Kraftstoffversorgungssystem zur aktiven Spülung einer Vorkammer einer ottomotorisch betriebenen Brennkraftmaschine mit Kraftstoffdampf oder einem Kraftstoffdampf/Luft- Gemisch mittels eines Kraftstoffverdampfers stromauf der Vorkammer

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffversorgungssystem zur aktiven Spülung einer Vorkammer einer ottomotorisch betriebenen Brennkraftmaschine mit Kraftstoffdampf oder einem Kraftstoffdampf/Luft-Gemisch.

Die Druckschriften CH 683 938 A5 und DE 692 28 131 T2 bilden den gattungsgemäßen Stand der Technik, dahingehend dass in den Druckschriften Vorkammern oder vorkammerartige Zonen offenbart werden. Die Druckschriften WO 2019/068484 A1 und DE 102004 043 143 A1 erläutern die Kraftstoffzuführung in Vorkammern von Vorkammerzündkerzen. In der Druckschrift WO 2019/068484 A1 wird eine Spülung der Vorkammer mit zumindest Kraftstoff und Luft umfassendem Frischgas offenbart, sodass zum Zündzeitpunkt ein zündfähiges Kraftstoff-Luft- Gemisch in der Vorkammer aufgenommen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kraftstoffversorgungssystem und ein zugehöriges Verfahren zur aktiven Spülung einer Vorkammer einer ottomotorisch betriebenen Brennkraftmaschine auszubilden.

Ausgangspunkt der Erfindung ist ein Kraftstoffversorgungssystem zur aktiven Spülung mindestens einer Vorkammer einer ottomotorisch betriebenen Brennkraftmaschine mit einem gasförmigen Kraftstoff, wobei die Brennkraftmaschine mindestens eine Hauptbrennkammer umfasst, die mit der mindestens einen Vorkammer zumindest kraftstoffseitig in Verbindung steht.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass stromauf der mindestens einen Vorkammer ein Verdampfer angeordnet ist. Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Verdampfer des Kraftstoffversorgungssystems in einer ersten Ausführungsform zwischen einer Speisepumpe zur ausschließlichen Versorgung der mindestens einen Vorkammer mit gasförmigen Kraftstoff und der mindestens einen Vorkammer angeordnet ist, wobei das Kraftstoffversorgungssystem ferner eine Hochdruckpumpe zur ausschließlichen Versorgung der mindestens einen Hauptbrennkammer mit flüssigem Kraftstoff umfasst.

In einer zweiten Ausführungsform ist bevorzugt vorgesehen, dass der Verdampfer zwischen einer Hochdruckpumpe und der mindestens einen Vorkammer zur Versorgung der mindestens einen Vorkammer mit gasförmigen Kraftstoff umfasst, wobei die Hochdruckpumpe ferner zur Versorgung der mindestens einen Hauptbrennkammer mit flüssigem Kraftstoff dient, sodass stromab der Hochdruckpumpe eine Zuführleitung zu dem Verdampfer von der Zuführleitung zu der mindestens einen Hauptbrennkammer abzweigt.

In mehreren möglichen bevorzugten Ausführungen ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Verdampfer zur Verdampfung des flüssigen Kraftstoffs mit einer Heizvorrichtung versehen oder mit einer Heizvorrichtung zur Wärmezuführung in Verbindung steht.

In einer bevorzugten Ausführung ist vorgesehen, dass der Verdampfer mit einer separaten Heizvorrichtung versehen ist.

In einer anderen bevorzugten Ausführung ist vorgesehen, dass der Verdampfer in eine Vorheizvorrichtung der Brennkraftmaschine für den Kaltstart eingekoppelt ist.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist vorgesehen, dass der Verdampfer in einer Wärmetauscher-Ausführung ausgebildet ist, wobei die Wärme einem Kühlwasser der Brennkraftmaschine entnommen und dem Verdampfer zugeführt wird.

