WO2009047294A1 - Verbrennungsmotor, insbesondere dieselmotor, mit wasseremulsionsvoreinspritzung - Google Patents

Verbrennungsmotor, insbesondere dieselmotor, mit wasseremulsionsvoreinspritzung Download PDF

Info

Publication number
WO2009047294A1
WO2009047294A1 PCT/EP2008/063540 EP2008063540W WO2009047294A1 WO 2009047294 A1 WO2009047294 A1 WO 2009047294A1 EP 2008063540 W EP2008063540 W EP 2008063540W WO 2009047294 A1 WO2009047294 A1 WO 2009047294A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
oil
internal combustion
combustion engine
water emulsion
emulsion
Prior art date
Application number
PCT/EP2008/063540
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ralph Finger
Original Assignee
Ralph Finger
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ralph Finger filed Critical Ralph Finger
Publication of WO2009047294A1 publication Critical patent/WO2009047294A1/de

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M35/00—Combustion-air cleaners, air intakes, intake silencers, or induction systems specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines
    • F02M35/10—Air intakes; Induction systems
    • F02M35/10209—Fluid connections to the air intake system; their arrangement of pipes, valves or the like
    • F02M35/10216—Fuel injectors; Fuel pipes or rails; Fuel pumps or pressure regulators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B47/00—Methods of operating engines involving adding non-fuel substances or anti-knock agents to combustion air, fuel, or fuel-air mixtures of engines
    • F02B47/02—Methods of operating engines involving adding non-fuel substances or anti-knock agents to combustion air, fuel, or fuel-air mixtures of engines the substances being water or steam
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M25/00—Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture
    • F02M25/022—Adding fuel and water emulsion, water or steam
    • F02M25/0228—Adding fuel and water emulsion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M25/00—Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture
    • F02M25/022—Adding fuel and water emulsion, water or steam
    • F02M25/0227—Control aspects; Arrangement of sensors; Diagnostics; Actuators
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to an internal combustion engine, in particular a diesel engine, in which each cylinder has at least one injection nozzle, which injects fuel into the combustion chamber of the cylinder, and to a method for operating an internal combustion engine, in particular a diesel engine, wherein fuel into the combustion chamber of each cylinder is injected.
  • the diesel engine can be both a stationary diesel engine and the diesel engine of a motor vehicle. Basically, the diesel engine can be both a two-stroke and a four-stroke engine. As a rule, it is a four-stroke diesel engine of a motor vehicle.
  • the diesel engine may be one with direct injection. But it can also be a diesel engine with Vorkammeinspritzung.
  • the invention is also applicable to other internal combustion engines in which fuel is injected directly into the cylinders, such as in direct injection gasoline engines.
  • direct injection means the injection of diesel fuel directly into the main chamber of each cylinder and not into an antechamber adjacent to it Main room adjoins.
  • harder combustion pulses develop on the pistons than in a prechamber injection diesel engine. This results in the so-called “nailing" of a diesel engine with direct injection.
  • a device and a method for moistening the intake air in an internal combustion engine by introducing water into the intake tract of the internal combustion engine are known.
  • the water required for moistening the intake air is recovered from the condensate of an air conditioner arranged in the motor vehicle driven by the internal combustion engine and collected in a container.
  • the water is injected with an injector in the extraction.
  • no further details are given.
  • DE 10 2005 053 495 A1 there is described in DE 10 2005 053 495 A1 as a known process for the reduction of nitrogen oxides with the aid of water, to inject oil-water emulsions or water directly into the cylinder of an internal combustion engine.
  • the invention has for its object to provide an internal combustion engine, in particular a diesel engine, and a method for operating an internal combustion engine, in particular a diesel engine, of the type described above, which can be implemented using basically known engine concepts and reduce both the noise and the soot emissions.
  • At least one pilot injection nozzle is provided, with which an oil-in-water emulsion outside of the cylinders can be atomized into an air stream flowing into the cylinders.
  • the position of the pilot injector can correspond to the position of a non-injecting injector in a gasoline engine. At least in certain operating states of the internal combustion engine, it sprays the oil-in-water emulsion so that it is atomized into the air flow flowing into the cylinders.
  • a uniformly distributed oil content of the oil-in-water emulsion which is brought by the compression in the cylinder to ignite.
  • the new internal combustion engine is a diesel engine with direct injection, which is discussed in more detail below as a single example, without this being intended to preclude the advantageous application of the details described here to other internal combustion engines.
  • the pilot injector may atomize the oil-in-water emulsion prior to branching to the individual cylinders into the airflow entering the cylinders. Also in this case, the arrangement of the pilot injector may still correspond to the arrangement of an injection nozzle in a gasoline engine not directly injecting, as far as it has a single-point injection.
  • the pilot injection nozzle already atomizes the oil-in-water emulsion into the airflow between a turbocharger and an intake manifold.
  • This point is located in front of the usual location of an injection nozzle of a non-injecting gasoline engine.
