DE102016112735A1

DE102016112735A1 - Method and device for improving the combustion process, in particular in an internal combustion engine

Info

Publication number: DE102016112735A1
Application number: DE102016112735.3A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-07-12
Filing date: 2016-07-12
Publication date: 2018-01-18

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur Optimierung des Verbrennungsprozesses in einer Brennkraftmaschine, umfassend eine Brennkraftmaschine, insbesondere einen Verbrennungsmotor (1), mit einer Brennkammer (6-4) sowie einer Kraftstoffeinspritzung (3) zur Zuführung eines brennbaren Kraftstoffs in die Brennkammer (6-4), einer Luftzuführung (2), über die Ansaugluft der Brennkammer zugeführt werden kann, und einer Abgasabführung, über die ein beim Verbrennungsprozess entstehendes Abgasgemisch abgeführt werden kann, sowie eine Anordnung (6-3) zur Anreicherung des Sauerstoffgehalts in der Ansaugluft. Ferner zeichnet sich das System dadurch aus, dass es eine Fluideinspritzung (8) zur Zuführung eines nicht am Verbrennungsprozess beteiligten Fluides in die Brennkammer (6-4) umfasst.The present invention relates to a system for optimizing the combustion process in an internal combustion engine, comprising an internal combustion engine, in particular an internal combustion engine (1), with a combustion chamber (6-4) and a fuel injection (3) for supplying a combustible fuel into the combustion chamber (6). 4), an air supply (2) via which intake air can be supplied to the combustion chamber, and an exhaust gas discharge, via which an exhaust gas mixture formed in the combustion process can be removed, and an arrangement (6-3) for enriching the oxygen content in the intake air. Furthermore, the system is characterized in that it comprises a fluid injection (8) for supplying a non-combustion process fluid in the combustion chamber (6-4).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verbesserung von Verbrennungsprozessen, insbesondere in einer Brennkraftmaschine.The invention relates to a method and a device for improving combustion processes, in particular in an internal combustion engine.

Als Brennkraftmaschine im Sinne der vorliegenden Erfindung wird jede Art von Wärmekraftmaschine angesehen, d. h. insbesondere solche Maschinen, bei denen chemische Energie eines Kraftstoffs in mechanische Energie oder Wärmeenergie umgewandelt wird.As an internal combustion engine in the context of the present invention, any type of heat engine is considered, d. H. in particular, such machines in which chemical energy of a fuel is converted into mechanical energy or heat energy.

Das bekannteste Beispiel für die Umwandlung von chemischer Energie in mechanische Energie ist der Verbrennungsmotor, wie er beispielsweise in Kraftfahrzeugen eingesetzt wird. Die vorliegende Erfindung betrifft jedoch auch Brennkraftmaschinen, die zur Umwandlung von chemischer Energie in mechanische Energie bei Schiffen, Schienenfahrzeugen, Flugzeugen oder in stationären Anlagen eingesetzt werden können. Weiterhin ist die vorliegende Erfindung auch auf Verbrennungsprozesse anwendbar, die chemische Energie in Wärmeenergie umwandeln und demgemäß beispielsweise in Heizkraftanlagen Anwendung finden.The best known example of the conversion of chemical energy into mechanical energy is the internal combustion engine, as used for example in motor vehicles. However, the present invention also relates to internal combustion engines that can be used to convert chemical energy into mechanical energy in ships, rail vehicles, aircraft or stationary equipment. Furthermore, the present invention is also applicable to combustion processes that convert chemical energy into heat energy and accordingly find application, for example, in heating power plants.

Aufgrund des mit Brennkraftmaschinen notwendigerweise in Verbindung stehenden Verbrennungsprozesses und den damit verbundenen Nachteilen wie die Emission von Feinstaub, Stickoxiden und dergleichen in die Umgebungsluft, werden Brennkraftmaschinen seit ihrer Erfindung stets weiter entwickelt, um den Verbrennungsprozess umweltverträglicher, leistungsfähiger und wirtschaftlicher zu gestalten.Due to the necessarily associated with internal combustion engines combustion process and the associated disadvantages such as the emission of particulate matter, nitrogen oxides and the like in the ambient air, internal combustion engines are ever further developed since their invention to make the combustion process more environmentally friendly, efficient and economical.

So wurden beispielsweise im Bereich der Fahrzeugtechnik hochgradig komplexe Abgasstranglösungen mit Filtersystemen entwickelt, die eine Reduzierung der ausgestoßenen Stickoxide und Rußpartikel ermöglichen sollen. Im Zusammenhang mit diesen der Brennkraftmaschine nachgeschalteten Filtersystemen haben sich jedoch auch einige Nachteile gezeigt, wie beispielsweise abhängig von den Betriebs- und Umweltbedingungen nur eingeschränkte Wirksamkeit, relativ hoher Aufwand, etc.For example, in the field of vehicle technology, highly complex exhaust gas turbine solutions with filter systems have been developed, which should enable a reduction of the emitted nitrogen oxides and soot particles. In connection with these filter systems downstream of the internal combustion engine, however, some disadvantages have also emerged, such as, for example, depending on the operating and environmental conditions, only limited effectiveness, relatively high expenditure, etc.

Um diesen zu begegnen, sind weiterhin aus dem Stand der Technik Lösungen bekannt, bei denen nicht die Abgase einer zusätzlichen Filterung unterworfen werden, sondern die zugeführte Ansaugluft mit Sauerstoff angereichert werden soll. So beschreibt beispielsweise die DE 197 10 840 A1 ein Ansaugsystem für eine Brennkraftmaschine, welches zur Luftfilterung einen herkömmlichen Luftfilter sowie zur Gastrennung eine vornehmlich für Sauerstoffmoleküle durchlässige Membran aufweist. Bei dieser Lösung ist die Membran in das Luftfiltergehäuse eingebaut. Die Verwendung einer Membran zur Anreicherung der Ansaugluft mit Sauerstoffmolekülen ist ebenfalls in der Druckschrift EP 1 250 527 B1 beschrieben. Darin wird ein System offenbart, bei dem die Membran parallel zu dem Filtereinsatz geschaltet ist. Weiterhin ist ein Drosselorgan vorgesehen, mit dessen Hilfe die durch die Membran geleitete und mit Sauerstoff angereicherte Luftmenge beeinflusst werden kann.In order to counteract these, further solutions are known from the prior art in which the exhaust gases are not subjected to additional filtering, but rather the enriched intake air is to be enriched with oxygen. For example, describes the DE 197 10 840 A1 an intake system for an internal combustion engine, which has a conventional air filter for the air filtration and a gas permeable primarily for oxygen molecules permeable membrane. In this solution, the membrane is installed in the air filter housing. The use of a membrane for enriching the intake air with oxygen molecules is also in the document EP 1 250 527 B1 described. Therein a system is disclosed in which the diaphragm is connected in parallel to the filter cartridge. Furthermore, a throttle device is provided, with the help of which the membrane passed through and enriched with oxygen amount of air can be influenced.

Die Erhöhung des Sauerstoffgehalts in der Ansaugluft resultiert zum einen in einer Reduktion der Schadstoffemission und zum anderen in einer Leistungssteigerung der Brennkraftmaschine, sofern entsprechende zusätzliche Maßnahmen ergriffen werden. Der Vollständigkeit halber wird auch auf die Offenlegungsschrift GB 2 339 240 A und das Dokument JP 60-88858 zu der Verwendung von sauerstoff-permeablen Membranen verwiesen.The increase in the oxygen content in the intake air results firstly in a reduction of the pollutant emission and secondly in an increase in the output of the internal combustion engine, if appropriate additional measures are taken. The sake of completeness is also on the publication GB 2 339 240 A and the document JP 60-88858 on the use of oxygen-permeable membranes.

Alternative Prinzipen der Filterung der Ansaugluft umfassen die absorptive Abtrennung des in der Luft enthaltenen Stickstoffs mit thermischen Trennverfahren oder die Nutzung eines Magnetfelds, wie sie in dem Dokument DE 10 2006 037 805 A1 beschrieben ist. Die Nutzung von thermischen Trennverfahren nach dem Verbrennungsprozess (dort: absorptive Abtrennung von Kohlendioxid) wird in der Veröffentlichung ”Neue Technologien zur Reduzierung des CO²-Gehalts von Rauchgasen aus Kraftwerken und anderen CO₂-haltigen Gasströmen” von Klaus Hartmann, erschienen in den Leibniz-Sozietät/Sitzungsberichten, 64 (2004), 111 bis 134, beschrieben.Alternative principles of intake air filtration include the absorptive separation of nitrogen in the air by thermal separation techniques or the use of a magnetic field as described in the document DE 10 2006 037 805 A1 is described. The use of thermal separation processes after the combustion process (there: absorptive separation of carbon dioxide) is in the publication "New technologies for reducing the CO ² content of flue gases from power plants and other CO ₂ -containing gas streams" by Klaus Hartmann, published in the Leibniz -Society / Meeting Reports, 64 (2004), 111-134.

