzeinrichtung einer erfindungsgemäßen Zweistoffbrenn- kraftmaschine in einer ersten Ausführungsvariante in einem Längsschnitt;
Fig. 2 das Detail II dieser Einspritzeinrichtung aus Fig. 1;
Fig. 3 eine Einspritzeinrichtung einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in einem Längsschnitt in einer zweiten Ausführungsvariante;
Fig. 4 ein Nadelhub-Einspritzdruckdiagramm der erfindungsgemäßen Einspritzeinrichtung ;
Fig. 5 ein Nadelhub-Nockenwellenwinkel-Diagramm;
Fig. 6 ein weiteres Nadelhub-Nockenwellenwinkel-Diagramm;
Fig. 7 ein Kraftstoffmengen-Pumpenhub-Diagramm; und
Fig. 8 schematisch eine Zylinder einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in einem Längsschnitt.
Die in Fig . 8 schematisch angedeutete erfindungsgemäße Zweistoffbrennkraftma- schine 14, beispielsweise ein Großmotor für den Antrieb eines Wasserfahrzeuges, weist einen oder mehrere Zylinder 15 mit jeweils einen oszillierenden Kolben 18 auf. In einem emissionsarmen ersten Betriebsbereich OP1 ist die Zweistoffbrenn- kraftmaschine 14 mit einem beispielsweise gasförmigen ersten Kraftstoff -etwa Methan oder LPG - betreibbar, der durch einen durch einen zweiten Kraftstoff gebildeten Zündkraftstoff - beispielsweise Dieselkraftstoff - gezündet werden kann. In einem zweiten Betriebsbereich OP2 wird die Zweistoffbrennkraftma- schine 14 nur mit dem zweiten Kraftstoff betrieben.
Pro Zylinder 15 ist zumindest ein Zweistufen-Injektor 1 vorgesehen, in dessen Gehäuse 2 eine Düsennadel 3 axial verschiebbar angeordnet ist. Die Düsennadel 3 grenzt an einen Druckraum 4, in welchen eine Druckleitung 5 zur Einbringung eines Kraftstoffes einmündet. Die Düsennadel 3 wird durch eine erste Schließfeder 6 gegen den Nadelsitz 8 gedrückt, wobei die erste Feder 6 auf einen Federteller 7 einwirkt. Wird der Kraftstoffdruck p in der Druckleitung 5 und somit im Druckraum 4 erhöht, so wird die Düsennadel 3 in Öffnungsrichtung ausgelenkt und führt einen Nadelhub h in einem ersten Hubbereich hi aus. Am Ende des ersten Hubbereiches hi liegt die Düsennadel 3 am durch eine Platte gebildeten ersten Anschlag 9 an, welcher durch eine zweite Schließfeder 10 in Schließrichtung belastet wird. In dieser Stellung hebt die Düsennadel 3 geringfügig vom Ventilsitz 8 ab, wodurch eine definierte Zündkraftstoffmenge durch die Düsenbohrungen 11 in den Brennraum 16 eines Zylinders 15 der Zweistoffbrennkraft- maschine 14 eintritt. Durch den Zündkraftstoff kann ein gasförmiger zweiter Kraftstoff im Brennraum 16 gezündet werden, welcher durch eine separate Einblaseeinrichtung 17 in den Brennraum 16 eingebracht wird.
