DE102013013755A1

DE102013013755A1 - Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE102013013755A1
Application number: DE102013013755.1A
Authority: DE
Inventors: Torsten Dieler; Dirk Haase; Rüdiger Herweg
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2013-08-17
Filing date: 2013-08-17
Publication date: 2015-02-19

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer wenigstens einen Zylinder und einen in dem Zylinder relativ zu diesem translatorisch bewegbar aufgenommen Kolben aufweisenden, als Vier-Takt-Motor ausgebildeten und mit einem Hauptkraftstoff, welcher mittels einer Einspritzeinrichtung in den Zylinder einbringbar ist, betreibbaren Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, bei welchem wenigstens ein von dem Hauptkraftstoff unterschiedliches Zusatzmedium mittels der Einspritzeinrichtung der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine in den Zylinder durch wenigstens zwei zeitlich voneinander beabstandete Einspritzungen (26, 28) eingebracht wird, welche innerhalb eines Arbeitsspiels der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine durchgeführt werden, wobei die Einspritzungen (26, 28) jeweils zumindest teilweise in einem Bereich von einschließlich 380 Grad Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt (ZOT) des Kolbens bis einschließlich 80 Grad Kurbelwinkel nach dem oberen Zündtotpunkt (ZOT) des Kolbens durchgeführt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 8.
Aus dem Serienfahrzeugbau ist es bekannt, aufgeladene Verbrennungskraftmaschinen, welche beispielsweise als Hubkolben-Verbrennungskraftmaschinen und als Vier-Takt-Motor ausgebildet sind und jeweils wenigstens einen Turbolader zum Versorgen der zugehörigen Verbrennungskraftmaschine mit verdichteter Luft umfassen, bei hoher Last und hoher Leistung mit einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis (λ) zu betreiben, welches kleiner als 1 ist. Mit anderen Worten werden die Verbrennungskraftmaschine beziehungsweise ihr jeweiliges Gemisch bei hohen Lasten und hohen Leistungen angefettet. Hierdurch kann die Abgastemperatur unterhalb eines gewünschten Maximalwerts gehalten werden. Dieses Anfetten beeinträchtigt jedoch den Kraftstoffverbrauch. Diese Verbrennungskraftmaschinen werden üblicherweise mit einem flüssigen Kraftstoff betrieben.
Moderne Verbrennungskraftmaschinen werden nach dem sogenannten Downsizing-Prinzip ausgestaltet. Dies bedeutet, dass diese mit einer nur geringen Anzahl an Brennräumen beziehungsweise Zylindern sowie mit einem nur geringen Hubraum ausgestaltet werden, um die innere Reibung gering zu halten. Um dennoch hohe Drehmomente und Leistungen erzeugen zu können, wird wenigstens ein Abgasturbolader verwendet, um die Verbrennungskraftmaschine mit verdichteter Luft versorgen zu können. Hierdurch ist auch das sogenannte Downspeeding-Prinzip realisierbar, gemäß welchem die Verbrennungskraftmaschine vorzugsweise mit sehr geringen Drehzahlen betrieben wird, um dadurch den Kraftstoffverbrauch gering zu halten.
Ferner ist es bekannt, dass aufgeladene Verbrennungskraftmaschinen, welche üblicherweise auch als Turbomotoren bezeichnet werden, im Vergleich zu Saugmotoren ohne Turbolader üblicherweise eine niedrigere Verdichtung aufweisen, um bei hoher Last und Leistung betrieben werden zu können. Durch diese gegenüber Saugmotoren geringere Verdichtung wird dem sogenannten Klopfen und der Vorentflammung des Gemisches Rechnung getragen. Mit anderen Worten kann die Gefahr des Klopfens durch die geringe Verdichtung gering gehalten werden. Hierdurch wird aber der Wirkungsgrad im gesamten Betriebsbereich der Verbrennungskraftmaschine gegenüber einer höheren Verdichtung verschlechtert, so dass auch der Kraftstoffverbrauch in Teillastbereichen des Kennfelds verschlechtert wird.
Durch diese Verschlechterung des Wirkungsgrads kann das Einsparungspotential, welches sich durch das Downsizing- und das Downspeeding-Prinzip ergibt, nicht gänzlich genutzt werden. Darüber hinaus haben aufgeladene Verbrennungskraftmaschinen ein schlechteres Ansprechverhalten als Saugmotoren. Dies ist unter dem Namen „Turboloch” bekannt.
Darüber hinaus sind aus dem allgemeinen Stand der Technik sowie aus dem Serienfahrzeugbau hochaufgeladene Verbrennungskraftmaschinen bekannt, welche mehrere parallel oder in Reihe geschaltete Abgasturbolader umfassen. Hierbei kommt es in einem Übergangsbereich der Turbolader, in welchem beispielsweise von einem Betrieb eines der Abgasturbolader zum Betrieb eines anderen der Abgasturbolader umgeschaltet wird, zu hohen Abgasgegendrücken, die zu hohen Restgasraten in den Brennräumen der Verbrennungskraftmaschine führen. Daraus resultiert eine erhöhte Klopfneigung. Um dieser Klopfneigung entgegenzuwirken, ist ein Zündwinkelrückzug erforderlich, in dessen Rahmen ein Zündwinkel, bei dem ein Gemisch in einem Brennraum der Verbrennungskraftmaschine gezündet wird, verringert wird. Ein solcher Zündwinkelrückzug führt jedoch zu Drehmoment- und Wirkungsgradeinbußen.
Darüber hinaus sind Verbrennungskraftmaschinen bekannt, die mit Gas beziehungsweise einem gasförmigen Kraftstoff betrieben werden. Hierdurch können die CO₂-Emissionen gering gehalten werden. Derartige Gasmotoren weisen zudem den Vorteil auf, sehr klopffest zu sein. Nachteilig bei diesen Konzepten ist allerdings, dass in der Volllast keine Anfettung möglich ist, um die Abgastemperatur gering zu halten.
