DE102015216727A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Einspritzen einer Kraftstoff-Wasser-Emulsion in einen Verbrennungsmotor - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Einspritzen einer Kraftstoff-Wasser-Emulsion in einen Verbrennungsmotor Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einspritzen einer Kraftstoff-Wasser-Emulsion in einen Verbrennungsmotor unter Verwendung mindestens einer Zweistoffdüse, durch welche Wasser und Kraftstoff gemeinsam, insbesondere unter Ausnutzung von Kollisionsmischung, in den Brennraum und/oder das Saugrohr eingedüst werden können. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einspritzen einer Kraftstoff-Wasser-Emulsion bei bestmöglicher Gemischaufbereitung in einen Verbrennungsmotor anzugeben.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einspritzen einer Kraftstoff-Wasser-Emulsion in einen Verbrennungsmotor.
  • Die Benzineinspritzung ist die heute gängigste Methode, um ein zündfähiges Kraftstoff-Luft-Gemisch für einen Ottomotor zu erzeugen. Beim Prinzip der Einspritzung unterscheidet man zwischen Direkteinspritzung und Saugrohreinspritzung:
    Bei der Direkteinspritzung wird mit einem Einspritzventil der Kraftstoff direkt in den Brennraum des Motors eingespritzt. Dabei kann Kraftstoff ungleichmäßig verteilt werden, um so im Teillastbereich ein nur im Bereich der Zündkerze zündfähiges Gemisch bereitzustellen (Schichtladung).
  • Bei der Saugrohreinspritzung wird die Gemischbildung nicht im Brennraum, sondern vor dem Einlassventil hinter der Drosselklappe vorgenommen. Es kann zwischen Einpunkt- und Mehrpunkteinspritzung unterschieden werden. Bei der Einpunkteinspritzung sitzt ein Einspritzventil für alle Zylinder weit vorn im Saugrohr, bei der Mehrpunkteinspritzung ist für jeden Zylinder ein Einspritzventil dicht am Einlassventil vorgesehen. Dies hat den Vorteil, dass sich bei einem Kaltstart nicht so viel Kraftstoff im Saugrohr niederschlagen kann.
  • Um die Verbrennungstemperatur abzusenken und zusätzlich eine Leistungssteigerung der Verbrennungskraftmaschine bei gleichzeitiger Emissionsreduzierung zu erreichen, kann zusätzlich Wasser direkt in den Brennraum oder in das Saugrohr eingespritzt werden. Dabei wird z. B. in den Ansaugtrakt eines Kolbenmotors destilliertes Wasser oder ein Wasser/Alkohol-Gemisch in die Verbrennungsluft eingespritzt. Die verdunstende Flüssigkeit hat eine kühlende Wirkung und vermindert die Verdichtungsarbeit.
  • Darüber hinaus ist es auch möglich, Wasser im Gemisch mit Kraftstoff einzuspritzen, welches im Niederdruck-Railbereich noch vor der Hochdruckpumpe dem Kraftstoff zugemischt wird. Das zugemischte und mit eingespritzte Wasser dient ebenfalls zur Absenkung der Verbrennungstemperatur mit dem Zwecke der Wirkungsgradsteigerung und Emissionsreduzierung.
  • Die vorstehend beschriebenen Verfahren sind jedoch alle mit mehr oder weniger Nachteilen behaftet.
  • Bei der Direkt- und Saugrohreinspritzung kann eine schlechte Strahlaufbereitung des reinen Kraftstoffsprays mit hoher Eindringtiefe und geringem Strahlzerfall zu verstärkter Rußbildung, unvollständiger Verbrennung, Wandfilmabwaschung und verstärktem Kraftstoffeintrag ins Motoröl führen. Für eine optimale Verdampfung wären möglichst kleine mittlere Tröpfchendurchmesser im Primärzerfall des Kraftstoffsprays anzustreben.
