WO2007036213A1 - Combustion engine and injection device - Google Patents

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WO2007036213A1
WO2007036213A1 PCT/DE2006/001699 DE2006001699W WO2007036213A1 WO 2007036213 A1 WO2007036213 A1 WO 2007036213A1 DE 2006001699 W DE2006001699 W DE 2006001699W WO 2007036213 A1 WO2007036213 A1 WO 2007036213A1
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Jörg ARNOLD
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    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to an internal combustion engine having an injection device for injecting a combustible fuel into a combustion chamber. Furthermore, the invention relates to an injection device for use in such an internal combustion engine.
  • the supply of the combustible fuel into the combustion chamber by means of an injection device, which provides a precisely predetermined amount of fuel at the appropriate time.
  • the timing and amount of injected fuel can be adjusted to the requirements of optimized combustion and detoxification of the exhaust gas.
  • a droplet stream is usually injected into the combustion chamber.
  • the present invention is therefore based on the object of specifying an internal combustion engine and an injection device of the aforementioned type, according to which the combustion of the fuel is further optimized with a view to a reduction in consumption with structurally simple means.
  • the above object is achieved by an internal combustion engine with the features of claim 1. Thereafter, the internal combustion engine is configured such that the injector has means for evaporating the fuel prior to its combustion.
  • the injector in concrete in a further inventive manner, a means for evaporation of the fuel prior to its combustion.
  • a means for evaporation of the fuel prior to its combustion By the evaporation of the fuel before its combustion or by a supply of the fuel to its place of combustion in vaporized form, an ignitable fuel gas mixture in the combustion chamber is particularly fast. This improves the combustion process in terms of fuel consumption. The evaporation process of the fuel is thereby displaced before the ignition phase to bring the fuel gas mixture quickly into an ignitable state.
  • the means could comprise a heatable capillary through which the fuel is passed for evaporation.
  • the fuel could be guided by an injection pump via the heatable capillary into the combustion chamber.
  • the capillary could be electrically heated.
  • the fuel is vaporized in the hot capillary.
  • a heating wire could be arranged in the capillary. Such a heating wire could be heated by an electrical current flowing therethrough, which would then result in heating of the capillary.
  • the heating wire could preferably extend through the entire capillary.
  • the heating wire would have to be formed from a material which conducts the electric current and which heats up during the current flow.
  • the heating wire could be designed in a structurally particularly simple manner of metal. Tantalum or tungsten are suitable as metals which are particularly preferred and mechanically stable in the case of heat, so that the heating wire could be formed from tantalum or tungsten.
  • the capillary could be formed of a ceramic, wherein the capillary could preferably be designed as a ceramic tube.
  • the capillary could be formed at least partially or partially from metal. Due to the high thermal conductivity of metal, a simple heating is possible here.
  • the inner very hot capillary surface is usually exposed to the fuel flow.
  • the fuel hydrocarbons can react with the inner capillary surface to form an extremely temperature-resistant and chemically extremely corrosion-resistant passivation layer.
  • the capillary could be formed at least partially or partially from a metal suitable for forming a metal carbide. Such a metal may in this case react with the hydrocarbon fuels to form a metal carbide.
  • the capillary could be at least partially or partially made of tantalum in this regard. This metal is particularly suitable because of its chemical inertness.
  • the capillary could be at least partially formed as a conductor or web for their electrical heating.
  • the use of metallic capillary components is particularly well suited. Such metal capillaries can themselves serve as a current path for the electric heating current.
  • the capillary could be arranged within the combustion chamber.
  • the capillary could be heated in a particularly simple and energetically favorable manner directly from the hot combustion gases.
  • the capillary could be arranged outside the combustion chamber. In this case, the capillary is more accessible for maintenance purposes than in an arrangement within the combustion chamber.
  • the capillary could be partially disposed within and partially outside the combustion chamber. This makes it possible to combine the respective advantages of the arrangement inside and outside the combustion chamber.
