DE102018207997A1

DE102018207997A1 - Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102018207997A1
Application number: DE102018207997.8A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Gutzer
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2018-05-22
Filing date: 2018-05-22
Publication date: 2019-11-28

Abstract

Brennkraftmaschine mit einer Kraftstoff/Wasser-Emulsioneinspritzung direkt in einen Brennraum der Brennkraftmaschine mittels eines ersten Injektors, wobei eine erste Einstellung eines Mischungsverhältnisses von einem Kraftstoffanteil zu einem Wasseranteil injektornah oder im Injektor erfolgt, wobei ein zweiter Injektor vorgesehen ist zur Einbringung einer Kraftstoff/Wasser-Emulsion direkt in den Brennraum mit einer von der ersten Einstellung unabhängigen, injektornahen oder im Injektor stattfindenden zweiten Einstellung eines Mischungsverhältnisses von einem Kraftstoffanteil zu einem Wasseranteil.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung können höchste Leistungen der Brennkraftmaschine mit beherrschbarer Emissionierung dargestellt werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einer Kraftstoff/Wasser-Emulsioneinspritzung direkt in einen Brennraum der Brennkraftmaschine mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Zum technischen Umfeld wird beispielsweise auf die Deutsche Patentschrift DE 100 26 695 C1 hingewiesen. Aus dieser Patentschrift sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Wassergewinnung aus einem Abgassystem bekannt. Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung von einer erforderlichen Menge Wasser durch Kondensation von dem im Abgas enthaltenen Wasserdampf beschrieben, insbesondere für eine Wassereinspritzanlage der Verbrennungskraftmaschine. Hierbei wird das kondensierte Wasser mit einer Leitungsanordnung geführt und in einem Behälter gespeichert. Erfindungsgemäß wird die erforderliche Menge Wasser mittels einer Kondensationsvorrichtung aus dem Abgas auskondensiert, die über den gesamten Betriebsbereich der Verbrennungskraftmaschine einen mittleren Kondensationswirkungsgrad von mindestens 25%, bevorzugt mindestens 50% aufweist. Auf diese Weise wird eine Bereitstellung von zusätzlichem Wasser in einem separaten und nachfüllbaren Tank vermieden und trotzdem eine dauerhafte Wassergewinnung aus dem Abgas ermöglicht.
Weiter ist aus der Europäischen Patentschrift EP 2 789 839 B1 ein Verfahren zur Wassereinspritzung für eine Verbrennungskraftmaschine bekannt, bei dem nur in bestimmten Lastbereichen der Verbrennungskraftmaschine Wasser über erste Injektoren in die Brennkammern der Verbrennungskraftmaschinen eingespritzt wird. So wird Kraftstoff abhängig vom Lastbereich entweder über die ersten Injektoren direkt in die Brennkammern der Verbrennungskraftmaschine oder über zweite Injektoren in ein Saugrohr stromaufwärts der Brennkammern eingespritzt. In einem dritten Lastbereich der in einem mittleren Drehzahlbereich im Wesentlichen bei Volllast liegt, wird Wasser über die ersten Injektoren in die Brennkammern eingespritzt und Kraftstoff ausschließlich über die zweiten Injektoren in das Saugrohr eingespritzt.
Zum technischen Umfeld wird weiter auf die europäische Patentschrift EP 2 778 381 B1 hingewiesen. Aus dieser ist ein Verfahren zum Betreiben eines Einspritzsystems zum Einspritzen von Wasser in einen Einspritzbereich einer Verbrennungskraftmaschine mittels eines Injektors mit einem in einem Normalbetrieb der Verbrennungskraftmaschine wassergefüllten Arbeitsraum bekannt. Bei dem Verfahren wird beim Abschalten der Verbrennungskraftmaschine wenigstens ein Teil des im Arbeitsraum des Injektors vorhandenen Wassers durch eine aus der Brennkammer der Verbrennungskraftmaschine in den Arbeitsraum einströmendes Gasgemisch verdrängt und der Arbeitsraum wenigstens teilweise mit dem Gasgemisch gefüllt.
Weiter ist aus der europäischen Patentanmeldung EP 3 023 619 A1 , von der die vorliegende Erfindung ausgeht, ein Verfahren zum Steuern einer Verbrennung in einer Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Zylinder bekannt, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:

- Erfassen einer Klopfstärke in dem Zylinder mittels eines Klopfsensors,
- Einstellen eines einer Soll-Abgastemperatur entsprechenden vorbestimmten Soll-Zündwinkels des Zylinders und
- Steuern einer Fluidbeimischung in den Zylinder in Abhängigkeit von der erfassten Klopfstärke.

Weiter ist aus der noch nicht veröffentlichten Deutschen Patentanmeldung DE 10 2017 219 369 ein Verfahren zum Verhindern des Vereisens einer Einspritzanlage einer Brennkraftmaschine bekannt. Beschrieben in dieser Offenlegungsschrift ist eine gattungsgemäße Brennkraftmaschine.
Bekannt ist, dass die Kraftstofftröpfchen den Wassertröpfchen die Energie der Umgebung, sprich der Verbrennungsluft, wegnehmen, da sie schneller verdampfen und somit der Verdampfungskühleffekt der direkten Wassereinspritzung bei gleichzeitiger Einspritzung der benötigten Kraftstoffmenge im gleichen Ort im Brennraum nur eingeschränkt wirksam ist. Somit sind für gattungsgemäße Brennkraftmaschinen nicht die höchsten Leistungen bei gleichzeitig bester Emissionierbarkeit darstellbar.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, oben genannten Nachteil zu Vermeiden.
Diese Aufgabe mit einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Erfindungsgemäß wird eine Doppeldirekteinspritzung einer Kraftstoff/Wasseremulsion direkt in den Brennraum der Brennkraftmaschine vorgeschlagen. Hierbei ist eine individuell steuerbare, bekannte Zumischmöglichkeit für Wasser vorgesehen, d. h. jeder direkt einspritzende Injektor erhält eine individuelle Wassermenge. Durch den erfindungsgemäßen Vorschlag sind höchste Leistungen für die Brennkraftmaschine darstellbar, bei gleichzeitig bester Emissionierbarkeit.
Die Ausgestaltungen gemäß Patentanspruch 2 und 3 sind besonders bevorzugte Ausführungsvarianten.
Die Ausgestaltungen gemäß Patentanspruch 4 und Patentanspruch 5 ermöglichen eine einfache Fertigung der Zylinderköpfe, bei gleichzeitig geringsten Packageproblemen.
Im Folgenden ist die Erfindung anhand einer einzigen Figur näher erläutert.

1 zeigt sehr schematisch einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine.

