gasförmigem Kraftstoff

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ventileinrichtung und ein System sowie eine Verwendung zur Einblasung von gasförmigem Kraftstoff in einer Verbrennungskraftmaschine insbesondere mit direkter Kraftstoffeinspritzung. Genauer bezieht sich die Erfindung auf eine Ventileinrichtung bzw. Einspritzvorrichtung, die eine zeitlich flexible Zumessung eines Gaskraftstoffs direkt in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine ermöglicht.

Aus Gründen der Verfügbarkeit, der Kosten wie auch des Schadstoffminderungspotenzials werden Gaskraftstoffe, hier insbesondere Erdgas, hinlänglich als idealer Alternativkraftstoff angesehen. Insbesondere für den Bereich des Waren- und Personentransports Gaskraftstoffe für Nutzfahrzeuge und Busse eine wirtschaftlich at- traktive Alternative zu der ausschließlichen Verwendung von Dieselkraftstoff darstellen. Hierbei besteht die Problematik, dass der selbstzündungsunwillige Gaskraftstoff nur mit Hilfe einer zusätzlichen Zündeinrichtung bzw. Maßnahme in einem auf Selbstzündung basierenden konventionellen Dieselmotor eingesetzt werden kann. Die bestehenden Lösungen für diese Problematik beschränken sich darauf eine möglichst vollständige Substitution des Dieselkraftstoffes zu erreichen, sind aber in dem breit gefächerten Anwendungsspektrum von Nutzfahrzeugen nur in Teilen praktikabel, da eine flächendeckende Gasversorgungsinfrastruktur bislang nicht verfügbar ist. Vor diesem Hintergrund sind verschiedene Ansätze für die Realisierung eines sogenannten„Dual Fuel"-Konzeptes, also für einen Zweistoffbetrieb, bis hin zur Serienreife verfolgt worden, die sowohl einen 100%igen Dieselbetrieb wie auch einen Betrieb mit gleichzeitiger Diesel- und Gaskraftstoffzumessung vorsehen. Vor dem Hintergrund einer strengen Limitierung der Schadstoffe von Dieselmotoren sind Dual-Fuel-Antriebsaggregate lediglich auf die Anforderungen des dieselmotorischen Brennverfahrens hinsichtlich Verdichtung und Brennraumgestaltung ausgerichtet. Mit der üblicherweise durch äußere Gemischbildung erfolgenden Zuführung bzw. Zumischung von Gas lässt sich nur ein begrenzter Anteil des Dieselkraftstoffes substituieren, da eine unkontrollierte Entflammung des eingebrachten Gemi- sches aufgrund einer Selbst- oder Glühzündung unbedingt vermieden werden muss. Als einzig zielführendes und damit zu bevorzugendes Verfahren ist die Konzeption der direkten Einspritzung von Gaskraftstoff zu sehen, die es ermöglicht, die gastypischen günstigen Verbrennungseigenschaften mit dem guten Wirkungsgradverhal- ten eines Diesel-Brennverfahrens mit Direkteinspritzung zu verbinden.

Die derzeitige Verwendung von gasförmigen Kraftstoffen in einer Verbrennungskraftmaschine erfolgt im überwiegenden Maße unter Anwendung ottomotorischer Brennverfahren, bei dem der Gaskraftstoff vor Eintritt in den Brennraum im Einlasstrakt der Verbrennungskraftmaschine der Verbrennungsluft mittels eines Mischer- Systems oder von zentral bzw. zylinderindividuell angeordneten Gaseinspritzventilen zugemischt wird. Das dadurch entstehende homogene Kraftstoff-Luftgemisch wird im Zylinder verdichtet und z.B. durch eine Funkenzündungsanlage zeitgenau zur Entzündung und Verbrennung gebracht. Ein solches ottomorisches Gasbrennverfahren wurde ebenso auf direkteinspritzende Dieselmotoren derart übertragen, dass mittels Anpassung verschiedener Motorkomponenten wie Zylinderkopf und Kolbenmuldengeometrie ein -ottomotorischer Betrieb mittels Funkenzündung ermöglicht wurde. Im Gegensatz zur Saugrohreinspritzung von flüssigen Kraftstoffes wie z.B. Benzin besteht ein wesentlicher Nach- teil dieser Ausgestaltung des Brennverfahrens in der erheblichen Substitution von Verbrennungsluft im Saugsystem der Verbrennungskraftmaschine durch den gasförmig eingeblasenen Kraftstoff, der einen höheren Volumenbedarf besitzt.

Als Folge davon besitzen diese auf schadstoffarmen, stöchiometrischen Motorbe- trieb ausgelegten Gasmotoren im Vergleich zum verwendeten Basisdieselmotor eine geringere Drehmoment- und Leistungskapazität im gesamten Drehzahlbereich, die sich nur begrenzt durch Einsatz einer angepassten Abgasturboaufladung kompensieren lässt. Begrenzender Faktor ist hierbei die maximal zulässige Abgastemperatur vor Eintritt in die Turbine der üblicherweise bereits hochaufgeladenen Die- selmotoren.

Die Umstellung einer Verbrennungskraftmaschine von der dieselmotorisch typischen Qualitätsregelung auf eine Quantitätsregelung mittels Anordnung einer Drosselklappe zur Mengenregelung führt außerdem zu einem deutlich geringeren Motorwirkungsgrad, insbesondere bei niedriger und mittlerer Teillast. In Kombination mit einem 3-Wege-Katalysotor bietet der Gas-Ottomotor auch bei Nutzfahrzeugmotoren erhebliche Vorteile bzgl. der Stickoxid- und Partikelemission. In Verbindung mit dem ottomotorisch typischen geringeren Verdichtungsverhältnis, wel- ches zu einem geringeren Verbrennungsgeräusch führt, eignen sich diese Ottogasmotoren besonders im innerstädtischen Bereich.

Neben Aspekten der Infrastruktur für Gaskraftstoffe hat der Nachteil des geringeren Motorwirkungsgrades bzw. der geringeren Leistungskapazität dazu geführt, dass eine flächendeckende Anwendung von Ottogasmotoren im Nutzfahrzeugbereich bislang wenig Berücksichtigung gefunden hat.

Den beschriebenen Nachteilen von Gasottomotoren wurde durch verschiedene Er- findungen entgegengewirkt, denen eine weitgehende Beibehaltung der dieselmotorisch orientierten, inhomogen mageren Gemischbildung zugrunde liegt. Aufgrund der geringen Selbstzündungsneigung von Gaskraftstoffen (z.B. Methan, Äthan, Propan, Butan) erfolgt hierbei die Zündung des Gas-Luftgemisches mittels einer Fremdzündeinrichtung (z.B. Glühzündsystem), wie in der DE 100 523 36 A1 be- schrieben, oder durch zusätzliche Einspritzung von Dieselkraftstoff als Piloteinspritzung, wie in der DE 29 24 128 A1 dargestellt. Diese beschriebenen dieselmotorisch ausgelegten Verfahren erfordern allerdings die Einblasung des Gaskraftstoffes unter hohem Druck direkt in den Brennraum. Der erhöhte Aufwand für die Gas- Direkteinblasung ist insofern vertretbar, dass man hierbei auf sonstige Modifikatio- nen des Basisdieselmotors weitestgehend verzichten kann.

Das oben bereits erwähnte und in der EP 1 234 966 B1 beschriebene Dual-Fuel- Verfahren stellt sich als hybrides Verfahren für den Verbrennungsprozess in einer Verbrennungskraftmaschine dar, bei dem sowohl die ottomotorisch orientierte ho- mogene, äußere Gemischbildung wie auch die dieselmotorisch orientierte inhomogene, innere Gemischbildung zur Anwendung kommt. Mittels eines solchen Verfahrens lässt sich sowohl ein 100%iger Dieselbetrieb wie auch eine den motorischen Betriebsbedingungen angepasste Substitution des Dieselkraftstoffs durch den Gaskraftstoff erzielen. Derart gestaltete Ausführungen dieses Verfahrens führen zu einer Reduzierung der Schwarzrauch- und Partikelemission wie auch der Stickoxidemissionen, erweisen sich hinsichtlich dem Betrieb bei niedriger Teillast ohne zusätzliche Drosselung als besonders kritisch bezüglich der Emissionen aufgrund teil- bzw. unverbranntem Kraftstoff. Der Vorteil der wenig aufwändigen Niederdruck- Gaseinblasung in das Saugrohr des ansonsten dieselmotorisch belassenen Motors bringt allerdings nicht nur den Nachteil der geringeren Leistungsausbeute mit sich. Denn die für die Verbrennung eines homogenen Kraftstoff-Luftgemisches nicht ausgelegte Kolbenmulde führt gerade bei mittlerer und hoher Motorlast zu Kompromissen in der Ausnutzung des Wirkungsgradpotenzials direkteinspritzender Diesel-Brennverfahren. Demzufolge ist für ein solches Verfahren eine komplexe elektronische Steuerung erforderlich, wie in der EP 1 485 599 B1 beschrieben.

