DE102006014527A1 - Water supplying device for e.g. piston engine, has controllable nozzle arranged in intake port, which is guided to combustion chamber of combustion engine, where nozzle controls mixture of water vapor and intake air supplied to chamber - Google Patents

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Abstract

The device has a controllable nozzle (8) arranged in an intake port (2), which is guided to a combustion chamber (3) of a periodically operating internal combustion engine (1), where the nozzle controls a mixture of water vapor and intake air supplied to the chamber. The nozzle has a jet pump for accelerating the air in the port in the direction of the chamber, and a conveying and dosing pump (10) is connected with a water tank (12). A heat exchanger (11) is arranged between the pump and the nozzle, and is connected with an exhaust gas system of the engine. An independent claim is also included for a method for supplying water to a combustion chamber of a periodically operating internal combustion engine.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Zufuhr von Wasser in einen Brennraum eines periodisch arbeitenden Verbrennungsmotors, sowie ein Verfahren hierfür.The The invention relates to a device for supplying water into a Combustion chamber of a periodically operating internal combustion engine, as well a method for this.

In kontinuierlich arbeitenden Verbrennungsmotoren wie etwa Turbomaschinen und Raketentriebwerken ist es bekannt, sowohl zur kurzfristigen Steigerung der Leistung, als auch zur dauerhaften Erzeugung eines höheren Antriebsvermögens Stoffe der Brennkammer zuzuführen, welche selbst nicht an der Verbrennung beteiligt sind. Diesen Stoffen ist gemein, dass sie eine geringere molekulare Masse aufweisen als die entstehenden Verbrennungsprodukte. Bei gleich bleibender Energiezufuhr in die Brennkammer werden durch die im Ergebnis insgesamt geringere molekulare Masse des Gemischs in der Brennkammer, zwar unter geringfügiger Absenkung der Brennkammertemperatur, eine höhere Austrittsgeschwindigkeit der Abgase und damit eine Steigerung der Antriebsleistung derartiger Verbrennungsmotoren erreicht.In continuous internal combustion engines such as turbomachinery and rocket engines, it is known, both for short-term increase Performance, as well as for the permanent generation of higher propulsion substances of the Supply combustion chamber, which are not involved in the combustion themselves. These substances is common that they have a lower molecular mass than the resulting combustion products. With constant energy supply in the combustion chamber by the result in total lower molecular mass of the mixture in the combustion chamber, with slight lowering the combustion chamber temperature, a higher exit velocity the exhaust gases and thus an increase in the drive power of such Internal combustion engines achieved.

So ist es beispielsweise bekannt, Raketenantriebe, welche mit flüssigem Wasserstoff als Brennstoff und flüssigem Sauerstoff als Oxidator betrieben werden, unter Wasserstoffüberschuss zu betreiben, also mit einem überstöchiometrischen Anteil an Wasserstoff.So For example, it is known rocket engines that use liquid hydrogen as fuel and liquid Oxygen can be operated as an oxidizer, under excess of hydrogen to operate, so with a superstoichiometric Proportion of hydrogen.

Werden Brennstoffe verwendet, welche ein höheres Molekulargewicht aufweisen, als die Verbrennungsprodukte, ist es bekannt, Wasser zur kurzfristigen Steigerung der Antriebsleistung der Brennkammer zuzuführen. Diese Technologie findet insbesondere Anwendung bei kontinuierlich arbeitenden Verbrennungsmotoren, welche mit flüssigen Kohlenwasserstoffen als Brennstoff betrieben werden, wie etwa bei kerosinbetriebenen Turbomaschinen.Become Uses fuels having a higher molecular weight, As the products of combustion, it is known to short-term water Increase the drive power of the combustion chamber feed. These Technology finds particular application in continuous internal combustion engines, which with liquid Hydrocarbons are operated as fuel, such as at kerosene powered turbomachinery.

Zur dauerhaften Leistungssteigerung und zur damit einhergehenden dauerhaften Verbrauchssenkung wird angestrebt, ähnliche Technologien auf periodisch arbeitende Verbrennungsmotoren, wie etwa Kolbenmotoren, Wankelmotoren und dergleichen anzuwenden.to permanent increase in performance and the associated permanent Consumption reduction is aimed at similar technologies on a periodic basis working internal combustion engines, such as piston engines, Wankel engines and the like.