1 zeigt sehr schematisch einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine 1. Ein Brennraum 2 wird durch ein Brennraumdach eines Zylinderkopfs 6, in dem zwei Gaswechselventile 5 angeordnet sind, einer nicht bezifferten Zylinderwand und ein Kolbendach eines Kolbens 9 begrenzt. Ein Einlasskanal für eine Frischluft ist mit 7 bezeichnet, ein Auslasskanal für ein Abgas ist mit 8 beziffert. Eine einströmende Frischluft ist schematisch durch einen Pfeil im Einlasskanal 7 dargestellt. Eine Strömungsrichtung des Abgases ist ebenfalls schematisch durch einen Pfeil in dem Auslasskanal 8 dargestellt.
Ein erster Injektor 3 ist weitgehend zentral zwischen den Gaswechselventilen 5 in dem Brennraumdach des Zylinderkopfs 6 der Brennkraftmaschine 1 angeordnet. Ein zweiter Injektor 4 ist seitlich im Bereich des Einlasskanals 7 im Zylinderkopf 6 angeordnet. Alternativ kann der zweite Injektor 4 auch im Bereich des Auslasskanals 8 im Zylinderkopf 6 angeordnet sein. Benachbart zum ersten Injektor 3 befindet sich weitgehend zentral im Brennraumdach des Zylinderkopfes 6 ferner eine Zündvorrichtung 10.
Eine Zuführung von Wasser zum ersten Injektor 3 und zum zweiten Injektor 4 ist durch einen gestrichelten Pfeil symbolisch dargestellt. Eine Zuführung von Kraftstoff (HC) ist durch einen durchgezogenen Pfeil in Richtung des ersten Injektors 3 und des zweiten Injektors 4 dargestellt. Eine Einstellung eines Mischungsverhältnisses von einem Kraftstoffanteil zu einem Wasseranteil erfolgt jeweils injektornah und/oder im ersten Injektor 3 und/oder im zweiten Injektor 4.
Erfindungsgemäß erfolgt die Einstellung des Mischungsverhältnisses von dem Kraftstoffanteil zu dem Wasseranteil im ersten Injektor 3 unabhängig vom zweiten Injektor 4. Somit ist es möglich für jeden Injektor 3, 4 eine individuelle Wasserzumischung darzustellen.
Besonders bevorzugt ist für den ersten Injektor 3 ein erstes, nicht dargestelltes Kraftstoffrail vorgesehen und für den zweiten Injektor 4 ein zweites, ebenfalls nicht dargestelltes Kraftstoffrail vorgesehen. An jedem Kraftstoffrail können auch mehrere Injektoren angeordnet sein, d. h. für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine ein eigener. Hieraus folgt, dass die erfindungsgemäße Ausgestaltung für jede Brennkraftmaschine 1 einsetzbar ist, unabhängig von der Zylinderanzahl. Alternativ kann auch für beide Injektoren 3, 4 ein einziges Kraftstoffrail vorgesehen werden.
Mit der hier vorgeschlagenen Ausgestaltung der Brennkraftmaschine 1 sind nun höchste Leistungsstufen für Brennkraftmaschinen 1 darstellbar, bei gleichzeitig bestmöglicher Emissionierung.
Bezugszeichenliste

1.: Brennkraftmaschine
2.: Brennraum
3.: erster Injektor
4.: zweiter Injektor
5.: Gaswechselventil
6.: Zylinderkopf
7.: Einlasskanal
8.: Auslasskanal
9.: Kolben
10.: Zündvorrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10026695 C1 [0002]
EP 2789839 B1 [0003]
EP 2778381 B1 [0004]
EP 3023619 A1 [0005]
DE 102017219369 [0006]

Claims

Brennkraftmaschine (1) mit einer Kraftstoff/Wasser-Emulsioneinspritzung direkt in einen Brennraum (2) der Brennkraftmaschine (1) mittels eines ersten Injektors (3), wobei eine erste Einstellung eines Mischungsverhältnisses von einem Kraftstoffanteil zu einem Wasseranteil injektornah oder im ersten Injektor (3) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Injektor (4) vorgesehen ist zur Einbringung einer Kraftstoff/Wasser-Emulsion direkt in den Brennraum (2) mit einer von der ersten Einstellung unabhängigen, injektornahen oder im zweiten Injektor (4) stattfindenden zweiten Einstellung eines Mischungsverhältnisses von einem Kraftstoffanteil zu einem Wasseranteil.
Brennkraftmaschine nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für den ersten Injektor (3) ein erstes Kraftstoffrail vorgesehen ist.
Brennkraftmaschine nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für den zweiten Injektor (4) ein zweites Kraftstoffrail vorgesehen ist.
Brennkraftmaschine nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Injektor (3) weitgehend zentral zwischen Gaswechselventilen (5) in einem Brennraumdach eines Zylinderkopfes (6) der Brennkraftmaschine (1) angeordnet ist.
Brennkraftmaschine nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Injektor (4) seitlich im Bereich eines Einlass- (7) oder Auslasskanals (8) im Zylinderkopf (6) angeordnet ist.