  • the capillary length, the capillary passage and the capillary wall thickness must be adjusted so that the amount of fuel passed or pumped through each combustion cycle can absorb the necessary heat of vaporization in order to evaporate already in the capillary.
  • a capillary that has cooled down in this way must be "recharged” with heat, for example, electrical heat or heat of combustion, until the next combustion cycle, to avoid heat losses that would have to be reintroduced to the capillary to ensure safe evaporation of the fuel For reasons of safety, electrical insulation is also advantageous.
  • the arranged outside of the combustion chamber part of the capillary could be arranged in a heat energy storage.
  • the capillary part, which is arranged outside the combustion chamber could be packed in a corresponding energy store, which could also assume the task of electrical and / or thermal insulation to the outside.
  • the temperature of the capillary before injection could be 800 ° C. or more.
  • the capillary could be safely embedded in a ceramic.
  • the means could comprise a container for the fuel, in which the fuel is vaporizable or gasifiable.
  • the container could be dimensioned so large that in all operating conditions of the internal combustion engine, a sufficient amount of vaporized or gasified fuel is available.
  • the internal combustion engine could have both a system of capillary and upstream container and a system exclusively with the container and without the capillary. The supply of fuel into the combustion chamber could then take place exclusively from the container.
  • the container could be a high-pressure container for pressures in the range of preferably 100 to 150 bar. This can usually provide a sufficient amount of fuel in the gasified or vaporized state for safe operation of the engine.
  • a heating device could be associated with the container.
  • a heater could be located both in the container and outside the container. In an arrangement of the heater in the container a particularly secure heat transfer to the fuel is possible.
  • the container could be assigned a distribution system for the vaporized or gasified fuel for supplying the vaporized or gasified fuel to the capillary or into the combustion chamber.
  • a supply from the container via a distribution system to the capillary and then into the combustion chamber or a system for supplying the fuel directly into the combustion chamber without intermediate capillary conceivable.
  • the capillary ensures a particularly safe evaporation or gasification of the fuel, Design without capillary a simple construction of the internal combustion engine is realized.
  • the fuel could be spatially inhomogeneous injectable.
  • the fuel at the time of ignition could concentrate in a certain local area as, for example, a spatially limited steam jet or as a vapor cloud.
  • At least one means for swirling the injected fuel could be arranged in the combustion chamber. This would allow a necessary enrichment of the fuel jet with atmospheric oxygen to achieve the ignitability by the already hot, injecting fuel vapor jet is guided in the combustion chamber via one or possibly more vertebral bodies in the combustion chamber.
  • the means could be designed as a preferably profiled pin.
  • the thickness of the pin could correspond approximately to the diameter of the cross-sectional area of the fuel vapor jet.
  • profiled pins could be provided, over the transverse profiles of the steam jet is guided.
  • the subsequent generated turbulence with the air is carried out according to the vortex generation principle in aircraft wings, wherein the profile radius or the profile curvature of the pins determine the degree of turbulence or the air enrichment.
  • tantalum is particularly favorable because it has a very high chemical corrosion resistance and mechanical material strength at very high temperatures.
  • the means could have a plurality of parallel aligned pins.
  • Such pins could protrude, for example as bristles aligned in parallel brush-like manner from the combustion chamber surface and fill the free combustion chamber above the piston surface.
  • the pins could protrude from an interior surface of the combustion chamber or protrude from that surface.
  • the pins could substantially fill the combustion chamber via a piston arranged in the combustion chamber-with a distance from one another. The fuel vapor trail could then be directed perpendicular to the bristles or pins into the combustion chamber.
  • the pins could be formed as preferably heatable glow plugs.
  • the compressed air could be further heated quickly to immediately reach the ignitability of the fuel-air mixture. Due to the small dimension of the pins or swirl pins this process could be called "micro-gasification" in the combustion chamber.
  • the means for swirling the injected fuel could also be formed as a wire mesh, wire tangle or wire wool. Such a wire mesh, wire tangle or such a wire wool could be advantageously formed of tantalum for Dampfverwirbelung and air heating.