  • Bei der Wassereinspritzung kann eine schlechte Strahlaufbereitung des reinen Wassersprays mit hoher Eindringtiefe und geringem Strahlzerfall zu ineffektiver Gemischkühlung aufgrund unvollständiger Verdampfung, zu Wandfilmabwaschung und zu einem verstärkten Wassereintrag ins Motoröl führen. Zudem führt eine schlechte Aufbereitung des Wassersprays zu erhöhter Wandinteraktion bzw. zur Bildung eines Wandfilms, wodurch die Effizienz der Gemischkühlung nochmals herabsetzt wird, da ein Teil der Verdampfungsenthalpie die Wand und nicht das Gemisch kühlt. Für eine optimale Verdampfung und damit optimale Kühlung des Gemisches wären möglichst kleine mittlere Tröpfchendurchmesser im Primärzerfall des Wassersprays anzustreben.
  • Beide oben genannten Effekte sind besonders bei drehzahl- und lastbedingt ungünstigen Verhältnissen zwischen Einspritzdauer und Einspritzmenge kritisch. Möglichkeiten der verbesserten Strahlaufbereitung (Optimierung des Düsendurchmessers, Raildruck-Erhöhung) ziehen andere Nachteile wie Dynamikeinschränkung der Einspritzmenge oder erhöhte Kosten und Materialbelastungen nach sich.
  • Die Einspritzung einer Kraftstoff-Wasser-Emulsion, welche durch Zumischung von Wasser im Niederdruckbereich der Kraftstoffversorgungsanlage erfolgt, birgt aufgrund einer teilweise nicht unerheblich langen Dauer zwischen Emulsionserzeugung und Emulsionseinspritzung die Gefahr der Entmischung der aufgrund der hohen Dichteunterschiede und molekularen Eigenschaften schwer mischbaren Wasser- bzw. Kraftstoffphase. Die damit verbundenen Gefahren wie Einfrieren der Wasserphase (Kaltland) erhöhen sich.
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einspritzen einer Kraftstoff-Wasser-Emulsion bei bestmöglicher Gemischaufbereitung in einen Verbrennungsmotor anzugeben.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Einspritzen einer Kraftstoff-Wasser-Emulsion in einen Verbrennungsmotor unter Verwendung mindestens einer Zweistoffdüse, durch welche Wasser und Kraftstoff gemeinsam in den Brennraum und/oder das Saugrohr eingedüst werden können.
  • Grundprinzip ist hier, dass die beiden Strahlen der sich prinzipiell schlecht mischenden Flüssigkeiten aufeinander geschossen werden und so die Strömungsimpulse in hohem Maße in eine Mischungsaufbereitung der Tröpfchenemulsion umgesetzt werden.
  • Hierbei kann dieser Mischungsort in einer Mischkavität innerhalb der Düse selbst und noch vor Austritt der Emulsion in den Brennraum oder kurz hinter dem Eintrittsort der Einzelstrahlen in den Brennraum liegen (mit z. B. Kollisionsmischung der Strahlen im Brennraum).
  • Da das Wasser und der Kraftstoff der Zweistoffdüse bzw. der Einzeldüsen getrennt zugeführt werden, kann die Vermischung der beiden Medien Kraftstoff und Wasser unter Ausnutzung des hohen Strahlimpulses beider Medien und unmittelbar vor ihrem nachfolgenden Eintritt (bzw. unmittelbar nach ihrem nachfolgenden Eintritt) in den Brennraum und/oder das Saugrohr erfolgen (z. B. in einer Mischungskavität). Der hohe Impuls der aufeinandertreffenden Strahlen sorgt für eine sehr gute Durchmischung mit kleinem Tröpfchenspektrum der beiden schwer mischbaren Flüssigkeiten und führt in Folge zu einer sehr fein aufbrechenden, atomisierten Emulsion, welche in direkter Folge als Emulsion aus Kraftstoff und Wasser eingespritzt wird (bzw. sich weiter im Brennraum ausbreitet). Diese Emulsion weist dann eine geringe Eindringtiefe und damit einen geringen Wandkontakt und eine sehr gute Gemischbildung auf. Aufgrund des feinen Tröpfchennebels erfolgt eine sehr schnelle Verdampfung und eine sehr effiziente Brennraumkühlung. Die notwendigen einzuspritzenden Wassermengen (bezogen auf die gewünschte Brennraumkühlung) können daher reduziert werden, so dass die Reichweite des On-Board Wasserreservoirs eines mit Wassereinspritzung arbeitenden Fahrzeugs bis zur nächsten Wasserbetankung reduziert bzw. die Anforderungen für die Größe eines On-Bord Wasserspeichers minimiert werden.