Wie in verschiedenen Patenten dargelegt, lässt sich ein Dual-Fuel-Betrieb auch mittels direkter Einspritzung des Gaskraftstoffes realisieren, wobei die Einbringung der beiden erforderlichen Kraftstoffe mittels einer einzelnen Einspritzvorrichtung entweder mit einer konzentrischen Anordnung der Einspritzventile, vgl. EP 0 980 475 B1 , oder mit einer parallelen Anordnung der Einspritzventile, vgl. US 7,556,017 B2, erfolgt. Einzelne Veröffentlichungen beziehen sich auch auf eine Anordnung von mehreren, getrennten Einspritzeinrichtungen für die unterschiedlichen Kraftstoffe, vgl. DK 164293 B. Während die parallele Anordnung eher für Verbrennungskraftmaschinen mit einem größeren Zylinderhubvolumen geeignet erscheint, zielen konzentrisch gestaltete Ventilausführungen auf den begrenzten Bauraum bei Verbrennungskraftmaschinen mit mittlerem und geringerem Zylinderhubvolumen ab. Diese Konzepte haben zum Ziel, ein herkömmliches Dieseleinspritzsystem durch ein Zweistoff-Einspritzsystem zu ersetzen, ohne gravierende Änderungen am Zylinderkopf vorzunehmen.

Bei den bekannten konzentrischen Anordnungen bzw. Einspritzeinrichtungen ist jeweils ein innen liegendes Dieseleinspritzventil (Injektor) von einem außen liegenden Gaseinspritzventil umgeben. Der Ventilaufbau weist dementsprechend eine Diesel-Einspritzstrahlgeometrie wie auch eine Gas-Einspritzstrahlgeometrie auf, um den unterschiedlichen Gemischbildungsanforderungen gerecht zu werden. Üblicherweise sind die Strahllochdurchmesser des Diesel-Ventils mit sehr kleinen Di- mensionen auf eine möglichst gute Zerstäubung des flüssigen Kraftstoffes abgestimmt, während der gasförmige Kraftstoff durch vergleichsweise große Spritzlöcher eingeblasen wird, um einen hinreichend großen Strömungsquerschnitt darzustellen. Die aufgrund des inneren Einspritzventils begrenzten Durchtrittsquerschnitte für die äußeren Spritzlöcher erfordern ein hohes Druckniveau der Gaseinbla- sung, um das begrenzte Zeitfenster für eine Kraftstoffeinbringung spät im Verdichtungstakt der Dieselkraftmaschine möglichst optimal nutzen zu können. Die Komplexität der Einspritzvorrichtung aufgrund der Nadel-in-Nadel-Konfiguration dieser konzentrisch angeordneten Einspritzventile ist mit hohen Kosten nicht nur aufgrund der notwendigen engen Bauteiltoleranzen verbunden.

Heutige Common-Rail-Dieseleinspritzsysteme beinhalten eine weitreichende, weil notwendige Flexibilität der Gestaltung des Einspritzverlaufs mit einer Realisierung von mehreren Einspritzungen zur Vor-, Haupt- und Nacheinspritzung, die nicht nur der optimalen Gestaltung des Brennverlaufs dienen, sondern auch ausgerichtet auf die nachfolgende Abgasnachbehandlung optimiert sind. Vor diesem Hintergrund sind die bislang vorgestellten Zweistoffeinspritzsysteme entweder lediglich für den Dieselzündstrahlbetrieb eines Gasmotors geeignet oder lassen sich auf Dieselmo- torenkonzepte unter Einhaltung der zukünftigen Anforderungen in Verbindung mit komplexen Abgasnachbehandlungssystemen nur bedingt anwenden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ventilvorrichtung, ein System und eine Verwendung zum Einblasen von gasförmigem Kraftstoff in den Brennraum eines Verbrennungsmotors, insbesondere in Kombination mit einer herkömmlichen Dieseleinspritzeinrichtung für die Entflammung des Gaskraftstoffes oder in Kombination mit einer Zündeinrichtung, anzugeben, wobei für jeden Betriebszustand des Motors, insbesondere sowohl bei niedriger Teillast als auch insbesondere bei Vollastbetrieb, eine ausreichende Versorgung mit gasförmigem Kraftstoff, ein einfaches oder mehrfaches Einblasen von Gaskraftstoff und ggf. Dieselkraftstoff während eines Arbeitstaktes, eine Formung des Einblaseverlaufs über der Einblasedauer, ein einfacher Aufbau und/oder eine einfache Nachrüstung ermöglicht wird bzw. werden. Die obige Aufgabe wird durch eine Ventileinrichtung gemäß Anspruch 1 , ein System gemäß Anspruch 10 oder eine Verwendung gemäß Anspruch 20 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Erfindungsgemäß wird insbesondere eine Ventileinrichtung zur Einblasung von gasförmigem Kraftstoff in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine sowie ein System zur Zuführung von Kraftstoff in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine mit einer solchen Ventileinrichtung vorgeschlagen. Das System kann weiter eine Einspritzeinrichtung zur Einspritzung von flüssigem, vorzugsweise selbstzündungsfähigem Kraftstoff in den Brennraum oder eine Zündeinrichtung zum Zünden eines Kraftstoffluftgemisches in dem Brennraum aufweisen. Des Weiteren wird eine Verwendung einer derartigen Ventileinrichtung bzw. eines derartigen Systems zur Einblasung von gasförmigem Kraftstoff in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine vorgeschlagen. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Ventileinrichtung vorzugsweise ein ringförmiges Gehäuse zur Aufnahme der Einspritzeinrichtung oder Zündeinrichtung auf. Insbesondere ist die Ventileinrichtung als ein Adapter bzw. als eine separate Baueinheit ausgeführt. Die Einspritzeinrichtung bzw. Zündeinrichtung kann sich dann durch die Ventileinrichtung hindurch zum bzw. in den Brennraum erstrecken. Dies gestattet eine sehr einfache Nachrüstung und/oder eine Kombination der vorschlagsgemäßen Ventileinrichtung mit einer herkömmlichen bzw. üblichen Einspritzeinrichtung bzw. Zündeinrichtung.

Gemäß einem anderen Aspekt weist die Ventileinrichtung einen bewegbaren Ventilkörper zum öffnen und Schließen mindestens einer Einblasöffnung auf, wobei der Ventilkörper vorzugsweise ringförmig ausgebildet ist. Dies gestattet einen kompakten, insbesondere ringförmigen Aufbau der Ventileinrichtung und/oder bei ver- hältnismäßig geringem Hub des Ventilkörpers ein öffnen eines verhältnismäßig großen Querschnitts zum Einblasen des gasförmigen Kraftstoffs.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Ventileinrichtung vorzugsweise brennraumseitig an oder vor der Einspritzeinrichtung bzw. Zündein- richtung angeordnet. Dies erleichtert eine Nachrüstung oder Kombination mit herkömmlichen oder nur geringfügig modifizierten Einspritzeinrichtungen bzw. Zündeinrichtungen. Weiter gestattet dies eine Optimierung der Zuleitung des gasförmigen Kraftstoffs. So können nämlich Zuführkanäle in einem Zylinderkopf der Verbrennungskraftmaschine auch mit relativ großem Querschnitt realisiert werden, wodurch unerwünschte Druckverluste bei der Zuführung bzw. während des Einblasens zumindest verringert werden können. Der sich an die Ventileinrichtung anschließende Einblasweg ist vorschlagsgemäß nämlich relativ kurz ausgebildet. Des Weitere kann dieser Einblasweg vorschlagsgemäß auch so ausgebildet werden, dass auch große Querschnitte und damit geringe Strömungsverluste realisiert wer- den können, wie nachfolgend noch näher erläutert.

