BESCHREIBUNG Mehrstoff-Injektor für eine Brennkraftmaschine, Verfahren zum Betreiben eines Mehrstoff-Injektors, und Brennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft einen Mehrstoff-Injektor für eine Brennkraftmaschine, ein Verfahren zum Betreiben eines Mehrstoff-Injektors und eine Brennkraftmaschine mit einem Mehrstoff-Injektor.

Mehrstoff-Injektoren werden typischerweise verwendet, um Brennverfahren in Brennräumen einer Brennkraftmaschine durchzuführen, bei denen ein weniger zündfähiger Brennstoff durch einen zündfähigeren Pilotbrennstoff gezündet wird. Insbesondere kann ein Otto-Brennstoff, beispielsweise ein Brenngas, durch sogenannte Zündstrahlen eines zündfähigeren

Pilotbrennstoffs, beispielsweise Dieselöl, gezündet werden. Für solche Brennverfahren eingerichtete Mehrstoff-Injektoren weisen einen Grundkörper auf, in welchem eine Mehrzahl von Düsennadeln verlagerbar angeordnet sind, beispielsweise radial nebeneinander oder auch koaxial zu einander, wobei eine der Düsennadeln als Hohlnadel ausgebildet sein kann. Jedem der verschiedenen Brennstoffe ist dabei eine eigene Düsennadel sowie ein eigener, der Düsennadel vorgelagerter Sammelraum zugeordnet, wobei die Brennstoffe separat durch Betätigen der ihnen jeweils zugeordneten Düsennadeln injiziert werden. Solche Mehrstoff-Injektoren haben einen komplexen Aufbau mit mehreren Aktoren, Dichtflächen und Führungen. Typischerweise werden die Düsennadeln hydraulisch angesteuert, wobei eine Steuerleckage abgeführt werden muss. Dabei zeigt sich, dass unabhängig davon, ob ein Mehrstoff- Injektor oder eine Mehrzahl von Injektoren zur Durchführung eines Brennverfahrens mit verschiedenen Brennstoffen zum Einsatz kommt, die hydraulische Ansteuerung der verschiedenen Injektoren oder der verschiedenen Düsennadeln mit ein und demselben Brennstoff, insbesondere mit dem Pilotbrennstoff, bewirkt wird. Dieser kommt daher notwendig auch in Kontakt mit einem Leitungssystem für den anderen Brennstoff, was problematisch ist. Insbesondere stellt dabei eine Permanentleckage an einem als Pilotventil wirkenden, ansteuerbaren Ventil ein Problem dar, wobei es möglich ist, dass

Leckagebrennstoff in das Leitungssystem und insbesondere in ein Reservoir für den anderen Brennstoff gelangt. Beispielsweise kann es vorkommen, dass Diesel in ein Brenngas-Rail, also einen Hochdruckspeicher für Brenngas gelangt, oder dass Brenngas gemeinsam mit einer Pilot- Dieselleckage in einen Diesel-Tank gelangt. Dies führt zu Problemen bei der Befüllung der Tanks, der Kraftstoffförderung und einer erhöhten Explosionsgefahr. Um diese zu vermeiden, müssten zusätzliche Vorkehrungen zur Trennung der Kraftstoffe vorgesehen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Mehrstoff-Injektor, ein Verfahren zum

Betreiben eines Mehrstoff-Injektors und eine Brennkraftmaschine zu schaffen, wobei die genannten Nachteile nicht auftreten.

Die Aufgabe wird gelöst, indem die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche geschaffen werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein Mehrstoff-Injektor für eine

Brennkraftmaschine geschaffen wird, der einen Grundkörper aufweist, in dem eine Düsennadel verlagerbar angeordnet ist, wobei die Düsennadel in einer ersten Funktionsstellung unter Vorspannung gegen einen Nadelsitz gedrängt ist, wobei eine Fluidverbindung zwischen einem Sammelraum und wenigstens einer Spritzbohrung des Mehrstoff-Injektors durch die Düsennadel gesperrt ist. Die Düsennadel ist in einer zweiten Funktionsstellung von dem Nadelsitz beabstandet, sodass die Fluidverbindung zwischen dem Sammelraum und der wenigstens einer Spritzbohrung freigegeben ist. Der Mehrstoff-Injektor weist eine erste Eintrittsöffnung für einen ersten Brennstoff auf, wobei die erste Eintrittsöffnung mit dem Sammelraum in Fluidverbindung ist. Oberhalb der Düsennadel ist ein Steuerraum angeordnet, der mit einer zweiten

Eintrittsöffnung für einen unter Druck stehenden zweiten Brennstoff in Fluidverbindung ist. Der Steuerraum ist über ein ansteuerbares Ventil druckentlastbar, um die Düsennadel von der ersten Funktionsstellung in die zweite Funktionsstellung zu verlagern. Dabei ist vorgesehen, dass der Steuerraum über das ansteuerbare Ventil mit dem Sammelraum in Fluidverbindung ist.