  • Im Vergleich zu der beim Stand der Technik genannten Zumischung von Wasser im Niederdruckbereich weit vor der Eindüsung kann so eine weit bessere Emulsion erzeugt werden. Zudem besteht keine Entmischungsgefahr, da die Emulsionsbildung nahezu zeitgleich mit der Einspritzung erfolgt. Durch die Zweistoffdüse ist auch eine hohe Regeldynamik der Wassereinspritzung im Vergleich zur vorgelagerten Wassereinbringung in den Niederdruckkreislauf möglich, da die Proportionen zwischen Wasser und Kraftstoffmenge zyklusgenau dosiert werden können.
  • Neben dem Effekt der Wassereinspritzung zur Brennrauminnenkühlung kann dieses Prinzip auch generell zur Stahlaufbruchsverbesserung selbst verwendet werden. Hierdurch kann gegebenenfalls auch der Dynamikbereich der Zweistoffdüse erweitert werden, indem die Minimalmenge an Kraftstoff nicht nur geometrisch, sondern auch durch simultane Wasserzumischung reduziert wird.
  • Das Prinzip der Zweistoffdüse verbessert dabei simultan die Gemischaufbereitung und das Tröpfchenspektrum beider eingebrachter Medien Kraftstoff und Wasser.
  • Die Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird (wie bereits oben erwähnt) eine Zweistoffdüse mit äußerer Mischung verwendet.
  • Bei einer Zweistoffdüse mit äußerer Mischung treffen die zu zerstäubende Medien (Kraftstoff und Wasser) erst außerhalb der Düse in Wechselwirkung miteinander. Diese Mischung basiert ebenfalls auf der Ausnutzung der Strahlimpulse beider Teilstrahlen. Diese treten hierbei getrennt voneinander in den Brennraum ein und treffen z. B. düsennah in einem gegebenen Winkel zueinander auf, wobei auch hier der zumindest teilweise entgegengesetzte Impuls beider Strahlen zum Mischungsaufbruch verwendet wird. Hierbei ist die Impulsbilanz beider Strahlen zueinander zu berücksichtigen, um einen idealen Strahlaufbruch und ein vorteilhaftes Gesamtstrahlbild zu gewährleisten. Die erfindungsgemäßen Ansprüche sind hierbei nicht auf zwei Strahlen beschränkt, sondern können mehrere Strahlpaare in einer Einspritzdüse zusammenfassen. Die Verwendung zweier komplett getrennter Injektoren, deren Strahl gegeneinander gerichtet ist, ist hierbei ebenfalls möglich. Um eine unter allen Bedingungen günstige Gesamtstrahlbildung zu gewährleisten, ist auch hier ein Kollisionspunkt nahe den Einzeldüsenaustrittsöffnungen hilfreich.
  • Alternativ kann auch eine Zweistoffdüse mit innerer Mischung verwendet werden.
  • Bei Zweistoffdüsen mit innerer Mischung erzeugt man (wie bereits oben erwähnt) bereits im Inneren der Düse ein Zweiphasen-Gemisch. Die Strahlen der Einzelsubstanzen treffen hierbei bereits innerhalb der Düse aufeinander, also noch vor dem Austritt des Mischstrahles in den Brennraum. Zur idealen Mischungsbildung innerhalb der Düse ist eine Mischungskavität innerhalb des Einspritzventiles hilfreich, um einen gute Impulsdurchmischung beider Strahlen zu gewährleisten. Die Form und Größe dieser Mischungskavität ist hierbei geeignet zu wählen, um sowohl eine optimale Durchmischung zu gewährleisten, als auch negative Effekte, z. B. HC-Bildung aufgrund des erhöhten Emulsionsvolumens vor Düsenaustritt zu vermeiden. Zur guten Durchmischung der Teilstrahlen ist der Impuls beider Strahlen zueinander auch hier genau zu kontrollieren. Dies kann über die Düsengeometrie der einzelnen Kanäle (Querschnitt) oder auch über eine Regelung des Druckniveaus der Einzelstrahlen erfolgen. Letzteres erfordert einen erhöhten Regelungsaufwand auf der Hochdruckseite der Einzelmedien.