  • the arrangement of the pilot injector well ahead of the cylinders provides for a particularly even distribution of the oil-in-water emulsion in the airflow entering the cylinders. This uniform distribution is fundamentally made more difficult by the fact that only very little oil is injected via the pilot injection nozzle.
  • the injection quantity is increased by the oil-in-water emulsion.
  • This already allows a simpler distribution of the oil in the air flow.
  • an existing internal combustion engine can be retrofitted at this point particularly easily with a pilot injector.
  • the injection nozzle of the new internal combustion engine can inject the fuel into the already self-ignited oil-water-air mixture in the cylinder.
  • a multi-stage injection of the fuel through the injector into the cylinder is unnecessary or the running behavior of an existing diesel engine with single-stage direct injection is particularly strongly influenced positively.
  • pilot injector it is advantageous to set the throughput and / or the atomization of the oil-in-water emulsion through the pilot injector by a controller in dependence on the operating parameters of the internal combustion engine. So can the pilot injector initially remain inactive until the internal combustion engine has reached a certain operating temperature.
  • a high-pressure pump feeds the oil-in-water emulsion to the pilot injector.
  • the pilot injector can be clocked by driving a movable nozzle body. It is useful if a return line for non-aerosolized oil-in-water emulsion leads back to an emulsion tank of the pilot injector. This return line also makes it possible to avoid blistering by air entering or evaporating parts of the oil-in-water emulsion in the region of the pilot injector, even if there are elevated temperatures. The heat absorbed by the returning emulsion can this be withdrawn through a return cooler in the return line again.
  • the oil-in-water emulsion is preferably a stabilized, as homogeneous as possible emulsion of vegetable oil or modified mineral oil in water. There is thus no risk that the emulsion separates into its water and its oil component.
  • the stabilization of the emulsion may be controlled by additives, e.g. B. can be achieved in the form of emulsifiers.
  • a substantially homogeneous and stable emulsion of vegetable oil or modified mineral oil in water can also be used without additives by other chemical and / or physical methods such as e.g. High-pressure disintegration, d. H. be achieved for example by means of passage of the emulsion through the high pressure nozzle of a so-called homogenizer.
  • the fuel that is injected through the injector into the cylinder may also be wholly or partially composed of vegetable oil. Often, however, it will be a fossil fuel. Of particular interest is the present invention when the fuel is a diesel fuel which is injected directly into the respective cylinder.
  • both the new internal combustion engine and the new method for operating an internal combustion engine can be supplemented by measures for purifying the exhaust gas flow, for example by a catalytic converter or soot filter.
  • measures for purifying the exhaust gas flow for example by a catalytic converter or soot filter.
  • the air stream into which the oil-in-water emulsion is atomized according to the invention is typically conveyed by a turbocharger, the present invention can also be implemented without a turbocharger, ie for example in a so-called naturally aspirated direct injection diesel engine.
  • Fig. 1 shows schematically the structure of a new diesel engine and the flow of the new process.
  • the main component of the diesel engine 1 shown in FIG. 1 is an engine block 2, the cylinder, the valve provided thereon and Injectors, the exhaust manifold, the piston running in the cylinders, the crankcase, the crankshaft revolving therein, etc.
  • the engine block 2 Via a supply line 3 and a return line 4, the engine block 2 is in communication with a fuel tank 5 which supplies the injection nozzles of the engine block 2 with fuel.
  • an intake manifold 6 is attached, which is branched to the individual cylinders of the engine block 2.
  • the turbocharger 8 is preceded by an air filter 9.
  • a pilot injector 10 is provided which nebulizes an oil-in-water emulsion from an emulsion tank 11 into the air stream 7.
  • the pilot injection pump 10 receives the oil-in-water emulsion from the emulsion tank 1 1 from a high pressure pump 12 via a high pressure line 13.
  • the pilot injection pump is, for example, a controlled 6- or 8-hole nozzle, via a controller 14 in their Abspritzfrequenz and thus their throughput is variably controllable. After reaching an engine operating temperature, which is detected by the controller 14, the preinjection nozzle is subjected to a dependent of the speed and the load state of the diesel engine 1 operating frequency.
  • the pilot injector 10 opens and closes, with the principle of the hydraulic ram being used in the high-pressure line 13.
  • a return line 14 to the emulsion tank 1 1 analogous to the return line 4 to the Diesel tank 5 is provided in order to compensate for any ingress of air through the injector 10 in the high pressure system.
  • a return cooler 15 is arranged, which prevents the emulsion at high pressure heats up so much that it comes to a vapor bubble formation.
  • the controller 14, which is interconnected via signal lines 16 to 19, in addition to the control of the pilot injector 10, for example, the entire diesel engine 1 convert into an emergency program when the emulsion tank 11 is emptied to even without the nebulization of the oil-in-water Emulsion in the air stream 7 to limit soot formation.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)

Abstract

Ein Verbrennungsmotor (1), bei dem mindestens eine Einspritzdüse Kraftstoff in jeden Zylinder einspritzt, weist eine Voreinspritzdüse (10) auf, mit der eine ÖI-in-Wasser-Emulsion außerhalb der Zylinder in einen von den Zylindern angesaugten Luftstrom (7) hinein vernebelbar ist.