Insbesondere ist bei dem Mehrstoff- Injektor vorgesehen, dass die Düsennadel als gemeinsames Ventilelement für den ersten und den zweiten Brennstoff ausgebildet ist. Dies wird insbesondere erreicht, indem der Steuerraum in den Sammelraum entlastet ist. Dabei wird insbesondere die Steuerleckage, die bei einer Ansteuerung des ansteuerbaren Ventils auftritt, in den Sammelraum geführt. Dieser wirkt als gemeinsamer Sammelraum für den ersten Brennstoff und den zweiten Brennstoff. Auch die wenigstens eine Spritzbohrung ist für den ersten Brennstoff und den zweiten Brennstoff gemeinsam vorgesehen. Durch diesen Aufbau des Mehrstoff- Injektors ergeben sich Vorteile gegenüber dem Stand der Technik. Insbesondere ist es möglich, dass der Melirstoff- Injektor einen deutlich vereinfachten Aufbau, nämlich eine extrem einfache

Konstruktion mit nur einer alleinigen, einzigen Düsennadel aufweist, wodurch er robust, kostengünstig und kompakt aufgebaut ist. Durch die Entlastung des Steuerraums in den gemeinsamen Sammelraum wird effektiv verhindert, dass die Steuerleckage in das

Leitungssystem des ersten Brennstoffs gelangt. Die Brennstoffe vermischen sich daher höchstens in dem gemeinsamen Sammelraum, was unschädlich ist. Im Übrigen werden ein dem Mehrstoff- Injektor vorgelagertes Leitungssystem und insbesondere Reservoire und/oder Tanks für die beiden Brennstoffe von dem jeweils anderen, artfremden Brennstoff, freigehalten.

Dass oberhalb der Düsennadel ein Steuerraum angeordnet ist, bedeutet insbesondere, dass ein dem Nadelsitz - in axialer Richtung gesehen - gegenüberliegendes Ende der Düsennadel mit dem Steuerraum in Verbindung ist. Dabei wirkt insbesondere der in dem Steuerraum

herrschende Druck auf das dem Nadelsitz gegenüberliegende Ende der Düsennadel. Oberhalb einer vorbestimmten Druckschwelle für den Druck in dem Steuerraum drängt dieser die

Düsennadel dichtend gegen den Nadelsitz, sodass kein Brennstoff aus dem Sammelraum zu der wenigstens einen Spritzbohrung gelangen kann. Wird der Steuerraum durch Ansteuerung des ansteuerbaren Ventils druckentlastet, sodass der Druck in dem Steuerraum unter die

vorbestimmte Druckschwelle sinkt, hebt die Düsennadel von dem Nadelsitz ab, wird also von diesem beabstandet, und die Fluidverbindung zwischen dem Sammelraum und der wenigstens einen Spritzbohrung wird freigegeben. Daher kann durch das ansteuerbare Ventil eine

Aktivierung des Mehrstoff- Injektors erfolgen, indem der Steuerraum unter die Druckschwelle druckentlastet wird. Vorzugsweise ist an der Düsennadel eine Druckwaage zwischen einem Druck in dem Sammelraum einerseits und dem Druck in dem Steuerraum andererseits vorgesehen, wobei die Düsennadel abhängig von einem Differenzdruck zwischen diesen beiden Drücken verlagert wird. Vorzugsweise ist zusätzlich ein Federelement vorgesehen, welches die Düsennadel in die erste Funktionsstellung vorspannt, sodass der Differenzdruck die durch das Federelement bestimmte Vorspannkraft überwinden muss, um die Düsennadel von dem

Nadelsitz abzuheben.

Der Steuerraum ist also über das ansteuerbare Ventil druckentlastbar, sodass die Düsennadel von der ersten Funktionsstellung in die zweite Funktionsstellung verlagert wird, wenn der

Steuerraum über das ansteuerbare Ventil druckentlastet wird.

Es wird ein Ausführungsbeispiel des Mehrstoff-Injektors bevorzugt, das sich dadurch

auszeichnet, dass das ansteuerbare Ventil leckagefrei ausgebildet ist. Besonders bevorzugt ist das ansteuerbare Ventil permanentleckagefrei ausgebildet. Solche leckagefreien Ventile zeichnen sich dadurch aus, dass sie keine Permanentleckage aufweisen. Insbesondere ist oberhalb eines Ventilelements des ansteuerbaren Ventils kein zu einem Brennstoffreservoir druckentlasteter Raum vorgesehen, sodass kein Brennstoff über das Ventil abströmen kann. Von der

Permanentleckage ist die Steuerleckage zu unterscheiden, die notwendig bei einer Aktivierung des ansteuerbaren Ventils auftritt, sodass der Steuerraum druckentlastet wird. Diese

Steuerleckage wird - wie bereits ausgeführt - bei dem hier vorgeschlagenen Mehrstoff-Injektor in den gemeinsamen Sammelraum geführt. Besonders bevorzugt ist das ansteuerbare Ventil als Magnetventil ausgebildet. Dabei ist es vorzugsweise durch ein Steuergerät einer

Brennkraftmaschine, welche den Mehrstoff-Injektor aufweist, ansteuerbar, besonders bevorzugt mit einem pulsweitenmodulierten Signal.