  • Gemäß einer möglichen Ausgestaltung der Zweistoffdüse mit interner Mischung kann durch gezielte Ansteuerung der Wassereinspritzung im Fall einer getrennten Ansteuerung der beiden Strahlen, der Wasserstrahl in kurzem Nachlauf dazu genutzt werden, Kraftstoffreste aus der Mischungskavität auszuspülen und so die Bildung von HC-Emissionen aufgrund des Mischungskavitätsvolumens zu vermeiden.
  • Des Weiteren kann gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung die gezielte Einbringung von kleinen Wassermengen auch zur Beseitigung oder Verhinderung von Verkokungen der Zweistoffdüse genutzt werden.
  • Gemäß einer möglichen Ausgestaltung der Zweistoffdüse mit innerer Mischung wird durch eine gezielte Ansteuerung des Kraftstoff- und des Wasserpfades eine Wasserfreiheit in den wasserführenden Pfaden des Düsenbereiches bei Bedarf sichergestellt. Dies dient zur Vermeidung der Vereisungsgefahr im Kaltland.
  • In beiden Fällen erfolgt die Vermischung der beiden Medien Kraftstoff und Wasser direkt vor oder vorzugsweise in der Nähe des Düsenaustritts in den Brennraum bzw. das Saugrohr.
  • Die Steuerung der beiden Flüssigkeitspfade kann vorteilhafterweise über zwei separat aufgebaute Düsensteuerungen oder Mechaniken erfolgen.
  • Die Steuerung der beiden Flüssigkeitspfade kann auch über zwei Hochdruckpfade oder -kanäle erfolgen, die von einer Injektornadel bedient werden.
  • Alternativ kann die Steuerung der beiden Flüssigkeitspfade auch über eine gemeinsame Düsensteuerung oder Mechanik erfolgen. Dabei kann vorteilhafterweise die Regelung der Wasser-zu-Kraftstoff-Proportionen über eine Druck- oder Drosselsteuerung erfolgen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung kann mittels gezielter Heizung einer der oder beider einzuspritzenden Komponenten Effekte der Viskositätsbeeinflussung zur Verbesserung der Emulsionsbildung und/oder des Flash-Boilings zur Verbesserung des Strahlaufbruchs (bei innerer Emulsionsbildung) genutzt werden. Denn das Blasensieden einer der beiden oder beider Komponenten kann aufgrund der dann zusätzlich vorliegenden Gasphase nochmals zu einem besseren Sprayaufbruch im darauf nachfolgenden Spraybildungsprozess (im Brennraum bzw. im Saugrohr) führen. Die mit der erhöhten Temperatur verringerte Viskosität erleichtert ferner die Emulsionsbildung.
  • Das Einspritzen kann vorteilhafterweise entweder in den Brennraum oder in das Saugrohr des Verbrennungsmotors erfolgen.
  • Alternativ ist auch das Einspritzen in den Brennraum und in das Saugrohr des Verbrennungsmotors möglich. Dabei erfolgt das Einspritzen in den Brennraum oder in das Saugrohr, vorzugsweise in den Brennraum, mittels der Zweistoffdüse. Hierdurch lässt sich der Dynamikbereich der Kraftstoffzumessung (Minimalmengendosierung) nochmals erhöhen.
  • Die erfindungsgemäße Art der Kraftstoffeinbringung kann auch gezielt zur Erzeugung einer Kraftstoffschichtung (Katheizen oder Schichtbrennverfahren) eingesetzt werden.
  • Ein Hauptvorteil der Einbringung mit einer Düse gegenüber der Einbringung von Wasser und Kraftstoff mittels zweier separater Düsen ist der deutliche Bauraumvorteil. Der Hauptvorteil der Kollisionsmischung ist die deutlich verbesserte Zerstäubung beider Komponenten.
  • Ein weiterer Hauptvorteil im Vergleich zur Wasserzumischung in den Niederdruckbereich der Kraftstoffversorgung ist die nochmals bessere Gemischaufbereitung (feinere Emulsion) sowie die Verhinderung der Entmischung (kürzeste Standzeiten) sowie erweiterte Möglichkeiten des Gefrierschutzes durch Wasserverdrängung (Kaltland).