Die DE 10 2011 015 628 A1 offenbart nun ein Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine, welche mit einem Hauptkraftstoff betreibbar ist. Der Hauptkraftstoff ist dabei mittels einer Einspritzeinrichtung in wenigstens einen Brennraum der Verbrennungskraftmaschine einbringbar. Bei dem Verfahren ist es vorgesehen, dass wenigstens ein von dem Hauptkraftstoff unterschiedliches Zusatzmedium mittels der Einspritzeinrichtung in den Brennraum eingebracht wird. Bei diesem Zusatzmedium handelt es sich um Wasser. Dieses Zusatzmedium wird dabei zusätzlich zu dem Hauptkraftstoff in den Brennraum eingebracht, so dass in dem Brennraum sowohl der Hauptkraftstoff als auch das Zusatzmedium gleichzeitig aufgenommen sind. Durch das Einspritzen von Wasser in den Brennraum kann eine Reduzierung der Druckanstiege und eine Verminderung der Klopfneigung erreicht werden. Darüber hinaus können NO_x-Emissionen gering gehalten werden.
Schließlich ist aus der US 7 730 872 B2 ein Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine bekannt. Die Verbrennungskraftmaschine ist dabei als Vier-Takt-Motor und als Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ausgebildet und weist wenigstens einen Brennraum in Form eines Zylinders auf, in welchem ein Kolben aufgenommen ist. Der Kolben ist dabei relativ zum Zylinder translatorisch bewegbar und über ein Pleuel mit einer um eine Drehachse drehbaren Kurbelwelle der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine gelenkig gekoppelt.
Die Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ist dabei mit einem Hauptkraftstoff betreibbar, wobei der Hauptkraftstoff mittels einer Einspritzeinrichtung in den Zylinder einbringbar ist. Im Rahmen des Verfahrens wird ein von dem Hauptkraftstoff unterschiedliches Zusatzmedium mittels der Einspritzeinrichtung der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine in den Zylinder eingebracht. Dabei kann eine Mehrfacheinspritzung vorgesehen sein, welche während eines oder mehrerer Takte der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine durchgeführt wird. Mit anderen Worten ist es bei dem Verfahren vorgesehen, das Zusatzmedium durch wenigstens zwei zeitlich voneinander beabstandete Einspritzungen in den Zylinder einzubringen, wobei die wenigstens zwei Einspritzungen innerhalb eines Arbeitsspiels der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine durchgeführt werden. Ein solches Arbeitsspiel eines Vier-Takt-Motors erstreckt sich über 720° Kurbelwinkel, das heißt über zwei Umdrehungen der Kurbelwelle.
Das Zusatzmedium umfasst zumindest Wasser. Das Zusatzmedium kann dabei pures Wasser oder ein Gemisch sein, welches Wasser und Ethanol enthält. Insbesondere ist es möglich, das Zusatzmedium zusätzlich zum Hauptkraftstoff in den Zylinder einzuspritzen, so dass sowohl der Hauptkraftstoff als auch das Zusatzmedium gleichzeitig im Zylinder aufgenommen sind und beispielsweise an einer anschließenden Verbrennung im Zylinder teilnehmen. Durch das Einbringen des Zusatzmediums kann ein Betrieb der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine mit einem erhöhten Verdichtungsverhältnis ermöglicht werden bei gleichzeitiger Reduzierung der Klopfneigung.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders verbrauchsgünstiger Betrieb der Verbrennungskraftmaschine auch bei hoher Motorlast und Leistung sowie ein besonders gutes Ansprechverhalten der Verbrennungskraftmaschine realisierbar sind.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Um ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, mittels welchem sich ein besonders verbrauchsgünstiger Betrieb der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine auch bei hoher Motorlast und Leistung sowie ein besonders gutes Ansprechverhalten der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine realisieren lassen, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Einspritzungen des Zusatzmediums jeweils zumindest teilweise in einem Bereich von einschließlich 380° Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt des Kolbens bis einschließlich 80° Kurbelwinkel nach dem oberen Zündtotpunkt des Kolbens durchgeführt werden. Dies bedeutet, dass die wenigstens zwei Einspritzungen, welche im Rahmen einer Mehrfacheinspritzung des Zusatzmediums durchgeführt werden, teilweise, vorzugsweise überwiegend oder besonders vorzugsweise vollständig innerhalb des genannten Bereiches liegen.
Vorteilhafterweise werden die Einspritzungen jeweils zumindest teilweise in einem Bereich von einschließlich 380° Kurbelwinkel bis einschließlich 0° Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt des Kolbens durchgeführt. Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Einspritzungen jeweils zumindest teilweise in einem Bereich von einschließlich 380° Kurbelwinkel bis einschließlich 180° Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt des Kolbens durchgeführt werden. Durch die Einspritzungen des Zusatzmediums lässt sich gegenüber einem Betrieb der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ohne das Zusatzmedium eine erhebliche Verbrauchsreduktion auch und vor allem bei hoher Motorlast und hoher Motorleistung realisieren, da eine Anfettung zur Reduzierung der Abgastemperatur nicht erforderlich ist. Mit anderen Worten ist es auch bei hoher Last und hoher Leistung nicht erforderlich, die Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine mit einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das heißt mit einem in dem Zylinder herrschenden Verhältnis des Hauptkraftstoffs zu Luft von kleiner als 1 zu betreiben. Darüber hinaus kann der Kraftstoffverbrauch in niedrigen Lastbereichen durch die Realisierung einer höheren Grundverdichtung reduziert werden, da die Klopfneigung in der Volllast erheblich verringert wird. Durch die Einspritzungen des Zusatzmediums kann dessen Verdampfungsenthalpie zur Darstellung einer Innenkühlung des Zylinders genutzt werden, so dass die Klopfneigung beziehungsweise die Klopfgefahr gering gehalten werden kann.
Als Zusatzmedium wird ein Zusatzstoff oder ein Zusatzstoffgemisch verwendet, welcher beziehungsweise welches vorzugsweise eine hohe Verdampfungsenthalpie und/oder eine hohe Wärmekapazität aufweist. Das Zusatzmedium kann, muss aber nicht zwingend einen Heizwert aufweisen. Das Zusatzmedium kann ein inertes Medium sein.