In einer bevorzugten Ausgestaltungsvariante ist das Kraftstoffversorgungssystem derart ausgebildet, dass zwischen dem Verdampfer und der mindestens einen Vorkammer ein Regelmischventil angeordnet ist, über das dem im Verdampfer verdampften gasförmigen Kraftstoff ein weiteres gasförmiges Fluid, insbesondere Luft zuführbar ist, sodass der mindestens einen Vorkammer in vorteilhafter Weise wahlweise unvermischter gasförmiger Kraftstoff oder ein Kraftstoffdampf/Luft-Gemisch in einem vorgebbaren Mischungsverhältnis zuführbar ist. Ein wesentlicher Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht unter Verwendung des Kraftstoffversorgungssystems in der aktiven Spülung mindestens einer Vorkammer einer ottomotorisch betriebenen Brennkraftmaschine mit einem gasförmigen Kraftstoff, wobei die Brennkraftmaschine mindestens eine Hauptbrennkammer umfasst, die mit der mindestens einen Vorkammer zumindest kraftstoffseitig in Verbindung steht, wobei erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass flüssiger Kraftstoff vor der Zuführung des Kraftstoffs zu der mindestens einen Vorkammer in einem Verdampfer verdampft und der einen Vorkammer unvermischt oder mit Luft vermischt zugeführt wird, der stromauf der mindestens einen Vorkammer angeordnet ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der zugehörigen Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Figur 1 schematisch ein Kraftstoffversorgungssystem zur aktiven Spülung einer

Vorkammer einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer ottomotorischen Brennkraftmaschine mit Kraftstoffdampf oder einem Kraftstoffdampf/Luft- Gemisch mittels eines Kraftstoffverdampfers stromauf der Vorkammer.

Erfindungsgemäß wird, gemäß Figur 1 eine Anordnung eines Kraftstoffverdampfers 11 für die aktive Spülung mittels eines gasförmigen Otto- Kraftstoffs einer je Zylinder Z _n angeordneten Vorkammer 32 innerhalb eines Kraftstoffversorgungssystems 100 einer ottomotorischen Brennkraftmaschine 30 vorgeschlagen, wobei eine getaktete Einblasung des gasförmigen Kraftstoffs K _gasf , der im Kraftstoffverdampfer 11 verdampft wird, über jedem Zylinder Z _n zugeordnete Taktventile 13 in die jeweilige Vorkammer 32 erfolgt.

Erfindungsgemäß zeichnet sich das Verfahren generell durch die aktive Spülung der Vorkammer/n 32 aus, die erfindungsgemäß mit gasförmigem Kraftstoffs K _gasf , der in dem Kraftstoffverdampfer 11 verdampft wird, durchgeführt wird.

Der gasförmige Kraftstoff K _gasf wird in der jeweiligen Vorkammer 32 mittels je einer Fremdzündeinrichtung 32A aktiv gezündet, wie in Figur 1 ebenfalls schematisch verdeutlicht wird.

Je Zyklus, wird der jeweiligen aktiven Vorkammer 32 über die Taktventile 13 eine Zünd(vor)kammerladung, die mittels der Fremdzündeinrichtung 32A gezündet wird. Es erfolgt anschließend das Zünden der Hauptbrennraumladung mittels dem oder den in der jeweiligen Vorkammer 32 erzeugten reaktiven brennenden Gasstrahl/en (Flammen), der/die aus der jeweiligen Vorkammer 32 in den Hauptbrennraum beziehungsweise die Hauptbrennkammer 31 austreten.

Nach dem Abbrand der gezündeten Zünd(vor)kammerladung wird erneut eine Zünd(vor)kammerladung zugeführt und gezündet, sodass das vorhandene Restgas in der jeweiligen Vorkammer 32 aktiv aus der jeweiligen Vorkammer 32 in die Hauptbrennkammer 31 gespült wird, wobei sich der zuvor beschriebene Vorgang im Betrieb der Brennkraftmaschine 30 entsprechend wiederholt.

Die mittels der Zünd(vor)kammerladungen in der Vorkammer 32 erzeugten reaktiven brennenden Gasstrahlen (Flammen) treten somit über mindestens eine Öffnung (in Figur 1 nicht näher dargestellt) in den Hauptbrennkammer 31 der Brennkraftmaschine 30 ein, und Zünden die der jeweiligen Hauptbrennkammer 31 zugeführte Hauptbrennladung.

Für die Spülung der aktiven Vorkammern 32 mit gasförmigem Kraftstoff K _gasf (Kraftstoffdampf) oder einem Kraftstoffdampf/Luft-Gemisch K _gasf wird der Kraftstoffverdampfer 11 erfindungsgemäß, ausgehend von dem flüssigen Kraftstoff K _fl im Tank 1 , der bevorzugt vom Motorkühlwasser (in einer Wärmetauscher-Ausführung) beziehungsweise von einer Vorheizvorrichtung für den Kaltstart oder einer separaten Heizvorrichtung elektrisch beheizt. Der Kraftstoffverdampfer 11 wird über eine Zuführleitung 10a (vergleiche Figur 1) mit flüssigem Kraftstoff K _fi aus dem Tank 1 gespeist.