Description

VERBRENNUNGSMOTOR, INSBESONDERE DIESELMOTOR, MIT WASSEREMULSIONSVOREINSPRITZUNG
TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung bezieht sich auf einen Verbrennungsmotor, insbesondere einen Dieselmotor, bei dem jeder Zylinder mindestens eine Einspritzdüse aufweist, die Kraftstoff in den Brennraum des Zylinders einspritzt, und auf ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Dieselmotors, wobei Kraftstoff in den Brennraum jedes Zylinders eingespritzt wird.
Bei dem Dieselmotor kann es sich sowohl um einen stationären Dieselmotor als auch um den Dieselmotor eines Kraftfahrzeugs handeln. Grundsätzlich kann der Dieselmotor sowohl ein Zweitakt- als auch ein Viertaktmotor sein. In der Regel handelt es sich um einen Viertaktdiesel- motor eines Kraftfahrzeugs.
Insbesondere kann der Dieselmotor ein solcher mit Direkteinspritzung sein. Es kann sich aber auch um einen Dieselmotor mit Vorkammereinspritzung handeln.
Die Erfindung ist auch auf andere Verbrennungsmotoren anwendbar, bei denen Kraftstoff direkt in die Zylinder eingespritzt wird, wie beispielsweise bei Benzinmotoren mit Direkteinspritzung.
STAND DER TECHNIK
Bei Dieselmotoren versteht man unter Direkteinspritzung das Einspritzen von Dieselkraftstoff unmittelbar in den Hauptraum jedes Zylinders und nicht in eine Vorkammer, die an diesen Hauptraum angrenzt. Bei einem Dieselmotor mit Direkteinspritzung kommt es zur Entwicklung härterer Verbrennungsimpulse auf den Kolben als bei einem Dieselmotor mit Vorkammereinspritzung. Hieraus resultiert das sogenannte "Nageln" eines Dieselmotors mit Direkteinspritzung. Um diesem Nageln zu begegnen, ist es bekannt, einen Teil des Kraftstoffs bereits vor oder bei dem Erreichen des Totpunkts des Kolbens in den jeweiligen Zylinder einzuspritzen, um die Verbrennung zu initiieren, in die dann der restliche Kraftstoff hinein eingespritzt wird, sobald der Kolben den Todpunkt durchschritten hat.
Neben dem Nageln, d. h. einer ungewünschten Geräuschentwicklung, bestehen bekannte Probleme von Dieselmotoren in der Rußentwicklung. Zur Begrenzung der Rußentwicklung sowie der Entwicklung von Stickoxiden durch Dieselmotoren ist es bekannt, diese mit sogenannten Emulsionskraftstoffen zu betreiben. Dabei werden dem Dieselkraftstoff Wasser und ein Emulgator beigemischt, um aufgrund der resultierenden größeren Einspritzmenge eine bessere Verteilung des Kraftstoffs im Brennraum zu erreichen, was zur Emissionsreduzierung beiträgt.
Auch bei Verwendung von Pflanzenöl anstelle von fossilem Dieselkraftstoff als Kraftstoff für Dieselmotoren kann die Rußbildung reduziert werden.
Aus der DE 10 2005 053 495 A1 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Befeuchten der Ansaugluft bei einer Brennkraftmaschine durch Einbringen von Wasser in den Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine bekannt. Das zum Befeuchten der Ansaugluft benötigte Wasser wird aus dem Kondensat einer in dem mit der Brennkraftmaschine angetriebenen Kraftfahrzeug angeordneten Klimaanlage gewonnen und in einem Behälter gesammelt. Das Wasser wird mit einer Einspritzeinrichtung in den Absaugtrakt eingespritzt. Zu der Brennkraftmaschine selbst werden keine näheren Angaben gemacht. In der Erläuterung des dortigen Stands der Technik ist in der DE 10 2005 053 495 A1 als bekanntes Verfahren zur Stickoxidreduktion mit Hilfe von Wasser beschrieben, Öl-Wasser-Emulsionen oder Wasser direkt in den Zylinder einer Brennkraftmaschine einzuspritzen.
Auch aus der US 2004/0216699 A1 ist es bekannt, Wasser außerhalb der Zylinder in einen in die Zylinder einer Brennkraftmaschine einströmenden Luftstrom einzuspritzen, um insbesondere bei einem Dieselmotor die Abgaszusammensetzung günstig zu beeinflussen. AUFGABE DER ERFINDUNG
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verbrennungsmotor, insbesondere einen Dieselmotor, und ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Dieselmotors, der eingangs beschriebenen Art aufzuzeigen, die unter Verwendung grundsätzlich bekannter Motorkonzepte umsetzbar sind und sowohl die Geräuschentwicklung als auch die Rußemission reduzieren.