Zum Einspritzen des Zusatzmediums kann die Einspritzeinrichtung wenigstens einen Injektor umfassen. Mittels des Injektors ist es beispielsweise möglich, das Zusatzmedium stromauf des Zylinders in ein Bauteil der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine einzuspritzen. Bei einer solchen Einspritzung des Zusatzmediums stromauf ist somit keine Direkteinspritzung vorgesehen. Bei einer solchen Einspritzung des Zusatzmediums stromauf des Zylinders wird das Zusatzmedium in den Zylinder strömender Luft beigemischt, so dass die in den Zylinder einströmende Luft das Zusatzmedium in den Zylinder transportiert beziehungsweise mitnimmt.
Bei einer solchen Einspritzung des Zusatzmediums stromauf des Zylinders kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das Zusatzmedium mittels des Injektors in einen stromauf des Zylinders angeordneten Einlasskanal eingespritzt wird, über den die Luft in den Zylinder einströmen kann. Durch die Einspritzung in den Einlasskanal kann das Zusatzmedium direkt vor wenigstens ein Einlassventil des Zylinders eingespritzt werden. Ein solcher Einlasskanal wird beispielsweise durch einen Zylinderkopf der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine gebildet. Ferner kann vorgesehen sein, dass das Zusatzmedium stromauf des Zylinders und stromauf des Einlasskanals in ein Saugrohr eingespritzt wird, wobei das Saugrohr von Luft, die dem Zylinder zugeführt wird, durchströmt wird.
Vorteilhafterweise ist eine Direkteinspritzung des Zusatzmediums vorgesehen. Dies bedeutet, dass das Zusatzmedium mittels des Injektors direkt in den Zylinder und nicht etwa stromauf oder stromab des Zylinders eingespritzt wird.
Die Einspritzung des Zusatzmediums kann, insbesondere bei einer Direkteinspritzung, lediglich saugsynchron oder auch schon bis zu 20° Kurbelwinkel vor dem unteren Totpunkt des Kolbens, das heißt in dem Bereich von einschließlich 380° Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt bis einschließlich 180° Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt erfolgen, nicht aber in den Kompressionshub, welcher sich in dem Bereich von einschließlich 180° Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt bis einschließlich 0° Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt des Kolbens erstreckt.
Bei einer entsprechend vorgesehenen Aufteilung einer in den Zylinder innerhalb des Arbeitsspiels einzubringenden Gesamtmenge des Zusatzmediums auf mehrere, zeitlich voneinander beabstandete Einspritzungen ist auch das Einspritzen in den Kompressionshub sinnvoll.
Hierbei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass eine erste Menge des Zusatzmediums, welche in einem Bereich von einschließlich 380° Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt bis einschließlich 180° Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt des Kolbens in den Zylinder eingebracht wird, größer ist als eine zweite Menge des Zusatzmediums, welche in einem Bereich von einschließlich 180° Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt bis einschließlich 0° Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt des Kolbens in den Zylinder eingebracht wird. Mit anderen Worten ist es hierbei vorzugsweise vorgesehen, dass die erste Menge, die saugsynchron eingespritzt beziehungsweise eingebracht wird, größer ist als die Menge, die in den Kompressionshub eingespritzt wird, insbesondere unabhängig davon, wie viele Einspritzungen des Zusatzmediums durchgeführt werden.
Der obere Zündtotpunkt wird üblicherweise auch als Zünd-OT oder als ZOT bezeichnet und ist der obere Totpunkt des Kolbens, den der Kolben im Rahmen des Takts „Verdichten und Zünden” erreicht.
Als das Zusatzmedium wird vorzugsweise ein flüssiges Zusatzmedium, das heißt eine Zusatzflüssigkeit verwendet. Das Zusatzmedium kann hierbei auf Wasser oder Ammoniak basieren. Mit anderen Worten enthält das Zusatzmedium Wasser und/oder Ammoniak. Ist das Zusatzmedium ein Stoffgemischt, welches Wasser oder Ammoniak enthält, so können Beimischungen von bis zu 50% anderer Stoffe möglich sein.
Um ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 8 angegebenen Art zu schaffen, mittels welchem sich ein besonders verbrauchsgünstiger Betrieb der Verbrennungskraftmaschine auch bei hohen Lasten und Leistungen sowie ein besonders gutes Ansprechverhalten der Verbrennungskraftmaschine realisieren lassen, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Zusatzmedium Ammoniak umfasst. Dadurch kann die vorteilhafte Verdampfungsenthalpie von Ammoniak genutzt werden, um eine Innenkühlung des Brennraums beziehungsweise des Zylinders ohne eine Anfettung zu realisieren.
Bei beiden erfindungsgemäßen Verfahren kann die jeweilige Verbrennungskraftmaschine wenigstens einen Turbolader, insbesondere einen Abgasturbolader, umfassen, mittels welchem die Verbrennungskraftmaschine mit verdichteter Luft versorgbar ist. Der Abgasturbolader umfasst dabei eine Turbine, welche von Abgas der Verbrennungskraftmaschine antreibbar ist. Durch die insbesondere zusätzliche Einspritzung des jeweiligen Zusatzmediums kann der Abgasmassenstrom an der Turbine erhöht werden. Darüber hinaus kann die Gaseigenschaft des Abgasmassenstroms insbesondere hinsichtlich der Wärmekapazität beeinflusst werden, so dass – ohne die Aufwendung von zusätzlichem Hauptkraftstoff, das heißt ohne Anfettung – die Leistung der Turbine erhöht und in der Folge ein besonders schnelles Anspringen des Abgasturboladers realisiert werden können. Der Abgasturbolader kann somit die Verbrennungskraftmaschine beziehungsweise den Zylinder (Brennraum) besonders gut und besonders schnell mit verdichteter Luft versorgen, so dass die Verbrennungskraftmaschine besonders schnell auf entsprechende Leistungs- beziehungsweise Drehmomentanforderungen reagieren und diese Anforderungen bereitstellen kann. Somit weist die Verbrennungskraftmaschine ein besonders gutes Ansprechverhalten auf.
Auch das bei niedrigen Drehzahlen von der Verbrennungskraftmaschine bereitstellbare Drehmoment kann durch die erfindungsgemäßen Verfahren angehoben werden, wobei die sogenannte Scavenging-Strategie mit einer großen Ventilüberschneidung nicht erforderlich ist. Eine solch große Ventilüberschneidung, die vermieden werden kann, kann zu einem Überspülen von Frischluft führen, was die Abgasnachbehandlung und die Emission in der Verbrennungskraftmaschine beeinträchtigen kann.