Es wird ein Ausführungsbeispiel des Mehrstoff-Injektors bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass der Mehrstoff- Injektor frei ist von jeglicher Entlastungsleitung von dem Steuerraum zu einem Brennstoffreservoir, insbesondere zu einem Brennstoffreservoir für den zweiten Brennstoff. Vielmehr ist die einzige Entlastungsleitung des Steuerraums zu dem gemeinsamen Sammelraum vorgesehen. Die Steuerleckage gelangt also vollständig in den gemeinsamen Sammelraum.

Insbesondere dann, wenn das ansteuerbare Ventil permanentleckagefrei ausgebildet ist und keine Entlastungsleitung von dem Steuerraum zu einem Brennstoffreservoir für den zweiten

Brennstoff besteht, ist keine Durchmischung der verschiedenen Brennstoffe stromaufwärts des Mehrstoff- Injektors, insbesondere in verschiedenen Brennstoffreservoirs und/oder Tanks zu befürchten. Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Verfahren zum Betreiben eines Mehrstoff- Injektors geschaffen wird, welches folgende Schritte aufweist: Ein erster Brennstoff wird in einen

Sammelraum vor einen Nadelsitz einer Düsennadel des Mehrstoff-Injektors geleitet. Ein zweiter Brennstoff wird aus einem zur Betätigung der Düsennadel vorgesehenen Steuerraum über ein ansteuerbares Ventil in den Sammelraum abgesteuert. Der erste und der zweite Brennstoff werden aus dem Sammelraum durch wenigstens eine Spritzbohrung injiziert, indem die

Düsennadel durch Betätigen des ansteuerbaren Ventils unter Entlastung des Steuerraums von dem Nadelsitz beabstandet wird. Besonders bevorzugt wird im Rahmen des Verfahrens ein Mehrstoff- Injektor nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele betrieben. Es ergeben sich dabei insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Mehrstoff- Injektor erläutert wurden. Im Rahmen des Verfahrens ist demnach vorgesehen, dass der erste Brennstoff und der zweite Brennstoff in einen gemeinsamen Sammelraum gelangen, wobei insbesondere der zweite Brennstoff aus dem Steuerraum in den gemeinsamen Sammelraum abgesteuert wird. Weiterhin ist vorgesehen, dass nur eine Düsennadel, nämlich eine für beide Brennstoffe gemeinsame Düsennadel zur Injektion der Brennstoffe verwendet wird. Es ist möglich, dass der zweite Brennstoff durch Absteuern aus dem Steuerraum in dem gemeinsamen Sammelraum vorgelegt wird, wobei danach der erste Brennstoff in den gemeinsamen

Sarnmelraum geleitet wird. Es ist auch möglich, dass der erste Brennstoff in den Sammelraum geleitet wird, und dass der zweite Brennstoff danach durch Absteuern aus dem Steuerraum in den gemeinsamen Sammelraum geleitet wird. Weiterhin ist es möglich, dass eine permanente Fluidverbindung zwischen dem gemeinsamen Sammelraum und einem Reservoir für den ersten Brennstoff besteht, wobei zu bestimmten Zeiten eine Menge des zweiten Brennstoffs aus dem Steuerraum in den gemeinsamen Sammelraum abgesteuert wird. Es ist möglich, dass die beiden Brennstoffe, also der erste und der zweite Brennstoff, gleichzeitig in einem gemeinsamen Injektionsereignis während eines Nadelhubs der Düsennadel injiziert werden. Alternativ ist es möglich, dass mit einem ersten Hub der Düsennadel eine Pilotmenge des vorgelagerten zweiten Brennstoff injiziert wird, wobei mit einem zweiten Nadelhub der Düsennadel im Wesentlichen eine Menge des ersten Brennstoffs - vermischt mit einem prinzipbedingt unvermeidlichen Steuerleckage- Anteil des zweiten Brennstoffs - injiziert wird. Auch eine Mehrzahl verschiedener, hintereinander durchgeführter Einspritzereignisse ist möglich. Dabei kann vorzugsweise die zusammen mit dem ersten Brennstoff injizierte Menge an zweitem Brennstoff eingestellt werden. Ist in dem gemeinsamen Sammelraum momentan kein oder nur wenig von dem zweiten Brennstoff vorgelagert, bestimmt sich die gemeinsam mit dem ersten Brennstoff injizierte Menge an zweitem Brennstoff insbesondere abhängig von einer Durchflussmenge durch das ansteuerbare Ventil sowie einem Druckverhältnis zwischen dem Druck in dem Sammelraum und dem Druck in dem Steuerraum.