Durch eine Sauerstoffanreicherung der der Brennkraftmaschine zugeführten Ansaugluft wird der Verbrennungsprozess effektiver und schadstoffärmer, da bereits störende Elemente, wie beispielsweise der in der Luft enthaltene Stickstoff durch Verwendung einer entsprechenden Membran oder dergleichen reduziert wurde. Dies hat zur Folge, dass auch die Abgastemperatur erhöht und der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine verbessert wird. Hierdurch kann wiederum die Emission von Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoff im Abgas verringert werden, so dass sich insgesamt eine geringere Umweltbelastung durch die Abgase der Brennkraftmaschine erreichen lässt, wenn der Verbrennungsprozess geeignet geführt und z. B. die Gleichgewichtsbedingungen der Prozesse (s. Boudouard-Gleichgewicht zwischen Kohlenmonoxid einerseits und Kohlendioxid und Kohlenstoff andererseits) beachtet werden.By an oxygen enrichment of the intake air supplied to the internal combustion engine, the combustion process is more effective and less polluting, since already interfering elements, such as the nitrogen contained in the air by using a corresponding membrane or the like has been reduced. This has the consequence that the exhaust gas temperature is increased and the efficiency of the internal combustion engine is improved. In this way, in turn, the emission of carbon monoxide and hydrocarbon in the exhaust gas can be reduced, so that overall a lower environmental impact can be achieved by the exhaust gases of the internal combustion engine, if the combustion process is performed properly and z. For example, the equilibrium conditions of the processes (see Boudouard equilibrium between carbon monoxide on the one hand and carbon dioxide and carbon on the other) are taken into account.

Es liegt auf der Hand, dass ein solcher massiver Eingriff in eine bestehende erfolgreiche Technologie Schwierigkeiten in der Umsetzung mit sich bringt. So stellt sich bei der Verwendung einer Membran das Problem, dass diese die Strömungsgeschwindigkeit des Luftstroms verringert und den Luftdruck beeinträchtigt. Somit wird auch die Bereitstellung eines ausreichend hohen Durchsatzes deutlich erschwert. Bei dem Magnettrennverfahren ist ebenfalls die Bereitstellung eines ausreichenden Massenstroms problematisch. Weiterhin ist das mit dem Vorsehen entsprechender Magnete einhergehende Zusatzgewicht durch die Magnete bei mobilen Anwendungen der Brennkraftmaschine beispielsweise im Fahrzeug ein nennenswerter Nachteil. Zusätzlich kann das erzeugte Magnetfeld im Fahrzeug zu einer unerwünschten Beeinträchtigung umliegender elektronikbasierter Systeme führen.Obviously, such a massive intrusion into existing successful technology brings implementation difficulties. Thus, the problem with using a membrane is that it reduces the flow rate of the airflow and affects the air pressure. Thus, the provision of a sufficiently high throughput much more difficult. In the magnetic separation process, the provision of sufficient mass flow is also problematic. Furthermore, the additional weight associated with the provision of appropriate magnets by the magnets in mobile applications of the internal combustion engine, for example in the vehicle a significant drawback. In addition, the generated magnetic field in the vehicle can lead to an undesirable impairment of surrounding electronics-based systems.

Ein weiteres Problem ergibt sich im Verbrennungsprozess selbst aus der erheblichen Effizienzsteigerung durch die Anreicherung der Ansaugluft mit Sauerstoffmolekülen. So werden bei gleichbleibenden restlichen Parametern erhebliche Teile des Sauerstoffüberschusses ungenutzt bleiben, während bei einer an die hohe Sauerstoffmenge angepassten eingespritzten Kraftstoffmenge deutlich mehr Leistung umgesetzt würde, jedoch der Motor in kürzester Zeit überhitzt wäre.Another problem arises in the combustion process itself from the considerable increase in efficiency due to the enrichment of the intake air with oxygen molecules. Thus, with the remaining parameters remaining, considerable parts of the excess oxygen will remain unused, while significantly more power would be converted in the case of an injected fuel quantity adapted to the high amount of oxygen, but the engine would overheat in the shortest possible time.

Ausgehend von den vorstehend genannten möglichen Problemen und Nachteilen, die sich dann einstellen können, wenn der Brennkraftmaschine Ansaugluft zugeführt wird, die mit Sauerstoffmolekülen angereicht wurde, besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, diese bekannten Lösungen weiterzuentwickeln, so dass die bekannten Nachteile zumindest teilweise verringert werden können.Based on the above-mentioned possible problems and disadvantages that may arise when the internal combustion engine is supplied with intake air enriched with oxygen molecules, it is an object of the present invention to further develop these known solutions, so that the known disadvantages are at least partially reduced can be.

Demgemäß schlägt die vorliegende Erfindung ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vor. So soll ein solches System zur Optimierung des Verbrennungsprozesses in einer Brennkraftmaschine neben einer Brennkraftmaschine mit einer Brennkammer sowie einer Kraftstoffeinspritzung auch eine Anordnung zur Anreicherung des Sauerstoffgehalts in der Ansaugluft und eine Einspritzung zur Zuführung eines am Verbrennungsprozess nicht beteiligten Fluides wie z. B. Wasser in die Brennkammer umfassen.Accordingly, the present invention proposes a system having the features of claim 1. Thus, such a system for optimizing the combustion process in an internal combustion engine in addition to an internal combustion engine with a combustion chamber and a fuel injection and an arrangement for enrichment of the oxygen content in the intake air and an injection for supplying a non-involved in the combustion process fluid such. B. water in the combustion chamber.

In diesem Zusammenhang sei angemerkt, dass der Begriff Fluid als gemeinsame Bezeichnung für Gase und Flüssigkeiten verwendet wird. Bevorzugt wird jedoch ein Fluid in seiner flüssigen Phase in die Brennkammer eingespritzt (z. B. Wasser), wird in der Brennkammer verdampft und verlässt zusammen mit dem Abgasgemisch in gasförmiger Phase (Wasserdampf-Abgas-Gemisch) die Brennkammer.It should be noted in this connection that the term fluid is used as a common name for gases and liquids. However, a fluid in its liquid phase is preferably injected into the combustion chamber (for example water), is vaporized in the combustion chamber and leaves the combustion chamber together with the exhaust gas mixture in the gaseous phase (water vapor / exhaust gas mixture).

Eine solche Fluideinspritzung ermöglicht es, die deutlich erhöhte Verbrennungs- und Abgastemperatur, die aus der Anreicherung der Ansaugluft mit Sauerstoff resultiert, zu verringern und dadurch die daraus resultierenden Probleme zumindest zu vermindern. Gleichzeitig ergibt sich dadurch der positive Nebeneffekt, dass die Verdampfungsenthalpie des eingespritzten Fluides genutzt werden kann, um die sonst im Abgasstrom verlorene Wärmemenge in eine Volumen- bzw. Druckänderung umzusetzen. Auf diese Weise kann beispielsweise bei einem Verbrennungsmotor die Verdampfungsenthalpie des eingespritzten Fluides genutzt werden, um die Kolben anzutreiben, woraus sich ein verbesserter Wirkungsgrad und eine höhere Effizienz des Motors ergibt. Durch eine geeignete Menge Sauerstoffüberschuss sowie durch eine ggf. stufenweise Einspritzung des Fluides ist zu verhindern, dass es zu einer vermehrten Rußbildung kommen kann.Such a fluid injection makes it possible to reduce the significantly increased combustion and exhaust gas temperature resulting from the enrichment of the intake air with oxygen, thereby at least reducing the problems resulting therefrom. At the same time this results in the positive side effect that the enthalpy of evaporation of the injected fluid can be used to convert the otherwise lost in the exhaust gas heat amount of heat in a volume or pressure change. In this way, for example, in an internal combustion engine, the enthalpy of vaporization of the injected fluid can be used to drive the pistons, resulting in improved efficiency and higher efficiency of the engine. By a suitable amount of oxygen excess and by a possibly stepwise injection of the fluid is to prevent that it can lead to increased soot formation.

Bei der Nutzung der Brennkraftmaschine in Kraftwerks- und Heizanlagen, bei denen das primäre Ziel nicht die Umwandlung chemischer Energie in mechanische Arbeit ist und die Wärmeerzeugung kein unerwünschtes Nebenprodukt darstellt, sondern signifikant entscheidend ist, kann das zusätzliche, nicht am Verbrennungsprozess beteiligte Fluid zu einem bezogen auf den Verbrennungsprozess späteren Zeitpunkt eingespritzt werden, um die Abgase zu reinigen. So kann beispielsweise Wasserdampf bzw. Wassernebel, der in die Rauchgase eingespritzt wird, zur Abscheidung von Partikeln, und insbesondere umweltschädlichen Stoffen wie Rußpartikeln, dienen, die dann anschließend aus dem Kondensat wieder abgeschieden werden können.When using the internal combustion engine in power plants and heating systems, where the primary goal is not the conversion of chemical energy into mechanical work and heat generation is not an undesirable by-product, but is significantly critical, the additional, not involved in the combustion process fluid to one related injected later on the combustion process to purify the exhaust gases. Thus, for example, water vapor or water mist which is injected into the flue gases, for the deposition of particles, and in particular environmentally harmful substances such as soot particles, serve, which can then be separated from the condensate again.

Somit kann die Fluideinspritzung eines nicht am Verbrennungsprozess beteiligten Fluides zur Wirkungsgradsteigerung der Brennkraftmaschine, zur Kühlung der Brennkraftmaschine und der Abgase und/oder zur Nassfilterung der Abgase genutzt werden.Thus, the fluid injection of a non-involved in the combustion process fluid for increasing the efficiency of the internal combustion engine, for cooling the internal combustion engine and the exhaust gases and / or wet filtration of the exhaust gases can be used.

