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DE102005030990A1 - Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Download PDF

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DE102005030990A1
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DE
Germany
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fuel
oxygen
pressure
internal combustion
combustion engine
Prior art date
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Withdrawn
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DE102005030990A
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English (en)
Inventor
Julius Dipl.-Ing. Dr. Pretterebner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
DaimlerChrysler AG
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Publication date
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    • 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
    • F02M67/00—Apparatus in which fuel-injection is effected by means of high-pressure gas, the gas carrying the fuel into working cylinders of the engine, e.g. air-injection type
    • F02M67/02—Apparatus in which fuel-injection is effected by means of high-pressure gas, the gas carrying the fuel into working cylinders of the engine, e.g. air-injection type the gas being compressed air, e.g. compressed in pumps
    • 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
    • F02B47/04—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 other than water or steam only
    • F02B47/06—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 other than water or steam only the substances including non-airborne oxygen
    • 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
    • F02M67/00—Apparatus in which fuel-injection is effected by means of high-pressure gas, the gas carrying the fuel into working cylinders of the engine, e.g. air-injection type
    • F02M67/005—Apparatus in which fuel-injection is effected by means of high-pressure gas, the gas carrying the fuel into working cylinders of the engine, e.g. air-injection type fuel-gas mixture being compressed in a pump for subsequent injection into the engine
    • 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

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, wobei vor einer Einleitung von Kraftstoff in die Brennkraftmaschine eine Mischung von Kraftstoff und Sauerstoff erzeugt wird. Zur Verbesserung der Homogenität bei der Verbrennung ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Kraftstoff unter hohem Druck (p¶1¶) mit Sauerstoff gemischt wird. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.
  • Zur Reduktion von Schadstoffen in Abgasen sind bereits verschiedene Verfahren und Vorrichtungen vorgeschlagen worden, die eine Sauerstoffanreicherung im Kraftstoff zum Ziel haben, um eine möglichst homogene und damit schadstoffarme Verbrennung zu ermöglichen. Dazu wird in der DE 101 24 941 A1 vorgeschlagen, Sauerstoff und Kraftstoff bereits vor dem Einspritzen in den Brennraum der Brennkraftmaschine, eines so genannten HCCI-Motors (homogeneous charge compression ignition) zu mischen. Dort wird ein Teil des Kraftstoffs vor dem Eintreten in die Brennkammer partiell oxidiert.
    •
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, womit eine Mischung von Sauerstoff und Kraftstoff vor der Einspritzung in eine Brennkraftmaschine effizient durchgeführt und eine homogenere und schadstoffarme Verbrennung erreicht werden kann.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
  • Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind der Beschreibung sowie den weiteren Ansprüchen zu entnehmen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass der Kraftstoff vor einer Einleitung in die Brennkraftmaschine unter hohem Druck mit Sauerstoff gemischt wird. Es kann mehr Sauerstoff im Kraftstoff gelöst werden als bei Normaldruck. Bei einer anschließenden Expansion, beispielsweise bei einer Einspritzung des Kraftstoff-Sauerstoffgemischs in die Brennkraftmaschine, steht der dabei aus dem Kraftstoff wieder freigesetzte Sauerstoff in unmittelbarer Nähe der Kraftstofftröpfchen zur Verfügung. Außerdem kann durch das Entweichen des gelösten Sauerstoffs die Tröpfchengröße vorteilhaft verkleinert werden. Zweckmäßigerweise wird der Sauerstoff aus der Umgebungsluft gewonnen.
  • Ein vorteilhafter Verfahrensschritt sieht vor, dass der Kraftstoff unter einem ersten, hohen Druck zündungslos zerstäubt und mit Sauerstoff gemischt wird und das Gemisch aus Kraftstoff und Sauerstoff in einem Drucktank bei einem geringeren Zwischendruck gesammelt wird, wobei der Zwischendruck zweckmäßigerweise über Normaldruck liegt. Durch die Zerstäubung kann über Tröpfchenbildung des Kraftstoffs eine sehr hohe Oberfläche zur Anlagerung und Einlagerung bzw. Lösung von Sauerstoff verfügbar gemacht werden. Durch den geringeren, jedoch immer noch über Normaldruck liegenden Zwischendruck kann ein hoher Sauerstoffgehalt im Kraftstoff gelöst bleiben.
  • In einem vorteilhaften weiteren Schritt wird das Gemisch mit dem Zwischendruck einer Kraftstoffpumpe zugeführt und von dort in eine Brennkammer einer Brennkraftmaschine mit einem dritten Druck eingespritzt und gezündet. Bei der Expansion in der Brennkraftmaschine sind hohe Mengen Sauerstoff zur homo genen Verbrennung des Kraftstoffs verfügbar, und zwar in gleicher Verteilung wie der Kraftstoff. Dabei ergibt sich ein günstiger hoher Sauerstoffgehalt bei der Verbrennung über eine bevorzugte Druckverteilung, wenn der Zwischendruck höher ist als der dritte Druck.
  • Vorzugsweise liegt der erste Druck zwischen 100 und 1600 bar, besonders bevorzugt zwischen 200 und 1500 bar, ganz besonders bevorzugt um 1500 bar.
  • Als Kraftstoff kann sowohl Benzin als auch Diesel eingesetzt werden.
  • Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass in einem Drucktank eine Mischung von Kraftstoff und Sauerstoff bei hohem Druck erzeugbar ist.
  • Ein besonders feiner und homogener Eintrag von Sauerstoff, vorzugsweise von Luftsauerstoff, ist möglich, wenn ein Zerstäuber in einem Drucktank vorgesehen ist, mit dem der Kraftstoff bei einem ersten hohen Druck zündungslos zerstäubbar und mit Sauerstoff mischbar ist und bei einem geringeren Zwischendruck sammelbar ist.
  • Zweckmäßigerweise ist eine Sauerstoffzufuhr am Drucktank vorgesehen, wobei günstigerweise der Sauerstoff unter Druck zuführbar ist.
    •
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination, die der Fachmann zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen wird.
  • Dabei zeigt die einzige Figur schematisch eine bevorzugte Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • In der bevorzugten Vorrichtung ist eine Brennkammer 10 einer zeichnerisch nicht weiter ausgeführten Brennkraftmaschine mit Kraftstoff versorgbar, der über eine Einspritzpumpe 11, beispielsweise ein Common Rail, zuführbar ist. Der Einspritzpumpe 11 bezüglich des Kraftstoffflusses vorgeschaltet sind ein Drucktank 15 und ein Vorratstank 12, wobei der Kraftstoff im Vorratstank 12 vorzugsweise unter Normaldruck p0 gespeichert ist. Zwischen Vorratstank 12 und Drucktank 15 ist eine Kraftstoffpumpe 13 angeordnet, mit der der Kraftstoff auf einen hohen Druck p1 komprimierbar ist. Eine Sauerstoffzuführung 14 ist vorgesehen, um Luftsauerstoff in den Drucktank 15 einzubringen.
  • Im Drucktank 15 ist eine Zerstäubungseinrichtung 16, vorzugsweise eine Einspritzdüse, vorgesehen, mit der der Kraftstoff bei hohem Druck p1, etwa 1500 bar, in einem Volumen 17 zerstäubt und mit dort vorhandenen Sauerstoff beladen wird und bei einem niedrigeren Zwischendruck p2, etwa 500 bar, in einem Volumen 18 gesammelt wird. Das Zerstäuben erfolgt zündungslos, d.h. der Kraftstoff wird nicht gezündet. Der vorhandene Sauerstoff kann sich gut mit dem fein zerstäubten Kraftstoff mischen und wenigstens teilweise darin lösen.
  • Das Gemisch aus Kraftstoff und im Kraftstoff gelöstem Sauerstoff wird der Kraftstoffpumpe 11 mit dem Zwischendruck p2 zur Verfügung gestellt und von dort in die Brennkammer 10 bei einem dritten Druck p3, etwa 300 bar, eingespritzt und gezündet, wobei der in den eingespritzten Kraftstofftröpfchen ge löste Sauerstoff entweicht und im Volumen der Brennkammer 10 für eine homogene Verbrennung des Kraftstoffs sorgt.