Wenn der Kraftstoffdruck p nicht weiter erhöht wird, so verbleibt die Düsennadel 3 in der durch den ersten Anschlag 9 begrenzten Stellung am Ende des ersten Hubbereiches u bis zum Ende der Einspritzung. Wenn der Kraftstoffdruck p allerdings erhöht wird, so wird die Düsennadel 3 weiter angehoben und lenkt auch den Anschlag 9 entgegen der Kraft der zweiten Feder 10 aus, bis der erste Anschlag 9 an einem durch das Gehäuse 2 gebildeten zweiten Anschlag 12 anliegt. Der größtmögliche Hub des zweiten Hubbereiches h2 wird somit durch die maximale Auslenkung des ersten Anschlages 9, und somit durch den zweiten Anschlag 12 definiert. Der maximale Hub hmax der Düsennadel 3 setzt sich somit aus der Summe des ersten Hubbereiches hi und des zweiten Hubbereiches h2 zusammen. In dieser maximalen Öffnungsstellung der Düsennadel 3 wird der Durchfluss des Kraftstoffes nicht mehr durch den Spalt zwischen der Düsennadel 3 und dem Ventilsitz 8, sondern nur mehr durch den Querschnitt der Düsenöffnungen 11 definiert. Am Ende der Einspritzung fällt der Kraftstoffdruck p rasch ab, wodurch die Düsennadel 3 durch zuerst durch beide Schließfedern 6, 10, gegen Ende der Schließbewegung nur mehr durch die erste Schließfeder 6 gegen den Ventilsitz 8 gedrückt wird.
Bei der in den Fig. 1 und Fig . 2 dargestellten ersten Ausführungsvariante sind erste und zweite Schließfeder 6, 10 konzentrisch zueinander angeordnet, wobei die erste Schließfeder 6 innerhalb der zweiten Schließfeder 10 positioniert ist. Dies erlaubt eine sehr kurze Baulänge des Zweistufen-Injektors 1.
Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsvariante des Zweistufen-Injektors 1, wobei erste und zweite Schließfeder 6, 10 in axialer Richtung nacheinander angeordnet sind. Diese Ausführung erlaubt eine sehr schlanke Bauweise des Zweistufen-Injektors 1. Sie unterscheidet sich von der in den Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten Ausführung im Wesentlichen dadurch, dass die erste Schließfeder 6 über einen Druckstift 13 auf die Düsennadel 3 einwirkt.
In Fig. 4 ist die Beziehung zwischen dem Nadelhub h und dem Einspritzdruck p dargestellt. Ab einem ersten Einspritzdruck pi beginnt die Einspritznadel 3 zu öff- nen und wird durch den Einspritzdruck p ausgelenkt, bis die Düsennadel 3 am ersten Anschlag 9 anliegt. Der erste Ventilhub hi beträgt normalerweise zwischen etwa 5% und 25% des maximalen Hubes hmax der Düsennadel 3 und bestimmt die Drosselwirkung des Kraftstoffes während der Zündeinspritzung im ersten Betriebsbereich.
In Fig. 5 ist der Nadelhub h über dem Nockenwinkel α für eine Zweistoffbrennkraftmaschine mit einer herkömmlichen stufenlosen Einspritzeinrichtung und für eine erfindungsgemäße Zweistoffbrennkraftmaschine 14 mit einem zweistufige Zweistufen-Injektor 1 für den ersten Betriebsbereich OPl aufgetragen, wobei die Linien A die Situation bei einer bekannten Zweistoffbrennkraftmaschine und die Linie B die Situation bei einer erfindungsgemäßen Zweistoffbrennkraftmaschine 14 zeigen. Aus dem Diagramm gehen sehr gut die Schwankungen im Nadelhub h der Düsennadel bei Standardeinspritzeinrichtungen A aufgrund der Massenträgheit der Düsennadel bei Teillast hervor. Durch Beschränkung des Nadelhubes h im ersten Betriebsbereich OPl kann die Einspritzung stabilisiert werden, was zu guter Reproduzierbarkeit der Einspritzmengen führt. Ein Nebeneffekt, dass die Einspritzdauer für die selbst Einspritzmenge erhöht wird.