  • Darüber hinaus ergeben sich Vorteile durch die feinere Gemischaufbereitung hinsichtlich Partikelemission, Wasserbedarf, Wandfilmabwaschung und Kraftstoff/Wasser-Einbringung in das Kurbelgehäuse.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zum Einspritzen einer Kraftstoff-Wasser-Emulsion in einen Verbrennungsmotor unter Verwendung mindestens einer Einspritzdüse, wobei die Einspritzdüse als Zweistoffdüse ausgebildet ist, welche Wasser und Kraftstoff gemeinsam in den Brennraum und/oder das Saugrohr eindüst.
  • Die Zweistoffdüse kann gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung als Zweistoffdüse mit äußerer Mischung oder als Zweistoffdüse mit innerer Mischung ausgebildet sein.
  • Zur Steuerung der beiden Flüssigkeitspfade können bevorzugt zwei separat aufgebaute Düsensteuerungen oder Mechaniken vorgesehen sein.
  • Zur Steuerung der beiden Flüssigkeitspfade sind bevorzugt zwei Hochdruckpfade oder -kanäle vorgesehen, die mit einer oder zwei Injektornadeln versehen sind.
  • Alternativ kann zur Steuerung der beiden Flüssigkeitspfade auch nur eine gemeinsame Düsensteuerung oder Mechanik vorgesehen sein.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung kann eine Heizung für zumindest eine der einzuspritzenden Komponenten vorgesehen sein.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Zweistoffdüse entweder in den Brennraum oder in das Saugrohr des Verbrennungsmotors münden.
  • Alternativ können auch zwei Einspritzdüsen vorgesehen sein, von denen eine in den Brennraum und eine in das Saugrohr des Verbrennungsmotors mündet. Dabei kann vorzugsweise die in den Brennraum mündende Einspritzdüse als Zweistoffdüse ausgebildet sein.
  • Die vorstehend genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß weiterhin gelöst durch ein Verfahren zum Einspritzen einer Kraftstoff-Wasser-Emulsion in einen Verbrennungsmotor unter Verwendung zweier Einzeldüsen, welche Wasser bzw. Kraftstoff getrennt in den Brennraum und/oder das Saugrohr einspritzen und so ausgerichtet sind, dass sich die Strahlen in dem Brennraum und/oder Saugkanal treffen.
  • Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der Zeichnung. Es zeigt:
  • 1 eine Ausführungsform einer im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Zweistoffdüse mit innerer Mischung,
  • 2 eine Ausführungsform einer im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Zweistoffdüse mit äußerer Mischung, und
  • 3 eine Ausführungsform von im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten zwei Einzeldüsen.
  • 1 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäß ausgebildeten Zweistoffdüse 1 mit innerer Mischung in einer schematischen Darstellung.
  • Die Zweistoffdüse 1 ist mit einem Wasserpfad 2 und einem Kraftstoffpfad 3 versehen. In dem Wasserpfad 2 ist ein wasserseitiges Injektorventil 4 und in dem Kraftstoffpfad 3 ein kraftstoffseitiges Injektorventil 5 angeordnet.
  • Der Wasserpfad 2 und der Kraftstoffpfad 3 treffen sich innerhalb der Zweistoffdüse 1 in einer Zone 6 der kollisionsunterstützten Emulsionsvermischung. Diese Emulsion aus Kraftstoff und Wasser tritt dann als Emulsion aus der Zweistoffdüse 1 aus und gelangt in einen Brennraum 7, wobei am Austritt aus der Zweistoffdüse 1 ein Strahlaufbruch der Emulsion im Brennraum 7 erfolgt.
  • Wie in 2 dargestellt, kann auch eine Zweistoffdüse 1 mit äußerer Mischung verwendet werden, bei der die zu zerstäubende Medien (Kraftstoff und Wasser) erst außerhalb der Düse in Wechselwirkung miteinander treten.
  • Bei der Zweistoffdüse mit innerer Emulsionsbildung kann durch eine gezielte Ansteuerung des Wasser- und des Wasserpfades 2, 3 eine Wasserfreiheit in den wasserführenden Pfaden des Düsenbereiches bei Bedarf sichergestellt werden, um eine Vereisungsgefahr im Kaltland zu vermeiden.