Ein bekannter Lösungsansatz sieht vor, anstelle von reinem Dieselöl eine Wasser-Diesel-Emulsion dem Brennraum eines Dieselmotors zuzuführen. Durch Entzug der Verdampfungswärme des Wassers während der Verbrennung wird die Verbrennungstemperatur gegenüber einer Zufuhr ausschließlich von Dieselöl gesenkt, und die Bildung von Stickoxid (NOx) und Ruß (CO) verringert, bei gleichzeitiger Leistungssteigerung und damit einhergehender Verbrauchssenkung aufgrund der oben genannten Effekte.A known approach proposes to supply a water-diesel emulsion to the combustion chamber of a diesel engine instead of pure diesel oil. By removing the heat of vaporization of the water during combustion, the combustion temperature is lowered from a supply of diesel oil alone, and the formation of nitrogen oxide (NO x ) and soot (CO) reduced, while increasing performance and concomitant consumption reduction due to the above effects.

Nachteilig hieran ist die mangelnde Stabilität der Wasser-Diesel-Emulsion, was auch auf andere Wasser-Kohlenwasserstoff-Emulsionen, wie etwa eine Wasser-Benzin-Emulsion übertragbar ist. So führt die längerfristige Lagerung derartiger Emulsionen über mehrere Tage oder Wochen hinweg zu einer Separation des Wassers und des Dieselöls. Zur Umgehung dieses Nachteils wird unter hohem und kostspieligem technischem Aufwand die Wasser-Diesel Emulsion unter Verwendung getrennter Tanks erst unmittelbar vor deren Zufuhr in die Brennkammer erzeugt.adversely this is the lack of stability of the water-diesel emulsion, which also to other water-hydrocarbon emulsions, such as a water-gasoline emulsion transferable is. So leads the longer term Storage of such emulsions over several days or weeks to separate the water and diesel. To circumvent this disadvantage is taking high and costly technical effort the water-diesel emulsion using separate tanks until immediately before they are fed into the combustion chamber generated.

Technisch einfacher ist ein ebenso bekannter Ansatz, Wasser und Dieselöl mittels getrennter Einspritzdüsen direkt dem Brennraum eines Dieselmotors zuzuführen. Diese Technologie ist auch als geschichtete Wassereinspritzung bekannt.Technically easier is a well-known approach, water and diesel by means of separate injection nozzles directly to the combustion chamber of a diesel engine. This technology is also known as stratified water injection.

Nachteilig hieran ist die doppelte, sehr aufwändige Einspritzvorrichtung, welche sowohl das Dieselöl, als auch das Wasser sehr präzise sowohl in Bezug auf Einspritzmengen als auch in Bezug auf Einspritzzeitpunkte dosieren muss. Insbesondere für die typischerweise für die Hochdruck-Dieseleinspritzung verwendeten Piezoaktoren liegen keine Langzeit-Erfahrungswerte zur Hochdruck-Wassereinspritzung vor.adversely this is the double, very expensive injection device, which both the diesel oil, as well as the water very precisely both in terms of injection quantities and with respect to injection times must dose. Especially for the typically for The high-pressure diesel injection used piezo actuators are no long-term experience for high pressure water injection before.