Sind mehrere Abgasturbolader und entsprechend mehrere Turbinen vorgesehen und ist ein entsprechender Übergangsbereich vorgesehen, in welchem von einem auf den anderen Abgasturbolader umgeschaltet wird, so kann durch die gezielte Applikation in einem solchen Übergangsbereich durch die Einspritzung beziehungsweise Einspritzungen des Zusatzmediums die Ladungsmenge im Zylinder (Brennraum) so beeinflusst werden, dass der in einem solchen Übergangsbereich üblicherweise erforderliche und eingangs geschilderte Zündwinkelrückzug sowie damit einhergehende Wirkungsgradverschlechterungen vermieden werden können.
Die erfindungsgemäßen Verfahren sind besonders vorteilhaft verwendbar bei Verbrennungskraftmaschinen, welche als Dieselmotoren, Ottomotoren, Diesottomotoren oder anderweitige Motoren, die mit einem flüssigen Hauptkraftstoff als dem Hauptkraftstoff betrieben werden, ausgebildet sind. Vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten erfindungsgemäßen Verfahrens sind als vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen und umgekehrt.
Die erfindungsgemäßen Verfahren sind besonders vorteilhaft bei Gasmotoren verwendbar, welche mit einem gasförmigen Kraftstoff als dem Hauptkraftstoff betrieben werden. Mittels des insbesondere flüssigen Zusatzmediums kann die Temperatur des Abgases bei Gasmotoren begrenzt beziehungsweise eingestellt werden, so dass die vom entsprechenden Gasmotor bereitstellbare Leistung gesteigert und gleichzeitig der Kraftstoffverbrauch und die CO₂-Emissionen gering gehalten werden können.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in:
1 ein Kennfeld einer als Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ausgebildeten und mit einem Hauptkraftstoff betreibbaren Verbrennungskraftmaschine, welche gemäß einem Verfahren betrieben wird, bei welchem ein von dem Hauptkraftstoff unterschiedliches Zusatzmedium in wenigstens einen als Zylinder ausgebildeten Brennraum der Verbrennungskraftmaschine eingebracht wird;
2 ein Schaubild zur Veranschaulichung des Verfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform;
3 ein Schaubild zur Veranschaulichung des Verfahrens gemäß einer zweiten Ausführungsform;
4 ein Schaubild zur Veranschaulichung der Wirkung des Verfahrens; und
5 ein weiteres Schaubild zur Veranschaulichung der Wirkung des Verfahrens.
1 bis 5 dienen zur Erläuterung unterschiedlicher Ausführungsformen eines Verfahrens zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens. Die Verbrennungskraftmaschine ist beispielsweise als Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine und als Vier-Takt-Motor ausgebildet und umfasst wenigstens einen Brennraum, insbesondere in Form eines Zylinders. In dem Zylinder ist beispielsweise ein Kolben angeordnet, welcher relativ zu dem Zylinder translatorisch bewegbar ist. Die Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine umfasst eine Kurbelwelle, welche um eine Drehachse drehbar ist. Der Kolben ist dabei über ein Pleuel mit der Kurbelwelle gelenkig gekoppelt, so dass die translatorischen Bewegungen des Kolbens im Zylinder in eine rotatorische Bewegung der Kurbelwelle umgewandelt werden können.
Die vier Takte des Vier-Takt-Motors erstrecken sich dabei über zwei Umdrehungen der Kurbelwelle und somit über 720° Kurbelwinkel, was auch als Arbeitsspiel bezeichnet wird. Mit anderen Worten erstreckt sich ein Arbeitsspiel über 720° Kurbelwinkel und umfasst die vier Takte. Bei diesen vier Takten handelt es sich um Ansaugen von Luft in den Zylinder, wobei sich der Kolben von seinem oberen Totpunkt in seinen unteren Totpunkt bewegt. Daran schließen sich das Verdichten und Zünden eines in dem Zylinder aufgenommenen Gemisches als weiterer Takt an. Dabei bewegt sich der Kolben von seinem unteren Totpunkt in seinen oberen Totpunkt, wobei dieser obere Totpunkt als oberer Zündtotpunkt, Zünd-OT oder ZOT bezeichnet wird.
Daran schließt sich der dritte Takt an, welcher als „Arbeiten” bezeichnet wird. Hierbei bewegt sich der Kolben wieder von seinem oberen Totpunkt in seinen unteren Totpunkt. Schließlich folgt das Ausschieben von Abgas aus dem Zylinder als vierter Takt, wobei sich der Kolben wieder von seinem unteren Totpunkt in seinen oberen Totpunkt bewegt. Dieser obere Totpunkt des vierten Takts wird als oberer Ladungswechseltotpunkt beziehungsweise als Ladungswechsel-OT bezeichnet. Das Abgas, das ausgeschoben wird, resultiert aus einer Verbrennung des Gemisches, welches wiederum aus dem Zünden des Gemisches resultiert.
Das genannte Gemisch umfasst zumindest Luft und einen Hauptkraftstoff, wobei das Gemisch aus Luft und Hauptkraftstoff auch als Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder als Verbrennungsluftverhältnis λ bezeichnet wird. Bei dem Hauptkraftstoff handelt es sich beispielsweise um einen flüssigen Kraftstoff wie Diesel oder Benzin. Bei dem Hauptkraftstoff kann es sich auch um einen gasförmigen Kraftstoff handeln, so dass die Verbrennungskraftmaschine beispielsweise als Gasmotor ausgebildet ist.
Im Rahmen des Ansaugens wird Luft beziehungsweise Frischluft in den Zylinder angesaugt. Das Zünden und Verbrennen erfolgt dabei in einem sogenannten gefeuerten Betrieb der Verbrennungskraftmaschine, in welchem die Verbrennungskraftmaschine Leistung abgibt. Die Verbrennungskraftmaschine kann auch in einem Schleppbetrieb betrieben werden, in welchem die Verbrennungskraftmaschine Leistung aufnimmt und in welchem keine Zündung und keine Verbrennung im Zylinder erfolgt. Dabei wird die Verbrennungskraftmaschine beispielsweise von Rädern des sich bewegenden Kraftwagens angetrieben. Unter „Arbeitsspiel” sind dabei zwei vollständige Umdrehungen der Kurbelwelle sowohl während des gefeuerten Betriebs als auch während des Schleppbetriebs zu verstehen.