Claims (9)

  1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, wobei vor einer Einleitung von Kraftstoff in die Brennkraftmaschine eine Mischung von Kraftstoff und Sauerstoff erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoff unter hohem Druck (p1) mit Sauerstoff gemischt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoff unter dem ersten, hohen Druck (p1) zündungslos zerstäubt und mit Sauerstoff gemischt wird und das Gemisch aus Kraftstoff und Sauerstoff in einem Drucktank (15) bei einem geringeren Zwischendruck (p2) gesammelt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch mit dem Zwischendruck (p2) einer Kraftstoffpumpe (11) zugeführt wird und von dort in eine Brennkammer (10) einer Brennkraftmaschine mit einem dritten Druck (p3) eingespritzt und gezündet wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischendruck (p2) höher ist als der dritte Druck (p3).
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Druck (p1) zwischen 100 und 1600 bar liegt.
  6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Betreiben einer Brennkraftmaschine, wobei vor einer Einleitung von Kraftstoff in die Brennkraftmaschine eine Mischung von Kraftstoff und Sauerstoff erzeugbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drucktank (15) vorgesehen ist, in dem der Kraftstoff bei einem ersten hohen Druck (p1) mit Sauerstoff mischbar ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zerstäubungseinrichtung (16) in dem Drucktank (15) vorgesehen ist, mit dem der Kraftstoff bei dem ersten hohen Druck (p1) zündungslos zerstäubbar und mit Sauerstoff mischbar ist und bei einem geringeren Zwischendruck (p2) sammelbar ist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sauerstoffzufuhr (14) am Drucktank (15) vorgesehen ist.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoff unter Druck zuführbar ist.
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