LÖSUNG
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Verbrennungsmotor mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungs- motors mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 13 gelöst. Die abhängigen Patentansprüche 2 bis 12 betreffen bevorzugte Ausführungsformen des neuen Verbrennungsmotors, während die abhängigen Patentansprüche 14 bis 24 bevorzugte Ausführungsformen des neuen Verfahrens betreffen.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Bei dem neuen Verbrennungsmotor ist mindestens eine Voreinspritzdüse vorgesehen, mit der eine ÖI-in-Wasser-Emulsion außerhalb der Zylinder in einen in die Zylinder einströmenden Luftstrom hinein vernebelbar ist. Die Lage der Voreinspritzdüse kann dabei der Lage einer nicht direkt einspritzenden Einspritzdüse bei einem Benzinmotor entsprechen. Sie verspritzt zumindest in bestimmten Betriebszuständen des Verbrennungsmotors die Öl-in-Wasser- Emulsion, so dass diese in den in die Zylinder einströmenden Luftstrom hinein vernebelt wird. Damit tritt in den jeweiligen Zylinder ein gleichmäßig verteilter Ölanteil der ÖI-in-Wasser- Emulsion ein, der durch die Verdichtung in dem Zylinder zur Entzündung gebracht wird. Hiermit wird vor dem Erreichen des Todpunkts des Kolbens eine Vorzündung in dem Zylinder initiiert, die die Verbrennung des anschließend eingespritzten Kraftstoffs vergleichmäßigt und den harten Zündimpuls eines Motors mit Direkteinspritzung abmindert. Die gleichmäßige Verbrennung führt zudem zu einer signifikanten Reduktion der Rußtrübungszahl der von dem Verbrennungsmotor ausgestoßenen Abgase und zur Verbesserung des Wirkungsgrads des Verbrennungsmotors, die mit einer Einsparung an Kraftstoff einher geht. Insbesondere ist der neue Verbrennungsmotor ein Dieselmotor mit Direkteinspritzung, auf den im Folgenden als einziges Beispiel näher eingegangen wird, ohne dass dies die vorteilhafte Anwendung der dabei geschilderten Details auf andere Verbrennungsmotoren ausschließen soll.
Die Voreinspritzdüse kann die ÖI-in-Wasser-Emulsion vor dessen Verzweigung zu den einzelnen Zylindern in den in die Zylinder einströmenden Luftstrom hinein vernebeln. Auch in diesem Fall kann die Anordnung der Voreinspritzdüse noch der Anordnung einer Einspritzedüse bei einem nicht direkt einspritzenden Benzinmotor entsprechen, soweit dieser über eine Einzelpunkteinspritzung verfügt.
Besonders bevorzugt ist es bei dem neuen Verbrennungsmotor aber, wenn die Voreinspritzdüse die ÖI-in-Wasser-Emulsion bereits zwischen einem Turbolader und einem Ansaugkrümmer in den Luftstrom hinein vernebelt. Dieser Punkt liegt vor dem üblichen Ort einer Einspritzdüse eines nicht direkt einspritzenden Benzinmotors. Die Anordnung der Voreinspritzdüse sehr weit vor den Zylindern sorgt für eine besonders gleichmäßige Verteilung der ÖI-in-Wasser-Emulsion in dem in die Zylinder einströmenden Luftstrom. Diese gleichmäßige Verteilung wird grundsätzlich dadurch erschwert, dass nur sehr wenig Öl über die Voreinspritzdüse eingespritzt wird. Die Einspritzmenge wird durch die ÖI-in-Wasser-Emulsion vergrößert. Dies erlaubt bereits eine einfachere Verteilung des Öls in dem Luftstrom. Hinzu kommt die relativ lange Laufstrecke des Luftstroms von dem Ort der Voreinspritzdüse bis in den jeweiligen Zylinder. Überdies kann ein vorhandener Verbrennungsmotor an dieser Stelle besonders einfach mit einer Voreinspritzdüse nachgerüstet werden.
Wie bereits angedeutet wurde, kann die Einspritzdüse des neuen Verbrennungsmotors den Kraftstoff in das in dem Zylinder bereits selbstentzündete Öl-Wasser-Luft-Gemisch einspritzen. Dadurch wird eine mehrstufige Einspritzung des Kraftstoffs durch die Einspritzdüse in den Zylinder entbehrlich bzw. das Laufverhalten eines vorhandenen Dieselmotors mit einstufiger Direkteinspritzung wird besonders stark positiv beeinflusst.