Nachteilig an beiden bekannten Technologien ist, dass die Temperaturabsenkung in der Brennkammer durch den Entzug der Verdampfungswärme des Wassers sowie des Dieselöls aus der Brennkammer höher ist, als es zur wirksamen Verminderung der NOx und CO Bildung nötig wäre, was zu einer unerwünschten Absenkung des Wirkungsgrads insbesondere bei Dieselmotoren führt. Darüber hinaus sind beide Technologien sehr aufwändig und teuer.A disadvantage of both known technologies that the temperature reduction in the combustion chamber by the withdrawal of the heat of evaporation of the water and the diesel oil from the combustion chamber is higher than would be necessary for the effective reduction of NO x and CO education, resulting in an undesirable reduction in the efficiency especially in diesel engines leads. In addition, both technologies are very complicated and expensive.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, hier Abhilfe zu schaffen.Of the Invention is therefore based on the object to remedy this situation.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mindestens eine in einem zu mindestens einem Brennraum führenden Ansaugkanal angeordnete, steuerbare Düse zur kontrollierbaren Beimengung von dampfförmigem Wasser zu dem Brennraum zuzuführender Luft ist.The The object is achieved in that at least one leading in at least one combustion chamber Inlet channel arranged, controllable nozzle for controllable admixture of vaporous Water to be supplied to the combustion chamber Air is.

Eine in einem zu mindestens einem Brennraum führenden Ansaugkanal befindliche Düse, die der Beimengung von dampfförmigem Wasser zu der dem Brennraum zuzuführender Luft dient, ist in Bezug auf die Einspritzdauer und den Einspritzzeitraum steuerbar. Die Steuerung kann beispielsweise mittels eines elektronischen Motorsteuerungsgeräts erfolgen, oder mechanisch durch die Nocken- oder Kurbelwelle oder ein ähnliches, periodisch bewegtes Bauteil des Verbrennungsmotors. Zusätzlich ist denkbar, die Einspritzmenge synchron mit der Betätigung des Gaspedals zu steuern.A nozzle located in an intake passage leading to at least one combustion chamber and serving to add vaporous water to the air to be supplied to the combustion chamber is controllable with respect to the duration of injection and the period of injection. The control can take place for example by means of an electronic engine control device, or mechanically by the cam or crankshaft or a similar, periodically moved component of the internal combustion engine. In addition, it is conceivable that the injection quantity is synchronous with the actuator to control the accelerator pedal.

Die Erfindung weist gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil auf, dass eine Einspritzung von Wasserdampf in den Ansaugkanal insbesondere im Hinblick auf Einspritzdauer und Einspritzzeitpunkt weitaus weniger kritisch ist, als eine Einspritzung von flüssigem Wasser direkt in den Brennraum. Darüber hinaus haben aufgrund der enormen Volumenzunahme von flüssigem zu dampf- oder gasförmigem Wasser Ungenauigkeiten der Einspritzung von Wasserdampf weitaus geringere Auswirkungen als solche bei der Einspritzung von flüssigem Wasser. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung kann die Verbrennungstemperatur durch Beimengung von Wasserdampf in den Brennraum zur Senkung der NOx Bildung gezielt abgesenkt werden, wobei die Temperaturabsenkung im Brennraum durch das bereits dampfförmige Wasser geringer ausfällt, als bei der flüssigen Wassereinspritzung. Durch die im Vergleich zu Wasser wesentlich gleichmäßigere Verteilung von Wasserdampf im Brennraum wird darüber hinaus die Rußbildung effektiv verringert. Darüber hinaus wird bei der Wasserdampfeinspritzung im Vergleich zu einer flüssigen Wassereinspritzung durch die geringere Temperaturabsenkung im Brennraum eine Aufspaltung der chemischen Verbindung des Wassers in freie Radikale begünstigt, welche an der Verbrennung im Brennraum beteiligt sind, wodurch es zu einer weiteren Leistungs- und Wirkungsgradsteigerung kommt.The invention has the advantage over the prior art that an injection of water vapor into the intake channel is much less critical, in particular with regard to injection duration and injection time, than an injection of liquid water directly into the combustion chamber. In addition, due to the enormous increase in volume of liquid to steam or gaseous water inaccuracies in the injection of water vapor have far less impact than those in the injection of liquid water. By the device according to the invention, the combustion temperature can be deliberately lowered by adding steam into the combustion chamber to reduce NO x formation, wherein the temperature drop in the combustion chamber by the already vaporous water fails lower than in the liquid water injection. In addition, due to the much more uniform distribution of water vapor in the combustion chamber compared to water, soot formation is effectively reduced. In addition, in the steam injection compared to a liquid water injection by the lower temperature reduction in the combustion chamber favors a splitting of the chemical compound of the water into free radicals, which are involved in the combustion in the combustion chamber, resulting in a further increase in efficiency and efficiency.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Düse eine in Strömungsrichtung zum Brennraum hin gerichtete Strahlpumpe umfasst, durch welche Luft im Ansaugkanal in Richtung zum Brennraum hin beschleunigt wird. Dadurch wird eine bessere Füllung des Brennraums erreicht. Hierdurch kann beispielsweise das Auftreten einer als Turboloch bekannten Leistungsschwäche von aufgeladenen Dieselmotoren im niederen Drehzahlbereich verringert werden. Ein trägheitsfreies Ansprechen eines mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgestatteten Verbrennungsmotors ist die Folge. Wird die Einspritzmenge synchron mit der Betätigung des Gaspedals gesteuert, zeigt die durch die Strahlpumpe bewirkte verbesserte Füllung des Brennraums noch vor einem Ansprechen eines Turboladers ihre Wirkung.A advantageous embodiment of the invention provides that the nozzle a in the flow direction directed to the combustion chamber jet pump comprises, through which air is accelerated in the intake passage in the direction of the combustion chamber. This will make a better filling reached the combustion chamber. As a result, for example, the occurrence a known as turbo lag performance weakness of turbocharged diesel engines be reduced in the low speed range. A inertia-free Response of equipped with a device according to the invention Internal combustion engine is the result. If the injection quantity is synchronous with the operation controlled by the accelerator pedal, shows that caused by the jet pump improved filling the combustion chamber before a response of a turbocharger their effect.

