DE102004037971A1 - Verbrennungsmotor, insbesondere für Gasbetrieb - Google Patents

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Abstract

Gasbetriebener Verbrennungsmotor, der Folgendes aufweist: DOLLAR A - mindestens einen Zylinder, DOLLAR A - einen Einlasskanal, der über ein Einlassventil mit dem Zylinder verbunden ist, DOLLAR A - einen Auslasskanal, der über ein Auslassventil mit dem Zylinder verbunden ist, wobei über den Auslasskanal Abgas aus dem Zylinder abführbar ist, und DOLLAR A - ein Lufteinblasventil, über das Luft unmittelbar in den Zylinder einblasbar ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor, insbesondere für Gasbetrieb, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
  • Verbrennungsmotoren, die mit Gasen, wie z.B. Erdgas oder Wasserstoff, betrieben werden können, werden seit langem erforscht. Dabei lassen sich Motoren unterscheiden, die ausschließlich mit Gas betrieben werden und sogenannte bivalente Motoren, die wahlweise mit Gas oder Benzin bzw. Diesel betrieben werden. Hinsichtlich der Gemischbildung können Motoren unterschieden werden, bei denen die Gemischbildung im Saugrohr bzw. Einlasskanal erfolgt, was als "äußere Gemischbildung" bezeichnet wird. Ferner gibt es Motoren mit "innerer Gemischbildung", wobei sich das Brenngas und die für die Verbrennung erforderliche Luft erst im Zylinder miteinander vermischen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen Verbrennungsmotor für Gasbetrieb zu schaffen, der einen hohen Füllungsgrad aufweist.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Die Erfindung geht von einem Verbrennungsmotor, insbesondere für Gasbetrieb, aus, der einen bzw. mehrere Zylinder aufweist, wobei jedem Zylinder ein Einlasskanal mit einem darin angeordneten Einlassventil und ein Auslasskanal mit einem darin angeordneten Auslassventil zugeordnet ist. Der Kern der Erfindung besteht darin, dass zusätzlich ein "Lufteinblasventil" vorgesehen ist, über das Luft unmittelbar in den Zylinder eingeblasen werden kann. Das Lufteinblasventil mündet unmittelbar in den Zylinder.
  • Bei einem Motor mit äußerer Gemischbildung, d.h. mit Saugrohreinblasung, kann vorgesehen sein, dass über den Ansaugkanal ein Gemisch mit einem Lambdawert von λ < 1 angesaugt wird und dass das Luftverhältnis durch eine "nachträgliche" Direkteinblasung von Luft über das Lufteinblasventil optimal eingestellt wird. Durch das "nachträgliche" Einblasen von Luft verringert sich die Gefahr einer Rückzündung in den Ansaugtrakt, da erst im Brennraum, d.h. im Zylinder, ein zündfähiges Luft-Gasgemisch erreicht wird.
  • Bei einem Motor mit innerer Gemischbildung erreicht man durch eine Direkteinblasung von Luft eine höhere Gaskonzentration im Zylinder, d.h. eine höhere Energiedichte, was zu einer höheren spezifischen Leistung führt. Durch eine Direkteinblasung von Luft kann ferner die Zündkerze gekühlt werden, was vor allem bei einem bivalenten Motor das Betriebsverhalten des Motors bei Betrieb mit Flüssigkraftstoff wesentlich verbessert.
    •
  • Im Folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 ein Ausführungsbeispiel eines Motor gemäß der Erfindung mit äußerer Gemischbildung;
  • 2 ein Ausführungsbeispiel eines Motor gemäß der Erfindung mit innerer Gemischbildung; und
  • 3 ein Ausführungsbeispiel eines bivalenten Motors gemäß der Erfindung mit äußerer Gemischbildung.
  • 1 zeigt einen Verbrennungsmotor 1, der einen Zylinder 2 mit einem darin verschieblich angeordneten Kolben 3 aufweist. Ein Brennraum 4 des Zylinders 2 steht über ein Einlassventil 5 mit einem Einlasskanal 6 in Verbindung und über ein Auslassventil 7 mit einem Auslasskanal 8. Die Ventile 5, 7 sind in einem Zylinderkopf 9 angeordnet. In dem Zylinderkopf 9 ist ferner ein Lufteinblasventil 10 angeordnet, über das Luft unmittelbar in den Brennraum 4 einblasbar ist. Ein Eingang 11 des Lufteinblasventils 10 steht über eine Hochdruckleitung 12 mit einem Pufferspeicher 13 in Fluidverbindung. Ferner ist ein Verdichter 14 vorgesehen, der über einen Eingang 15 Luft ansaugt und dem Pufferspeicher 13 verdichtete Luft über eine Hochdruckleitung 16 und einen Kühler 17 zuführt.
  • Wie aus 1 ersichtlich ist, ist ein Kraftstoff- bzw. Brennstofftank 18 vorgesehen, der über eine Fluidleitung 19 mit einer Einspritzdüse 20 verbunden ist. In dem Kraftstoff- bzw. Brennstofftank kann z.B. flüssiger Wasserstoff gespeichert sein. Über die Einspritzdüse 20 kann Brennstoff bzw. Kraftstoff in den Einlasskanal 6 eingespritzt werden. Bei dieser Anordnung erfolgt die Gemischbildung außerhalb des Brennraums 4 im Ansaug- bzw. Einlasskanal 6. Durch Öffnen des Einlassventils 5 gelangt das Gemisch in den Brennraum 4.
  • Wie bereits angedeutet, kann über das Lufteinblasventil 10 zusätzlich Verbrennungsluft in den Brennraum 4 eingebracht werden. Das über das Einlassventil 5 in den Brennraum 4 eingebrachte Gemisch kann also "fett" sein und durch Vermischen mit der über das Lufteinblasventil 10 zusätzlich eingebrachten Luft auf ein optimales Luftverhältnis gemischt werden. Dadurch wird ein hoher Füllungsgrad und eine hohe spezifische Leistung erreicht.
  • 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit innerer Gemischbildung. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Einspritz- bzw. Einblasdüse 20' im Zylinderkopf 9 angeordnet. Der Kraftstoff wird also unmittelbar in den Brennraum 4 eingespritzt bzw. eingeblasen. Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel saugt eine Kraftstoffpumpe 21 Kraftstoff aus dem Tank 18 an. Das aus dem Tank angesaugte Gas, z.B. Wasserstoff, wird durch die Kraftstoffpumpe 21, die z.B. eine Kryopumpe sein kann, angesaugt, verdichtet, in einem Kühler 22 gekühlt und einem Pufferspeicher 23 zugeführt, der mit einem Eingang 24 der Einspritz- bzw. Einblasdüse 20' verbunden ist.
  • Bei dem in 2 gezeigten Motor kann es sich entweder um einen gasbetriebenen Motor, einen Benzinmotor oder einen Dieselmotor handeln, wobei im Tank 18 entsprechend Gas, z.B. Wasserstoff, Benzin oder Diesel gespeichert ist.
  • 3 zeigt einen bivalenten Motor mit äußerer Gemischbildung. Der Motor ist also wahlweise mit Gas, z.B. Wasserstoff oder Flüssigtreibstoff, wie Benzin oder Diesel, betreibbar. Ein Gastank 18 ist mit der Einspritzdüse 20 verbunden. Über die Einspritzdüse 20 kann Gas in den Einlasskanal 6 eingespritzt werden. Es findet also eine äußere Gemischbildung statt. Zusätzlich kann über das Lufteinblasventil 10 Luft in den Brennraum 4 eingeblasen werden. Über die Kraftstoffpumpe 21, den Kühler 22, den Pufferspeicher 23 und die Einspritzdüse 20' kann Flüssigkraftstoff in den Brennraum 4 eingespritzt werden.