Gemäß einem besonders bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Einblasweg für den gasförmigen Kraftstoff seitlich neben der Einspritzeinrichtung bzw. Zündeinrichtung und/oder in einem Ringbereich zwischen einer Zylinderkopf- bohrung und der Einspritzeinrichtung bzw. Zündeinrichtung gebildet. Beispielsweise kann die Wandung der Bohrung mit mindestens einer entsprechenden Axialnut, mehreren Axialnuten oder Schlitzen versehen sein und/oder einen vergrößerten Durchmesser zur Bildung eines Ringkanals aufweisen, um den Einblasweg von der Ventileinrichtung in den Brennraum zu bilden. So kann ein sehr kompakter Aufbau mit großen Einblasquerschnitten und/oder ein sehr einfacher und kostengünstiger Aufbau realisiert werden. Insbesondere wird hierdurch die Nachrüstung oder Kombination mit üblichen Komponenten, wie Zündeinrichtungen (Zündkerzen) oder Einspritzeinrichtungen (Kraftstoffinjektoren, Einspritzventilen) ermöglicht. Außerdem wird durch den vorschlagsgemäßen Einblasweg seitlich an oder um die Einspritzeinrichtung im Bereich ihres brennraumseitigen Endes eine Kühlung durch das sich nach dem Austritt aus der Ventileinrichtung entspannende Gas ermöglicht. Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Verbrennungskraftmaschine in einem ersten Modus nur mit dem flüssigen Kraftstoff betrieben, wobei die Einspritzeinrichtung in dem ersten Modus von einer ersten Steuereinrichtung gesteuert wird, insbesondere dem für eine Dieseleinspritzung üblichen Steuergerät. Weiter wird die Verbrennungskraftmaschine in einem zweiten Modus, näm- lieh im Zweistoffbetrieb, sowohl mit dem flüssigen Kraftstoff als auch mit dem gasförmigen Kraftstoff betrieben, wobei in diesem zweiten Modus sowohl die Einspritzeinrichtung als auch die Ventileinrichtung von einer zweiten statt der ersten Steuereinrichtung gesteuert werden. Dies ermöglicht eine besonders gute Nachrüstung, ohne dass eigentliche Dieseleinspritzsystem im Wesentlichen ändern zu müssen. Das für die Dieseleinspritzung vorgesehene Steuergerät braucht dementsprechend nicht umprogrammiert oder wesentlich geändert zu werden. Vielmehr wird für den Zweistoffbetrieb zusätzlich eine zweite Steuereinrichtung eingesetzt, die dann entsprechend für den Zweistoffbetrieb optimiert ist. Im Zweistoffbetrieb können einzelne Funktionen der ersten Steuereinrichtung bzw. des Dieseleinspritzsteuergeräts zusätzlich oder ergänzend genutzt werden, beispielsweise für die Kommunikation mit einem Fahrzeugmanagementsystem, eine Anbindung an ein fahrzeugseitiges Bussystem o. dgl.

Erfindungsgemäß wird es möglich, einen Gaskraftstoff direkt in den Brennraum ei- nes Verbrennungsmotors unter Verwendung einer vorzugsweise serienmäßigen Dieseleinspritzeinrichtung einzubringen, was sowohl eine möglichst unveränderte Nutzung des optimierten dieselmotorischen Basisbrennverfahrens und -betriebes ermöglicht, aber auch im Gasbetrieb eine maximale Substitution des Dieselkraftstoffes erlaubt. Die zur Gemischzündung notwendige Dieseleinspritzmenge wird dabei für den jeweiligen Betriebspunkt optimiert und vorzugsweise kennfeldgesteu- ert den Erfordernissen einer möglichst vollständigen Verbrennung des Gasgemisches angepasst.

Aufgrund der bevorzugten Ausführung der Ventileinrichtung für die Gasdirektein- spritzung vorzugsweise in Form eines Einspritzadapters in Kombination mit einem serienmäßigen Dieseleinspritzsystem (Einspritzeinrichtung) ist die Verbrennungskraftmaschine sowohl mit dem Zündstrahlverfahren mittels einer Diesel- Piloteinspritzung im Zweistoffbetrieb als auch noch ausschließlich mit Dieselkraftstoff betreibbar.

Die wesentliche Idee der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass die Ventileinrich- tung vorzugsweise für ein dieselmotorisches Verfahren in Ergänzung zu einem Dieseleinspritzsystem bzw. Dieselinjektor einsetzbar ist und damit sowohl den Diesel-Gas-Zweistoffbetrieb über Direkteinblasung des Gaskraftstoffes wie auch den ausschließlichen Dieselbetrieb ohne Einschränkungen der dieselmotorisch notwendigen Einspritzverlaufsformung ermöglicht. So kann die Gaseinblasemenge abhängig von der Steuerung des Gasdruckniveaus nach Abschluss des Ladungswechsels sowohl zu Beginn der Verdichtung bis hin zum Ende der Verdichtung als auch während der Verbrennung eingeblasen werden.

Vorzugsweise weist die Ventileinrichtung ein nach innen öffnendes Ventil ohne Hubbegrenzung auf, wodurch eine sehr schnelle Einblasung des Kraftstoffes in einem weiten Gasdruckbereich erfolgen kann.

Insbesondere die vorzugsweise äußere Anordnung des Gasventils erlaubt die Schaffung geeignet großer Ventilquerschnitte für den Gasdurchtritt. Damit lassen sich im Bereich hoher Motorlasten vergleichsweise kurze Einspritzdauern realisieren, wodurch auch im Zweistoffbetrieb eine hohe Kraftstoffumsatzrate während der Verbrennung ermöglicht wird und somit dem Dieselbetrieb vergleichbare, hohe Motorwirkungsgrade erreichbar sind. Aufgrund der Möglichkeit zur Direkteinspritzung des Gaskraftstoffes relativ spät im Verdichtungstakt des Motors und der damit verbundenen inhomogenen Gemischbildung wird im Vergleich zu herkömmlichen Dual-Fuel-Konzepten eine übermäßige Gemischabmagerung im Brennraum bei Teillast vermieden, die üblicherweise zu unzulässig hohen Schadstoffrohemissionen u.a. der Kohlenwasserstoffe führt. Hierdurch ist bei heutigen Verfahren eine Verbrauchsverschlechterung aufgrund hoher Anteile unverbrannten Kraftstoffes zwangsläufig.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Gasdirekteinblasung, wie bei diesem Verfahren ausgeführt, ist, dass im Dual-Fuel-Betrieb erheblich höhere Substitutionsgrade im gesamten Betriebsbereich erreicht werden können. Zum einen lassen sich bereits kleinste Gasmengen für die Gestaltung des Teillastbereiches realisieren. Zum anderen wird durch die Direkteinblasung des Gases spät im Verdichtungszyklus das Risiko klopfender Verbrennung im Vollastbereich vermieden, wodurch sich ein sehr hoher Grad der Substitution des Dieselkraftstoffes erreichen lässt.

Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung lässt sich der Diesel-Gasbetrieb vorzugsweise als Gasbetrieb mit Diesel-Piloteinspritzung umsetzen, unter Einsatz einer sehr geringen Piloteinspritzmenge, die lediglich der initialen Entflammung des Gas- Luftgemisches dient.

Die elektronische Motorregelung des Zweistoffbetriebs lässt sich vorzugsweise auf gleicher Ebene der Steuerungshierarchie mit einem separaten elektronischen Steuergerät (zweite Steuereinrichtung) darstellen. Das konventionelle Dieselsteuergerät (erste Steuereinrichtung) deckt dabei nicht nur den ausschließlichen Dieselbetrieb (erster Modus) ab, sondern erledigt im Dual-Fuel-Betriebsmodus (zweiter Modus) vorzugsweise weiterhin alle Aufgaben der Kommunikation mit dem Fahr- zeug-Controller bzw. sonstigen Steuerungseinrichtungen für das Abgasnachbehandlungssystem.

In Verbindung mit einer vorzugsweise flexibel steuerbaren Abgastemperatur vor dem Eintritt des Abgases in ein Abgasnachbehandlungssystem mittels eines in den Abgasstrang integrierten katalytischen Brennersystems lassen sich sehr geringe Schadstoffemissionen nicht nur bzgl. der Stickoxid- und Partikelemission, sondern insbesondere auch bzgl. der teil- und unverbrannten Kraftstoffanteile im Abgas erreichen. Entsprechend der Maßgabe durch zu erfüllende Schadstoffgrenzwerte kann hier eine auch auf den Gaskraftstoff angepasste Katalysatorbeschichtung zur Anwendung kommen.

Die genannten Aspekte und Merkmale der vorliegenden Erfindung sowie die sich aus der weiteren Beschreibung und den Ansprüchen ergebenden Aspekte und Merkmale der Erfindung können unabhängig voneinander, aber auch in beliebiger Kombination realisiert werden.