Vorzugsweise umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung zusätzlich einen Wassertank, eine mit dem Wassertank verbundene Förder- und Dosierpumpe, welche das Wasser unter einen für die Einspritzung in den Ansaugkanal benötigten Druck setzt, sowie einen zwischen Förder- und Dosierpumpe und Düse angeordneten Wärmetauscher zur Verdampfung des Wassers vorzugsweise noch vor der Einspritzung in den Ansaugkanal. Im Rahmen der Erfindung steht es frei, ob die Förderpumpe mechanisch oder elektrisch angetrieben ist und fördert abhängig vom Druck und Temperatur im Wärmetauscher.Preferably includes the device according to the invention additionally a water tank, a conveying and metering pump connected to the water tank, which the water under a for the injection into the intake channel requires pressure, as well as a between funding and dosing pump and nozzle arranged heat exchanger to evaporate the water preferably before the injection in the intake channel. In the context of the invention, it is free, whether the feed pump is driven mechanically or electrically and promotes depending on the pressure and temperature in the heat exchanger.

Der Wärmetauscher ist dabei vorzugsweise mit der Abgasanlage des Verbrennungsmotors verbunden. So ist beispielsweise denkbar, den Wärmetauscher direkt am Auspuffkrümmer des Verbrennungsmotors anzuordnen, wo die Temperatur der austretenden Abgase am höchs ten ist. Sofern der Verbrennungsmotor einen Turbolader aufweist, ist der Wärmetauscher vorzugsweise erst unmittelbar nach dem Turbolader angeordnet.Of the heat exchangers is preferably with the exhaust system of the internal combustion engine connected. For example, it is conceivable, the heat exchanger directly on the exhaust manifold of the Arrange internal combustion engine, where the temperature of the exiting Exhaust gases at the highest is. If the internal combustion engine has a turbocharger, is the heat exchangers preferably only arranged immediately after the turbocharger.

Darüber hinaus ist denkbar, dass der Wärmetauscher einen Zuheizer umfasst, insbesondere um die Erzeugung von Wasserdampf während eines Kaltstarts des Verbrennungsmotors zu ermöglichen.Furthermore it is conceivable that the heat exchanger a heater, in particular to the generation of water vapor while allow a cold start of the engine.

Grundsätzlich ist ein Betrieb auch dann möglich, wenn die Verdampfung des Wassers im Wärmetauscher erfolgt und von dort ausgehend aus der Düse mit hoher Geschwindigkeit austritt. Der Wärmetauscher kann ein gewisses Speichervolumen aufweisen und beim Kaltstart elektrisch vorgeheizt werden.Basically an operation is possible even then when the evaporation of the water takes place in the heat exchanger and from there starting from the nozzle emerges at high speed. The heat exchanger can be a certain Have storage volume and preheated electrically at cold start become.