Grundsätzlich ist aus dem Stand der Technik, beispielsweise der Druckschrift EP 0 459 083 B1 eine Wassereinspritz-Dieselmaschine bekannt, bei welcher sowohl Kraftstoff als auch Wasser in einen Brennraum eingespritzt werden, mit dem Ziel der Reduzierung von schwarzem Rauch (Schwarzrauch) und eines Stickstoffmonoxid-Gehaltes im Abgas, sowie der Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs.Basically, from the prior art, for example, the document EP 0 459 083 B1 a water injection diesel engine is known in which both fuel and water are injected into a combustion chamber, with the aim of reducing black smoke (black smoke) and a nitrogen monoxide content in the exhaust gas, as well as the improvement of fuel consumption.

Die Besonderheit der vorliegenden Erfindung besteht jedoch darin, Verbrennungsprozesse fossiler Brennstoffe dadurch hinsichtlich Leistungsausbeute, Wirtschaftlichkeit und Umweltverträglichkeit zu verbessern, dass bekannte Massnahmen wie Trennung der Gase in der Ansaugluft, Einspritzung von nicht an der Verbrennung beteiligter Fluide, Abgasrückführung sowie Nassfilterung der Verbrennungsgase geeignet kombiniert und dadurch unerwartete Synergieeffekte erzeugt werden.The peculiarity of the present invention, however, is to improve combustion processes of fossil fuels in terms of power yield, economy and environmental compatibility that well-known measures such as separation of the gases in the intake air, injection of non-combustion involved fluids, exhaust gas recirculation and wet filtration of the combustion gases suitably combined and This creates unexpected synergy effects.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann die Anordnung zur Anreicherung des Sauerstoffgehalts in der Ansaugluft wenigstens eine Membran umfassen, die vornehmlich für Sauerstoff-Moleküle durchlässig ausgebildet ist, wobei die Membran in einer Zuleitung der Luftzuführung angeordnet ist.According to one development of the invention, the arrangement for enriching the oxygen content in the intake air may comprise at least one membrane which is primarily used for oxygenation. Permeable molecules is formed, wherein the membrane is arranged in a feed line of the air supply.

Die Luftzuführung bezeichnet dabei erst einmal alle Bauteile, durch die die Außenluft als Ansaugluft geführt wird, ehe sie in die Brennkammer gelangt. Innerhalb dieser Luftzuführung kann an irgendeiner Steile wenigstens eine Membran angeordnet sein, die vornehmlich für Sauerstoff-Moleküle durchlässig ausgebildet ist und auf diese Weise eine Gastrennung in der Ansaugluft ermöglicht. So werden mit Hilfe der wenigstens einen Membran insbesondere die übrigen atmosphärischen Gase von der Ansaugluft abgetrennt und auf diese Weise der Sauerstoffgehalt in der Ansaugluft nennenswert erhöht. Insbesondere können die rund 70% an Luftstickstoff, die bei der ungefilterten Ansaugluft enthalten sind, zumindest größtenteils abgetrennt werden.The air supply designates once all components through which the outside air is guided as intake air before it enters the combustion chamber. Within this air supply, at least one membrane may be arranged at any location, which is designed to be permeable primarily to oxygen molecules and in this way enables gas separation in the intake air. Thus, with the help of the at least one membrane, in particular the remaining atmospheric gases are separated from the intake air and in this way the oxygen content in the intake air is increased appreciably. In particular, the approximately 70% of atmospheric nitrogen contained in the unfiltered intake air can be at least mostly separated.

In der Luftzuführung können weiterhin übliche Komponenten, wie beispielsweise ein Kompressor und/oder ein Luftfilter vorgesehen sein, wobei Letzterer zum Filtern von Kleinstpartikeln in der Umgebungsluft genutzt wird.In the air supply further conventional components, such as a compressor and / or an air filter may be provided, the latter being used to filter micro particles in the ambient air.

Alternativ oder zusätzlich kann die Anordnung zur Anreicherung des Sauerstoffgehalts in der Ansaugluft zur Gastrennung auch wenigstens eine Magnetanordnung und/oder eine Anordnung zur absorptiven Abtrennung von Luftstickstoff mit thermischem Trennverfahren umfassen. Insbesondere die wenigstens eine Magnetanordnung kann zur Erzeugung eines Magnetfelds zur magnetischen Konzentration der Sauerstoff-Moleküle in einem Luftstrom angeordnet sein, wobei die Anordnung zur Anreicherung des Sauerstoffgehalts in der Ansaugluft zudem wenigstens einen Haupt- und einen Nebenkanal zur Trennung eines Luftstroms mit einer höheren Sauerstoff-Konzentration von einem Luftstrom mit einer niedrigeren Sauerstoffkonzentration umfasst, wobei der Luftstrom mit einer höheren Sauerstoffkonzentration mit einer Zuleitung der Luftzuführung verbunden sein kann. So kann die Magnetanordnung in einem der beiden Kanäle, beispielsweise im Nebenkanal ein Magnetfeld erzeugen, so dass die Sauerstoffmoleküle aufgrund ihrer paramagnetischen Eigenschaften von diesem angezogen werden und sich in Richtung des stärker werdenden Magnetfelds bewegen. Damit wird über den Nebenkanal ein Luftstrom mit einer höheren Sauerstoffkonzentration geführt und dieser Luftstrom kann durch Verbindung mit der Luftführung direkt der Brennkammer zugeführt werden. Der jeweils andere Kanal, beispielsweise der Hauptkanal, in dem der Luftstrom mit einer niedrigeren Sauerstoffkonzentration geführt wird, kann beispielsweise einfach der Außenluft wieder zugeführt werden.Alternatively or additionally, the arrangement for enriching the oxygen content in the intake air for gas separation may also comprise at least one magnet arrangement and / or an arrangement for the absorptive separation of atmospheric nitrogen with thermal separation process. In particular, the at least one magnet arrangement may be arranged to generate a magnetic field for the magnetic concentration of the oxygen molecules in an air stream, the arrangement for enriching the oxygen content in the intake air also having at least one main and one side channel for separating an air stream with a higher oxygen content. Concentration of an air flow having a lower oxygen concentration, wherein the air flow with a higher oxygen concentration may be connected to a supply line of the air supply. Thus, the magnet arrangement can generate a magnetic field in one of the two channels, for example in the secondary channel, so that the oxygen molecules are attracted by the latter due to their paramagnetic properties and move in the direction of the increasingly strong magnetic field. Thus, an air flow with a higher oxygen concentration is passed through the secondary channel and this air flow can be fed directly to the combustion chamber by connection with the air duct. The respective other channel, for example the main channel, in which the air flow is conducted with a lower oxygen concentration, can for example simply be returned to the outside air.

Grundsätzlich ist das Verfahren der magnetischen Abscheidung von Sauerstoffmolekülen beispielsweise schon aus der Patentschrift DD 117 826 A5 oder DE 1 910 574 A bekannt. Der Vollständigkeit halber wird in diesem Zusammenhang auch auf die Patentschrift DE 10 2006 037 805 B4 verwiesen.Basically, the method of magnetic deposition of oxygen molecules, for example, from the patent DD 117 826 A5 or DE 1 910 574 A known. For the sake of completeness, reference is made in this connection to the patent DE 10 2006 037 805 B4 directed.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Anordnung zur Anreicherung des Sauerstoffgehalts in der Ansaugluft ein Gehäuse mit einem Einlass, insbesondere einem Sammeleinlass, umfasst, der dazu ausgebildet ist, über eine Zuführung zugeleitete Ansaugluft in das Innere des Gehäuses zu führen, mit einem ersten Auslass, insbesondere einem Sammelauslass, der dazu ausgebildet ist, die mit Sauerstoff angereicherte Ansaugluft aus dem Gehäuse abzuführen, und der mit der Luftzuführung der Brennkammer verbunden ist, sowie mit einem zweiten Auslass, der dazu ausgebildet ist, die verbleibenden Bestandteile der angesaugten Luft nach außen abzuführen, wobei im inneren des Gehäuses eine Anzahl von Membranröhrchen bzw. Membranröhren angeordnet ist, deren Wände aus einem Trennmembranmaterial hergestellt sind und die sich im Wesentlichen vom Einlass zum zweiten Auslass erstrecken.Furthermore, it can be provided that the arrangement for enriching the oxygen content in the intake air comprises a housing having an inlet, in particular a collecting inlet, which is designed to lead intake air supplied via a feed into the interior of the housing, with a first outlet, in particular a collecting outlet adapted to discharge the oxygen-enriched intake air from the housing and connected to the air supply of the combustion chamber, and a second outlet adapted to discharge the remaining components of the intake air to the outside, wherein inside the housing a number of membrane tubes or membrane tubes is arranged, whose walls are made of a separation membrane material and which extend substantially from the inlet to the second outlet.

Unabhängig von den zuvor genannten Beispielen von Bauteilen, die die Anordnung zur Anreicherung des Sauerstoffgehalts in der Ansaugluft umfassen kann, kann diese folglich weiterhin ein boxartiges Gehäuse mit einem Einlass und zwei Auslässen umfassen. Dieses boxartige Gehäuse bildet quasi eine Gastrennbox, in deren inneren röhrenförmige Membrankörper bzw. Membranröhrchen angeordnet sind. Die Gehäusewände begrenzen einen Sammelraum, in den die durch die Membranwände hindurchgetretenen Anteile der Ansaugluft aufgenommen werden können.Thus, independently of the aforementioned examples of components which may include the arrangement for enriching the oxygen content in the intake air, it may further comprise a box-like housing with an inlet and two outlets. This box-like housing virtually forms a Gastrennbox, are arranged in the inner tubular membrane body or membrane tube. The housing walls delimit a collecting space into which the portions of the intake air which have passed through the membrane walls can be received.