Weitere Vorteile, Merkmale, Eigenschaften und Aspekte der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen anhand der Zeichnungen. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung einer vorschlagsmäßigen Ventileinrichtung zusammen mit einer Dieseleinspritzeinrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform im eingebauten Zustand in einer ausschnittsweise angedeuteten Verbrennungskraftmaschine;

Fig. 2a eine schematische ausschnittweise Schnittdarstellung einer vorzugs- weisen Gestaltung einer Ventileinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform;

Fig. 2b eine schematische ausschnittsweise Schnittdarstellung einer vorzugsweisen Gestaltung einer Ventileinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform;

Fig. 3 eine schematische ausschnittweise Schnittdarstellung einer vorzugsweisen Gestaltung einer Ventileinrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform unter Einsatz einer integrierten magnetventil- gesteuerten Gaszumessung;

Fig. 4 eine schematische ausschnittsweise Schnittdarstellung einer vorschlagsgemäßen Ventileinrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform zusammen mit einer Einspritzeinrichtung im eingebauten Zu- stand in einer ausschnittsweise angedeuteten Verbrennungskraftmaschine;

Fig. 5 eine schematische Schnittdarstellung entsprechend Fig. 1 der vorschlagsgemäßen Ventileinrichtung zusammen mit einer Zündeinrich- tung im eingebauten Zustand;

Fig. 6 eine schematische Darstellung eines vorschlagsgemäßen Systems mit einer mehrzylindrigen Verbrennungskraftmaschine und einer vorschlagsmäßigen Ventileinrichtung in Verbindung mit einer zeitgesteu- erten, zylinder-individuellen Gaszumessung;

Fig. 7 eine schematische Darstellung eines vorschlagsmäßigen Systems zur

Direkteinspritzung von Diesel- und Gaskraftstoff; und Fig. 8 eine schematische Darstellung eines vorschlagsgemäßen Systems mit einer Verbrennungskraftmaschine und einer vorschlagsmäßigen Ventileinrichtung für den Dual-Fuel-Betrieb in Verbindung mit einem auf diesen Betrieb optimierten Abgasnachbehandlungssystem zur Schadstoffminderung der für den Dual-Fuel-Betrieb kritischen gasförmigen und festen Abgasbestandteile.

In den Figuren werden für gleiche oder gleichartige Teile und Komponenten die gleichen Bezugszeichen verwendet, wobei sich entsprechende oder zumindest ähnliche Eigenschaften ergeben, auch wenn keine explizite Wiederholung oder Beschreibung erfolgt.

Fig. 1 zeigt in einer ausschnittsweisen, schematischen Schnittdarstellung ein vor- schlagsgemäßes System 100 mit einer vorschlagsgemäßen Ventileinrichtung 1 und einer zugeordneten Einspritzeinrichtung 5 in einer Verbrennungskraftmaschine 101 eingebauten Zustand.

Die Verbrennungskraftmaschine 101 weist beim Darstellungsbeispiel vorzugsweise einen Zylinderkopf 4 mit einer Durchbrechung oder Bohrung 102 zur Aufnahme der Ventileinrichtung 1 und insbesondere der Einspritzeinrichtung 5 auf.

Der Zylinderkopf 4 deckt vorzugsweise einen zugeordneten Brennraum 9 der Verbrennungskraftmaschine 101 ab. Weiter ist in Fig. 1 ein den Brennraum 9 begren- zender oder zugeordneter Kolben 10 angedeutet.

Die Ventileinrichtung 1 und die Einspritzeinrichtung 5 sind vorzugsweise in den Zylinderkopf 4 bzw. dessen Bohrung 102 eingesetzt bzw. eingebaut. In der vorgeschlagenen Anordnung in Fig. 1 wird eine Gaseinspritzvorrichtung bzw. die Ventileinrichtung 1 , hier in einer vorzugsweisen Ausführung dargestellt als separater Adapter, gemeinsam mit einem Dieselinjektor bzw. der Einspritzeinrichtung 5 in den Zylinderkopf 4 der vorzugsweise als Dieselmotor ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine 101 eingesetzt und zur Dichtung gegen den Brennraumdruck wie üblich verspannt. Die Kraftstoffzufuhr für den Dieselinjektor 5 erfolgt über einen Dieselzulauf 6, der Gaszulauf 7 ist dazu separat und insbesondere von einem Zufuhrkanal 1 1 im Zylinderkopf 4 gebildet.

Vorzugsweise mittels zweier O-Ringdichtungen 8 wird einem Übertritt von Gas- kraftstoff in den übrigen Einbauraum des Zylinderkopfs 4 für die Einspritzeinrichtung 5 entgegengewirkt. Die Gaseinspritzvorrichtung bzw. Ventileinrichtung 1 ist derart angeordnet, dass die zugemessene Gasmenge mittels eines im Zylinderkopf 4 optimiert gestalteten Gas- Überströmkanals bzw. Einblaswegs 2, insbesondere an einer Dieseleinspritzdüse 3 entlang in den Brennraum 9 gelangt, der vorzugsweise durch eine optimierte Brennraummulde im Kolben 10 der Verbrennungskraftmaschine 101 begrenzt oder gebildet ist.

Der Einblasweg 2 ist vorzugsweise zwischen der Bohrung 102 und der Einspritzeinrichtung 5 bzw. deren sich durch (die Ventileinrichtung 1 und) die Bohrung 102 in den Brennraum 9 erstreckenden Einspritzdüse 3 gebildet, insbesondere in Form eines Ringraums. So können sehr große Strömungsquerschnitte bei kompaktem Aufbau und insbesondere nur geringfügiger Durchmesservergrößerung der Zylinderkopfbohrung 102 (genauer gesagt des letzten Abschnitts bzw. Abschnitts mit dem kleinsten Durchmesser der Bohrung 102) erreicht werden. Alternativ oder zu- sätzlich können aber auch ein oder mehrere Axialnuten oder -schlitze bzw. in der Wandung der Bohrung 102 den Einblasweg 2 bilden. In diesem Fall kann der Zylinderkopf 4 die Einspritzdüse 3 auch noch radial abstützen.

Eine wesentliche Aufgabe des Gas-Überströmkanals bzw. Einblaswegs 2 besteht darin, das sich nach dem Gas-Einspritzventil bzw. der Ventileinrichtung 1 entspannende Gas mit hinreichend großem Querschnitt dem Brennraum 9 zuzuführen und durch die bei der Expansion des Gases eintretende Temperaturabsenkung eine unterstützende Kühlung der Dieseleinspritzdüse 3 zu ermöglichen. Dadurch lässt sich auch bei einer sehr geringen Diesel-Zündstrahl-Einspritzmenge und vergleichswei- se hohen Verbrennungstemperaturen, insbesondere bei Betriebspunkten mit einem hohen homogenen Gemischanteil, eine für den Dauerbetrieb hinreichende thermische und mechanische Stabilität der Dieseleinspritzdüse erreichen.

Mittels des durch Optimierung angepassten Querschnittverlaufs des Gas- Überströmkanals bzw. Einblaswegs 2 im Zylinderkopf 4 wird die Durchtrittsgeschwindigkeit des Gases in geeigneter Weise derart angepasst, dass eine lastabhängige Gemischausbildung im Brennraum 9 in unmittelbarer Nähe der Dieseleinspritzdüse 3 erreicht wird. Damit wird sichergestellt, dass das Luftverhältnis des sich bildenden lokalen Gas-Luftgemischs bei der für geringe Motorlast notwendigen kleinen Gaseinblasemenge im Bereich der Zündorte der Diesel- Piloteinspritzstrahlen fett genug bleibt, um eine intensive Entflammung und möglichst vollständige Verbrennung zu erreichen. Bei großen Gaseinblasemengen für hohe Motorlast tritt aufgrund der Diffusorwirkung des Austrittsquerschnittsverlaufs eine hinreichend große Turbulenz auf, wie sie für eine schnelle und in großen Teilen homogene Gemischbildung erforderlich ist, damit auch bei entsprechend magerer Gemischausbildung eine möglichst vollständige Verbrennung erzielt wird. Mit Hilfe der vorschlagsmäßigen Anordnung der Gaseinspritzeinrichtung bzw. Venti- leinrichtung 1 , der Dieseleinspritzdüse 3 und der Ausgestaltung des Gas- Überströmkanals bzw. Einblaswegs 2 wird eine möglichst vollständige Verbrennung im gesamten Lastbereich des Verbrennungsmotors erreicht. Bei entsprechend geringen Schadvolumina durch die Ausgestaltung der Gaseinspritzeinrichtung sind damit hohe unverbrannte Kraftstoffanteile im Abgas bei niedriger Last und Teillast wie auch hohe Stickoxidemissionen durch lokale Gemischanfettung bei hoher Last und Volllast erreichbar. Abhängig von der zeitlichen Abstimmung der Gaseinblasung mit der Einspritzung der Diesel-Zündstrahlmenge kann auch eine Gemischbildungsunterstützung für den eingespritzten Dieselkraftstoff erzielt werden, ähnlich wie bei einer luftunterstützten Benzindirekteinspritzung. Wird die Die- sel-Zündstrahlmenge während oder in unmittelbarer zeitlicher Nähe zum Fenster der Einblasung der Gasmenge eingespritzt, ist die hohe lokale Turbulenz bei der Ausbildung des Gas-Luftgemisches für eine schnelle Zerstäubung der Dieselein- spritzstahlen und damit der gesamten Gemischaufbereitung vor Eintreten der Zündung nutzbar.