Die Verbrennungskraftmaschine umfasst wenigstens einen Abgasturbolader mit einer Turbine und einem Verdichter. Der Verdichter ist von der Turbine antreibbar, wobei die Turbine von dem Abgas der Verbrennungskraftmaschine antreibbar ist. Der Verdichter kann die der Verbrennungskraftmaschine beziehungsweise dem Zylinder zuzuführende Luft verdichten. Die Verbrennungskraftmaschine kann auch wenigstens einen zweiten Abgasturbolader umfassen, dessen Turbine zu der Turbine des ersten Abgasturboladers parallel oder seriell geschaltet sein kann. Insbesondere bei einer Serienschaltung der Turbinen kann ein sogenannter Übergangsbereich vorgesehen sein, in welchem das Antreiben der in Strömungsrichtung des Abgases durch einen Abgastrakt stromauf der zweiten Turbine angeordneten ersten Turbine beendet und das Antreiben der stromab der ersten Turbine angeordneten zweiten Turbine gestartet wird. Mit anderen Worten wird die erste Turbine im Übergangsbereich sukzessive abgeschaltet und die zweite Turbine sukzessive zugeschaltet.
Üblicherweise sind bei Verbrennungskraftmaschinen insbesondere bei hohen Lasten und Leistungen Maßnahmen erforderlich, um die Verbrennungskraftmaschine schadfrei betreiben zu können. Bei einer dieser Maßnahmen handelt es sich beispielsweise um das sogenannte Anfetten, wobei das Verbrennungsluftverhältnis kleiner als 1 ist. Dadurch wird jedoch der Kraftstoffverbrauch gegenüber einem Verbrennungsluftverhältnis von 1 oder größer 1 erhöht. Eine weitere dieser Maßnahmen wäre, den sogenannten Zündwinkel, bei welchem das Gemisch im Zylinder mittels einer Zündeinrichtung, insbesondere mittels einer Zündkerze, gezündet wird, zu verringern. Dadurch wird jedoch der Wirkungsgrad der Verbrennungskraftmaschine beeinträchtigt, was sich wiederum negativ auf den Kraftstoffverbrauch auswirkt.
Darüber hinaus kann es üblicherweise zu einem sogenannten Turboloch kommen. Das Turboloch bezeichnet die Zeitspanne, welche zwischen einer durch den Fahrer des Kraftwagens vorgegebenen Drehmomentanforderung und der tatsächlichen Bereitstellung des angeforderten Drehmoments durch die Verbrennungskraftmaschine liegt. Diese Zeitspanne ist somit eine Verzögerung, welche daraus resultiert, dass die Turbine beziehungsweise der Abgasturbolader erst hochlaufen, das heißt in ihrer Drehzahl erhöht werden muss, um die Drehmomentanforderung zu befriedigen.
Der Fahrer gibt die Drehmomentanforderung beispielsweise durch Betätigen eines Fahrpedals des Kraftwagens vor. Dieses Fahrpedal wird üblicherweise auch als Gaspedal bezeichnet und ist in unterschiedliche Stellungen beispielsweise mittels eines Fußes des Fahrers bewegbar, wobei jede der Stellungen mit einer unterschiedlichen Drehmomentanforderung korrespondiert.
Die anhand der 1 bis 5 veranschaulichten Ausführungsformen des Verfahrens zum Betreiben der Verbrennungskraftmaschine ermöglichen es nun, auch bei hohen Lasten und Leistungen einen besonders verbrauchsgünstigen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine sowie ein besonders gutes Ansprechverhalten zu realisieren. Ein gutes Ansprechverhalten zeichnet sich dadurch aus, dass die genannte Verzögerung zwischen dem Vorgeben der Drehmomentanforderung und dem tatsächlichen Bereitstellen des Drehmoments besonders gering oder vermieden ist.
1 zeigt ein Diagramm 10, anhand dessen das Kennfeld der Verbrennungskraftmaschine gezeigt ist. Auf der Abszisse 12 des Diagramms 10 ist die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine beziehungsweise ihrer Abtriebswelle aufgetragen, während auf der Ordinate 14 die Last der Verbrennungskraftmaschine aufgetragen ist. Ein Verlauf 16 veranschaulicht den Zusammenhang zwischen der Drehzahl und der Last. Ein erster Teilbereich 18 des Kennfelds umfasst hohe Lasten bei relativ geringen Drehzahlen, wobei ein zweiter Teilbereich 20 hohe Lasten bei demgegenüber höheren Drehzahlen umfasst.
Um nun einen besonders verbrauchsgünstigen Betrieb bei hohen Lasten und Leistungen sowie ein sehr gutes Ansprechverhalten der Verbrennungskraftmaschine zu realisieren, ist es im Rahmen des Verfahrens vorgesehen, mittels einer Einspritzeinrichtung der Verbrennungskraftmaschine ein von dem Hauptkraftstoff unterschiedliches Zusatzmedium auf Wasserbasis oder Ammoniakbasis in den Brennraum (Zylinder) einzubringen. Diese Einbringung erfolgt dabei mittels wenigstens einer Einspritzung des Zusatzmediums, wobei die Einspritzung beispielsweise mittels wenigstens eines Injektors der Einspritzeinrichtung durchgeführt wird. Das Zusatzmedium kann dabei stromauf des Zylinders beispielsweise in einen Einlasskanal oder in ein Saugrohr oder aber auch direkt in den Zylinder eingespritzt werden. Erfolgt die Einspritzung stromauf des Zylinders, so wird das Zusatzmedium von der in den Zylinder einströmenden Luft mitgenommen und in den Zylinder transportiert.
Die Einspritzung des Zusatzmediums kann dabei im Schleppbetrieb, das heißt wenn keine Verbrennung im Zylinder stattfindet, durchgeführt werden. Hierbei kann vorgesehen sein, dass die Einspritzung des Zusatzmediums innerhalb eines Arbeitsspiels durchgeführt wird, wobei eine Einbringung von Hauptkraftstoff in den Zylinder innerhalb dieses Arbeitsspiels unterbleibt.