Die Membranröhrchen sind im Inneren des Gehäuses aufgenommen. Dabei können sich die Membranröhrchen im Wesentlichen geradlinig erstrecken. Alternativ ist es jedoch ebenfalls denkbar, dass diese zumindest abschnittsweise zumindest leicht gekrümmt angeordnet sind, da hierdurch eine Verlängerung der Membranröhrchen innerhalb des Gehäuses erreicht werden kann. Entscheidend ist nur, dass eine Öffnung der Membranröhrchen im Bereich des Einlasses angeordnet ist und die die zweite Öffnung der Membranröhrchen im Bereich des zweiten Auslasses angeordnet ist.The membrane tubes are housed inside the housing. In this case, the membrane tubes can extend in a substantially straight line. Alternatively, however, it is also conceivable that these are arranged at least partially curved at least slightly, as this can be achieved in the housing an extension of the membrane tube. The decisive factor is that an opening of the membrane tube is arranged in the region of the inlet and the second opening of the membrane tube is arranged in the region of the second outlet.

Besonders günstig ist der Einlass als Sammeleinlass ausgebildet, der es ermöglicht, eine besonders gleichmäßige Verteilung der komprimierten Ansaugluft auf alle Membranröhrchen zu verteilen.Particularly advantageously, the inlet is designed as a collection inlet, which makes it possible to distribute a particularly uniform distribution of the compressed intake air to all membrane tubes.

Durch die Anordnung von mehreren Membranröhrchen wird eine nennenswerte Oberflächenvergrößerung bereitgestellt, da zum einen jede Mantelfläche eines jeden Röhrchens eine Membranfläche bildet und darüber hinaus mehrere Membranröhrchen vorgesehen sind. Jede Mantelfläche bzw. Wand eines Membranröhrchens ist aus einem Material hergestellt, das vornehmlich für Sauerstoff-Moleküle durchlässig ausgebildet ist (Trennmembranmaterial). Die Membranröhrchen erstrecken sich im Wesentlichen vom Einlass bzw. Sammeleinlass zum zweiten Auslass, so dass diejenigen Anteile der Ansaugluft, die über die Membranröhrchen vom Sammeleinlass bis zum zweiten Auslass geführt werden, überwiegend die atmosphärischen Gase enthalten, die nicht für den Verbrennungsprozess in der Brennkammer förderlich sind, beispielsweise die rund 70% Luftstickstoff, während diejenigen Anteile der Ansaugluft, welche durch die Wände bzw. Mantelflächen der Membranröhrchen dringen, in den Sammelraum gelangen und der Brennkammer über den ersten Auslass bzw. Sammelauslass zugeführt werden können.The arrangement of a plurality of membrane tubes, a significant increase in surface area is provided, since on the one hand, each lateral surface of each tube forms a membrane surface and moreover several Membrane tubes are provided. Each lateral surface or wall of a membrane tube is made of a material that is primarily permeable to oxygen molecules (separation membrane material). The membrane tubes extend substantially from the inlet or collection inlet to the second outlet, such that those portions of the intake air which are conducted via the membrane tubes from the collection inlet to the second outlet predominantly contain the atmospheric gases which are not conducive to the combustion process in the combustion chamber For example, the approximately 70% of atmospheric nitrogen, while those portions of the intake air, which penetrate through the walls or lateral surfaces of the membrane tube, enter the collection space and the combustion chamber can be supplied via the first outlet or collection outlet.

Grundsätzlich ist es denkbar, innerhalb des Gehäuses der Gastrennbox nur eine einzige Membranröhre laufen zu lassen, wobei jedoch aus den vorstehend genannten Gründen mehrere Membranröhren vorteilhaft sind.In principle, it is conceivable to run only a single membrane tube within the housing of the gas separation box, although a plurality of membrane tubes are advantageous for the abovementioned reasons.

Die Membranröhrchen sind im Wesentlichen als zylinderförmige Körper mit einer Mantelfläche ausgebildet und müssen keinen runden Querschnitt aufweisen. Sie können sich im Wesentlichen parallel zueinander erstrecken, jedoch kann jede andere denkbare Anordnung ebenfalls sinnvoll sein.The membrane tubes are substantially formed as a cylindrical body with a lateral surface and need not have a round cross-section. They may extend substantially parallel to each other, but any other conceivable arrangement may also be useful.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Wände der Membranröhrchen faserverstärkt ausgebildet sind und/oder eine Stützgitteranordnung im Inneren des Gehäuses angeordnet ist, welche dazu ausgebildet ist, die Membranröhrchen abzustützen. Durch diese Maßnahmen kann der Aufbau im Inneren der Gastrennbox stabilisiert werden und es kann insbesondere verhindert werden, dass einzelne Membranröhrchen unter den herrschenden Druckverhältnissen strukturell versagen und dadurch in ihrer Funktionalität eingeschränkt werden können. Die Stützgitteranordnung kann insbesondere mehrere bezüglich der Längsachsen der im Wesentlichen parallel zueinander angeordneten Membranröhrchen axial versetzt zueinander angeordnet sein. Jedes der Stützgitter kann mehrere voneinander getrennte Ausnehmungen aufweisen, durch die sich wenigstens eines oder mehrere Membranröhrchen parallel zueinander erstrecken können.Furthermore, it can be provided that the walls of the membrane tubes are fiber-reinforced and / or a support grid arrangement is arranged in the interior of the housing, which is designed to support the membrane tubes. By these measures, the structure in the interior of the gas separation box can be stabilized and it can be prevented, in particular, that individual membrane tubes fail structurally under the prevailing pressure conditions and can therefore be restricted in their functionality. The support grid arrangement can in particular be arranged offset axially relative to one another with respect to the longitudinal axes of the membrane tubes arranged substantially parallel to one another. Each of the support grids may have a plurality of mutually separate recesses through which at least one or more membrane tubes may extend parallel to one another.

Im Bereich des zweiten Auslasses, auch Restgasauslass genannt, können die Membranröhrchen eine Querschnittsverengung aufweisen und/oder es können andere Maßnahmen getroffen sein, die den darüber geführten Luftstrom zu drosseln vermögen, um den Druck im Inneren der Membranröhrchen und die Strömungsgeschwindigkeit darin so einzustellen, dass die Sauerstoffmoleküle in ausreichender Menge quer zur Längsachse der Membranröhrchen in den durch das Gehäuse begrenzten Sammelraum abgegeben werden können. Alternativ können die verbliebenen Restgase auch direkt über die Membranröhrchen bzw. deren Auslässe an die Umwelt abgegeben werden.In the region of the second outlet, also referred to as residual gas outlet, the membrane tubes can have a cross-sectional constriction and / or other measures can be taken which are able to throttle the air flow guided over it in order to adjust the pressure inside the membrane tube and the flow rate therein the oxygen molecules can be dispensed in a sufficient amount transverse to the longitudinal axis of the membrane tube in the limited space through the housing plenum. Alternatively, the remaining residual gases can also be released directly via the membrane tubes or their outlets to the environment.

An und innerhalb der Gastrennbox stellen sich mehrere unterschiedliche Drücke ein:
Über einen geeignet dimensionierten Sammeleinlass wird die von einem Kompressor auf hohen Druck P1 verdichtete Ansaugluft in noch normaler atmosphärischer Zusammensetzung in die Membranröhren gepresst. Deren Anzahl, Querschnitt und Länge sind geeignet zu wählen, dass die „unerwünschten” Restgase, hauptsächlich also Stickstoff, über den Restgasauslass an die Umwelt abgegeben werden. Die Auslässe der Membranröhrchen können dabei geeignet gedrosselt werden, so dass der Druck P3 an diesen Auslässen und die Strömungsgeschwindigkeit in den Röhren so eingestellt sind, dass der Sauerstoff in ausreichender Menge quer zur Röhrenorientierung in den Sammelraum abgegeben werden kann. Über den Sammelauslass soll die nunmehr nahezu nur noch aus Sauerstoff bestehende Ansaugluft in der erforderlichen Menge mit einem Druck P2 in den bzw. die ansaugenden Zylinder des Motors geführt werden.At and inside the gas separation box, several different pressures occur:
By means of a suitably dimensioned collection inlet, the intake air compressed by a compressor to high pressure P1 is pressed into the membrane tubes in still normal atmospheric composition. Their number, cross section and length are suitable to choose that the "unwanted" residual gases, mainly nitrogen, are discharged through the residual gas outlet to the environment. The outlets of the membrane tube can be suitably throttled, so that the pressure P3 at these outlets and the flow rate in the tubes are adjusted so that the oxygen can be discharged in sufficient quantity transversely to the tube orientation in the plenum. About the collection of the now almost only made of oxygen intake air in the required amount with a pressure P2 in the or the intake cylinder of the engine to be performed.

Grundsätzlich sind also die Drücke so einzustellen, dass ein großer Differenzdruck über die Membranoberflächen sichergestellt ist, d. h.: P1 > P3 > P2. Dabei kann P2 entweder in etwa dem Atmosphärendruck PO entsprechen oder sogar beim Ansaugen des Motors darunter liegen, oder aber mit nochmaliger Kompressorunterstützung erneut so verdichtet werden, dass der Motor „aufgeladen” wird. Damit die Restgase auch an die Umgebung abgegeben werden können, muss P3 > P0 sein.Basically, therefore, the pressures are adjusted so that a large differential pressure across the membrane surfaces is ensured, d. h .: P1> P3> P2. In this case, P2 can either correspond approximately to the atmospheric pressure PO or even be lower when the engine is being sucked in, or be compressed again with additional compressor assistance so that the engine is "charged". So that the residual gases can also be released to the environment, P3> P0 must be.