Fig. 2 zeigt zwei Ausführungsformen des Gas-Einspritzadapters bzw. der Ventileinrichtung 1 , die auf einer unterschiedlichen Funktionsweise der Ventilanordnung beruhen. Die erste Ausführungsform gemäß Fig. 2a bezieht sich auf einen gegen den Brennraumdruck federunterstützt schließenden, vorzugsweise ringförmig ausgebil- deten Ventilkörper 13, während die zweite Ausführungsform gemäß Fig. 2b eine mit Unterstützung des Brennraumdrucks schließende Anordnung des Ventilkörpers 13 zeigt.

Wie in der Gesamtkonzeption in Fig. 1 und Fig. 2a ausgeführt, erfolgt eine Gaszu- fuhr zu der oder in die Ventileinrichtung 1 vorzugsweise aus seitlicher Richtung von dem Zufuhrkanal 1 1 in eine bzgl. des Querschnitts entsprechend ausgestaltete Ringnut 12, um eine möglichst schnelle Verteilung des Gaskraftstoffes zu erreichen. Mittels insbesondere sternförmig angeordneter Durchtrittskanäle 14 geeigneter Ausgestaltung und Dimensionierung wird ein hinreichend schneller und gleich- mäßiger Druckaufbau im Raum um den vorzugsweise ringförmigen Ventilkörper 3, der in der Ventileinrichtung 1 vorzugsweise einseitig geführt wird, sicher gestellt. Zur Unterstützung des besagten gleichmäßigen Druckaufbaus weist der Ventilkörper 13 zudem entsprechend dimensionierte Durchtrittquerschnitte 15 auf. Diese können entweder zylindrisch oder in anderer geeigneter Art ausgestaltet sein. Mittels eines Federelementes 16, welches hier vorzugsweise als Drahtfeder ausgeführt ist, wird der Ventilkörper 3 in oder gegen den Ventilsitz 17 gepresst und verschließt zunächst den Bereich der Gaszufuhr gegen eine sich auslassseitig an den Ventilsitz 17 anschließenden und mit dem Brennraumdruck belasteten Einblasekanal 18. Hierbei ist die Federvorspannung derart eingestellt bzw. gewählt, dass der Ventilkörper 13 auch bei maximalem Brennraumdruck im 100%igen Dieselbetrieb im Ventilsitz 7 verbleibt bzw. dichtend sitzt. Der Einblasekanal 8 steht über den Einblaseweg 2 mit dem Brennraum 9 in fluidischer Verbindung bzw. Strömungsverbindung. Er erstreckt sich insbesondere schräg und/oder endet insbesondere an einer brennraumseitigen Stirnfläche oder brennraumnah, insbesondere so dass sich der Einblaseweg 2 direkt anschließt. Während der Ventilkörper 13 wie auch der Ventilsitz 17 vorzugsweise ringförmig ausgebildet ist, kann der Einblasekanal 18 entweder durch ein oder mehrere zylindrische Durchtritte oder in anderer geeigneter Art ausgestaltet sein. Aufgrund der Anordnung und Formgebung des Einblasekanals 18 lässt sich eine Ausrichtung des einströmenden Gases in Form eines gerichteten Dralles erzielen, um die Ge- mischbildung im Brennraum 9 in geeigneter Weise zu unterstützen.

Wird zur Gaseinblasung der Druck in der Gaszufuhr derart erhöht, dass die Schließkraft des Ventilkörpers 13 aufgrund der Vorspannung durch das Federelement 16 überwunden wird, bewegt sich der Ventilkörper 13 in Öffnungsrichtung bzw. hebt vom Ventilsitz 17 ab - beim Darstellungsbeispiel vertikal nach oben - und gibt einen vom Ventilhub abhängigen Querschnitt zum Gasdurchtritt in den Einblasekanal 18 frei. Der Hub des Ventilkörpers 13 ergibt sich aus dem Kräftegleichgewicht aufgrund des Gasversorgungsdrucks und der Summe aus der Federkraft und der Kraft entsprechend dem Druck auf der Rückseite des Ventilkörpers 13.

Der Ventilkörper 13 ist vorzugsweise einseitig, auf der Innen- oder Außenseite geführt, so dass entlang der andern Seite des Ventilkörpers 13 aufgrund einer geeigneten Toleranzabstimmung ein gedrosseltes Überströmen von Gas und damit ein zeitversetzter Druckausgleich zwischen Unter- und Oberseite des Ventilkörpers 13 erreicht wird. Damit ist nicht nur ein schnelles öffnen des Ventils bzw. der Ventileinrichtung 1 erreichbar, sondern es wird sichergestellt, dass sich der Ventilkörper 13 nach Absinken des Gasdrucks in der Gaszufuhr schnell wieder zurück in den Ventilsitz 17 bewegt. Aufgrund der Vorspannung durch das Federelement 16 erfolgt bei ungewollt längerem Beibehalten eines hohen Gasdrucks durch das Überströmen schließlich ein automatisches Schließen des Ventils, da der Druck dann entsprechend auf der Rückseite des Ventilkörpers 13 (hier der Seite des Fe- derelements 16 bzw. in dem ansonsten gasdicht abgeschlossen Rückraum der Ventileinrichtung 1) ansteigt. Damit kann eine mögliche Schädigung der Verbrennungskraftmaschine 101 aufgrund übermäßiger Gaseinblasung weitestgehend ausgeschlossen werden. Die Ventileinrichtung 1 weist ein vorzugsweise zumindest im wesentlichen ringförmiges oder hohles Gehäuse 19 auf, insbesondere so dass sich die Einspritzeinrichtung 5 bzw. Einspritzdüse 103 im Einbauzustand axial hindurch erstrecken kann.

Die Ventileinrichtung 1 ist vorzugsweise als von der Einspritzeinrichtung 5 separa- tes bzw. unabhängiges Bauteil ausgebildet und/oder separat bzw. unabhängig davon versorgbar und/oder steuerbar.

Nachfolgend werden weitere Ausführungsformen anhand der weiteren Fig. erläutert, wobei insbesondere nur wesentliche Unterschiede beschrieben werden. Die bisherigen Ausführungen und Erläuterungen gelten daher insbesondere ergänzend oder entsprechend, auch wenn eine wiederholte Beschreibung weggelassen ist.

In Abänderung der ersten Ausführungsform kann die Gas-Einspritz- bzw. Ventileinrichtung 1 auch gemäß der in Fig. 2b gezeigten zweiten Ausführungsform ausge- bildet sein. Hier öffnet der Ventilkörper 13 in Einblaserichtung bzw. zum Brennraum 9 hin, also entgegengesetzt wie bei der ersten Ausführungsform.

Weiter enden die Einblasekanäle 18 hier im wesentlichen radial und/oder an einer Innenseite der Ventileinrichtung 1.

Aufgrund der hier gewählten Anordnung wird der Schließvorgang stets durch den Druck im Brennraum 9 unterstützt, so dass eine geringere Federvorspannung notwendig ist und auch im 100%igen Dieselbetrieb keine ungewollte Öffnung des Ventils erfolgen kann.

Der Ventilkörper 13 ist einseitig, auf der Innen- oder Außenseite geführt, so dass entlang der andern Seite des Ventilkörpers 13 aufgrund einer geeigneten Toleranzabstimmung ein zeitversetzter Druckausgleich zwischen der Oberseite und der mit dem Brennraumdruck beaufschlagten Unterseite des Ventilkörpers 13 erreicht wird. Damit verbleibt das Ventil auch bei hohem Brennraumdruck, wie er während des Verbrennungsvorganges auftritt, in geöffnetem Zustand. Der Vorteil des durch den Brennraumdruck unterstützten Verschließens des Ventils erfordert, dass für das Auslösen einer Gaseinspritzung die Kraft aufgrund des Drucks in der Gaszufuhr stets höher sein muss als die Kraft aufgrund der Summe aus Federkraft und dem zeitlich veränderlichen Brennraumdruck. Andererseits kann durch diese Ausgestaltung der Gas-Einspritzeinrichtung sichergestellt wer- den, dass das Ventil auch bei 100%igem Dieselbetrieb stets in verschlossenen Zustand verbleibt, so dass eine mögliche Schädigung der Verbrennungskraftmaschine 101 aufgrund einer ungewollten Gaseinblasung ausgeschlossen werden kann.

Alternativ oder zusätzlich lässt sich der Vorgang der Gaseinspritzung auch über ei- ne insbesondere zusätzliche, vorzugsweise direkte elektromagnetische Aktuation steuern, wie in Fig. 3 schematisch dargestellt. Fig. 3 zeigt eine dritte Ausführungsform der Ventileinrichtung 1 , ebenso wie Fig. 2a und 2b in einem schematischen Schnitt. Hier weist die Ventileinrichtung 1 vorzugsweise einen Elektromagneten 20 auf.