Es versteht sich, dass es günstig ist, den Durchsatz an und/oder die Vernebelung der ÖI-in- Wasser-Emulsion durch die Voreinspritzdüse durch eine Steuerung in Abhängigkeit von den Betriebsparametern des Verbrennungsmotors festzulegen. So kann die Voreinspritzdüse zunächst inaktiv bleiben, bis der Verbrennungsmotor eine bestimmte Betriebstemperatur erreicht hat.
Um eine gute Vernebelung der ÖI-in-Wasser-Emulsion in den in die Zylinder einströmenden Luftstrom hinein zu erreichen, ist es von Vorteil, wenn eine Hochdruckpumpe die Öl-in-Wasser- Emulsion der Voreinspritzdüse zuführt. Die Voreinspritzdüse kann durch Ansteuerung eines beweglichen Düsenkörpers getaktet werden. Dabei ist es sinnvoll, wenn von der Voreinspritzdüse eine Rücklaufleitung für nicht vernebelte ÖI-in-Wasser-Emulsion zu einem Emulsionstank zurückführt. Diese Rücklaufleitung erlaubt es auch, eine Blasenbildung durch Lufteintritt in die oder Verdampfen von Teilen der ÖI-in-Wasser-Emulsion im Bereich der Voreinspritzdüse zu vermeiden, auch wenn dort erhöhte Temperaturen herrschen. Die von der zurücklaufenden Emulsion aufgenommene Wärme kann dieser durch einen Rücklaufkühler in der Rücklaufleitung wieder entzogen werden.
Die ÖI-in-Wasser-Emulsion ist vorzugsweise eine stabilisierte, möglichst homogene Emulsion von Pflanzenöl oder modifiziertem Mineralöl in Wasser. Dadurch besteht keine Gefahr, dass sich die Emulsion in ihre Wasser- und ihre Öl-Komponente auftrennt. Die Stabilisierung der Emulsion kann durch Additive, z. B. in Form von Emulgatoren erreicht werden. Eine weitgehend homogene und stabile Emulsion von Pflanzenöl oder modifiziertem Mineralöl in Wasser kann auch ohne Additive durch andere chemische und/oder physikalische Verfahren wie z.B. Hochdruckdesintegration, d. h. zum Beispiel mittels Durchlauf der Emulsion durch die Hochdruckdüse eines sogenannten Homogenisators erreicht werden.
Der Kraftstoff, der durch die Einspritzdüse in den Zylinder eingespritzt wird, kann ebenfalls ganz oder teilweise aus Pflanzenöl zusammengesetzt sein. Häufig wird es sich jedoch um einen fossilen Kraftstoff handeln. Besonders interessant ist die vorliegende Erfindung, wenn der Kraftstoff ein Dieselkraftstoff ist, der direkt in den jeweiligen Zylinder eingespritzt wird.
Das neue Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors wurde durch die Beschreibung des neuen Verbrennungsmotors bereits umfassend erläutert.
Es versteht sich, dass sowohl der neue Verbrennungsmotor als auch das neue Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors durch Maßnahmen zur Reinigung des Abgasstroms, beispielsweise durch einen Katalysator oder Rußfilter ergänzt werden können. Während der Luftstrom, in den die ÖI-in-Wasser-Emulsion erfindungsgemäß hinein vernebelt wird, typischerweise von einem Turbolader gefördert wird, kann die vorliegende Erfindung auch ohne Turbolader, d. h. zum Beispiel bei einem sogenannten Saugdieselmotor mit Direkteinspritzung umgesetzt werden.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibungseinleitung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Weitere Merkmale sind den Zeichnungen - insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung - zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines konkreten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert und beschrieben.
Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau eines neuen Dieselmotors und den Ablauf des neuen Verfahrens.
FIGURENBESCHREIBUNG