Das vorstehend beschriebene Design einer Gastrennbox ermöglicht es, einen großen Differenzdruck über die Membranoberflächen sicherzustellen und die Forderung nach einem vergleichsweise hohen Durchsatz bei kleinem zur Verfügung stehenden Bauraum zu erfüllen.The above-described design of a gas separation box makes it possible to ensure a large differential pressure across the membrane surfaces and to meet the requirement for a comparatively high throughput with a small amount of space available.

Die überwiegend Stickstoff enthaltenden Restgase können zudem beispielsweise auf Öltankern sinnvoll als Schutzgase eingesetzt werden, die derzeit mit Schutzgasgeneratoren durch Verbrennen von Treibstoff mit Luft bzw. Mischung mit Abgasen erzeugt werden und dementsprechend Probleme zum Beispiel durch Ruß verursachen.The predominantly nitrogen-containing residual gases can also be useful for example on oil tankers used as shielding gases, which are currently produced with inert gas generators by burning fuel with air or mixture with exhaust gases and therefore cause problems, for example by soot.

Unabhängig von der Ausgestaltung der Anordnung zur Anreicherung des Sauerstoffgehalts in der Ansaugluft kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Fluideinspritzung eine Einspritzpumpe umfasst, die dazu ausgebildet ist, ein gereinigtes Fluid, insbesondere Wasser, in die Brennkammer einzuspritzen.Regardless of the configuration of the arrangement for enriching the oxygen content in the intake air, it can furthermore be provided that the fluid injection comprises an injection pump, which is designed to inject a purified fluid, in particular water, into the combustion chamber.

Selbstverständlich sind alternativ zu Wasser als Fluid auch andere Fluide oder Fluidmischungen denkbar.Of course, as an alternative to water as fluid, other fluids or fluid mixtures are conceivable.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Fluideinspritzung einen Fluidtank umfasst, der mit der Einspritzpumpe über eine Zuleitung verbunden ist und dazu ausgebildet ist, das nicht am Verbrennungsprozess beteiligte Fluid zu bevorraten. Um die Einspritzung auch bei niedrigen Außentemperaturen sicherzustellen, bietet sich die Beimengung von z. B. Ethanol an, da es als Frostschutz wirkt und zugleich hygroskopisch ist und damit trotz des um 20% geringeren spezifischen Gewichts als Wasser mit diesem mischbar ist. Es soll jedoch vor dem Einspritzen wieder abgeschieden werden. Verfahren hierzu sind bekannt. Alternativ Frostschutzmittel oder -methoden, wie Beheizen des Tanks sind ebenfalls denkbar.Furthermore, it may be provided that the fluid injection comprises a fluid tank, which is connected to the injection pump via a supply line and is adapted to store the non-involved in the combustion process fluid. To ensure the injection even at low outdoor temperatures, the addition of z. As ethanol, since it acts as antifreeze and at the same time is hygroscopic and thus despite the 20% lower specific gravity than water is miscible with this. However, it should be separated again before injection. Methods for this are known. Alternatively antifreeze or methods, such as heating the tank are also conceivable.

Neben dieser schlichten und doch notwendigen Funktion einer Bevorratung des einzuspritzenden Fluides kann der Fluidtank jedoch weiterhin auch für eine Nassfilterung der Abgase dienen. Hierzu kann vorgesehen sein, dass die Abgasabführung ferner eine Abgasrückführung aufweist, die mit dem Fluidtank verbunden ist und dazu ausgebildet ist, das beim Verbrennungsprozess entstehende Abgas-Fluidgemisch in den Fluidtank zuzuführen. Hierdurch können mehrere Effekte erzielt werden: Zum einen kann das Fluid, welches in der Brennkammer in einen gasförmigen Zustand überführt wurde, wieder außerhalb der Brennkammer kondensiert und rückgewonnen werden, so dass der Fluidtank vergleichsweise klein gehalten werden kann. Zum anderen können mittels des Fluides gefangene Partikel in den Fluidtank geführt werden.In addition to this simple yet necessary function of storing the fluid to be injected, however, the fluid tank can continue to serve also for a wet filtration of the exhaust gases. For this purpose, it may be provided that the exhaust gas outlet further comprises an exhaust gas recirculation, which is connected to the fluid tank and is adapted to supply the resulting during the combustion process exhaust gas fluid mixture in the fluid tank. On the one hand, the fluid, which was converted into a gaseous state in the combustion chamber, can again be condensed outside the combustion chamber and recovered, so that the fluid tank can be kept comparatively small. On the other hand, particles trapped by means of the fluid can be guided into the fluid tank.

Für eine besonders effiziente Reinigung des Fluides in dem Fluidtank kann weiterhin wenigstens einen dem Fluidtank zugeordneten Partikelfilter aufweisen, der zur Reinigung und insbesondere zur Abscheidung von Partikeln ausgebildet ist. Der Partikelfilter kann insbesondere dem Fluidtank nachgeschaltet sein, um die Reinigung und Rückgewinnung des nicht am Verbrennungsprozess beteiligten Fluids sicherzustellen,For a particularly efficient cleaning of the fluid in the fluid tank may further comprise at least one associated with the fluid tank particulate filter, which is designed for cleaning and in particular for the separation of particles. In particular, the particle filter may be connected downstream of the fluid tank in order to ensure the purification and recovery of the fluid not involved in the combustion process,

Durch Bereitstellung eines oder mehrerer dem Fluidtank zugeordneten Partikelfilter kann eine effiziente Nassfilterung des Abgas-Fluidgemischs erzielt werden und zugleich eine sinnvolle Rückgewinnung des Fluides erreicht werden. Durch Austausch oder Reinigung des oder der Partikelfilter können die abgeschiedenen Partikelschlämme in regelmäßigen Intervallen, beispielsweise im Rahmen von Inspektionen, umweltgerecht entsorgt werden.By providing one or more particle filters associated with the fluid tank, efficient wet filtration of the exhaust gas-fluid mixture can be achieved and, at the same time, meaningful recovery of the fluid can be achieved. By replacing or cleaning the particle filter (s), the separated particle sludge can be disposed of at regular intervals, for example as part of inspections, in an environmentally sound manner.

Dadurch, dass mit Hilfe der Fluideinspritzung ein nicht am Verbrennungsprozess beteiligtes Fluid zur Herabsetzung der Temperatur im Inneren der Brennkraftmaschine und/oder der Abgastemperatur genutzt wird, kann auf eine zusätzliche Kühlung der Brennkraftmaschine, sofern deren Funktion nicht die Erzeugung von Wärme ist, erheblich reduziert werden. Weiterhin kann der beispielsweise in Kraftfahrzeugen übliche vergleichsweise komplexe Abgasstrang signifikant vereinfacht werden, da die nassgefilterten Abgase ohnehin bereits nahezu stickoxid- und partikelfrei sind. Zur verbliebenen Abtrennung von beispielsweise Kohlendioxid, z. B. bei Kraftwerken, können bekannte Gastrennverfahren eingesetzt werden.Characterized in that with the help of the fluid injection, a not involved in the combustion process fluid is used to reduce the temperature inside the internal combustion engine and / or the exhaust gas temperature, can be significantly reduced to additional cooling of the internal combustion engine, if its function is not the generation of heat , Furthermore, the comparatively complex exhaust gas line which is customary, for example, in motor vehicles can be significantly simplified, since the wet-filtered exhaust gases are already almost free of nitrogen oxide and particles anyway. For the remaining separation of, for example, carbon dioxide, for. As in power plants, known gas separation processes can be used.

Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zur Optimierung des Verbrennungsprozesses in einer Brennkraftmaschine mit den Schritten gemäß Anspruch 10 sowie eine Anordnung zur Anreicherung des Sauerstoffgehalts gemäß Anspruch 14.Furthermore, the present invention also relates to a method for optimizing the combustion process in an internal combustion engine with the steps according to claim 10 and an arrangement for enriching the oxygen content according to claim 14.

Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt bzw. werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben. Die Figuren zeigen dabei schematisiert eine denkbare Ausführungsform der Erfindung, bei der mehrere Merkmale miteinander kombiniert dargestellt sind. Selbstverständlich kann ein Fachmann jedoch diese Merkmale auch losgelöst voneinander betrachten und gegebenenfalls zu sinnvollen Unterkombinationen zusammenfügen, ohne erfinderisch tätig werden zu müssen.Further features of the invention are set forth in the subclaims or will be described in more detail below with reference to the figures. The figures show schematically a conceivable embodiment of the invention, in which several features are shown combined. Of course, however, a person skilled in the art can also consider these features detached from one another and, if necessary, combine them into meaningful subcombinations without having to be inventive.

Es zeigen schematisch:They show schematically:

1 ein Flussdiagramm, das schematisiert Komponenten und Abläufe der vorliegenden Erfindung darstellt; und 1 a flowchart schematically illustrating components and processes of the present invention; and

2A bis 2C eine erfindungsgemäße Anordnung zur Anreicherung der Ansaugluft mit Sauerstoff in einer Seitenansicht (2A), in einer ersten Schnittansicht gemäß der Linie A-A in 2A (2B) und in einer zweiten Schnittansicht gemäß der Linie B-B in 2A (2C). 2A to 2C an arrangement according to the invention for enriching the intake air with oxygen in a side view ( 2A ), in a first sectional view along the line AA in 2A ( 2 B ) and in a second sectional view along the line BB in FIG 2A ( 2C ).