Vorzugsweise erfolgt mittels einer Bestromung des Elektromagneten 20 ein Abheben des Ventilkörpers 13 aus dem Ventilsitz 17, so dass Beginn und Ende der Gaseinblasung nicht vom Druckaufbau bzw. Druckniveau in der Gaszufuhr abhängig ist. Auf diese Weise kann die Gaszumessung für die Verbrennungskraftmaschi- ne 101 in engeren Toleranzgrenzen sowohl zeitlich wie auch mengenmäßig erfolgen und/oder kann dynamischen Effekten der Druckwellenausbreitung in der Gaszufuhr entgegengewirkt werden. Da eine für den jeweiligen Betriebspunkt im Kennfeldbereich der Verbrennungskraftmaschine 101 angepasste Druckregelung in der Gaszufuhr aufgrund der Kompressibilität des Mediums nicht Ziel führend ist, kann mittels der elektromagnetischen Steuerung des Ventilkörpers 13 eine Einspritzver- laufsformung durch die Auslösung mehrerer beliebig aufeinanderfolgender Einspritzereignisse vorgenommen werden.

Fig. 4 zeigt in einem zu Fig. 1 ähnlichen, schematischen Schnitt eine vierte Ausfüh- rungsform der Ventileinrichtung 1 , die hier vorzugsweise eine funktionale Einheit bzw. einen integrierten Bestandteil des Diesel-Common-Rail-Injektors bzw. der Einspritzeinrichtung 5 bildet. Hier sitzt der Diesel-Common-Rail-Injektor bzw. die Einspritzeinrichtung 5 wie üblich vorzugsweise über eine Dichtscheibe 21 im Zylin- derkopf 4 gespannt, wobei eine erste Einspritzdüsenspannmutter 22 so angepasst ist, dass die Ventileinrichtung 1 mittels einer zweiten Spannmutter 23 darauf oder dagegen befestigt ist. Insbesondere bilden die Ventileinrichtung 1 und die Einspritzeinrichtung 5 bei der vierten Ausführungsform eine Baugruppe oder Bauein- heit und/oder weisen ein gemeinsames Gehäuse auf.

Die Ventileinrichtung 1 gemäß der vierten Ausführungsform weist vorzugsweise einen in Einblasrichtung bzw. zum Brennraum 9 hin öffnenden Ventilkörper 13 auf, der mittels einem auf der angepassten Dieseleinspritzdüse 3 vorgesehenen Ventil- sitz 17, einen mit dem Gaszulauf 7 bzw. Zufuhrkanal 1 1 in Verbindung stehenden Gasraum 24 gegen den Brennraum 9 verschließt.

Der Ventilkörper 13 wird vorzugsweise über im vorderen Bereich ausgeführte bzw. gebildete Phasen der Dieseleinspritzdüse 3 zentriert bzw. geführt. Im nicht betätig- ten Zustand wird der Gasraum 24 mittels der Vorspannung des eingesetzten Federelements 16 verschlossen gehalten. Aufgrund des vorzugsweise zum Brennraum 9 hin öffnenden Ventilkörpers 13 wird die Dichtigkeit des Ventils stets durch den Brennraumdruck unterstützt. Hierbei wird das sichere Schließen des Gasventils vorzugsweise dadurch unterstützt, dass der Raum, in dem die Feder 16 ange- ordnet ist, über einen Spalt 25 zwischen Zylinderkopf 4 bzw. Bohrung 102 einerseits und Ventilkörper 13 andererseits mit dem Brennraum 9 in Verbindung steht.

Die Betätigung der Gas-Einspritz- bzw. Ventileinrichtung 1 erfolgt über den außerhalb des Zylinderkopfes 4 erzeugten Druckanstieg z.B. aufgrund der Ansteuerung eines Magnetventils, abgehend von einem Gasdruckspeicher, über die Gaszufuhr 7 in den Gasraum 24. Mittels der Dichtscheibe 21 und Dichtungen 8 ist der Gasraum 24 abgegrenzt, so dass eine Gaseinspritzung über den Ventilsitz 17 erfolgt, sobald die wirksame Kraft aufgrund des Drucks im Gasraum 24 höher wird als die resultierende Kraft aufgrund der Vorspannung des Federelements 16 und des Druckes auf der Brennraumseite.

Das Gas vom Gasraum 24 insbesondere entlang der Einspritzdüse 3 und/oder innerhalb des vorzugsweise hohl und/oder hülsenartig ausgebildeten Ventilkörpers 13 bis zum geöffneten Ventilsitz 17 strömen, von dem es dann bei geöffneter Venti- leinrichtung 1 bzw. Ventilkörper 13 vorzugsweise direkt in den in Fig. 4 nicht dargestellten Brennraum 9 abgegeben wird bzw. austreten kann. Die vorschlagsgemäße Ventileinrichtung 1 kann erfindungsgemäß nicht nur zusammen mit einer Einspritzeinrichtung 5, sondern vorzugsweise alternativ auch mit einer Zündeinrichtung 105, insbesondere einer Zündkerze, eingesetzt werden, wie in dem schematischen Schnitt gemäß Fig. 5 angedeutet. Hier wird die Ventileinrich- tung 1 also insbesondere in Verbindung mit einem ottomotorischen Brennverfahren verwendet.

Die Ventileinrichtung 1 ist beim Darstellungsbeispiel in Fig. 5 insbesondere entsprechend der dritten Ausführungsform, also wie in Fig. 3 dargestellt, ausgebildet. Jedoch kann die Ventileinrichtung 1 auch gemäß einer anderen Ausführungsform oder in sonstiger Weise aufgebaut sein.

Des Weiteren kann die Ventileinrichtung 1 wahlweise als Vorsatz-Adapter und/oder als von der Zündeinrichtung 105 separates Bauteil ausgebildet sein.

Alternativ kann die Ventileinrichtung 1 auch mit der Zündeinrichtung 105 fest verbunden sein oder eine funktionale Einheit oder Baugruppe bilden. Bedarfsweise kann die Ventileinrichtung 1 auch ein mit der Zündeinrichtung 105 fest verbundenes oder gemeinsames Gehäuse aufweisen.

Beim Darstellungsbeispiel weist die Ventileinrichtung 1 jedoch vorzugsweise ein separates Gehäuse auf und wird insbesondere zusammen mit der Zündeinrichtung 105 in die entsprechende Zylinderkopfbohrung 102 eingebaut und darin verspannt. Vorzugsweise wird entsprechend der in Fig. 1 beschriebenen Anordnung zwischen der Zündeinrichtung 105 bzw. einem davon zu dem Brennraum 9 hin vorragenden Gehäuseteil 26 einerseits und der Bohrung 102 andererseits der Einblaseweg 2 - besonders bevorzugt in Form eines Ringraums - gebildet. Vorzugsweise erstreckt sich die Zündeinrichtung 105 durch die Ventileinrichtung 1 hindurch, hier insbesondere mit dem Gehäuseteil 26. Im vorderen bzw. brenn- raumseitigen Bereich oder Ende des vorzugsweise zylindrischen Gehäuseteils 26 ist dann vorzugsweise eine Anordnung 27 zur Erzeugung eines Zündfunkens angebracht. Grundsätzlich kann eine Funkenzündung oder Plasmazündung erfolgen.

Die Funktionsweise der Gas-Einspritzeinrichtung bzw. Ventileinrichtung 1 ist vorzugsweise identisch zu der in Fig. 1 , Fig.2 oder Fig. 3. beschriebenen Anordnung. Für die Verwendung der vorschlagsmäßigen Gas-Einspritzeinrichtung bzw. Venti- leinrichtung 1 in Verbindung mit einem ottomotorischen Brennverfahren ergibt sich die Möglichkeit der flexiblen Substitution des konventionellen Ottokraftstoffes, so dass nicht nur eine bivalente Betriebsweise möglich wird, sondern darüber hinaus auch hier ein Zweistoffbetrieb realisiert werden kann, um eine für eine hohen Mo- torwirkungsgrad bei niedrigsten Emissionen optimale Kraftstoffeinspritzstrategie für beide Kraftstoffe im Motorbetriebsbereich zu realisieren. Dies ist insbesondere hier möglich, da aufgrund der eingesetzten Funken- oder Plasmazündung anders als beim dieselmotorischen Zweistoffbetrieb die Zündung gänzlich unabhängig vom Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung erfolgt und somit eine vollkommen flexible Ge- mischbildungsstrategie möglich wird.