Die jeweilige Heizvorrichtung 11c in einer der beispielhaft oben genannten Ausführungen ist in Figur 1 schematisch dargestellt und mit dem Bezugszeichen 11c gekennzeichnet.

Der flüssige Kraftstoff K _fl wird dem Kraftstoffverdampfer 11 in einer ersten Ausführungsform von einer Speisepumpe 10 zugeführt, die erfindungsgemäß das benötigte Druckniveau des Einblasedrucks der Zünd(vor)kammerladungen erzeugt.

Innerhalb des Kraftstoffverdampfers 11 wird der flüssige Kraftstoff K _fl verdampft und liegt somit in gasförmiger Phase K _gasf vor und wird über die Zuführleitung 11a zu den Taktventilen 13, die den Vorkammern 32 vorgeschaltet sind, zugeführt. Der Kraftstoffdampf K _gasf wird aus dem Kraftstoffverdampfer 11 abgezogen und in einer Ausgestaltungsvariante unvermischt dem Einblasesystem des Kraftstoffversorgungssystems 100, insbesondere den Taktventilen 13 zugeführt.

In einer anderen Ausgestaltungsvariante wird Kraftstoffdampf K _gasf über ein Regelmischventil 12 mit einem gasförmigen Fluid, insbesondere Luft gemischt, sodass ein Luft-Kraftstoffdampf- Gemisch K _gasf gebildet wird, wobei das Regelmischventil 12 in der Zuführleitung 11a zwischen dem Kraftstoffverdampfer 11 und den Taktventilen 13 angeordnet ist.

Es besteht somit in vorteilhafter Weise die Möglichkeit je nach Ausgestaltungsvariante reinen Kraftstoffdampf K _gasf oder mittels des Regelmischventils 12, welchem über eine Zuführleitung 11b insbesondere Luft zugeführt wird, das Kraftstoff/Luft-Gemisch K _gasf in die aktiven Vorkammer/n 32 einzublasen.

Damit der Kraftstoffdampf K _gasf im Verdampfer 11 nicht zu stark an leichtflüchtigen Komponenten verarmt, ist ein Rückführventil 14 in einer Rückführleitung 10b zur Rückleitung einer vorgebbaren Menge des flüssigen Kraftstoffs K _fl in den Tank 1 angeordnet.

Das Rückführventil 14 kann gemäß der Darstellung in Figur als Überdruckventil oder auch als Taktventil ausgebildet sein.

Ein wesentlicher Vorteil der beschriebenen Vorgehensweise und des beschriebenen Systems besteht darin, dass durch die Versorgung des Verdampfers 100 mit flüssigem Kraftstoff K _fl im Vergleich zur einer Verdichtung eines bereits gasförmig vorliegenden Kraftstoffs auf das benötigte Druckniveau in den Vorkammern 32 deutlich weniger Antriebsenergie für die Speisepumpe 10 benötigt wird.

Der in den Vorkammern 32 benötigte Druck muss zum Zeitpunkt der Einbringung der jeweiligen Zünd(vor)kammerladung zum Spülen der Vorkammern 32 höher sein als der Druck der Hauptbrennraumladung in der Hauptbrennkammer 31.

Die Speisepumpe 10 kann den flüssigen Kraftstoff K _fl auch anders als dargestellt in einer Variante der ersten Ausführungsform zweckmäßigerweise vor einer Hochdruckpumpe 20 des Kraftstoffversorgungssystems 100 entnehmen, sodass der Tank 1 keinen separaten Anschluss für die Speisepumpe 10 benötigt. Die Figur 1 zeigt ergänzend die Hochdruckpumpe 20 mittels der aus dem Tank 1 über eine Zuführleitung 20a flüssiger Kraftstoff K _fl über Einspritzventile 21 zu den Hauptbrennräumen 31 der Brennkraftmaschine 30 geführt wird, um Kraftstoff flüssigen K _fl in den Hauptbrennkammern 31 die Hauptbrennraumladung/en abzusetzen beziehungsweise einzuspritzen.