Erfindungsgemäß wird die Förder- und Dosierpumpe durch die Nockenwelle des Verbrennungsmotors gesteuert. Eine weitere Möglichkeit der Steuerung kann über die Position des Gaspedals erfolgen.According to the invention conveying and metering pump controlled by the camshaft of the engine. One more way the controller can over the position of the accelerator pedal take place.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird vorzugsweise in Verbindung mit einem Dieselmotor verwendet. Bei Dieselmotoren müssen nur geringfügige Änderungen vorgenommen werden, um eine Beimengung von dampfförmigem oder flüssigem Wasser in die Ansaugluft zu ermöglichen, wohingegen beispielsweise bei Ottomotoren aufgrund der Verdichtung eines Brennstoff-Luft Gemischs das Verdichtungsverhältnis angepasst werden muss, um die Gefahr spontaner Selbstzündungen abzuwenden, welche in Kombination mit einer Wasserzugabe zu einer Zerstörung des Motors führen können. Darüber hinaus ist die Wasserzugabe beim Dieselmotor durch die Absenkung der maximalen Brennraumtemperatur in Bezug auf NOx und CO Bildung vorteilhaft, wohingegen aufgrund der Fremdzündung bei Ottomotoren die im Bereich des Zündfunken entstehende, höchste Temperatur unveränderbar ist.The device according to the invention is preferably used in conjunction with a diesel engine. In diesel engines, only minor changes have to be made to allow an admixture of vapor or liquid water in the intake air, whereas for example in gasoline engines due to the compression of a fuel-air mixture, the compression ratio must be adjusted to avert the risk of spontaneous auto-ignition, which in Combined with an addition of water can lead to destruction of the engine. In addition, the addition of water in the diesel engine by lowering the maximum combustion chamber temperature in terms of NO x and CO formation is advantageous, whereas due to the spark ignition in gasoline engines resulting in the area of the spark, the highest temperature is unchangeable.

Grundsätzlich ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch denkbar, dass anstelle von dampfförmigem Wasser flüssiges Wasser mittels der steuerbaren Düse in den Ansaugkanal eingespritzt wird. Das Wasser wird dabei vorzugsweise fein zerstäubt in den Ansaugkanal eingespritzt. Das Wasser verdampft anschließend unter den in dem Ansaugkanal herrschenden Bedingungen. Eventuell in der Ansaugluft verbleibende Wassertröpfchen verdampfen spätestens während des Verdichtungsvorgangs in dem periodisch arbeitenden Verbrennungsmotor.In principle, it is also conceivable in the device according to the invention that, instead of vaporous water, liquid water is injected into the intake channel by means of the controllable nozzle. The water is preferably atomized finely injected into the intake passage. The water then evaporates under the conditions prevailing in the intake duct. If necessary, vaporize any remaining water droplets in the intake air at the latest during the compression process in the periodically operating internal combustion engine.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zufuhr von Wasser in einen Brennraum eines periodisch arbeitenden Verbrennungsmotors, welches die Verfahrensschritte:

  • – Erzeugung von Wasserdampf,
  • – Kontrollierte Mischung des Wasserdampfs mit der mindestens einem Brennraum zuzuführenden Ansaugluft, sowie
  • – Zufuhr des Wasserdampf-Luft-Gemischs zu einem Brennraum
umfasst.A particularly advantageous embodiment of the invention relates to a method for supplying water into a combustion chamber of a periodically operating internal combustion engine, which comprises the method steps:
  • - generation of water vapor,
  • Controlled mixing of the water vapor with the intake air to be supplied to at least one combustion chamber, and
  • - Supply of water vapor-air mixture to a combustion chamber
includes.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass der Anteil des Wasserdampfs in dem Wasserdampf-Luft-Gemisch höchstens etwa 25% beträgt.A advantageous embodiment of the method according to the invention provides that the proportion of water vapor in the water vapor-air mixture is at most about 25%.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Wasserdampf unter Ausnutzung der Abwärme des Verbrennungsmotors, insbesondere unter Ausnutzung der Abwärme der Abgase erzeugt wird.Preferably It is envisaged that the water vapor can be exhausted by utilizing the waste heat of the Internal combustion engine, in particular by utilizing the waste heat of the Exhaust gases is generated.