Die Einspritzung kann während des gefeuerten Betriebs durchgeführt werden, wobei beispielsweise das Zusatzmedium zusätzlich zu dem Hauptkraftstoff in den Zylinder eingebracht wird. Mit anderen Worten sind dann sowohl der Hauptkraftstoff als auch das Zusatzmedium im Zylinder aufgenommen. Aus 1 ist erkennbar, dass die wenigstens eine Einspritzung des Zusatzmediums beispielsweise in den Teilbereichen 18, 20, insbesondere während des gefeuerten Betriebs, durchgeführt wird.
Das Zusatzmedium kann pures Wasser oder purer Ammoniak, das heißt 100% Wasser oder 100% Ammoniak sein. Bei dem Zusatzmedium kann es sich auch um ein Stoffgemisch handeln, welches 50% Wasser beziehungsweise 50% Ammoniak umfasst, wobei eine Beimischung von 50% wenigstens eines anderen Mediums vorgesehen sein kann.
Durch das Einbringen des Zusatzmediums in den Zylinder beziehungsweise Brennraum wird die vorzugsweise hohe Verdampfungsenthalpie und/oder die vorzugsweise hohe Wärmekapazität des Zusatzmediums genutzt, um eine Innenkühlung des Zylinders zu bewirken. Eine Anfettung sowie eine Reduzierung des Zündwinkels können so vermieden werden. Ferner kann die wenigstens eine Einspritzung des Zusatzmediums gezielt zur Erhöhung des Massenstroms und/oder der Wärmekapazität, beispielsweise des Abgases, an der Turbine genutzt werden, um bei niedrigen Drehzahlen und hohen Lasten (Teilbereich 18) das Drehmoment zu steigern, ohne den Motor mit einer großen Ventilüberschneidung betreiben zu müssen. Die wenigstens eine Einspritzung des Zusatzmediums kann ferner genutzt werden, um bei einer niedrigen Last einen erhöhten Massenstrom und/oder Wärmekapazität an der Turbine bereitzustellen, um dadurch ein besonders schnelles Ansprechen der Turbine beziehungsweise der Turbinen zu realisieren.
Im ersten Teilbereich 18 wird die Einspritzung des Zusatzmediums beispielsweise zum Kühlen von heißem Restgas und zum Erhöhen des Massenstroms an der Turbine genutzt. Im zweiten Teilbereich 20 wird die wenigstens eine Einspritzung des Zusatzmediums beispielsweise zum Bauteilschutz genutzt, um ein Überschreiten eines Schwellenwerts durch die Abgastemperatur zu vermeiden. Dies ist dabei ohne ein Anfetten möglich.
2 zeigt ein Diagramm 22, auf dessen Abszisse 24 die Einheit „Grad Kurbelwinkel”, das heißt die Drehstellungen der Kurbelwelle, aufgetragen ist bzw. sind. Aus 2 ist erkennbar, dass das Zusatzmedium mittels der Einspritzeinrichtung durch wenigstens zwei zeitlich voneinander beabstandete Einspritzungen 26, 28 in den Zylinder eingebracht werden kann. Vorliegend ist eine Mehrfacheinspritzung mit drei Einspritzungen 26, 28, 30 vorgesehen, wobei die Einspritzungen 26, 28, 30, welche auch als Teileinspritzungen bezeichnet werden, innerhalb eines Arbeitsspiels durchgeführt werden. Durch die jeweiligen Einspritzungen 26, 28, 30 wird eine jeweilige Menge beziehungsweise Teilmenge des Zusatzmediums eingespritzt und somit in den Zylinder eingebracht. In Summe ergeben die Mengen beziehungsweise Teilmengen eine sogenannte Gesamtmenge des Zusatzmediums. Wie aus 2 erkennbar ist, werden die Einspritzungen 26, 28, 30 des Zusatzmediums vollständig in einem Bereich von einschließlich 380° Kurbelwinkel bis einschließlich 0° Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt ZOT durchgeführt.
Mit anderen Worten werden die Einspritzungen 26, 28, 30 sowohl in dem genannten Bereich gestartet als auch beendet. Alternativ, beispielsweise bei lediglich einer Einspritzung des Zusatzmediums, kann vorgesehen sein, dass die Einspritzung in einem Bereich von einschließlich 380° Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt ZOT bis einschließlich 80° Kurbelwinkel nach dem oberen Zündtotpunkt ZOT insbesondere in einem Bereich von einschließlich 380° Kurbelwinkel bis einschließlich 0° Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt ZOT und insbesondere in einem Bereich von einschließlich 380° Kurbelwinkel bis einschließlich 180° Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt ZOT durchgeführt wird. Bei einer Einspritzung in einem Bereich von 380° Kurbelwinkel bis 180° Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt ZOT wird saugsynchron beziehungsweise auch schon bis zu 20° Kurbelwinkel vor dem unteren Totpunkt die Einspritzung des Zusatzmediums durchgeführt, nicht jedoch in den Kompressionshub, welcher sich von 180° Kurbelwinkel bis 0° Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt ZOT erstreckt.
Bei einer Mehrfacheinspritzung des Zusatzmediums, wobei zwei oder mehr Einspritzungen durchgeführt werden, ist es vorzugsweise vorgesehen, dass eine erste Menge x des Zusatzmediums, welche in einem Bereich von einschließlich 380° Kurbelwinkel bis einschließlich 180° Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt ZOT des Kolbens in den Zylinder eingebracht wird, größer ist als eine zweite Menge y des Zusatzmediums, welche in einem Bereich von einschließlich 180° Kurbelwinkel bis einschließlich 0° Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt ZOT des Kolbens in den Zylinder eingebracht wird, und zwar unabhängig davon, wie viele Einspritzungen des Zusatzmediums innerhalb des einen Arbeitsspiels insgesamt durchgeführt werden. Die erste Menge x besteht gemäß 2 aus der Menge der Einspritzung 26 und einem Teil der Menge der Einspritzung 28, wobei die zweite Menge y aus einem anderen Teil der Menge der Einspritzung 28 und aus der Menge der Einspritzung 30 besteht.