In der Figur sind alle Teile des neuen Dieselmotors nur höchst schematisch dargestellt. Insbesondere gibt die Darstellung keine Größenverhältnisse zwischen den einzelnen Bestandteilen des neuen Dieselmotors wieder. So ist der Hauptbestandteil des Dieselmotors 1 gemäß Fig. 1 ein Motorblock 2, der die Zylinder, die daran vorgesehenen Ventile und Einspritzdüsen, die Abgaskrümmer, die in den Zylindern laufenden Kolben, das Kurbelwellengehäuse, die darin umlaufende Kurbelwelle usw. umfasst. Über eine Versorgungsleitung 3 und eine Rücklaufleitung 4 steht der Motorblock 2 mit einem Kraftstofftank 5 in Verbindung, der die Einspritzdüsen des Motorblocks 2 mit Kraftstoff versorgt. An den Motorblock 2 ist ein Ansaugkrümmer 6 angesetzt, der zu den einzelnen Zylindern des Motorblocks 2 verzweigt ist. Ein Luftstrom 7, der durch den Ansaugkrümmer 6 in die Zylinder des Motorblocks 2 einströmt, kommt von einem Turbolader 8, bei dem es sich in der Regel um einen Abgasturbolader handelt, so dass er durch eine hier nicht dargestellte Abgasleitung von dem Motorblock 2 angetrieben wird. Dem Turbolader 8 ist ein Luftfilter 9 vorgeschaltet. Auf dem Weg des Luftstroms 7 von dem Turbolader 8 zu dem Ansaugkrümmer 6 ist eine Voreinspritzdüse 10 vorgesehen, die eine ÖI-in-Wasser-Emulsion aus einem Emulsionstank 11 in den Luftstrom 7 hinein vernebelt. So erhalten alle Zylinder des Motorenblocks 2, zu denen der Ansaugkrümmer 6 verzweigt, eine gleich große Menge an Öl-Wasser-Luft-Gemisch. Dieses Gemisch wirkt sich direkt auf die Verbrennung in dem Dieselmotor 1 aus. Im Verdichtungstakt wird nicht nur Luft verdichtet, sondern das Öl-Wasser-Luft-Gemisch. Hierbei kommt es durch die Verwendung von Pflanzenöl abgestimmter Zusammensetzung schon vor der Einspritzung von Kraftstoff aus dem Dieseltank 5 zu einer Initialzündung, d. h., schon vor dem Erreichen des Totpunkts der Kolben entzündet sich das Öl-Wasser-Luft-Gemisch selbst. So wird die Entzündung des danach eingespritzten Kraftstoffs und dessen Verbrennung erheblich verbessert. In der Folge geht die Rußbildung gegenüber ausschließlich direkt eingespritztem Kraftstoff zurück. Bei optimaler Zusammensetzung des Öl-Wasser-Luft-Gemisches wird ein dem Motorblock 2 nachgeschalteter Rußpartikelfilter nach derzeitig geltenden Richtlinien überflüssig. Grundsätzlich ist es aber möglich, dem Motorblock 2 eine (hier nicht dargestellte) Abgasreinigung nachzuschalten. Neben der Rußvermeidung weist der Dieselmotor 1 gemäß Fig. 1 aufgrund der verbesserten Verbrennung des Kraftstoffs eine deutliche Erhöhung des Motorwirkungsgrads auf. Dies führt zu einer Reduktion des Verbrauchs an Kraftstoff. Die Voreinspritzpumpe 10 erhält die ÖI-in-Wasser-Emulsion aus dem Emulsionstank 1 1 von einer Hochdruckpumpe 12 über eine Hochdruckleitung 13. Die Voreinspritzpumpe ist beispielsweise eine gesteuerte 6- oder 8-Lochdüse, die über eine Steuerung 14 in ihrer Abspritzfrequenz und damit auch ihrem Durchsatz variabel steuerbar ist. Nach dem Erreichen einer Motorbetriebstemperatur, die von der Steuerung 14 erfasst wird, wird die Voreinspritzdüse mit einer von der Drehzahl und dem Belastungszustand des Dieselmotors 1 abhängigen Arbeitsfrequenz beaufschlagt. Die Voreinspritzdüse 10 öffnet und schließt, wobei in der Hochdruckleitung 13 das Prinzip des hydraulischen Widders zur Anwendung kommt. Hierdurch ergibt sich eine impulsweise feine Zerstäubung der ÖI-in-Wasser-Emulsion in den Luftstrom 7. Um ein eventuelles Eindringen von Luft über die Einspritzdüse 10 in das Hochdrucksystem zu kompensieren, ist eine Rücklaufleitung 14 zu dem Emulsionstank 1 1 analog der Rücklaufleitung 4 zu dem Dieseltank 5 vorgesehen. In der Rücklaufleitung 14 ist ein Rücklaufkühler 15 angeordnet, der verhindert, dass sich die Emulsion bei hohem Druck so stark erwärmt, dass es zu einer Dampfblasenbildung kommt. Die Steuerung 14, die über Signalleitungen 16 bis 19 verschaltet ist, kann neben der Ansteuerung der Voreinspritzdüse 10 beispielsweise auch den gesamten Dieselmotor 1 in ein Notprogramm überführen, wenn der Emulsionstank 11 geleert ist, um auch ohne die Verneblung der ÖI-in-Wasser-Emulsion in den Luftstrom 7 die Rußbildung zu begrenzen.
BEZUGSZEICHENLISTE
Dieselmotor
Motorblock
Versorgungsleitung
Rücklaufleitung
Kraftstofftank
Ansaugkrümmer
Luftstrom
Turbolader
Luftfilter
Voreinspritzdüse
Emulsionstank
Hochdruckpumpe
Hochdruckleitung
Rücklaufleitung
Rücklaufkühler
Signalleitung
Signalleitung
Signalleitung
Signalleitung