Nachfolgend wird ein vorschlagsgemäßes System 100 zur Zuführung von Kraftstoff bzw. Versorgung mit Kraftstoff zu bzw. mit einer mehrzylindrigen Verbrennungskraftmaschine 101 anhand der schematischen Darstellung gemäß Fig. 6 erläutert. Insbesondere ist hier die Gaseinspritzung mit einer Dieseleinspritzung kombiniert. Für die Gaseinspritzung werden insbesondere die vorschlagsgemäßen Ventileinrichtungen 1 eingesetzt.

Das System 100 weist für die Einspritzung von flüssigem Kraftstoff, insbesondere Diesel, vorzugsweise ein Druckspeichersystem 103 auf. Das Druckspeichersystem 103 weist vorzugsweise einen Tank 28 für den flüssigen Kraftstoff, einen Filter 29, eine Hochdruckpumpe 30, einen oft als Common-Rail bezeichneten oder ausgeführten Druckspeicher 31 , ein Druckregelventil 32 und/oder Kraftstoffzuleitungen 33 zu den Injektoren bzw. Einspritzeinrichtungen 5 auf.

Die Hochdruckpumpe 30 bringt den Kraftstoff im Druckspeicher 31 auf einen gewünschten, hohen Druck. Der unter Druck stehende Kraftstoff wird dann über die Kraftstoffzuleitungen 33 den Einspritzeinrichtungen 5 zugeführt. Die Kraftstoffzuleitungen 33 bilden also insbesondere den Dieselzulauf 6.

Die Steuerung der Dieseleinspritzung bzw. des Druckspeichersystems 103 ist nicht dargestellt. In Fig. 6 ist lediglich das Druckregelventil 32 gezeigt, das einer Regelung des Kraftstoffdrucks im Druckspeicher 31 und damit einer Regelung des Drucks des den Einspritzeinrichtungen 5 zugeführten Kraftstoffs dient.

Die Versorgung der Ventileinrichtungen 1 mit dem gasförmigen Kraftstoffs bzw. Gas erfolgt vorzugsweise über ein Gasspeichersystem 104, das dem Druckspeichersystem 103 insbesondere im Aufbau ähnlich ist. Beim Darstellungsbeispiel weist das Gasspeichersystem 104 vorzugsweise einen Gastank 34, einen Verdichter 35, einen Gasspeicher bzw. Gasdruckakkumulator 36 und/oder ein Gasdruckbegrenzungs bzw. -regelventil 37 auf. Die Zufuhr von unter hohem Druck stehendem Gas aus dem Gasspeicher 36 zu den Ventileinrichtungen 1 erfolgt vorzugsweise über Ventile 38 und Zuleitungen 39, insbesondere separat für jeden Zylinder bzw. jede Ventileinrichtung 1. Die Zuleitungen 39 bilden insbesondere den Gaszulauf 7 und/oder sind an entsprechende Zuführkanäle 1 1 zu den Ventileinrichtungen 1 angeschlossen bzw. beinhalten diese.

Die Ventile 38 sind vorzugsweise elektromagnetisch betätigt bzw. als Magnetventile ausgeführt.

Vorzugsweise erfolgt eine betriebspunktabhängige Regelung der Gaszufuhr bzw. der Auslösung der Gaszufuhr durch zylinderselektive Betätigung oder Bestromung der Ventile 38. Die Ventile 38 öffnen dann je nach Betätigung, so dass in Abhängigkeit von Druck und Druckanstieg des gasförmigen Kraftstoffs die zugeordnete Ventileinrichtung 1 öffnet und die Gaseinblasung erfolgt. Nach dem Ende der Bestromung des entsprechenden Ventils 38 bzw. nach Schließen des Ventils 38 sinkt der Druck im Gaszulauf 7 ab, so dass die angeschlossene Ventileinrichtung 1 auch wieder schließt. Damit endet dann die Gaseinblasung bzw. Einleitung in den entsprechenden Zylinder bzw. Brennraum 9 der Verbrennungskraftmaschine 101.

Zur gewünschten Steuerung bzw. Regelung weist das System 100 bzw. das Gasspeichersystem 104 vorzugsweise eine Steuereinrichtung 41 auf, die insbesondere den Verdichter 35, das Regelventil 37 und/oder die Ventile 38 steuert bzw. regelt, wie in Fig. 6 schematisch angedeutet.

Die Betriebsweise des Hochdruck-Gasverdichters 35 ist vorzugsweise ausgelegt auf die Bereitstellung eines konstant hohen Gasdruckes auf der Ausgangsseite, bei gleichzeitig variablem Tankdruckniveau. Aus Gründen der Energieeffizienz sollte der Hochdruck-Gasverdichter 35 vorzugsweise in der Menge regelbar sein bzw. abhängig von der Gestaltung des Gasdruckakkumulators 36 zu- und abschaltbar sein. Mit Hilfe der vorzugsweise elektronischen Regelung bzw. Steuerung 41 zur Gaseinspritzung kann die Verbrennungskraftmaschine 101 mit der für jeden Betriebspunkt zum richtigen Zeitpunkt optimalen Gaseinspritzmenge versorgt werden, die insbesondere durch Kommunikation mit weiteren Regel- bzw. Steuereinrichtung 40 (siehe Fig. 7) für den dieselmotorischen Betrieb abgestimmt wird.

Die vorschlagsmäßige Gesamtkonzeption bzw. das vorschlagsgemäße System 100 bzw. die bevorzugte Steuerung / Regelung wird anhand der schematischen Darstellung gemäß Fig. 7 erläutert. Insbesondere sind das vorschlagsgemäße System 100 und das vorschlagsgemäße Verfahren bzw. die vorschlagsgemäße Verwendung, insbesondere der vorschlagsgemäßen Ventileinrichtung 1 , vorzugsweise sowohl für den ausschließlichen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 101 mit flüssigem Kraftstoff wie auch für die Anforderungen für den Betrieb mit gasförmigem Kraftstoff bzw. Gas, besonders bevorzugt unter Verwendung einer optimierten Diesel-Piloteinspritzung mittels der vorschlagsgemäßen Einspritzanordnungen, jeweils insbesondere bestehend aus einer Ventileinrichtung 1 und einer Einspritzeinrichtung 5, wie insbesondere in Fig. 1 gezeigt, ausgelegt.

Das System 100 bzw. Druckspeichersystem 103 weist vorzugsweise eine (erste) Steuereinrichtung 40 (üblicherweise auch als Motorregeleinrichtung bzw. ECU oder Steuergerät bezeichnet) zur Steuerung bzw. Regelung der Dieseleinspritzung bzw. des Dieselbetriebs, insbesondere des ausschließlichen Dieselbetriebs, auf.

Die Steuereinrichtung 40 hat insbesondere die Funktion sowohl der kennfeldge- steuerten Zumessung der Dieseleinspritzmenge für den Motor wie auch der Kommunikation mit sonstigen Steuergerätschaften des Fahrzeuges, z.B. für die Regelung eines Abgasnachbehandlungssystems, bzw. einem Fahrzeugsteuergerät. Die- se Funktionalitäten können ggf. als integrierte Bestandteile eines einzigen Steuergerätes im Fahrzeug vorhanden sein. Als Steuersystem vorzugsweise auf gleicher Ebene der Steuerungshierarchie ist vorzugsweise die (zweite oder zusätzliche) Steuereinrichtung 41 für den Zweistoffbetrieb bzw. Diesel-Gasbetrieb vorgesehen, so dass ein Umschalten von der Diesel-Betriebsart (erster Modus) auf die Diesel- Gas-Betriebsart (zweiter Modus) möglich ist, ohne in den Funktionalitäten Kompromisse zulassen zu müssen, die der Effizienz des Brennverfahrens hinsichtlich Leistung, Verbrauch und Emissionen abträglich seien können. Aufgrund der gänzlich geänderten Anforderungen an die Dieseleinspritzung in der Zweistoff- Betriebsart nicht nur bezogen auf die einzuspritzende Dieselkraftstoffmenge, son- dem auch hinsichtlich Einspritzzeitpunkt, -druck und insbesondere der Einspritzver- laufsformung mit mehreren Ereignissen der Vor-, Haupt- bzw. Nacheinspritzung während des Arbeitszyklus, ist eine unabhängige Bedatung für die Dieseleinspritzung für optimale Bedingungen bei Zweistoffbetrieb vorzusehen. Die Umschaltung zwischen den beiden Betriebsarten bzw. Modi erfolgt vorzugsweise automatisch, insbesondere auch in Abhängigkeit vom Füllungsgrad des Gastanks 34, durch ein übergeordnete Fahrzeugsteuergerät.