Fig. 6 zeigt ein Nadelhub h -Nockenwellenwinkel α -Diagramm für den zweiten Betriebsbereich OP2. Daraus ist erkennbar, dass die Hubkurve der erfindungsgemäßen Zweistoffbrennkraftmaschine 14 mit zweistufigel Einspritzeinrichtung 1 (Kurve B) sich nicht allzu sehr von der Hubkurve einer konventionellen Zweistoffbrennkraftmaschine mit stufenloser Einspritzeinrichtung unterscheidet (Kurve A). Da der Einspritzdruck p beim Umschalten zwischen dem ersten und zweiten Betriebsbereich OPl, OP2 schnell genug ansteigt, kann die erste Stufe bzw. der erste Hubbereich hi der zweistufigen Einspritzeinrichtung 1 rasch genug durchfahren werden, ohne dass Nachteile für den Betrieb der Brennkraftma¬ schine auftreten.
Ein weiterer Vorteil der Verwendung eines Zweistufen-Injektors 1 ist, dass die über den Förderhub DS der Kraftstoffpumpe aufgetragene Fördermenge FD im ersten Hubbereich hi der Düsennadel 3 im Vergleich zu einer konventionellen einstufigen Einspritzeinrichtung (Kurve A) abgeflacht ist. Dadurch wirken sich toleranzbedingte Unterschiede zwischen verschiedenen Kraftstoffpumpen wesentlich geringer auf die Fördermenge FD aus als bei konventionellen einstufigen Einspritzeinrichtungen. Bei konventionellen Einspritzeinrichtungen kann im Teillastbereich eine Reduzierung der Kraftstoffmenge auf 2% der Volllastmenge große Unterschiede zwischen den Kraftstoffpumpen bewirken, welche weiters große Unterschiede in den eingespritzten Kraftstoffm engen hervorrufen. Diese Variation wirkt sich insbesondere auf die Gleichverteilung des Kraftstoffes zwischen verschiedenen Zylindern 15 im ersten Betriebsbereich OPl äußerst nach- teilig aus, was zu Fehlzündungen führen kann. Eine Verminderung der Empfindlichkeit der Fördemenge FD auf den Förderhub DS wirkt sich daher vorteilhaft auf die Gleichverteilung des Kraftstoffes zwischen verschiedenen Zylindern 15 aus.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Zweistoffbrennkraftmaschine (14), insbesondere Großmotor für Wasserfahrzeuge, welche in einem ersten Betriebsbereich (OP1) mit einem insbesondere gasförmigen ersten Kraftstoff und in einem zweiten Betriebsbereich (OP2) mit einem selbstzündenden zweiten Kraftstoff betreibbar ist, wobei im ersten Betriebsbereich (OP1) der erste Kraftstoff durch einen durch den ersten Kraftstoff gebildeten Zündkraftstoff im Brennraum (16) zündbar ist, mit zumindest einem Zylinder (15) für zumindest einen hin- und hergehenden Kolben (18), in dessen Brennraum (16) zumindest eine Einspritzeinrichtung zum Einspritzen des ersten Kraftstoffes einmündet, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzeinrichtung als Zweistufen-Injektor (1) mit einer zumindest zwei Hubbereiche (hi, h2) aufweisenden Düsennadel (3) zum Einspritzen eines einzigen Kraftstoffes, und zwar des zweiten Kraftstoffes, ausgebildet ist, wobei der erste Hubbereich (hi) dem ersten Betriebsbereich (OP1) und der zweite Hubbereich (h2) dem zweiten Betriebsbereich (OP2) zugeordnet ist, wobei der zweite Kraftstoff im ersten Betriebsbereich (OP1) mit zumindest einem ersten Einspritzdruck (pi) und im zweiten Betriebsbereich (OP2) mit zumindest einem zweiten Einspritzdruck (p2) in den Brennraum (16) einspritzbar ist, und wobei der Hubbereich (hi, h2) der Düsennadel (3) im zweiten Betriebsbereich (OP2) größer ist als im ersten Betriebsbereich (OP1).
2. Zweistoffbrennkraftmaschine (14) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Hubbereich (hi) der Nadelhub (h) höchstens 25% des maximalen Nadelhubes (hmax) des zweiten Hubbereichs (h2) beträgt.
3. Zweistoffbrennkraftmaschine (14) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Hubbereich (hi) der Durchfluss maximal 1% bis 2% des maximalen Durchflusses im zweiten Hubbereich (h2) beträgt.