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verbrennungsmotor, bei dem jeder Zylinder mindestens eine Einspritzdüse aufweist, die Kraftstoff in den Brennraum des Zylinders einspritzt, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Voreinspritzdüse (10) vorgesehen ist, mit der eine ÖI-in-Wasser-Emulsion außerhalb der Zylinder in einen in die Zylinder einströmenden Luftstrom (7) hinein vernebelbar ist.
2. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor ein Dieselmotor, insbesondere ein direkt einspritzender Dieselmotor ist.
3. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Voreinspritzdüse (10) die ÖI-in-Wasser-Emulsion vor dessen Verzweigung zu den einzelnen Zylindern in den Luftstrom (7) hinein vernebelt.
4. Verbrennungsmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Voreinspritzdüse (10) die ÖI-in-Wasser-Emulsion zwischen einem Turbolader (8) und einem Ansaugkrümmer (6) in den Luftstrom (7) hinein vernebelt.
5. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzdüse (10) den Kraftstoff in das selbstentzündete Öl-Wasser-Luft-Gemisch einspritzt.
6. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung (14) den Durchsatz an und/oder die Vernebelung der ÖI-in-Wasser-Emulsion durch die Voreinspritzdüse (10) in Abhängigkeit von den Betriebsparametern des Verbrennungsmotors (1 ) festlegt.
7. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hochdruckpumpe (12) die ÖI-in-Wasser-Emulsion der Voreinspritzdüse (10) zuführt.
8. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass von der Voreinspritzdüse (10) eine Rücklaufleitung (14) zu einem Emulsionstank (1 1 ) führt.
9. Verbrennungsmotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rücklaufleitung (14) ein Rücklaufkühler (15) angeordnet ist.
10. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die ÖI-in-Wasser-Emulsion eine Emulsion von Pflanzenöl und/oder modifiziertem Mineralöl in Wasser ist.
1 1. Verbrennungsmotor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Emulsion durch Hochdruckdesintegration homogenisiert ist.
12. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die ÖI-in-Wasser-Emulsion mindestens ein die Emulsion stabilisierenden Additiv umfasst.
13. Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors, wobei Kraftstoff in den Brennraum jedes Zylinders eingespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine ÖI-in-Wasser-Emulsion außerhalb der Zylinder in einen in die Zylinder einströmenden Luftstrom (7) hinein vernebelt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoff ein fossiler Kraftstoff, vorzugsweise Dieselkraftstoff, ist, der insbesondere direkt in jeden Zylinder eingespritzt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Öl-in- Wasser-Emulsion vor dessen Verzweigung zu den einzelnen Zylindern in den in die Zylinder einströmenden Luftstrom (7) hinein vernebelt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Öl-in-Wasser- Emulsion zwischen einem Turbolader (8) und einem Ansaugkrümmer (6) in den Luftstrom (7) hinein vernebelt wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoff in das selbstentzündete Öl-Wasser-Luft-Gemisch eingespritzt wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchsatz an und/oder die Vernebelung der ÖI-in-Wasser-Emulsion in Abhängigkeit von den Betriebsparametern der Verbrennungsmotor (1 ) festgelegt wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Öl- in-Wasser-Emulsion einer Voreinspritzdüse (10) zum Vernebeln der ÖI-in-Wasser-Emulsion unter Hochdruck zugeführt wird.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Öl-in- Wasser-Emulsion von der Voreinspritzdüse (10) zu einem Emulsionstank (1 1 ) zurückgeführt wird.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der zurückgeführte Teil der ÖI-in-Wasser-Emulsion gekühlt wird.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die Öl- in-Wasser-Emulsion eine stabilisierte homogene Emulsion von Pflanzenöl und/oder modifiziertem Mineralöl in Wasser ist.
23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Emulsion durch Hochdruckdesintegration homogenisiert wird.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der ÖI- in-Wasser-Emulsion mindestens ein die Emulsion stabilisierendes Additiv zugesetzt wird.
PCT/EP2008/063540 2007-10-09 2008-10-09 Verbrennungsmotor, insbesondere dieselmotor, mit wasseremulsionsvoreinspritzung WO2009047294A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102007048379A DE102007048379A1 (de) 2007-10-09 2007-10-09 Verbrennungsmotor, insbesondere Dieselmotor, mit Wasseremulsionsvoreinspritzung
DE102007048379.3 2007-10-09