Es wird eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass eine Pilotmenge des zweiten Brennstoffs durch wenigstens eine Kurzansteuerung des

ansteuerbaren Ventils aus dem Steuerraum in den Sammelraum abgesteuert wird, wobei die Düsennadel durch die Kurzansteuerung des ansteuerbaren Ventils nicht verlagert wird. Eine solche Kurzansteuerung wird auch als Blank-Shot- Aktivierung, oder als„Aktivierung ohne Auswirkung" bezeichnet. Dabei wird das ansteuerbare Ventil angesteuert, ohne dass die Düsennadel reagiert. Dies kann dadurch bedingt sein, dass der Brennstoffdruck in dem

Steuerraum unter die vorbestimmte Druckschwelle sinken muss, bevor die Düsennadel tatsächlich von dem Nadelsitz abhebt, wobei diese Druckschwelle aufgrund der nur kurzen Ansteuerung des ansteuerbaren Ventils nicht unterschritten wird. Alternativ oder zusätzlich wird vorzugsweise eine Verzögerungszeit durch eine mechanische Trägheit des Systems aus der

Düsennadel und dem diese in die erste Funktionsstellung vorspannenden Federelement bewirkt, sodass auch deswegen eine hinreichend kurze Ansteuerung des ansteuerbaren Ventils keine Auswirkung aufdie Position der Düsennadel hat. Gleichwohl führt eine auch kurze Ansteuerung, nämlich die hier angesprochene Kurzansteuerung, dazu, dass eine Menge des zweiten

Brennstoffs aus dem Steuerraum über das ansteuerbare Ventil in den Sammelraum abgesteuert wird. Dabei kann die in den gemeinsamen Sammelraum abgesteuerte Menge des zweiten

Brennstoffs durch die Art und/oder Anzahl der Kurzansteuerungen des ansteuerbaren Ventils bestimmt werden. Es ist dabei insbesondere möglich, für eine erste Pilotinjektion durch mehrfaches Kurzansteuem des ansteuerbaren Ventils eine größere Menge an zweitem Brennstoff in dem Sammelraum zu sammeln, die dann in einem ersten Injektionsereignis als

Piloteinspritzung injiziert wird, wobei für darauffolgende Einspritzereignisse desselben

Arbeitstakts geringere Mengen des zweiten Brennstoffs in den Sammelraum abgesteuert werden, oder vor den Einspritzereignissen sogar keine Kurzansteuerung erfolgt, sodass im Wesentlichen der erste Brennstoff - bis auf unvermeidliche Steuerleckage-Mengen des zweiten Brennstoffs - injiziert wird.

Es wird auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass als erster Brennstoff ein Otto-Brennstoff verwendet wird. Besonders bevorzugt wird als erster Brennstoff ein Brenngas, beispielsweise Erdgas, Biogas, Deponiegas, Magergas oder ein Sondergas, verwendet.

Alternativ oder zusätzlich wird als zweiter Brennstoff vorzugsweise ein selbstzündender, flüssiger Brennstoff verwendet. Besonders bevorzugt wird ein Diesel-Brennstoff, insbesondere Diesel, verwendet. Dabei zeigt sich, dass mit einem flüssigen Brennstoff in besonders einfacher und reproduzierbarer Weise eine Ansteuerung der Düsennadel durch Druckaufbau und

Druckentlastung in dem Steuerraum möglich ist.

Es zeigt sich weiterhin, dass die Verwendung eines gasförmigen ersten Brennstoffs in Hinblick auf die gemeinsame Anwesenheit beider Brennstoffe in dem gemeinsamen Sammelraum vorteilhaft ist. Dabei ist es insbesondere möglich, dass eine permanente Fluidverbindung zwischen dem gemeinsamen Sammelraum und einem Brennstoffreservoir für den ersten

Brennstoff besteht, sodass der gemeinsame Sammelraum ständig mit Brenngas beaufschlagt ist. Wird dann eine Menge von zweitem Brennstoff aus dem Steuerraum in den gemeinsamen Sammelraum abgesteuert, sammelt sich der flüssige zweite Brennstoff unmittelbar vor dem

Nadelsitz der Düsennadel und verdrängt dort den gasförmigen, ersten Brennstoff. Dadurch kann gewährleistet werden, dass stets die vorgelagerte Menge an zweitem Brennstoff zuerst als Pilotstrahl durch die wenigstens eine Spritzbohrung injiziert wird, bevor der gasförmige erste Brennstoff folgt. Zugleich kann das nachströmende Brenngas genutzt werden, um den vorgelagerten zweiten Brennstoff bei der Einspritzung zu zerstäuben. Dies entspricht der

Vorgehensweise eines sogenannten„Air-Blast". Es ist dann möglich, den zweiten Brennstoff auch noch bei vergleichsweise niedrigem Druckniveau - im Vergleich zu einer Diesel- Hochdruckinjektion - sehr gut zu zerstäuben und eine Rußbildung bei der Verbrennung des zweiten Brennstoffs zu reduzieren oder ganz zu vermeiden.