4. Zweistoffbrennkraftmaschine (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Düsennadel (3) in Abhängigkeit des Nadelhubes (h) abgestuft zwei Schließfedern (6, 10) einwirken, wobei während des ersten Hubbereiches (hi) nur die erste Schließfeder (6) auf die Düsennadel (3) einwirkt.
5. Zweistoffbrennkraftmaschine (14) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass während des zweiten Hubbereiches (hu, h2) beide Schließfedern (6, 10) auf die Düsennadel (3) einwirken.
6. Zweistoffbrennkraftmaschine (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Hubbereich (hi) durch einen in Hubrichtung der Düsennadel (3) verschiebbaren, durch die erste Schließfeder (6) federbelasteten ersten Anschlag (9) definiert ist.
7. Zweistoffbrennkraftmaschine (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Hubbereich (h2) durch einen gehäusefesten zweiten Anschlag (12) definiert ist.
8. Zweistoffbrennkraftmaschine (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in den Brennraum (16) zumindest ein Gaseinblaseventil (17) zur Zuführung des gasförmigen ersten Kraftstoffes einmündet.
9. Verfahren zum Betreiben einer Zweistoffbrennkraftmaschine (14), insbesondere eines Großmotors für Wasserfahrzeuge, welche in einem ersten Betriebsbereich (OPl) mit einem insbesondere gasförmigen ersten Kraftstoff und in einem zweiten Betriebsbereich (OP2) mit einem selbstzündenden zweiten Kraftstoff betrieben wird, wobei im ersten Betriebsbereich (OPl) der erste Kraftstoff durch einen durch den ersten Kraftstoff gebildeten Zündkraftstoff im Brennraum (16) gezündet wird, mit zumindest einem Zylinder (15) für zumindest einen hin- und hergehenden Kolben (18), in dessen Brennraum (16) zumindest eine Einspritzeinrichtung zum Einspritzen des ersten Kraftstoffes einmündet, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzeinrichtung als Zweistufen-Injektor (1) mit einer zwei Hubbereiche (hi( h2) aufweisenden Düsennadel (3) zum Einspritzen eines einzigen Kraftstoffes, und zwar des zweiten Kraftstoffes, ausgebildet ist, wobei der erste Hubbereich (h dem ersten Betriebsbereich (OPl) und der zweite Hubbereich (h2) dem zweiten Betriebsbereich (OP2) zugeordnet ist, wobei der zweite Kraftstoff im ersten Betriebsbereich (OPl) mit zumindest einem ersten Einspritzdruck (pi) und im zweiten Betriebsbereich (OP2) mit einem zweiten Einspritzdruck (p2) in den Brennraum (16) eingespritzt wird, und wobei der zweite Einspritzdruck (p2) größer ist als der erste Einspritzdruck (pi) und der Hubbereich (h2, hi) der Düsennadel (3) im zweiten Betriebsbereich (OP2) größer ist als im ersten Betriebsbereich (OPl).
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Hubbereich (hi) die Düsennadel (3) in einem Ausmaß von höchstens 25% des maximalen Nadelhubes (hmax) des zweiten Hubbereichs (h2) gehoben wird .
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Hubbereich (hi) maximal 1% bis 2% der maximale möglichen Kraftstoffmenge zweiten Hubbereichs (h2) eingespritzt wird .
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Düsennadel (3) in Abhängigkeit des Nadelhubes (h) abgestuft zwei Schließfedern (6, 10) einwirken, wobei während des ersten Hubbereiches (hi) nur eine erste Schließfeder (6), und wobei vorzugsweise während des zweiten Hubbereiches (h2) beide Schließfedern (6, 10) auf die Düsennadel (3) einwirken.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass während des ersten Betriebsbereiches (OP2) der gasförmige erste Kraftstoff über ein Einblaseventil (17) in den Brennraum (16) eingebracht wird .
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