Die 1 zeigt stark schematisiert die Komponenten und Abläufe gemäß der vorliegenden Erfindung.The 1 shows very schematically the components and processes according to the present invention.

Die Brennkraftmaschine kann, wie bei der gezeigten Ausführungsform der 1 beispielsweise als Verbrennungsmotor 1 ausgestaltet sein. Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung jedoch nicht auf Verbrennungsmotoren beschränkt und lasst sich, wie eingangs dargestellt, auch auf jede andere Art von Brennkraftmaschinen anwenden.The internal combustion engine can, as in the embodiment shown the 1 for example as an internal combustion engine 1 be designed. Of course, however, the present invention is not limited to internal combustion engines and let, as described above, apply to any other type of internal combustion engine.

Der Motor 1 umfasst eine Kraftstoffeinspritzung in Form eines Ansaugtrakts 2 zum Ansaugen von Außenluft, die als Ansaugluft der Brennkammer 6-4 des Motors 1 zugeführt werden kann, sowie eine Kraftstoffeinspritzung in Form einer Kraftstoffanlage 3 zur Zuführung eines Kraftstoffs aus einem Kraftstofftank 3-1 mittels einer Einspritzpumpe 3-2 in die Brennkammer 6-4 des Motors 1. The motor 1 includes a fuel injection in the form of an intake tract 2 for sucking in outside air, which is the intake air of the combustion chamber 6-4 of the motor 1 can be supplied, as well as a fuel injection in the form of a fuel system 3 for supplying a fuel from a fuel tank 3-1 by means of an injection pump 3-2 into the combustion chamber 6-4 of the motor 1 ,

Demgemäß wird bei der gezeigten Ausführungsform der 1 in einem ersten Schritt S100 Ansaugluft für den Motor 1 aus der Umgebung angesaugt. Die Ansaugluft kann, wie gezeigt, weiterhin in den weiteren Schritten S101, S102 und S103 in einem Ansaugtrakt 2 von Partikeln gereinigt, komprimiert und getrennt werden.Accordingly, in the illustrated embodiment, the 1 in a first step S100 intake air for the engine 1 sucked from the environment. The intake air may continue to be shown in the further steps S101, S102 and S103 in an intake tract, as shown 2 be cleaned of particles, compressed and separated.

In Schritt S101 dient beispielsweise ein Luftfilter 2-1 zur Reinigung der Ansaugluft von Partikeln.In step S101, for example, an air filter is used 2-1 for cleaning the intake air of particles.

In dem weiteren Schritt S102 kann die Ansaugluft dann mittels eines Kompressors 6-2 komprimiert werden. Der Kompressor 6-2 kann beispielsweise von der Motorwelle angetrieben oder in geeigneten Fällen auch elektrisch angetrieben sein.In the further step S102, the intake air can then by means of a compressor 6-2 be compressed. The compressor 6-2 For example, it can be driven by the motor shaft or in some cases electrically driven.

In dem weiteren Schritt S103 erfolgt die Gastrennung, bei der mit Hilfe einer Gastrennbox 6-3 eine Abspaltung von Stickstoffen und anderen atmosphärischen Gasmolekülen aus der Ansaugluft erreicht und so die Ansaugluft mit Sauerstoff angereichert werden kann.In the further step S103, the gas separation, in which by means of a Gastrennbox 6-3 a separation of nitrogen and other atmospheric gas molecules from the intake air reaches and so the intake air can be enriched with oxygen.

Die Gastrennbox 6-3 kann die Gastrennung unter Zuhilfenahme einer Membran durchführen. Eine denkbare Ausführungsform einer solchen Gastrennbox ist nachfolgend in den 2A bis 2C gezeigt und näher beschrieben. Alternativ oder zusätzlich kann die Gastrennbox jedoch auch weitere Verfahren zur Gastrennung nutzen.The gas separation box 6-3 can carry out the gas separation with the aid of a membrane. A conceivable embodiment of such a gas separation box is described below in FIGS 2A to 2C shown and described in more detail. Alternatively or additionally, however, the gas separation box can also use other methods for gas separation.

Die nunmehr mit Sauerstoff angereicherte Ansaugluft wird nun in einem weiteren Schritt S104 der Brennkammer 6-4 des Motors 1 ggf. nochmals mittels eines Kompressors verdichtet (nicht dargestellt) zugeführt. Der Motor 1 ist, wie in der 1 dargestellt, beispielsweise als Viertakt-Motor ausgestaltet und durchläuft in einem weiteren Schritt S105 in dem dargestellten Beispiel vier Arbeitstakte eines Verbrennungsprozesses, nämlich (1) Ansaugen, (2) Verdichten, (3) Verbrennen & Expandieren, (4) Ausstoßen.The now enriched with oxygen intake air is now in a further step S104 of the combustion chamber 6-4 of the motor 1 possibly again compressed by means of a compressor (not shown) supplied. The motor 1 is like in the 1 represented, for example, designed as a four-stroke engine and in a further step S105 in the illustrated example, four working cycles of a combustion process, namely (1) suction, (2) compression, (3) burning & expanding, (4) ejection.

In bekannter Weise wird in einem Schritt S106 von der Kraftstoffanlage 3 aus dem Kraftstofftank 3-1 über eine Hochdruck-Einspritzpumpe 3-2 zu Beginn des dritten Arbeitstaktes des Schritts S105, (3) Verbrennen & Expandieren, Kraftstoff eingespritzt. Mit geeignetem zeitlichen Versatz hierzu wird in einem weiteren Schritt S107 aus einer zusätzlichen Fluidanlage 8 ein nicht am Verbrennungsprozess beteiligtes Fluid, beispielsweise Wasser oder eine Fluidmischung; aus einem Wassertank 8-1 über eine Einspritzpumpe 8-5 in die Brennkammer der Brennkraftmaschine 1 eingespritzt.In a known manner, in a step S106 of the fuel system 3 from the fuel tank 3-1 via a high-pressure injection pump 3-2 at the beginning of the third working stroke of step S105, (3) burning & expanding, fuel injected. With a suitable time offset for this purpose, in a further step S107 an additional fluid system is used 8th a fluid not involved in the combustion process, for example water or a fluid mixture; from a water tank 8-1 via an injection pump 8-5 in the combustion chamber of the internal combustion engine 1 injected.

Dem nach dem zweiten Arbeitstakt des Schritts S105, (2) Verdichten, in der Brennkammer verdichteten Gas wird aus dem Kraftstofftank 3-1 über die Hochdruck-Einspritzpumpe 3-2 weniger Kraftstoff eingespritzt, als dies nach dem stöchiometrischen Verhältnis erforderlich wäre, d. h. die Verbrennung soll spontan mit Sauerstoffüberschuss so ablaufen, dass sie vollständig ist.The gas compressed in the combustion chamber after the second power stroke of step S105, (2) is exhausted from the fuel tank 3-1 via the high-pressure injection pump 3-2 injected less fuel than would be required by the stoichiometric ratio, ie the combustion should spontaneously run with excess oxygen so that it is complete.

Unmittelbar danach zu einem geeigneten Zeitpunkt, sodass die Verbrennung nicht gestört wird, aber noch relativ am Anfang des Expansionstaktes (zweiter Teilschritt des Arbeitstaktes (3) Verbrennen und Expandieren des Schritts S105), wird das nicht am Verbrennungsprozess beteiligte Fluid eingespritzt, sodass die nachfolgend beschriebenen Effekte erreicht werden können:
Die aus der Verbrennung überschüssige Wärme geht nicht mehr über die abgeführten Abgase und einen üblicherweise erforderlichen Kühler verloren, sondern wird zur Verdampfung des eingespritzten Fluides genutzt. Hierdurch wird eine erhebliche Volumenzunahme und damit Druckzunahme innerhalb der Brennkammer 6-4 erreicht, die für die Gewinnung von Bewegungsenergie genutzt werden kann. Gleichzeitig wird eine nennenswerte Abkühlung der Abgase innerhalb der Brennkammer 6-4 erreicht. Die Dosierung des Fluides ist dabei so vorzunehmen, dass eine Rußbildung weitgehend vermieden wird und dass beim Ausstoßen des Abgas-Fluidgemischs eben gerade noch keine Flüssigkeitströpfchen gebildet werden.Immediately thereafter at an appropriate time so that the combustion is not disturbed, but relatively at the beginning of the expansion stroke (second step of the power stroke (3) burning and expanding the step S105), the not involved in the combustion process fluid is injected, so that described below Effects can be achieved:
The excess heat from the combustion is no longer lost on the exhaust gases discharged and a cooler usually required, but is used to evaporate the injected fluid. As a result, a significant volume increase and thus pressure increase within the combustion chamber 6-4 achieved, which can be used for the production of kinetic energy. At the same time, there is a considerable cooling of the exhaust gases within the combustion chamber 6-4 reached. The metering of the fluid is to be carried out so that soot formation is largely avoided and that when discharging the exhaust fluid mixture just just no liquid droplets are formed.