Ebenso ist denkbar, dass das Wasser zur Erzeugung des Wasserdampfs aus den Abgasen des Verbrennungsmotors gewonnen wird.As well It is conceivable that the water used to generate the water vapor the exhaust gases of the internal combustion engine is obtained.

Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:The Invention will now be explained in more detail with reference to an embodiment. It shows:

1 eine schematische Darstellung eines periodisch arbeitenden Verbrennungsmotors mit einer im Ansaugkanal angeordneten steuerbaren Düse zur Beimengung von Wasserdampf in die Ansaugluft. 1 a schematic representation of a periodically operating internal combustion engine with a controllable nozzle arranged in the intake passage for the addition of water vapor into the intake air.

Ein in 1 dargestellter Verbrennungsmotor 1 besteht im Wesentlichen aus einem Ansaugkanal 2, einem Brennraum 3, einem in dem Brennraum 3 periodisch auf und ab bewegten Kolben 4, sowie einem zwischen dem Ansaugkanal 2 und dem Brennraum 3 angeordneten Ventil 5. Eine Ventilfeder 9 drückt das Ventil 5 gegen seinen Sitz. Zur Vereinfachung sind die Abgasanlage samt zugehörigem Ausstoßventil sowie die Ventilsteuerung nicht dargestellt.An in 1 illustrated internal combustion engine 1 consists essentially of a suction channel 2 , a combustion chamber 3 one in the combustion chamber 3 periodically moving piston up and down 4 , and one between the intake 2 and the combustion chamber 3 arranged valve 5 , A valve spring 9 pushes the valve 5 against its seat. For simplicity, the exhaust system including its associated exhaust valve and the valve control are not shown.

Der Kolben 4 ist mittels eines Pleuels 6 auf einer drehbar gelagerten Kurbelwelle 7 angeordnet.The piston 4 is by means of a connecting rod 6 on a rotatably mounted crankshaft 7 arranged.

Über den Ansaugkanal 2 wird Luft aus der Umgebung dem Brennraum 3 zugeführt.Over the intake channel 2 Air is released from the environment to the combustion chamber 3 fed.

Erfindungsgemäß ist in dem Ansaugkanal 2 eine als Injektor oder Strahlpumpe bezeichnete, steuerbare Düse 8, zur Beimengung von Wasserdampf in die Ansaugluft angeordnet. Die Düse 8 ist in Bezug auf Einspritzdauer und Einspritzzeitraum relativ zur Stellung des Kol bens 4 steuerbar. Die Steuerung kann beispielsweise mittels eines elektronischen Motorsteuerungsgeräts erfolgen, oder mechanisch durch die Nocken- oder Kurbelwelle 7 oder ein ähnliches, periodisch bewegtes Bauteil des Verbrennungsmotors 1. Zusätzlich ist denkbar, die Einspritzmenge synchron mit der Betätigung des Gaspedals zu steuern.According to the invention is in the intake passage 2 a controllable nozzle called injector or jet pump 8th , arranged for the addition of water vapor in the intake air. The nozzle 8th is in relation to injection duration and injection period relative to the position of the Kol ben 4 controllable. The control can be done for example by means of an electronic engine control unit, or mechanically by the cam or crankshaft 7 or a similar, periodically moved component of the internal combustion engine 1 , In addition, it is conceivable to control the injection quantity synchronously with the operation of the accelerator pedal.