  • Des Weiteren kann die gezielte Einbringung von kleinen Wassermengen auch zur Beseitigung oder Verhinderung von Verkokungen der Zweistoffdüse 1 genutzt werden.
  • Die Steuerung der beiden Flüssigkeitspfade 2, 3 kann über zwei separat aufgebaute Düsensteuerungen oder Mechaniken erfolgen.
  • Die Steuerung der beiden Flüssigkeitspfade 2, 3 kann auch über zwei Hochdruckpfade oder -kanäle erfolgen, die von einer Injektornadel bedient werden.
  • Alternativ kann die Steuerung der beiden Flüssigkeitspfade 2, 3 auch über eine gemeinsame Düsensteuerung oder Mechanik erfolgen. Dabei kann vorteilhafterweise die Regelung der Wasser-zu-Kraftstoff-Proportionen über eine Druck- oder Drosselsteuerung erfolgen.
  • Des Weiteren kann eine Heizung vorgesehen sein, mittels der bei einer der einzuspritzenden Komponenten Effekte des Flash-Boilings zur Verbesserung der Emulsionsbildung und des Strahlaufbruchs genutzt werden.
  • Das Einspritzen kann entweder in den Brennraum 7 oder in das Saugrohr des Verbrennungsmotors erfolgen.
  • Alternativ ist auch das Einspritzen in den Brennraum 7 und in das Saugrohr des Verbrennungsmotors möglich. Dabei erfolgt vorzugsweise das Einspritzen in den Brennraum 7 mittels der Zweistoffdüse 1. Hierdurch lässt sich der Dynamikbereich der Kraftstoffzumessung (Minimalmengendosierung) nochmals erhöhen.
  • Die Zweistoffdüse 1 kann auch gezielt zur Erzeugung einer Kraftstoffschichtung (Katheizen oder Schichtbrennverfahren) eingesetzt werden.
  • Wesentlich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist die Ausnutzung der Kollisionseffekte der beiden Strahlen (Kraftstoffstrahlen zur besseren Durchmischung und Spraybildung bzw. Verdampfung). Dazu ist es wichtig, dass Wasser und Kraftstoff als getrennte Strahlen zugeführt werden und sich erst im Kollisionsgebiet selbiger zur Emulsion vermengen. Dazu kann entweder eine Zweistoffdüse 1 mit innerer Mischung (1) oder eine Zweistoffdüse 1 mit äußerer Mischung eingesetzt werden, bei der die beiden Strahlen (Wasser und Kraftstoff) getrennt aus der Zweistoffdüse 1 austreten (2).
  • In 3 ist eine alternative Ausführungsform dargestellt, bei welcher im Gegensatz zu der in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsform keine Zweistoffdüse 1, sondern zwei Einzeldüsen 1a und 1b verwendet werden, welche Wasser und Kraftstoff jeweils getrennt voneinander zuführen.
  • Die Einzeldüse 1a ist mit dem Wasserpfad 2 und die Einzeldüse 1b mit dem Kraftstoffpfad 3 versehen. In dem Wasserpfad 2 ist das wasserseitiges Injektorventil 4 und in dem Kraftstoffpfad 3 das kraftstoffseitiges Injektorventil 5 angeordnet.
  • Die beiden Einzeldüsen 1a und 1b sind derart ausgerichtet, dass sich der Wasserpfad 2 und der Kraftstoffpfad 3 außerhalb der beiden Einzeldüsen 1a und 1b in der Zone 6 innerhalb des in einem Motorblock bzw. Zylinderkopf 8 vorgesehenen Brennraums 7 treffen und so eine Kollisionsmischung bzw. Kollisionszerstäubung nutzen.