Bei der gezeigten Ausführungsform der 1 ist zusätzlich noch eine Rückführung des Abgas-Fluidgemischs vorgesehen. So wird im Schritt S108' das gesamte Abgas-Fluidgemisch zurück zu dem Fluidtank 8-1 geführt und währenddessen kondensiert (S108'') und in weiteren Schritten S109, 110 und 111 über einen Partikelfilter 8-2, weitere Fluid-/Gasabscheider 8-3 und gegebenenfalls einen Ethanol-Abscheider 8-4 wieder gereinigt und aufbereitet, sodass dieses wiederum erneut der Brennkammer der Brennkraftmaschine 1 zugeführt werden kann. Die verbleibenden Abgase sind nach Durchlaufen dieser Nassfilterung innerhalb des Fluidtanks 8-1 nahezu stickoxidfrei, und eventuelle Rußpartikel werden gebunden, sodass diese allenfalls noch einen vergleichsweise einfachen Abgasstrang (nicht gezeigt) durchlaufen müssen, ehe sie an die Außenumgebung abgegeben werden können (Schritt S112). Ein solcher einfacher Abgasstrang kann jedoch gegebenenfalls auch ganz entfallen, ebenso wie ein sonst üblicherweise erforderlicher Kühler zur Motorkühlung, da die Fluideinspritzung eine ausreichende Kühlung der Brennkraftmaschine 1 ermöglichen kann. Allenfalls kann noch ein sogenannter Not-Kühler 4 vorgesehen sein, um gegebenenfalls bei einem Ausfall der Fluideinspritzung eine Beschädigung des Motors bzw. der Brennkraftmaschine 1 zu verhindern und/oder der Fahrzeugheizung zu dienen.In the embodiment shown the 1 In addition, a return of the exhaust gas-fluid mixture is provided. Thus, in step S108 ', all the exhaust fluid mixture is returned to the fluid tank 8-1 and meanwhile condensed (S108 '') and in further steps S109, 110 and 111 via a particulate filter 8-2 , further fluid / gas separators 8-3 and optionally an ethanol separator 8-4 again cleaned and prepared, so that in turn the combustion chamber of the internal combustion engine 1 can be supplied. The remaining exhaust gases are after passing through this wet filtration within the fluid tank 8-1 almost nitrogen oxide free, and any soot particles are bound, so that they may still have to go through a relatively simple exhaust line (not shown) before they can be discharged to the outside environment (step S112). However, if necessary, such a simple exhaust gas line can also be completely dispensed with, as well as an otherwise conventionally required radiator for engine cooling, since the fluid injection sufficient cooling of the internal combustion engine 1 can allow. At most, can still a so-called emergency cooler 4 be provided to possibly in case of failure of the fluid injection damage to the engine or the internal combustion engine 1 to prevent and / or to serve the vehicle heating.

Die anfallenden Schlämme im Partikelfilter 8-2 können beispielsweise im Rahmen einer Inspektion entsorgt werden (Schritt S113). Weiterhin kann auch das abgeschiedene Ethanol in einem weiteren Schritt S114 rückgeführt werden.The resulting sludge in the particle filter 8-2 For example, they may be disposed of as part of an inspection (step S113). Furthermore, the separated ethanol can also be recycled in a further step S114.

Besonders vorteilhaft die die Rückführung und Rückgewinnung des Fluides aus dem Abgas-Fluidgemisch auch deshalb, weil hierdurch der Fluidtank vergleichsweise klein gehalten werden kann, was für eine mobile Anwendung der Brennkraftmaschine besonders relevant ist.Particularly advantageous the return and recovery of the fluid from the exhaust gas-fluid mixture also because this way the fluid tank can be kept relatively small, which is particularly relevant for a mobile application of the internal combustion engine.

In den 2A bis 2C ist weiterhin eine Gastrennbox 6-3 (siehe 1) exemplarisch detaillierter dargestellt. Die gezeigte Gastrennbox 6-3 umfasst ein Gehäuse 10, das mit seinen Seitenwänden einen Sammelraum 12 begrenzt. Weiterhin ist ein Sammeleinlass 14 vorgesehen, über den die Ansaugluft wie vorstehend beschrieben in das Innere der Gastrennbox gelangt. Der Sammeleinlass 14 ist dabei derart dimensioniert, dass die verdichtete Ansaugluft in noch normaler atmosphärischer Zusammensetzung in das Innere des Gehäuses 10 gepresst wird und sich in das Innere des Gehäuses 10 über dessen gesamten Querschnitt gleichmäßig verteilen kann. In der 2A ist der Sammeleinlass 14 sich in Flussrichtung der Ansaugluft ausdehnend ausgebildet, wodurch eine gleichmäßige Verteilung der Ansaugluft in die nachfolgend beschriebenen Membranröhrchen 16 erreicht werden soll.In the 2A to 2C is still a gas separation box 6-3 (please refer 1 ) illustrated in more detail by way of example. The gas separation box shown 6-3 includes a housing 10 , with its side walls a collecting space 12 limited. Furthermore, a collection inlet 14 provided via which the intake air passes as described above into the interior of the gas separation box. The collection inlet 14 is dimensioned such that the compressed intake air in still normal atmospheric composition in the interior of the housing 10 and is pressed into the interior of the case 10 can distribute evenly over its entire cross-section. In the 2A is the collection inlet 14 formed expansively in the flow direction of the intake air, whereby a uniform distribution of the intake air in the membrane tube described below 16 should be achieved.

Im Inneren des Gehäuses 10 sind, wie in der 2B und 2C deutlicher zu erkennen ist, eine Anzahl von röhrenförmigen Membranen bzw. Membranröhrchen 16 angeordnet. Diese sind in der gezeigten Ausführungsform im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet und füllen einen Großteil des Sammelraums 12 aus. Durch die Ausgestaltung des sich in Strömungsrichtung der Ansaugluft ausdehnenden Sammeleintritts 14 wird auch in die äußeren gehäusewandnahen Membranröhrchen 16 Ansaugluft gepresst, so dass eine effiziente Bauraumausnutzung der Gastrennbox 6-3 erreicht werden kann.Inside the case 10 are, as in the 2 B and 2C is more clearly recognizable, a number of tubular membranes or membrane tubes 16 arranged. In the embodiment shown, these are arranged substantially parallel to one another and fill a large part of the collecting space 12 out. Due to the design of the collecting inlet extending in the flow direction of the intake air 14 is also in the outer wall near the housing membrane tube 16 Pressed intake air, allowing an efficient use of space of the gas separation box 6-3 can be achieved.

Die Anzahl der Membranröhrchen wie auch ihr Querschnitt und ihre Länge können variieren und sind nicht auf die gezeigte Ausgestaltungsvariante beschränkt. Bei der gezeigten Ausführungsform sind die Membranröhrchen 16 mit einem kreisförmigen Querschnitt ausgebildet, andere Querschnitte, beispielsweise polygonförmige Querschnitte, können jedoch ebenfalls von Vorteil sein.The number of membrane tubes as well as their cross-section and their length may vary and are not limited to the embodiment shown. In the embodiment shown, the membrane tubes are 16 formed with a circular cross-section, other cross-sections, such as polygonal cross-sections, however, may also be advantageous.

Die Membranröhrchen können zur Erhöhung ihrer Stabilität aus einem faserverstärktem Trennmembranmaterial hergestellt sein. Weiterhin oder alternativ können, wie in der gezeigten Ausführungsform, Trenn- und Stützgitter 18 vorgesehen sein, die zum einen die Membranröhrchen 16 abstützen und stabilisieren und zum anderen diese auf Abstand zueinander halten können, um den für die mit Sauerstoff angereicherte Ansaugluft, welche durch die Membranwände durchgetreten ist, verfügbaren Anteil des Sammelraums 12 zu gewährleisten. Auch hier ist die gezeigte Anzahl und Anordnung der Stützgitter 18 nur beispielhaft gewählt.The membrane tubes may be made of a fiber-reinforced separation membrane material for increased stability. Furthermore or alternatively, as in the embodiment shown, separation and support grid 18 be provided, on the one hand the membrane tube 16 support and stabilize and on the other hand they can keep them at a distance to each other, the available for the oxygen-enriched intake air which has passed through the membrane walls portion of the plenum 12 to ensure. Again, the number and arrangement shown is the support grid 18 chosen only as an example.

Im Bereich der Auslässe der Membranröhrchen 16 können diese durch eine Querschnittsverengung oder andere geeignete Mittel gedrosselt sein (nicht gezeigt), um einen in den Membranröhrchen 16 herrschenden Druck und die Strömungsgeschwindigkeit innerhalb der Membranröhrchen 16 derart einzustellen, dass die Sauerstoffmoleküle in ausreichender Menge quer zur Längsachse der Membranröhrchen 16 durch die Membranwände dringen und in den Sammelraum 12 abgegeben werden können.In the area of the outlets of the membrane tubes 16 For example, they may be throttled by a restriction in the cross-section or other suitable means (not shown) to one in the membrane tube 16 prevailing pressure and the flow rate within the membrane tube 16 adjust so that the oxygen molecules in a sufficient amount transverse to the longitudinal axis of the membrane tube 16 penetrate through the membrane walls and into the collecting space 12 can be delivered.

Das Gehäuse 10 weist zusätzlich einen ersten Sammelauslass 20 auf, durch den die im Sammelraum 12 aufgenommene Ansaugluft, welche bereits mit Sauerstoff angereichert wurde, aus dem Gehäuse austreten kann. Weiterhin ist ein zweiter Auslass (Restgasauslass) 22 vorgesehen, der beispielsweise als Sammelauslass ausgebildet sein kann (nicht dargestellt). Die Membranröhrchen 16 bilden in der dargestellten Ausführungsform mit ihren individuellen Auslässen den Restgasauslass 22, so dass hierüber die Stickstoff und andere restliche atmosphärische Gase enthaltende Ansaugluft, welche über die Membranröhrchen 16 durch das Gehäuse 10 geführt wird, aus der Gastrennbox 6-3 abgegeben werden kann. Alternativ können die Membranröhrchen auch in einen als Sammelauslass ausgebildeten Auslass münden (nicht dargestellt), über welchen dann die Restgase nach außen geführt werden.The housing 10 additionally has a first collection outlet 20 on, through which the in the collecting space 12 absorbed intake air, which has already been enriched with oxygen, can escape from the housing. Furthermore, a second outlet (residual gas outlet) 22 provided, which may be formed, for example, as a collection outlet (not shown). The membrane tubes 16 form in the illustrated embodiment with their individual outlets the residual gas outlet 22 such that the intake air containing nitrogen and other residual atmospheric gases is passed over it via the membrane tubes 16 through the housing 10 is guided, from the gas separation box 6-3 can be delivered. Alternatively, the membrane tubes can also open into an outlet formed as a collection outlet (not shown), via which the residual gases are then led to the outside.