Überschüssiger flüssiger Kraftstoff K _fl wird gemäß Figur 1 über eine Rückführleitung 20b, in der gemäß Figur 1 ein Mengensteuerventil 20c angeordnet ist, zu dem Tank 1 zurückgeführt.

In einer zweiten Ausführungsform ist es möglich, dass der flüssige Kraftstoff K _fl zur Versorgung des Kraftstoffverdampfers 11 gemäß Figur 1 über die Zuführleitung 20d stromab der Hochdruckpumpe 20 entnommen wird, wobei dann auf eine zusätzliche Speisepumpe 10 verzichtet werden kann.

In der Zuführleitung 20d ist bei dieser Ausführungsvariante gemäß Figur 1 ein entsprechendes Druckregelventil 20e angeordnet, das den Druck der Hochdruckpumpe 20 auf den vorgebbaren Verdampferdruck des Kraftstoffverdampfers 11 entsprechend reduziert, mithin entspannt.

Das Kraftstoffversorgungssystem 100 ist eingerichtet, das erfindungsgemäße Verfahren zur Spülung einer aktiven Vorkammer für Ottomotoren mit Kraftstoffdampf oder einem Kraftstoffdampf/Luft-Gemisch mittels eines Kraftstoffverdampfers auszuführen. Zu diesem Zweck umfasst die das Kraftstoffversorgungssystem (100) insbesondere mindestens eine Steuereinrichtung (Motorsteuergerät), in der ein computerlesbarer Programmalgorithmus zur Ausführung des Verfahrens und gegebenenfalls erforderliche Kennfelder gespeichert sind. Die Steuereinrichtung steuert und regelt die oben genannten ansteuer- und regelbaren Komponenten.

Das Kraftstoffversorgungsystem 100 gemäß dieser Erfindung kann Teil eines Brennstoffversorgungs- und Zündsystem sein, welches in Kombination mit einem Gasbrennverfahren eingesetzt wird, welches eine erhöhte Magerlauffähigkeit aufweist.

Flüssiges Erdgas, als flüssiger Kraftstoff K _fl im Tank 1 für eine Brennkraftmaschine 30, insbesondere eine Gasbrennkraftmaschine rückt derzeit in den Mittelpunkt. Es ist vorgesehen, die Gasbrennkraftmaschine mit Vorkammern 32 und Hauptbrennkammern 31 auszubilden und der Gasbrennkraftmaschine das zuvor erläuterte Kraftstoffversorgungssystem zuzuordnen. Mit anderen Worten das Kraftstoffversorgungssystem 100 und das Verfahren betrifft als flüssigen Kraftstoff Kn, insbesondere flüssiges Benzin als auch bei einer Verwendung in als Gasbrennkraftmaschine flüssige Gase, insbesondere Erdgas, welches in flüssiger Form in einem Tank 1 des Kraftstoffversorgungssystems 100 bevorratet ist.

Es ist bereits bekannt, die Vorkammern mit einer Zünd(vor)kammerladung reinen gasförmigen Kraftstoffs K _gasf zu spülen. Die Erfindung schlägt eine Lösung mittels integriertem Kraftstoffverdampfer 11 vor, die zusammen mit den erläuterten Komponenten des Kraftstoffversorgungssystem eine Bereitstellung des unvermischten gasförmigen Kraftstoffs oder einem Kraftstoffdampf/Luft-Gemisch K _gasf , K _gasf gewährleistet, um die Spülung der Vorkammer/n 32 innerhalb des Kraftstoffversorgungssystems 100 zu bewirken.

Bezugszeichenliste

100 Kraftstoffversorgungssystem

1 Tank

10 Speisepumpe

10a Zuführleitung

10b Rückführleitung

11 Kraftstoffverdampfer

11a Zuführleitung

11b Zuführleitung

11c Heizvorrichtung

12 Regelmischventil

13 Taktventile

14 Rückführventil 20 Hochdruckpumpe 20a Zuführleitung 20b Rückführleitung 20c Mengensteuerventil 20d Zuführleitung 20e Mengensteuerventil 21 Einspritzventile

30 Brennkraftmaschine Zn Zylinder

31 Hauptbrennkammer

32 Vorkammer 32A Fremdzündeinrichtung K Kraftstoff Kf| flüssiger Kraftstoff

Kgasf gasförmiger Kraftstoff

Kgasf Kraftstoffdampf/Luft-Gemisch