  • Die vorhergehende Beschreibung der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihrer Äquivalente zu verlassen.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Zweistoffdüse
    1a
    Einzeldüse
    1b
    Einzeldüse
    2
    Wasserpfad
    3
    Kraftstoffpfad
    4
    wasserseitiges Injektorventil
    5
    kraftstoffseitiges Injektorventil
    6
    Zone
    7
    Brennraum
    8
    Motorblock bzw. Zylinderkopf

Claims (15)

  1. Verfahren zum Einspritzen einer Kraftstoff-Wasser-Emulsion in einen Verbrennungsmotor unter Verwendung mindestens einer Zweistoffdüse, durch welche Wasser und Kraftstoff gemeinsam, insbesondere unter Ausnutzung von Kollisionsmischung, in den Brennraum und/oder das Saugrohr eingedüst werden können.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem entweder eine Zweistoffdüse mit äußerer Mischung oder eine Zweistoffdüse mit innerer Mischung verwendet wird.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem durch eine gezielte Ansteuerung des Kraftstoff- und des Wasserpfades eine Wasserfreiheit in den wasserführenden Pfaden des Düsenbereiches bei Bedarf sichergestellt werden kann.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die gezielte Einbringung von kleinen Wassermengen auch zur Beseitigung oder Verhinderung von Verkokungen der Zweistoffdüse genutzt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Steuerung der beiden Flüssigkeitspfade über zwei separat aufgebaute Düsensteuerungen oder Mechaniken erfolgt.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Steuerung der beiden Flüssigkeitspfade entweder über zwei Hochdruckpfade oder -kanäle, die von einer Injektornadel bedient werden, oder über eine gemeinsame Düsensteuerung oder Mechanik erfolgt, insbesondere bei dem die Regelung der Wasser-zu-Kraftstoff-Proportionen über eine Druck- oder Drosselsteuerung erfolgt.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem mittels gezielter Heizung einer der oder beider einzuspritzenden Komponenten Effekte des Flash-Boilings zur Verbesserung des Strahlaufbruchs genutzt werden bzw. Effekte der Viskositätserniedrigung zur Verbesserung der Emulsionsbildung.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Einspritzen in den Brennraum oder in das Saugrohr des Verbrennungsmotors erfolgt.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem das Einspritzen in den Brennraum und in das Saugrohr des Verbrennungsmotors erfolgt, insbesondere bei dem das Einspritzen in den Brennraum und/oder in das Saugrohr mittels der Zweistoffdüse erfolgt.
  10. Vorrichtung zum Einspritzen einer Kraftstoff-Wasser-Emulsion in einen Verbrennungsmotor unter Verwendung mindestens einer Einspritzdüse, wobei die Einspritzdüse als Zweistoffdüse (1) ausgebildet ist, welche Wasser und Kraftstoff gemeinsam in den Brennraum (7) und/oder das Saugrohr eindüst.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei dem die Zweistoffdüse (1) eine Zweistoffdüse mit äußerer Mischung oder eine Zweistoffdüse mit innerer Mischung ist.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 11, wobei zur Steuerung der beiden Flüssigkeitspfade (2, 3) zwei separat aufgebaute Düsensteuerungen oder Mechaniken vorgesehen sind, oder wobei zur Steuerung der beiden Flüssigkeitspfade (2, 3) zwei Hochdruckpfade oder -kanäle vorgesehen sind, die mit einer oder zwei Injektornadeln versehen sind, oder wobei zur Steuerung der beiden Flüssigkeitspfade (2, 3) eine gemeinsame Düsensteuerung oder Mechanik vorgesehen ist.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei eine Heizung für zumindest eine der einzuspritzenden Komponenten vorgesehen ist.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei die Zweistoffdüse (1) in den Brennraum (7) oder in das Saugrohr des Verbrennungsmotors mündet, oder wobei eine Einspritzdüse in den Brennraum (7) und eine Einspritzdüse in das Saugrohr des Verbrennungsmotors mündet und eine der beiden Einspritzdüsen, vorzugsweise die in den Brennraum (7) mündende Einspritzdüse, als Zweistoffdüse (1) ausgebildet ist.
  15. Verfahren zum Einspritzen einer Kraftstoff-Wasser-Emulsion in einen Verbrennungsmotor unter Verwendung zweier Einzeldüsen, welche Wasser bzw. Kraftstoff getrennt in den Brennraum und/oder das Saugrohr einspritzen und so ausgerichtet sind, dass sich die Strahlen in dem Brennraum und/oder Saugkanal treffen.
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