Am Austritt der Membranröhrchen 16 bzw. Restgasauslass 22, stellt sich ein Druck P3 ein, der kleiner ist als der Druck P1 im Bereich des Sammeleinlasses 12 und größer ist als der Druck P2 im Bereich des ersten Sammelauslasses 20. Der Druck P3 muss größer sein als der Umgebungsdruck P0, damit die Restgase auch austreten können. Die mit Sauerstoff angereicherte Ansaugluft kann selbstverständlich nach Austritt aus der Gastrennbox 6-3 weiter mittels eines Kompressors verdichtet werden, um den Motor „aufzuladen”.At the exit of the membrane tubes 16 or residual gas outlet 22 , a pressure P3 which is smaller than the pressure P1 in the area of the collecting inlet is established 12 and greater than the pressure P2 in the region of the first collection outlet 20 , The pressure P3 must be greater than the ambient pressure P0, so that the residual gases can escape as well. The oxygen-enriched intake air can of course after leaving the Gastrennbox 6-3 be further compressed by means of a compressor to "charge" the engine.

Abschließend sei nochmals darauf hingewiesen, dass eine Anwendung der vorliegenden Erfindung auch auf stationäre Brennkraftmaschinen möglich ist. Soll mithilfe der Brennkraftmaschine Bewegungsenergie erzeugt werden, kann die Fluideinspritzung sinnvoll zur Leistungs- bzw. Effektivitätssteigerung und zur Kühlung der Brennkraftmaschine genutzt werden. Soll mit der Verbrennung Wärmeenergie erzeugt werden, dient die Fluideinspritzung primär der Nassfilterung der Abgase. Die Rückgewinnung des nicht am Verbrennungsprozess beteiligten Fluides kann insbesondere dann sinnvoll sein, wenn das Fluid nicht in großen Mengen zur Verfügung steht. Bei Schiffen, die ohnehin eine Meerwasseraufbereitung aufweisen, kann auf die Rückgewinnung möglicherweise auch verzichtet werden. Finally, it should again be noted that an application of the present invention is also possible on stationary internal combustion engines. If kinetic energy is to be generated by means of the internal combustion engine, the fluid injection can usefully be used to increase the output or increase the efficiency and to cool the internal combustion engine. If thermal energy is to be generated with the combustion, the fluid injection primarily serves for the wet filtering of the exhaust gases. The recovery of the fluid not involved in the combustion process can be useful, in particular, if the fluid is not available in large quantities. For ships, which already have a seawater treatment, the recovery may possibly be waived.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 19710840 A1 [0006]
EP 1250527 B1 [0006]
GB 2339240A [0007]
JP 60-88858 [0007]
DE 102006037805 A1 [0008]
EP 0459083 B1 [0018]
DD 117826 A5 [0024]
DE 1910574 A [0024]
DE 102006037805 B4 [0024]

Claims

System for optimizing the combustion process in an internal combustion engine, comprising: an internal combustion engine, in particular an internal combustion engine ( 1 ), with a combustion chamber ( 6-4 ) as well as a fuel injection ( 3 ) for supplying a combustible fuel into the combustion chamber ( 6-4 ), an air supply ( 2 ), can be supplied via the intake air of the combustion chamber, and an exhaust discharge, via which an exhaust gas mixture formed in the combustion process can be removed, and an arrangement ( 6-3 ) for enriching the oxygen content in the intake air, characterized in that the system further comprises a fluid injection ( 8th ) for supplying a non-involved in the combustion process fluid in the combustion chamber ( 6-4 ).

System according to claim 1, characterized in that the arrangement ( 6-3 ) for enrichment of the oxygen content in the intake air comprises at least one membrane, which is designed to be permeable primarily for oxygen molecules, wherein the membrane in a supply line of the air supply ( 2 ) is arranged.

System according to one of the preceding claims, characterized in that the arrangement ( 6-3 ) to enrich the oxygen content in the intake air a housing ( 10 ) with an inlet ( 14 ), in particular a collection admission ( 14 ), which is adapted to be fed via a feed intake air into the interior of the housing ( 10 ), with a first outlet ( 20 ), in particular a collection outlet ( 20 ), which is adapted to the oxygen-enriched intake air from the housing ( 10 ), and with the air supply of the combustion chamber ( 6-4 ) and a second outlet ( 22 ), which is designed to remove the remaining components of the intake air, wherein inside the housing ( 10 ) a number of membrane tubes ( 16 ) whose walls are made of a material that is primarily permeable to oxygen molecules, and which are substantially separated from the inlet ( 14 ) to the second outlet ( 22 ).

System according to claim 3, characterized in that the walls of the membrane tubes ( 16 ) are formed fiber-reinforced and / or a support grid arrangement ( 18 ) inside the housing ( 10 ), which is adapted to the membrane tubes ( 16 ).

System according to one of the preceding claims, characterized in that the fluid injection ( 8th ) an injection pump ( 8-5 ), which is adapted to a purified fluid, in particular water, in the combustion chamber ( 6-4 ).

System according to claim 5, characterized in that the fluid injection ( 8th ) a fluid tank ( 8-1 ), which is connected to the injection pump ( 8-5 ) is connected via a supply line and is adapted to store the non-involved in the combustion process fluid.

System according to claim 6, characterized in that the exhaust gas removal further comprises an exhaust gas recirculation ( 8-6 ) connected to the fluid tank ( 8-1 ) and is adapted to the resulting in the combustion process exhaust gas-fluid mixture in the fluid tank ( 8-1 ).

System according to claim 6 or 7, characterized in that the fluid tank ( 8-1 ) at least one particulate filter ( 8-2 ), which is designed for the purification of the fluid and in particular for the separation of particles.

Method for optimizing the combustion process in an internal combustion engine, comprising the steps: Suction of ambient air (S100) Enriching the intake air with oxygen by means of a corresponding arrangement (S103); Supplying the enriched and possibly again compressed by a compressor intake air to the combustion chamber by means of an air supply (S104); Initializing the combustion process inside the combustion chamber (S105); Injecting a fuel involved in the combustion into the combustion chamber by means of a fuel injection (S106); Injecting a fluid not involved in the combustion process by means of a fluid injection (S107); and Discharging the resulting during the combustion process exhaust gas-fluid mixture via an exhaust gas discharge (S108).

A method according to claim 9, characterized in that the step of enriching the intake air with oxygen (S103) may comprise at least one of the following sub-steps: purifying the intake air by means of at least one air filter ( 2-1 ) (S101); Compressing the intake air by means of at least one compressor (S102); Separating the intake air by means of at least one diaphragm (S103); and / or separating a partial air stream having a higher oxygen concentration from a partial air stream having a lower oxygen concentration.

A method according to claim 9 or 10, characterized in that the step of injecting a non-combustion process fluid (S106) may comprise at least one of the following substeps: determining the status of the combustion process and / or the combustion temperature inside the combustion chamber, not cleaning the injected one involved in the combustion process by means of at least one fluid tank ( 8-1 ) associated particulate filter ( 8-2 ) (S109); Supplying and optionally compressing the injected non-combustion process fluid from the fluid tank ( 8-1 ) to the injection pump ( 8-5 ); and / or injecting the non-combustion process fluid during the ongoing combustion process or after the combustion process has occurred.

A method according to claim 11, characterized in that the step of discharging the exhaust gas-fluid mixture (S108) produced in the combustion process may comprise at least one of the following sub-steps: supplying the exhaust gas-fluid mixture to the fluid tank by means of exhaust gas recirculation ( 8-6 ) (S108 '); Condensing the additional fluid (S108 '') contained in the exhaust fluid mixture; Depositing the particulates contained in the exhaust fluid mixture on at least one particulate filter (S109); and / or removing the filtered exhaust gas to an exhaust line or to the environment (S112).

Arrangement ( 6-3 for enrichment of the oxygen content for use in a system according to claims 1 to 9 or for carrying out the method according to claims 9 to 12 comprising a housing ( 10 ) with: an inlet ( 14 ), in particular a collection admission ( 14 ), which is adapted to supply via a feed intake air into the interior of the housing ( 10 ), a first outlet ( 20 ), in particular a collection outlet ( 20 ), which is adapted to the oxygen-enriched intake air from the housing ( 10 ), and with the air supply of the combustion chamber ( 6-4 ) and a second outlet ( 22 ), which is designed to remove the remaining components of the intake air, wherein inside the housing ( 10 ) a number of membrane tubes ( 16 ) whose walls are made of a separating membrane material and which are substantially separated from the inlet ( 14 ) to the second outlet ( 22 ).

Arrangement ( 6-3 ) according to claim 13, characterized in that the walls of the membrane tubes ( 16 ) are formed fiber-reinforced and / or a support grid arrangement ( 18 ) inside the housing ( 10 ), which is adapted to the membrane tubes ( 16 ).