Bei der Injektion der Brennstoffe in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine wird demnach kein homogenes Gemisch gezündet, vielmehr wird zunächst der zweite Brennstoff als Pilotstrahl injiziert, der sich in der heißen komprimierten Verbrennungsluft des Brennraums selbst entzündet und dort eine zonale Flammenfront bildet. Der erste Brennstoff, insbesondere der Otto-Brennstoff und ganz besonders das Brenngas, wird nachfolgend injiziert und durch die dann bereits in dem Brennraum brennende Pilotflamme des zweiten Brennstoffs entzündet. Die Verbrennung ist dabei diffusionsgesteuert, weil die Brennstoffe und die Verbrennungsluft nicht vermischt sind. Vorteilhaft hieran ist, dass eine klopfende Verbrennung vollständig vermieden werden kann.

Es wird auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass ein Druck des ersten Brennstoffs in dem Sammelraum kleiner ist als ein Druck des zweiten Brennstoffs in dem Steuerraum bei geschlossenem ansteuerbaren Ventil. Insbesondere ist es dadurch möglich, den Druck des zweiten Brennstoffs auf die in dem Steuerraum erforderliche Druckschwelle abzustimmen, sodass die Düsennadel bei geschlossenem ansteuerbaren Ventil dicht gegen den Nadelsitz gedrängt wird. Zugleich kann der erste Brennstoff bei vergleichsweise niedrigem Druck gehalten werden, was zur Sicherheit und Wirtschaftlichkeit des Betriebs der Brennkraftmaschine beiträgt. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der zweite Brennstoff auf einem Druckniveau oberhalb des Druckniveaus des ersten Brennstoffs gehalten wird. Somit kann der der zweite Brennstoff durch das Ansteuerventil auf das niedrigere Druckniveau des ersten Brennstoffs gedrosselt werden. Für gasförmige erste Brennstoffe liegt der Druck vorzugsweise bei mindestens 100 bar bis höchstens 300 bar. Für flüssige erste Brennstoffe liegt der Druck vorzugsweise zwischen mindestens 1000 bar und höchstens 3000 bar. Die Höhe der Druckdifferenz zwischen den Brennstoffen wird zusammen mit den für die hydraulischen Kräfte wirksamen Flächen einerseits sowie den Druckverlusten von Steuerraum zu Sammelraum andererseits vorzugsweise derart gewählt, das sich sowohl das gewünschte Öffnungsverhalten der Düsennadel als auch die gewünschte Fördermenge des zweiten Brennstoffs einstellt.

Es wird auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass der zweite Brennstoff in dem Sammelraum dem ersten Brennstoff vorgelagert wird. Dies ist - wie bereits beschrieben - insbesondere dann möglich, wenn der erste Brennstoff gasförmig und der zweite Brennstoff flüssig ist. Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass der zweite Brennstoff mithilfe des ersten Brennstoffs ausgetrieben wird, nämlich durch die wenigstens eine

Spritzbohrung. Es ist dann - wie ebenfalls bereits beschrieben - trotz des vergleichsweise geringen Druckniveaus bei der Injektion des zweiten Brennstoffs möglich, diesen fein zu zerstäuben und eine Rußbildung zu verhindern, weil der Gasstrahl des nachgelagerten, ersten Brennstoffs den vorgelagerten Flüssigkeitsfilm des zweiten Brennstoffs antreibt und diesen dabei effektiv zerstäubt. Dies entspricht dem bereits zuvor erwähnten„Air-Blast".

Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Brennkraftmaschine geschaffen wird, welche wenigstens einen Brennraum aufweist, wobei dem wenigstens einen Brennraum wenigstens ein Mehrstoff-Injektor gemäß einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele zugeordnet ist. Alternativ oder zusätzlich ist bevorzugt vorgesehen, dass die Brennkraftmaschine eingerichtet ist zur Durchführung von wenigstens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen des Verfahrens. In Zusammenhang mit der Brennkraftmaschine verwirklichen sich die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Mehrstoff-Injektor und dem Verfahren erläutert wurden.

Die Brennkraftmaschine ist besonders bevorzugt eingerichtet als Gasmotor, der mit einer Pilotzündung betrieben wird. Dabei ist die Brennkraftmaschine insbesondere eingerichtet, um mit einem gasförmigen, ersten Brennstoff, der insbesondere als Brenngas ausgebildet ist, und mit einem flüssigen, selbstzündenden zweiten Brennstoff, insbesondere mit Diesel als zweitem Brennstoff, betrieben zu werden. Dabei verwirklichen sich insbesondere die bereits zuvor genannten Vorteile.

Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise als Hubkolbenmotor ausgebildet. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel dient die Brennkraftmaschine dem Antrieb insbesondere schwerer Land- oder Wasserfahrzeuge, beispielsweise von Minenfahrzeugen, Zügen, wobei die Brennkraftmaschine in einer Lokomotive oder einem Triebwagen eingesetzt wird, oder von Schiffen. Auch ein Einsatz der Brennkraftmaschine zum Antrieb eines der Verteidigung dienenden Fahrzeugs, beispielsweise eines Panzers, ist möglich. Ein Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine wird vorzugsweise auch stationär, beispielsweise zur stationären

Energieversorgung im Notstrombetrieb, Dauerlastbetrieb oder Spitzenlastbetrieb eingesetzt, wobei die Brennkraftmaschine in diesem Fall vorzugsweise einen Generator antreibt. Auch eine stationäre Anwendung der Brennkraftmaschine zum Antrieb von Hilfsaggregaten, beispielsweise von Feuerlöschpumpen auf Bohrinseln, ist möglich. Weiterhin ist eine Anwendung der

Brennkraftmaschine im Bereich der Förderung fossiler Roh- und insbesondere Brennstoffe, beispielswiese Öl und/oder Gas, möglich. Auch eine Verwendung der Brennkraftmaschine im industriellen Bereich oder im Konstruktionsbereich, beispielsweise in einer Konstruktions- oder Baumaschine, zum Beispiel in einem Kran oder einem Bagger, ist möglich. Insbesondere wenn die Brennkraftmaschine als Gasmotor ausgebildet ist, ist sie für den Einsatz in einem

Blockheizkraftwerk zur stationären Energieerzeugung geeignet.

Die Beschreibung des Mehrstoff- Injektors und der Brennkraftmaschine einerseits sowie des Verfahrens andererseits sind komplementär zueinander zu verstehen. Merkmale des Mehrstoff- Injektors und der Brennkraftmaschine, die explizit oder implizit in Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert wurden, sind bevorzugt einzeln oder miteinander kombiniert Merkmale eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des Mehrstoff-Injektors oder der Brennkraftmaschine.

Verfahrensschritte, die explizit oder implizit in Zusammenhang mit dem Mehrstoff-Injektor oder der Brennkraftmaschine beschrieben wurden, sind bevorzugt einzeln oder miteinander kombiniert Schritte einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens. Dieses zeichnet sich bevorzugt durch wenigstens einen Verfahrensschritt aus, der durch wenigstens ein Merkmal des Mehrstoff- Injektors oder der Brennkraftmaschine bedingt ist. Der Mehrstoff-Injektor und/oder die Brennkraftmaschine zeichnet/zeichnen sich bevorzugt durch wenigstens ein Merkmal aus, welches durch wenigstens einen Schritte einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens bedingt ist. Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Brennkraftmaschine mit einem Ausführungsbeispiel eines Mehrstoff-Injektors.

Die einzige Fig. zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer

Brennkraftmaschine 1 mit einem Mehrstoff-Injektor 3, der einem Brennraum 5 zur Injektion von Brennstoff in den Brennraum 5 zugeordnet ist. Die Brennkraftmaschine 1 ist vorzugsweise als Hubkolbenmaschine ausgebildet, wobei ein Kolben 7 in dem Brennraum 5 verlagerbar angeordnet ist.

Der Mehrsto ff- Injektor 3 weist einen Grundkörper 9 auf, in dem eine Düsennadel 11 verlagerbar angeordnet ist. Die Düsennadel 11 ist in der Figur in einer ersten Funktionsstellung dargestellt, in welcher sie unter Vorspannung gegen einen Nadelsitz 13 gedrängt ist. Die Vorspannung wird unter anderem durch ein Federelement 15 aufgebracht, welches sich einerseits an dem

Grundkörper 9 und andererseits an einer Anlageschulter 17 der Düsennadel 11 abstützt.

Der Mehrstoff- Injektor 3 weist außerdem eine erste Eintrittsöffhung 19 für einen ersten

Brennstoff, insbesondere ein Brenngas, auf, wobei die erste Eintrittsöffnung 19 über einen ersten Kanal 21 mit einem Sammelraum 23 in Fluidverbindung ist.

Der Sammelraum 23 ist dabei - in Strömungsrichtung des ersten Brennstoffs zu dem Brennraum 5 hin gesehen - stromaufwärts des Nadelsitzes 13 angeordnet, und ist in der ersten

Funktionsstellung der Düsennadel 11 durch diese von einer Spritzbohrung 25 fluidisch getrennt. Dabei dichtet die Düsennadel 11 insbesondere eine Fluidverbindung zwischen dem Sammelraum 23 und der Spritzbohrung 25 ab.

Oberhalb der Düsennadel 11 ist ein Steuerraum 27 angeordnet, der mit einer zweiten

Eintrittsöffhung 29 für einen zweiten Brennstoff, insbesondere einen flüssigen, selbstzündenden Brennstoff, in Fluidverbindung steht. Dabei ist ein zweiter Kanal 31 vorgesehen, welcher die zweite Eintrittsöffhung 29 mit dem Steuerraum 27 fluidisch verbindet.