Im Rahmen des Verfahrens können eine Mehrfacheinspritzung des Hauptkraftstoffes und eine Einfacheinspritzung des Zusatzmediums erfolgen. Alternativ kann vorgesehen sein, dass im Rahmen des Verfahrens eine Einfacheinspritzung des Hauptkraftstoffes und eine Mehrfacheinspritzung des Zusatzmediums erfolgt. Ferner kann vorgesehen sein, dass im Rahmen des Verfahrens eine Mehrfacheinspritzung sowohl des Hauptkraftstoffes als auch des Zusatzmediums erfolgt.
3 zeigt das Schaubild 22, in das ein mit Z bezeichneter Grad Kurbelwinkel eingetragen ist, zu dem das Gemisch im Zylinder gezündet wird. Mit anderen Worten handelt es sich bei dem Grad Kurbelwinkel Z um den Zündwinkel.
In das Diagramm 22 gemäß 3 sind auch Einspritzungen 32, 34 des Hauptkraftstoffes eingetragen. Hierbei ist also eine Mehrfacheinspritzung des Hauptkraftstoffes mit zwei zeitlich voneinander beabstandeten Einspritzungen vorgesehen. Wie aus 3 erkennbar ist, ist auch eine Einspritzung 36 des Zusatzmediums vorgesehen. Der Hauptkraftstoff wird dabei mittels der Einspritzeinrichtung in den Zylinder eingebracht. Hierbei kann ein Injektor vorgesehen sein, mittels welchem der Kraftstoff stromauf des Zylinders oder vorzugsweise direkt in den Zylinder eingespritzt wird.
Wie aus 3 erkennbar ist, erfolgt durch die Einspritzung 34 eine Einbringung einer kleinen Menge des Hauptkraftstoffs in einem Bereich von einschließlich 30° Kurbelwinkel bis einschließlich 0° Kurbelwinkel vor dem Zündwinkel in den Zylinder, um dadurch eine sichere Entflammung einer im Zylinder aufgenommenen Zylindermasse zu gewährleisten.
Durch die wenigstens eine Einspritzung des Zusatzmediums kann auch eine Reinigung des Brennraums bewirkt werden. Bei einer solchen Reinigung handelt es sich um eine sogenannte Entkokung, in deren Rahmen Rußauftrag und Versottung abgebaut werden. Eine solche Einbringung des Zusatzmediums zum Reinigen des Brennraums kann als Einfach- oder Mehrfacheinspritzung erfolgen. Hierbei ist der Bereich, in dem eingespritzt werden kann, sowohl in der Ansaug- als auch in der Kompressionsphase möglich. Die Einspritzung kann auch sogar nach dem oberen Zündtotpunkt ZOT erfolgen. Beispielsweise kann die wenigstens eine Einspritzung des Zusatzmediums in einem Bereich von einschließlich 380° Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt ZOT bis einschließlich 80° Kurbelwinkel nach dem oberen Zündtotpunkt ZOT erfolgen.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Einspritzung des Zusatzmediums zur Anhebung der Grundverdichtung der Verbrennungskraftmaschine verwendet wird. Hierbei kann die Verdichtung um mindestens eine Einheit höher sein als bei Motoren mit gleicher Literleistung und/oder gleichem spezifischen Moment beziehungsweise Mitteldruck. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Einspritzung des Zusatzmediums im genannten Übergangsbereich der Abgasturbolader durchgeführt wird, um einer erhöhten Klopfneigung durch erhöhten Restgasgehalt entgegenzuwirken. Der Einsatz mehrerer, insbesondere seriell zueinander geschalteter, Abgasturbolader wird auch als mehrstufige Aufladung beziehungsweise als mehrstufiges Aufladesystem bezeichnet.
Das geschilderte Verfahren kann bei einem gasbetriebenen Motor, welcher mono- und/oder bivalent betreibbar ist, verwendet werden, um die Abgastemperatur zu senken.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass das Zusatzmedium, insbesondere mittels eines Injektors, stromauf des Zylinders, das heißt beispielsweise in das Saugrohr oder den Einlasskanal eingespritzt wird, wobei der Hauptkraftstoff durch Direkteinspritzung, beispielsweise im Rahmen einer Mehrfacheinspritzung und/oder im Rahmen einer Einfacheinspritzung, in den Zylinder eingebracht wird. Der Einspritzwinkel, das heißt die Drehstellung der Kurbelwelle, bei welcher das Zusatzmedium eingespritzt wird, kann hierbei ab dem Schließen der Einlassventile des vorangegangenen Takts beginnen und bis zum Schließen der Einlassventile des aktuellen Takts andauern.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Einbringung des Zusatzmediums in mindestens zwei zeitlich voneinander beabstandete Einspritzungen unterteilt ist. Hierbei können eine vorgelagerte Einspritzung insbesondere bei noch geschlossenem Einlassventil und eine saugsynchrone Einspritzung insbesondere bei geöffnetem Einlassventil erfolgen.
Ferner ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das Zusatzmedium vor der Einspritzung oder auch schon, bevor das Zusatzmedium unter Druck gesetzt wird, durch wenigstens einen Filter geleitet wird, mittels welchem Stoffe, insbesondere Schwebstoffe, aus dem Zusatzmedium gefiltert werden. Vorteilhafterweise sollten auch gelöste Salze aus dem Zusatzmedium entfernt werden, so dass Zusatzmedium frei von Schwebstoffen und/oder darin gelösten Salzen ist und diese nicht an der Verbrennung teilnehmen, wodurch insbesondere Partikelemissionen im Abgas gesenkt werden können.
Anhand von 4 sind Wirkungen des Verfahrens veranschaulicht. Ein Verlauf 38 in 4 veranschaulicht die Stellung des Fahrpedals. Ein Verlauf 40 veranschaulicht den Abgasmassenstrom an der Turbine bei Durchführen des Verfahrens. Ein gestrichelter Verlauf 42 veranschaulicht den Abgasmassenstrom an der Turbine, wenn das Verfahren nicht durchgeführt, das heißt wenn kein Zusatzmedium in den Zylinder eingebracht wird, wie es bei konventionellen Verbrennungskraftmaschinen der Fall ist.