Das durch die Düse 8 eingespritzte Treibmittel ist Wasserdampf, der mittels einer durch die Nockenwelle des Verbrennungsmotors 1 gesteuerten Förder- und Dosierpumpe 10 über einen Wärmetauscher 11 aus beispielsweise Kühlwasser und Abgaswärme gewonnen wird. Der Wärmetauscher 11 umfasst zudem einen Zuheizer mittels dem insbesondere bei einem Kaltstart durch Verbrennung von Brennstoff Wasserdampf erzeugt werden kann. Bei einem Kaltstart genügt die Abwärme des Kühlers und der Abgase nicht aus, um Wasserdampf zu erzeugen.That through the nozzle 8th injected propellant is water vapor by means of a through the camshaft of the engine 1 controlled delivery and metering pump 10 via a heat exchanger 11 is obtained, for example, cooling water and exhaust heat. The heat exchanger 11 Also includes a heater by means of which can be generated in particular by a cold start by combustion of fuel water vapor. In a cold start, the waste heat of the radiator and the exhaust gases is not enough to produce water vapor.

Durch die Ausführung der Düse 8 als eine in Strömungsrichtung zum Brennraum 3 hin gerichtete Strahlpumpe, wird die Luft im Ansaugkanal 2 in Richtung zum Brennraum 3 hin beschleunigt, so dass die Füllung des Brennraums 3 vermehrt wird. Dadurch kann beispielsweise das Auftreten einer als Turboloch bekannten Leistungsschwäche von aufgeladenen Verbrennungsmotoren, wie etwa von Turbo-Dieselmotoren im niederen Drehzahlbereich verringert werden. Ein trägheitsfreies Ansprechen eines mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgestatteten Verbrennungsmotors ist die Folge. Wird die Einspritzmenge synchron mit der Betätigung des Gaspedals gesteuert, zeigt die durch die Strahlpumpe bewirkte verbesserte Füllung des Brennraums 3 noch vor einem Ansprechen eines Turboladers ihre Wirkung.By the execution of the nozzle 8th as one in the flow direction to the combustion chamber 3 directed jet pump, the air in the intake passage 2 towards the combustion chamber 3 accelerates, so that the filling of the combustion chamber 3 is increased. As a result, for example, the occurrence of a known as turbo lag performance of supercharged internal combustion engines, such as turbo diesel engines can be reduced in the low speed range. An inertia-free response of a combustion engine equipped with a device according to the invention is the result. If the injection quantity is controlled synchronously with the operation of the gas pedal, the improved filling of the combustion chamber effected by the jet pump is shown 3 even before a response of a turbocharger their effect.

11
Verbrennungsmotorinternal combustion engine
22
Ansaugkanalintake port
33
Brennraumcombustion chamber
44
Kolbenpiston
55
VentilValve
66
Pleuelpleuel
77
Kurbelwellecrankshaft
88th
Düsejet
99
Ventilfedervalve spring
1010
Förder- und DosierpumpePromotional and metering
1111
Wärmetauscherheat exchangers
1212
Wassertankwater tank

Claims (14)