Dabei wirkt ein in dem Steuerraum 27 herrschender Druck hier unmittelbar auf ein dem

Nadelsitz 13 - in axialer Richtung der Düsennadel 11 gesehen - gegenüberliegendes Ende der Düsennadel 11, insbesondere auf eine Druckfläche 33, die stirnseitig an dem dem Nadelsitz 13 gegenüberliegenden Ende der Düsennadel 11 angeordnet ist. Zugleich wirkt der in dem

Sammelraum 23 herrschende Druck auf eine Gegendruckfläche 35 der Düsennadel 11, die hier an der Anlageschulter 17 vorgesehen ist. Dabei zeigt sich, dass die Düsennadel 11 einerseits durch die auf die Druckfläche 33 wirkende Druckkraft in dem Steuerraum 27 und andererseits durch die Vorspannkraft des Federelements 15 gegen den Nadelsitz 13 gedrängt wird, wobei zugleich die auf die Gegendruckfläche 35 wirkende Druckkraft des in dem Sammelraum 23 herrschenden Drucks in die entgegengesetzte Richtung wirkt, also tendenziell versucht, die Düsennadel 11 von dem Nadelsitz 13 abzuheben.

Der Steuerraum 27 ist über ein ansteuerbares Ventil 37, das vorzugsweise als Magnetventil ausgebildet ist, druckentlastbar. Dabei kann durch Ansteuern des ansteuerbaren Ventils 37 insbesondere bewirkt werden, dass der Druck in dem Steuerraum 27 unter eine Druckschwelle sinkt, bei welcher die auf die Gegendruckfläche wirkende Druckkraft die auf die Druckfläche 33 wirkende Druckkraft und die durch das Vorspannelement 15 aufgebrachte Vorspannkraft übersteigt, sodass die Düsennadel in eine zweite Funktionsstellung verlagert und von dem Nadelsitz 13 beabstandet wird. In diesem Fall wird die Fluidverbindung zwischen dem

Sammelraum 23 und der wenigstens einen Spritzbohrung 25 freigegeben, sodass in dem

Sammelraum 23 vorhandener Brennstoff über die Spritzbohrung 25 in den Brennraum 5 eingespritzt werden kann.

Der Steuerraum 27 ist dabei hier über das ansteuerbare Ventil 37 mit dem Sammelraum 23 in Fluidverbindung. Insbesondere ist ein dritter Kanal 39 vorgesehen, der den Steuerraum 27 fluidisch mit dem Sammelraum 23 verbindet, wobei das ansteuerbare Ventil 37 in dem dritten Kanal 39 angeordnet ist und diesen - abhängig von der Ansteuerung des ansteuerbaren Ventils 37 - sperrt oder freigibt. Es zeigt sich demnach, dass der Steuerraum 27 in den Sammelraum entlastet ist. Eine beim Ansteuern des ansteuerbaren Ventils 37 zur Druckentlastung aus dem Steuerraum 27 abgesteuerte Steuerleckage gelangt daher über den dritten Kanal 39 in den Sammelraum 23.

Die Düsennadel 11 ist dabei als alleinige, einzige Düsennadel vorgesehen und dient somit als gemeinsames, alleiniges und einziges Ventilelement sowohl für den ersten Brennstoff als auch für den zweiten Brennstoff. Es ist also insgesamt nur eine Düsennadel 11 bei dem Mehrstoff- Injektor 3 vorgesehen. Der Sammelraum 23 stellt einen gemeinsamen Sammelraum für den ersten Brennstoff und den zweiten Brennstoff dar.

Weiterhin zeigt sich, dass der Steuerraum 27 ausschließlich in den Sammelraum 23

druckentlastet ist, wobei keine weitere Fluidverbindung zur Entlastung des Steuerraums 27 existiert.

Dadurch, dass der Mehrstoff-Injektor 3 nur eine einzige Düsennadel 11 für beide Brennstoffe aufweist, kann er eine sehr einfache Konstruktion aufweisen, wodurch er robust, kompakt und kostengünstig ausgebildet ist. Dadurch, dass die Steuerleckage aus dem Steuerraum 27 in den Sammelraum 23 abgesteuert wird, ist eine Vermischung der Brennstoffe stromaufwärts des Mehrstoff-Injektors 3 ausgeschlossen.

Das ansteuerbare Ventil 37 ist vorzugsweise als permanentleckagefreies Ventil, insbesondere als permanentleckagefreies Pilotventil, ausgebildet, sodass auch dieses Ventil 37 keinerlei

Druckentlastung zu einem Brennstoffreservoir aufweist. Dadurch ist in besonders effizienter Weise eine Vermischung der Brennstoffe stromaufwärts des Mehrstoff-Injektors 3 unterbunden.

Insbesondere existiert bei dem Mehrstoff-Injektor 3 keine Entlastungsbohrung von dem

Steuerraum 27 zu einem Brennstoffreservoir für den zweiten Brennstoff.