  • the combustion chamber should be kept as free from air turbulence as possible, which is an essential difference to the diesel engine combustion technique the conceptual design of the described in DE 101 07096 A1 Schleppbüchsenmotors because he has an optimally symmetrical displacement or combustion chamber without whirling or pinching edges and the air through the control slots much less vortex happens than conventional poppet valves.
  • the required injection technology is already well developed and can be taken over from diesel engine injection technology.
  • a possible combustion with strong combustion pressure peaks due to the strong excess of oxygen or oxidant is conceptually counteracted by a uniform injection over a certain controllable period of time.
  • the injector could be designed for pulsed injection.
  • the injector could be configured for continuous injection. The injection can thus be carried out in a controlled manner from pulsed to continuous. The combustion may then be run, if appropriate, rather than a constant pressure combustion instead of a constant combustion. Due to the large excess of oxidizing agent or atmospheric oxygen in each operating state, the power control of the towed motor can be effected exclusively via the fuel quantity injection.
  • the high temperature tow motor can be operated against any diesel engine due to the proposed injection technique with any fuel.
  • the combustion speed and ignitability of the fuels only play a minor role.
  • the use of fuel and the development of fuel now no longer have to be based on the tendency to knock, but can concentrate entirely on optimizing the reaction side or the exhaust emission behavior of the fuels in the high-temperature combustion.
  • FIG. 1 to 3 in schematic representations parts of thewhosbeispieie an internal combustion engine according to the invention.
  • the internal combustion engine has an injection device 1 for injecting a combustible fuel into a combustion chamber 2.
  • the injector 1 comprises a means 3 for evaporating the fuel prior to its combustion. The fuel is thus evaporated before its combustion by the means 3 and passed in this vaporized form to the ignition in the combustion chamber 2.
  • the means 3 has a heatable capillary 4 for the passage of the fuel.
  • the capillary 4 is electrically heated and partially formed of metal.
  • the capillary 4 is partially formed of a metal suitable for forming a metal carbide, more specifically tantalum.
  • the capillary 4 is partially disposed within and partially outside of the combustion chamber 2.
  • the arranged outside the combustion chamber 2 part of the capillary 4 is disposed in a heat energy storage 5, which provides not only a thermal and electrical insulation to the outside of the capillary 4 out.
  • a means 6 for swirling the injected fuel is further arranged.
  • the fuel is vortexed with a suitable amount of air prior to its combustion.
  • the means 6 for swirling is designed as at least one profiled pin 7. More precisely, a plurality of pins 7 are arranged above a piston arranged in the combustion chamber 2 and not shown here - at a distance from one another.
  • the pins 7 are aligned parallel to one another and substantially fill the combustion chamber 2 above the piston.
  • the injector 1 is designed for pulse-like injection. However, it is also conceivable to design the injection device 1 for continuous injection.
  • Figures 2 and 3 show further parts of embodiments of an internal combustion engine according to the invention, wherein in both embodiments, a container 10 is provided for the fuel in which the fuel is vaporizable or gasifiable.
  • the container 10 is associated with a heater 11.
  • the container 10 is assigned a distribution system 8 for the vaporized or gasified fuel for supplying the vaporized or gasified fuel to the capillary 4 and then into the combustion chamber 2.
  • the vaporized or gasified fuel is passed directly from the container 10 via a fuel line 9 into the combustion chamber 2.
  • the exemplary embodiments shown in FIGS. 2 and 3 can likewise have a means 6 for swirling the injected fuel with pins 7, as shown in FIG.

Abstract

Disclosed is a combustion engine comprising an injection device (1) for injecting a combustible fuel into a combustion chamber (2). In order to burn the fuel in an optimized manner to reduce consumption, said combustion engine is embodied and further developed in such a way that the injection device (1) is provided with a means (3) for evaporating the fuel before the fuel is burned. Also disclosed is an injection device (1) to be used in such a combustion engine.