Vorrichtung zur Zufuhr von Wasser in einen Brennraum (3) eines periodisch arbeitenden Verbrennungsmotors (1), dadurch gekennzeichnet, dass – mindestens eine in einem zu mindestens einem Brennraum (3) führenden Ansaugkanal (2) angeordnete, steuerbare Düse (8) zur kontrollierbaren Beimengung von dampfförmigem Wasser zu der dem Brennraum (3) zuzuführenden Luft.Device for feeding water into a combustion chamber ( 3 ) of a periodically operating internal combustion engine ( 1 ), characterized in that - at least one in at least one Combustion chamber ( 3 ) leading intake duct ( 2 ), controllable nozzle ( 8th ) for the controllable addition of vaporous water to the combustion chamber ( 3 ) air to be supplied. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (8) eine Strahlpumpe umfasst, welche Luft im Ansaugkanal (2) in Richtung zum Brennraum (3) hin beschleunigt.Device according to claim 1, characterized in that the nozzle ( 8th ) comprises a jet pump, which air in the intake duct ( 2 ) towards the combustion chamber ( 3 ) accelerates. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Wassertank (12), eine mit dem Wassertank (12) verbundene Förder- und Dosierpumpe (10), sowie einen zwischen Förder- und Dosierpumpe (10) und Düse (8) angeordneten Wärmetauscher (11).Apparatus according to claim 1 or 2, characterized by a water tank ( 12 ), one with the water tank ( 12 ) connected conveying and metering pump ( 10 ), as well as between a delivery and metering pump ( 10 ) and nozzle ( 8th ) arranged heat exchanger ( 11 ). Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, – dass der Wärmetauscher (11) mit der Abgasanlage des Verbrennungsmotors (1) verbunden ist.Device according to claim 3, characterized in that - the heat exchanger ( 11 ) with the exhaust system of the internal combustion engine ( 1 ) connected is. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (11) einen Zuheizer umfasst.Apparatus according to claim 3 or 4, characterized in that the heat exchanger ( 11 ) comprises a heater. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3–5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampfung im Wärmetauscher (11) erfolgt.Device according to one of claims 3-5, characterized in that the evaporation in the heat exchanger ( 11 ) he follows. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Förder- und Dosierpumpe (10) durch die Nockenwelle des Verbrennungsmotors (1) gesteuert wird.Device according to one of claims 3 to 7, characterized in that the conveying and metering pump ( 10 ) through the camshaft of the internal combustion engine ( 1 ) is controlled. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über die Position des Gaspedals eine Ein- und Vorstellung der Düse (8) erfolgt.Device according to one of the preceding claims, characterized in that via the position of the accelerator pedal an input and presentation of the nozzle ( 8th ) he follows. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch, Mittel zur Gewinnung von Wasser aus den Abgasen des Verbrennungsmotors (1).Device according to one of the preceding claims, characterized by means for obtaining water from the exhaust gases of the internal combustion engine ( 1 ). Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle von dampfförmigem Wasser flüssiges Wasser mittels der Düse (8) in den Ansaugkanal (2) eingespritzt wird.Device according to one of the preceding claims, characterized in that liquid water instead of vaporous water by means of the nozzle ( 8th ) in the intake channel ( 2 ) is injected. Verfahren zur Zufuhr von Wasser in einen Brennraum (3) eines periodisch arbeitenden Verbrennungsmotors (1), gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte: – Erzeugung von Wasserdampf, – Kontrollierte Mischung des Wasserdampfs mit der Ansaugluft des Verbrennungsmotors (1), sowie – Zufuhr des Wasserdampf-Luft-Gemischs zu einem Brennraum (3).Method for feeding water into a combustion chamber ( 3 ) of a periodically operating internal combustion engine ( 1 ), characterized by the process steps: - generation of water vapor, - controlled mixing of the water vapor with the intake air of the internal combustion engine ( 1 ), and - supply of the water vapor-air mixture to a combustion chamber ( 3 ). Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, – dass der Anteil des Wasserdampfs in dem Wasserdampf-Luft-Gemisch höchstens etwa 25% beträgt.Method according to claim 13, characterized in that - that the Proportion of water vapor in the water vapor-air mixture is at most about 25%. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserdampf unter Ausnutzung der Abwärme des Verbrennungsmotors (1), insbesondere unter Ausnutzung der Abwärme der Abgase erzeugt wird.A method according to claim 13 or 14, characterized in that the water vapor by utilizing the waste heat of the internal combustion engine ( 1 ), in particular by utilizing the waste heat of the exhaust gases is generated. Verfahren nach einem der Ansprüche 13, 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser zur Erzeugung des Wasserdampfs aus den Abgasen des Verbrennungsmotors (1) gewonnen wird.Method according to one of claims 13, 14 or 15, characterized in that the water for generating the water vapor from the exhaust gases of the internal combustion engine ( 1 ) is won.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN102619645A (en) * 2011-04-12 2012-08-01 摩尔动力(北京)技术股份有限公司 Charge engine injected with low-entropy mixed-combustion liquefied gas
DE102017008127B3 (en) 2017-08-30 2018-12-27 Thomas Magnete Gmbh Apparatus for feeding water into a fuel injection system and method of operating the apparatus
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DE102019117572A1 (en) * 2019-06-28 2020-12-31 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Heatable supply pipe for removing a liquid operating medium of a motor vehicle from a container

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