Der Mehrstoff-Injektor 3 wird betrieben, indem der erste Brennstoff in den Sammelraum 23 vor den Nadelsitz 13 geleitet wird. Insbesondere ist es möglich, dass eine permanente

Fluidverbindung zwischen einem Reservoir für den ersten Brennstoff und dem Sammelraum 23 über die erste Eintrittsöffhung 19 besteht. Es wird eine Menge des zweiten Brennstoffs aus dem Steuerraum 27 über das ansteuerbare Ventil 37 und den dritten Kanal 39 in den Sammelraum abgesteuert. Dies kann insbesondere geschehen, indem eine Kurzansteuerung des ansteuerbaren Ventils 37, insbesondere eine sogenannte Blank-Shot-Aktivierung oder eine Aktivierung ohne Auswirkung durchgeführt wird. Durch mehrfaches Wiederholen einer solchen Kurzansteuerung kann die in den Sammelraum 23 abgesteuerte Menge des zweiten Brennstoffs eingestellt werden. Bei einer solchen Kurzansteuerung wird die Düsennadel 11 nicht verlagert, sondern verharrt vielmehr in ihrer in der Figur dargestellten ersten Funktionsstellung. Der vorzugsweise flüssige zweite Brennstoff verdrängt insbesondere den vorzugsweise gasförmigen ersten Brennstoff aus einem Bereich unmittelbar vor dem Nadelsitz 13 in dem Sammelraum 23, sodass der zweite Brennstoff dem ersten Brennstoff als Pilotbrennstoff vorgelagert wird.

Durch Ansteuern des ansteuerbaren Ventils 37 werden der erste und der zweite Brennstoff aus dem Sammelraum 23 durch die Spritzbohrung 25 in den Brennraum 5 injiziert, indem die Düsennadel 11 unter Entlastung des Steuerraums 27 von dem Nadelsitz 13 beabstandet wird. Dabei ist es möglich, dass beide Brennstoffe in einer einzigen Injektion, also während eines einzigen Abhebeereignisses der Düsennadel 11 von dem Nadelsitz 13 nacheinander injiziert werden. Alternativ ist es möglich, dass zuerst während eines kürzeren Injektionsereignisses der zweite Brennstoff als Pilotbrennstoff in den Brennraum 5 injiziert wird, wobei in einem zweiten Injektionsereignis, also bei einem zweiten Hub der Düsennadel 11, eine Menge an ersten Brennstoff in den Brennraum 5 nachinjiziert wird. Dabei kann vor der ersten Injektion eine größere Menge an zweitem Brennstoff in dem Sammelraum vorgelegt werden, wobei im Rahmen der zweiten Injektion auch eine - allerdings geringe - unvermeidliche Steuerleckage- Menge des zweiten Brennstoffs zusammen mit dem ersten Brennstoff in den Brennraum 5 eingebracht wird. Diese prinzipbedingt unvermeidliche Steuerleckage-Menge wird insbesondere bestimmt durch den Durchströmungsquerschnitt des ansteuerbaren Ventils 37 und des dritten Kanals 39, sowie durch die Druckverhältnisse in dem Steuerraum 27 und in dem Sammelraum 23.

Vorzugsweise wird dabei ein Druck des ersten Brennstoffs in dem Sammelraum 23 kleiner gewählt als ein Druck des zweiten Brennstoffs in dem Steuerraum 27 bei geschlossenem ansteuerbaren Ventil 37. Für gasförmige erste Brennstoffe liegt der Druck vorzugsweise bei mindestens 100 bar bis höchstens 300 bar. Für flüssige erste Brennstoffe liegt der Druck vorzugsweise zwischen mindestens 1000 bar und höchstens 3000 bar. Die Höhe der

Druckdifferenz zwischen den Brennstoffen wird zusammen mit den für die hydraulischen Kräfte wirksamen Flächen einerseits sowie den Druckverlusten von Steuerraum 27 zu Sammelraum 23 andererseits vorzugsweise derart gewählt, das sich sowohl das gewünschte Öffhungsverhalten der Düsennadel 11 als auch die gewünschte Fördermenge des zweiten Brennstoffs einstellt. Das Brennverfahren in dem Brennraum 5 wird vorzugsweise so geführt, dass der erste

Brennstoff als Hauptbrennstoff verwendet wird, der eine Hauptmenge der insgesamt während eines Arbeitstakts in den Brennraum 5 eingebrachten Energie bereitstellt, wobei der zweite Brennstoff als Pilotbrennstoff verwendet wird, der im Wesentlichen der Zündung des ersten Brennstoffs dient, selbst aber nur einen geringeren Beitrag zu der insgesamt dem Brennraum 5 zugeführten Energiemenge bereitstellt.

Bei der Injektion des zweiten Brennstoffs durch die Spritzbohrung 25 wird dieser vorzugsweise durch den nachgelagerten, ersten Brennstoff angetrieben und insbesondere zerstäubt. Dadurch ist es möglich, quasi einen„Air-Blast" zu realisieren, wobei trotz des vergleichsweise geringen Druckniveaus in dem Sammelraum 23 eine effiziente Zerstäubung des flüssigen zweiten

Brennstoffs möglich ist, sodass dieser rußarm verbrennt.

Insgesamt zeigt sich, dass mit dem Mehrstoff-Injektor 1 ein extrem einfach aufgebauter Injektor bereitgestellt werden kann, der leckagefrei, robust, kompakt und kostengünstig ist.