Claims (8)

  1. Gasbetriebener Verbrennungsmotor, der folgendes aufweist: – mindestens einen Zylinder (2), – einen Einlasskanal (6), der über ein Einlassventil (5) mit dem Zylinder (2) verbunden ist, – einen Auslasskanal (8), der über ein Auslassventil (7) mit dem Zylinder verbunden ist, wobei über den Auslasskanal (8) Abgas aus dem Zylinder abführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lufteinblasventil (10) vorgesehen ist, über das Luft unmittelbar in den Zylinder (2) einblasbar ist.
  2. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, wobei eine Einspritzdüse (20) vorgesehen ist, über die Brenngas in den Einlasskanal (6) einspritzbar ist.
  3. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei eine Einspritzdüse (20') vorgesehen ist, über die Brennstoff unmittelbar in den Zylinder (2) einspritzbar ist.
  4. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Verdichter (14) vorgesehen ist, der Frischluft ansaugt und verdichtet, wobei verdichtete Luft an einem Eingang (11) des Lufteinblasventils (10) ansteht.
  5. Verbrennungsmotor nach Anspruch 4, wobei zwischen dem Verdichter (14) und dem Lufteinblasventil (10) ein Luftspeicher (13) angeordnet ist.
  6. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei zwischen dem Verdichter (14) und dem Lufteinblasventil (10) eine Kühleinrichtung (17) zum Abkühlen der verdichteten Luft angeordnet ist.
  7. Verbrennungsmotor nach Anspruch 6, wobei die Kühleinrichtung (17) zwischen dem Verdichter (14) und dem Luftspeicher (13) angeordnet ist.
  8. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei eine Kraftstoffeinspritzdüse (20') vorgesehen ist, über die flüssiger Kraftstoff unmittelbar in den Zylinder (2) einspritzbar ist.
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