Schließlich veranschaulicht ein Verlauf 44 den von dem Abgasturbolader beziehungsweise dessen Verdichter bereitstellbaren Ladedruck beim Durchführen des Verfahrens. Ein gestrichelter Verlauf 46 veranschaulicht den Ladedruck, wenn kein Zusatzmedium eingebracht wird. Ein Sprung beziehungsweise eine Stufe im Verlauf 38 veranschaulicht, dass der Fahrer das Gaspedal plötzlich betätigt, um dadurch plötzlich ein höheres Drehmoment von der Verbrennungskraftmaschine anzufordern als vor dem Betätigen des Gaspedals. Durch diese plötzliche Erhöhung der Drehmomentanforderung steigen der Massenstrom an der Turbine sowie der Ladedruck, um die Drehmomentanforderung befriedigen zu können. Wie aus 4 erkennbar ist, kommt es beim Durchführen des Verfahrens zu einer wesentlich schnelleren Erhöhung des Massenstroms und des Ladedrucks, so dass die Drehmomentanforderung besonders kurze Zeit nach dem Betätigen des Fahrpedals befriedigt werden kann. Das Turboloch kann gegenüber den Verläufen 42, 46 vermieden oder zumindest gering gehalten werden.
5 veranschaulicht das Verhalten im Übergangsbereich der Abgasturbolader bei einer mehrstufigen Aufladung. Ein Verlauf 48 veranschaulicht dabei den Abgasgegendruck, ein Verlauf 50 die Restgasrate, ein durchgezogener Verlauf 52 die Schwerpunktlage der Verbrennung und ein Verlauf 54 die Menge des Zusatzmediums. Der Übergangsbereich ist in 5 mit 58 bezeichnet. Die Verläufe 48, 50, 52 und 54 beziehen sich dabei auf das Durchführen des Verfahrens, bei welchem also mittels wenigstens einer Einspritzung das Zusatzmedium in den Zylinder während des Übergangsbereichs 58 eingebracht wird. Ein gestrichelter Verlauf 56 bezieht sich dabei auf ein konventionelles Verfahren, bei dem kein Zusatzmedium während des Übergangsbereichs 56 in den Zylinder eingebracht wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011015628 A1 [0008]
US 7730872 B2 [0009]

Claims

Verfahren zum Betreiben einer wenigstens einen Zylinder und einen in dem Zylinder relativ zu diesem translatorisch bewegbar aufgenommen Kolben aufweisenden, als Vier-Takt-Motor ausgebildeten und mit einem Hauptkraftstoff, welcher mittels einer Einspritzeinrichtung in den Zylinder einbringbar ist, betreibbaren Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, bei welchem wenigstens ein von dem Hauptkraftstoff unterschiedliches Zusatzmedium mittels der Einspritzeinrichtung der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine in den Zylinder durch wenigstens zwei zeitlich voneinander beabstandete Einspritzungen (26, 28) eingebracht wird, welche innerhalb eines Arbeitsspiels der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine durchgeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzungen (26, 28) jeweils zumindest teilweise in einem Bereich von einschließlich 380 Grad Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt (ZOT) des Kolbens bis einschließlich 80 Grad Kurbelwinkel nach dem oberen Zündtotpunkt (ZOT) des Kolbens durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzungen jeweils zumindest teilweise in einem Bereich von einschließlich 380 Grad Kurbelwinkel bis einschließlich 0 Grad Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt (ZOT) des Kolbens durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzungen jeweils zumindest teilweise in einem Bereich von einschließlich 380 Grad Kurbelwinkel bis einschließlich 180 Grad Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt (ZOT) des Kolbens durchgeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Menge (x) des Zusatzmediums, welche in einem Bereich von einschließlich 380 Grad Kurbelwinkel bis einschließlich 180 Grad Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt (ZOT) des Kolbens in den Zylinder eingebracht wird, größer ist als eine zweite Menge (y) des Zusatzmediums, welche in einem Bereich von einschließlich 180 Grad Kurbelwinkel bis einschließlich 0 Grad Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt (ZOT) des Kolbens in den Zylinder eingebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptkraftstoff in den Zylinder innerhalb des Arbeitsspiels durch wenigstens zwei zeitlich voneinander beabstandete Einspritzungen (32, 34) eingebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Menge des Hauptkraftstoffs in den Zylinder innerhalb des Arbeitsspiels durch wenigstens eine Einspritzung (34) eingebracht wird, welche in einem Bereich von einschließlich 30 Grad Kurbelwinkel bis einschließlich 0 Grad Kurbelwinkel vor einem Zündwinkel (Z), bei welchem ein Gemisch im Zylinder gezündet wird, durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzmedium Wasser und/oder Ammoniak umfasst.
Verfahren zum Betreiben einer wenigstens einen Brennraum aufweisenden und mit einem Hauptkraftstoff, welcher mittels einer Einspritzeinrichtung in den Brennraum einbringbar ist, betreibbaren Verbrennungskraftmaschine, bei welchem wenigstens ein von dem Hauptkraftstoff unterschiedliches Zusatzmedium mittels der Einspritzeinrichtung der Verbrennungskraftmaschine in den Brennraum eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzmedium Ammoniak umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Einbringen des Zusatzmediums eine Reinigung des Zylinders bzw. Brennraums und/oder eine Anhebung einer Grundverdichtung der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine bzw. Verbrennungskraftmaschine und/oder eine Erhöhung eines Massenstroms und einer Wärmekapazität an einer Turbine eines Abgasturboladers der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine bzw. Verbrennungskraftmaschine und/oder eine Absenkung der Abgastemperatur bewirkt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzmedium zusätzlich zu dem Hauptkraftstoff, insbesondere in einem gefeuerten Betrieb, in den Zylinder bzw. Brennraum eingebracht wird oder dass das Zusatzmedium, insbesondere in einem geschleppten Betrieb, in den Zylinder bzw. Brennraum eingebracht wird, wobei ein Einbringen des Hauptkraftstoffs in den Zylinder bzw. Brennraum innerhalb des Arbeitsspiels unterbleibt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzmedium frei von Schwebstoffen und/oder darin gelösten Salzen ist.