Mittels schneller Kommunikationsleitungen zwischen den Steuereinrichtungen kann das zweite Diesel-Gas-Steuergerät bzw. die zweite Steuereinrichtung 41 vorzugsweise auf die übrigen Sensordaten zur aktualisierten Beschreibung oder Erfassung des Betriebszustandes der Verbrennungskraftmaschine 101 zurückgreifen. Ebenso lassen sich somit notwendige Daten der Diagnose während des Zweistoffbetriebs an übergeordnete Steuergeräte kommunizieren. Das Diesel-Gas- Steuergerät bzw. die zweite Steuereinrichtung 41 hat vorzugsweise nicht nur die Aufgabe, kennfeldabhängig die Diesel- und Gaskraftstoffmengen zu regeln, sondern auch die Regelung oder Steuerung der Gasaufbereitung bzw. des Gasspei- chersystems 104 sicherzustellen. Der Gaskraftstoff kann dabei entweder gasförmig oder in flüssiger Form im Gastank 34 vorliegen. Davon abhängig erfordert die Gasaufbereitung im Falle der Hochdruck-Speicherung des gasförmigen Kraftstoffes einen geregelten Verdichterbetrieb, um der Gaseinspritz- bzw. Ventileinrichtung 1 den Kraftstoff mit einem entsprechenden Druckniveau zur Verfügung stellen zu können. Liegt der Gaskraftstoff tiefkalt unter Niederdruckbedingungen im Gastank 34 vor, ist vorzugsweise eine geregelte kryogene Förderpumpe in Verbindung mit einer Verdampfereinheit einzusetzen, um eine adäquate Druckerhöhung für den Betrieb der Gaseinspritz- bzw. Ventileinrichtung 1 zu erzielen. Die Regelung der Gasaufbereitung kann hierbei auch auf untergeordneter Hierarchieebene in ei- nem separaten Steuergerät erfolgen, welches dann aufgrund der Vorgaben aus dem Diesel-Gas-Steuergerät bzw. der zweiten Steuereinrichtung 41 operiert. Ein wesentlicher Vorteil der beschriebenen Gerätehierarchie besteht unter anderem darin, dass sich in gewissem Rahmen eine Redundanz der Regelgerätschaften realisieren lässt, die den Fahrzeugbetrieb sicherstellt. Tritt ein Schaden beispiels- weise an dem Diesel-Gas-Steuergerät bzw. der zweiten Steuereinrichtung 41 auf, kann das Fahrzeug vollwertig im Dieselbetrieb eingesetzt werden. Sollte ein Schaden am Diesel-Steuergerät bzw. der ersten Steuereinrichtung 40 auftreten, gilt das in gleicher Weise auch für den Zweistoffbetrieb. Bei entsprechender Kapazität des Diesel-Gas-Steuergerätes bzw. der zweiten Steuereinrichtung 41 lässt sich dann auch noch ein ausschließlicher Dieselbetrieb mit voller Motorleistung sicherstellen, bei dem dann ggf. Kompromisse im Bereich der Steuerung der Abgasnachbehandlung zuzulassen sind. Fig. 8 zeigt in einer schematischen Darstellung ein vorschlagsgemäßes System 100 mit einer Verbrennungskraftmaschine 101 und mit vorschlagsmäßigem Abgasnachbehandlungssystem 106, das sowohl den Anforderungen für den ausschließlichen Dieselbetrieb wie auch denen für den Zweistoffbetrieb Rechnung trägt. Heute bei Diesel-Nutzfahrzeugmotoren SCR-Systeme und/oder Dieselpartikelfiltersysteme (DPF) zum Einsatz. Vor dem Hintergrund der weitergehenden Limitierung der Schadstoffemissionen werden zusätzliche Systeme vorgesehen, die hohe Konvertierungsraten im Katalysatorsystem auch unter Betriebsbedingungen mit niedrigen Abgastemperaturen auch während der Warmlaufphase ermöglichen.

Das System 100 bzw. die Verbrennungskraftmaschine 101 weist vorzugsweise einen Abgasturbolader 42 auf.

Das Abgasbehandlungssystem 106 weist vorzugsweise einen Dieselpartikelfilter 107 mit vorgeschalteter Drosselklappe 108 auf. Der Dieselpartikelfilter 107 ist vorzugsweise zur selektiven katalytischen Reduktion bzw. zur Reduktion von Stickoxiden im Abgas ausgebildet. Die chemische Reaktion ist selektiv, dass heißt, es werden bevorzugt die Stickoxide reduziert. Hierzu wird insbesondere Ammoniak eingesetzt, das dem Abgas bedarfsweise zugemischt wird.

Das Abgasbehandlungssystem 106 weist vorzugsweise stromauf der Drosselklappe 108 eine Abzweigung zur Abzweigung eines Teilstroms T von dem Hauptabgasstrom A auf. Dem abgezweigten Teilstrom T wird vorzugsweise Kraftstoff zugesetzt. Dies erfolgt insbesondere durch eine Kraftstoffeindüsung 109, die beispiels- weise von dem Tank 28 mit Kraftstoff versorgbar ist. Der Teilstrom T wird nach der Kraftstoffeindüsung 109 dann vorzugsweise einem insbesondere elektrisch beheizten Katalysator 1 10 des Abgasnachbehandlungssystems 106 zugeleitet und anschließend wieder dem Abgasstrom stromauf des Dieselpartikelfilters 107 zugeführt. Über die Drosselklappe 108 ist dementsprechend der über den Katalysator 1 10 geleitete Teilstrom T steuerbar.

Das System 00 bzw. das Abgasnachbehandlungssystem 106 weist vorzugsweise eine (eigene) Steuereinrichtung 1 1 1 zur Regelung bzw. Steuerung des Abgasbehandlungssystems 106 insbesondere der Drosselklappe 108, der Kraftstoffein- düsung 109 und der elektrischen Heizung des Katalysators 110 auf. Bei der Steuereinrichtung 1 1 1 handelt es sich insbesondere um eine geeignete Regeleinrichtung bzw. ein entsprechendes Steuergerät oder der gleichen. Insbesondere wird, wie in Fig. 8 dargestellt, vorzugsweise in einer Bypass- Konfiguration mittels der Drosselklappe 108 der Teilabgasstrom Tm _A 2 vom gesamten Abgasstrom A abgezweigt und durch den kleineren Katalysator 1 10 vorzugsweise mit der Möglichkeit einer elektrischen Vorwärmung geleitet. In Verbindung mit der zusätzlichen Eindüsung 109 von Kraftstoff lässt sich dann die Katalysatoraktivität derart erhöhen, dass bei Rückführung des Teilabgasstroms Tm _A2 in den Hauptabgasstrom A eine für hohe Gesamtkonvertierungsraten hinreichende Temperatur Temp vor Katalysatoreintritt T _AvK sichergestellt werden kann. Mit dieser Temperatur Temp als Führungsgröße passt die Steuereinrichtung 1 11 den By- passstrom T und die Kraftstoffeindüsung 109 den jeweiligen Betriebsbedingungen der Verbrennungskraftmaschine 101 an. Für den Zweistoffbetrieb ist diese bevorzugte Anordnung oder Verwertung besonders vorteilhaft, um das Temperaturniveau für eine möglichst vollständige Umsetzung von unverbranntem Gaskraftstoff im Abgas zu erzielen. In der Ausführung eines solchen Systems 100, 106 lässt sich dann z.B. bei Erdgasbetrieb die für eine ausreichende Methankonvertierung notwendige hohe Edelmetallbeschichtung im Hauptkatalysatorsystem begrenzen und ggf. kann auch gänzlich auf eine methanselektive Beschichtung verzichtet werden.

Bezugszeichenliste:

1 Ventileinrichtung 30 Hochdruckpumpe

2 Einblaseweg 31 Druckspeicher

3 Einspritzdüse 32 Druckregelventil

4 Zylinderkopf 35 33 Kraftstoffzuleitung

5 Einspritzeinrichtung 34 Gastank

6 Dieselzulauf 35 Verdichter

7 Gaszulauf 36 Gasspeicher

8 Dichtung 37 Regelventil

9 Brennraum 40 38 Ventil

10 Kolben 39 Zuleitung

11 Zufuhrkanal 40 erste Steuereinrichtung

12 Ringnut 41 zweite Steuereinrichtung

13 Ventilkörper 42 Turbolader

14 Durchtrittskanal 45

15 Durchtrittsquerschnitt

16 Federelement

17 Ventilsitz

18 Einblasekanal 100 System

19 Gehäuse 50 101 Verbrennungskraftmaschine

20 Elektromagnet 102 Bohrung

21 Dichtscheibe 103 Druckspeichersystem

22 erste Spannmutter 104 Gasspeichersystem

23 zweite Spannmutter 105 Zündeinrichtung

24 Gasraum 55 106 Abgasbehandlungssystem

25 Spalt 107 Partikelfilter

26 Gehäuseteil 108 Drosselklappe

27 Anordnung 109 Kraftstoffeindüsung

28 Tank 1 10 Katalysator

29 Filter 60 1 1 1 Steuereinrichtung