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2009047294A1 true WO2009047294A1 (de) 2009-04-16

Family

ID=40328492

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2008/063540 WO2009047294A1 (de) 2007-10-09 2008-10-09 Verbrennungsmotor, insbesondere dieselmotor, mit wasseremulsionsvoreinspritzung

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102007048379A1 (de)
WO (1) WO2009047294A1 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IT1399604B1 (it) * 2010-04-13 2013-04-26 Novatech Di Elisa Prandi Full rain : metodo per il controllo termo-barico di motore a combustione interna mediante iniezione di diluente termico.

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19635861A1 (de) * 1996-03-31 1997-10-16 Gerkinsmeyer Normann Dieselverbrennungsmaschine
WO2002073013A1 (en) * 2001-03-14 2002-09-19 Marioff Corporation Oy Method and apparatus for reducing combustion engine emissions
WO2003031794A1 (en) * 2001-10-09 2003-04-17 Southwest Research Institute Oxygenated fuel plus water injection for emissions control in compression ignition devices
US20040103859A1 (en) * 2002-11-29 2004-06-03 Michael Shetley Diesel emission and combustion control system
US20070163537A1 (en) * 2006-01-13 2007-07-19 Honda Motor Co., Ltd. Homogeneous charge compression ignition internal combustion engine

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005053495A1 (de) * 2005-11-09 2006-12-28 Siemens Ag Vorrichtung und Verfahren zum Befeuchten der Ansaugluft bei Brennkraftmaschinen

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19635861A1 (de) * 1996-03-31 1997-10-16 Gerkinsmeyer Normann Dieselverbrennungsmaschine
WO2002073013A1 (en) * 2001-03-14 2002-09-19 Marioff Corporation Oy Method and apparatus for reducing combustion engine emissions
WO2003031794A1 (en) * 2001-10-09 2003-04-17 Southwest Research Institute Oxygenated fuel plus water injection for emissions control in compression ignition devices
US20040103859A1 (en) * 2002-11-29 2004-06-03 Michael Shetley Diesel emission and combustion control system
US20070163537A1 (en) * 2006-01-13 2007-07-19 Honda Motor Co., Ltd. Homogeneous charge compression ignition internal combustion engine

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
UDAYAKUMAR, SRIRAM: "Reduction of NOx Emissions by Water Injection into the Inlet Manifold of a DI Diesel Engine", SAE TECHNICAL PAPER SERIES, vol. 2003, no. 01-0264, 3 March 2003 (2003-03-03) - 6 March 2003 (2003-03-06), XP002514241 *

Also Published As

Publication number Publication date
DE102007048379A1 (de) 2009-04-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2016177554A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur einspritzung von wasser für eine brennkraftmaschine
DE3400306C1 (de) Verfahren zum Betreiben einer fremdgezuendeten Brennkraftmaschine von Kraftfahrzeugen
EP1039112A2 (de) Brennstoffzuführungsystem für eine fremdgezündete Brennkraftmaschine
EP2772640B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb eines Dieselmotors mit Emulsionskraftstoffen variabler Zusammensetzung
EP3408528B1 (de) Emulgiersystem und emulgierverfahren
DE102016000582A1 (de) Regel- bzw. Steuervorrichtung für Verdichtungszündungstyp-Motoren, Funkenzündungsmotor und Verfahren zum Regeln bzw. Steuern eines Motors und Computerprogrammprodukt
WO2020249277A1 (de) Verfahren zum betreiben einer brennkraftmaschine mit wasserstoff, wasserstoff-brennkraftmaschine und kraftfahrzeug
DE4126705C2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Verminderung des Stickoxidausstoßes von Verbrennungsmotoren
DE19707811B4 (de) Verfahren zur Reduzierung der Stickstoffoxide im Abgas einer Kraftstoff einspritzenden Brennkraftmaschine
EP1585897B1 (de) Einspritzanlage für verbrennungsmotor
DE19945544A1 (de) Brennstoffzuführsystem für eine fremdgezündete Brennkraftmaschine und Verfahren zum Betrieb einer solchen Brennkraftmaschine
DE102012206307A1 (de) Brennkraftmaschinenbaugruppe
WO2009047294A1 (de) Verbrennungsmotor, insbesondere dieselmotor, mit wasseremulsionsvoreinspritzung
EP2370679A1 (de) Brennkraftmaschine
DE602004004764T2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Reduzierung von Abgasemissionen während Kaltstartbedingungen
DE102012022156B4 (de) Verfahren zur Kraftstoffeinspritzung in einen Dieselmotor sowie Steuereinrichtung
DE60105886T2 (de) System für die Unterstützung der Regeneration eines Partikelfilters enthalten in der Auspuffslinie eines Dieselfahrzeugmotors
DE202020002930U1 (de) Kraftstoffeinspritzung im Verbrennungsmotor
DE102019134628A1 (de) Verfahren und Steuergerät zum Betreiben eines als Gasmotor oder Dual-Fuel-Motor ausgebildeten Motors
DE3802669A1 (de) Ein verfahren zur zweiphasigen einspritzung und anschliessenden geschlossenen verdampfung von dieselkraftstoffen vor der zufuhr zur verbrennung in diesel-verbrennungsmotoren
EP0982494B1 (de) Brennstoffzuführsystem für eine fremdgezündete Brennkraftmaschine
DE102008044243A1 (de) Brennkraftmaschine
DE102012204382A1 (de) Verfahren zum Betreiben einer Hubkolbenbrennkraftmaschine
DE4201836A1 (de) Verbrennungskraftmaschinen mit kraftstoffaufbereitungseinrichtungen fuer die in ihnen verbrannten kraftstoffe
EP3504415B1 (de) Gasbetriebene brennkraftmaschine und verfahren zu deren betrieb

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 08838346

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

32PN Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established

Free format text: FESTSTELLUNG EINES RECHTSVERLUSTS NACH REGEL 112(1) EPUE (EPA FORM 1205A VOM 13/08/2010)

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 08838346

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1