Description

VERBRENNUNGSMOTOR UND EINE EINSPRITZEINRICHTUNG COMBUSTION ENGINE AND INJECTION DEVICE
Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit einer Einspritzeinrichtung zur Einspritzung eines brennbaren Treibstoffs in einen Brennraum. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Einspritzeinrichtung zur Verwendung in einem derartigen Verbrennungsmotor.The invention relates to an internal combustion engine having an injection device for injecting a combustible fuel into a combustion chamber. Furthermore, the invention relates to an injection device for use in such an internal combustion engine.
Verbrennungsmotoren sowie Einspritzeinrichtungen der eingangs genannten Art sind aus der Praxis bekannt und existieren in den unterschiedlichsten Ausführungsformen. Die bekannten Motoren werden mit beliebigen Treibstoffen wie beispielsweise Benzin oder Diesel oder auch alternativen Treibstoffen betrieben. Die bekannten Motoren sowie Einspritzeinrichtungen finden ihre Anwendung beispielsweise im Kraftfahrzeugbereich.Internal combustion engines and injection devices of the type mentioned are known in practice and exist in a variety of embodiments. The known engines are operated with any fuels such as gasoline or diesel or alternative fuels. The known engines and injectors find their application, for example in the automotive field.
Bei modernen Verbrennungsmotoren erfolgt die Zuführung des brennbaren Treibstoffs in den Brennraum mittels einer Einspritzeinrichtung, die eine exakt vorgebbare Menge an Treibstoff zur geeigneten Zeit liefert. Zeitpunkt und Menge des eingespritzten Treibstoffs können an die Erfordernisse einer optimierten Verbrennung und Entgiftung des Abgases angepasst werden. Dabei wird üblicherweise ein Tröpfchenstrom in den Brennraum eingespritzt.In modern internal combustion engines, the supply of the combustible fuel into the combustion chamber by means of an injection device, which provides a precisely predetermined amount of fuel at the appropriate time. The timing and amount of injected fuel can be adjusted to the requirements of optimized combustion and detoxification of the exhaust gas. In this case, a droplet stream is usually injected into the combustion chamber.
Im Hinblick auf möglichst verbrauchsarme Verbrennungsmotoren ist es wünschenswert, bei einer geforderten Leistungsabgabe ein möglichst stark abgemagertes Treibstoffgasgemisch zur Zündung im Brennraum zu erzeugen bzw. möglichst wenig Treibstoff in den Brennraum einzuspritzen. Trotz möglichst optimierter Einspritzung ist der Treibstoffverbrauch bei den bekannten Verbrennungsmotoren noch relativ hoch.With regard to combustion engines that are as fuel-efficient as possible, it is desirable to generate a fuel gas mixture which is as much as possible emaciated for ignition in the combustion chamber or to inject as little fuel into the combustion chamber as possible at a required power output. Despite the most optimized injection fuel consumption is still relatively high in the known internal combustion engines.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Verbrennungsmotor sowie eine Einspritzeinrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, wonach die Verbrennung des Treibstoffs im Hinblick auf eine Verbrauchsreduktion mit konstruktiv einfachen Mitteln weiter optimiert ist. 99The present invention is therefore based on the object of specifying an internal combustion engine and an injection device of the aforementioned type, according to which the combustion of the fuel is further optimized with a view to a reduction in consumption with structurally simple means. 99
Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe durch einen Verbrennungsmotor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Danach ist der Verbrennungsmotor derart ausgestaltet, dass die Einspritzeinrichtung ein Mittel zur Verdampfung des Treibstoffs vor seiner Verbrennung aufweist.According to the invention the above object is achieved by an internal combustion engine with the features of claim 1. Thereafter, the internal combustion engine is configured such that the injector has means for evaporating the fuel prior to its combustion.
In erfindungsgemäßer Weise ist zunächst erkannt worden, dass durch eine geschickte Ausgestaltung der Einspritzeinrichtung die voranstehende Aufgabe auf überraschend einfache Weise gelöst wird. Hierzu weist die Einspritzeinrichtung im Konkreten in weiter erfindungsgemäßer Weise ein Mittel zur Verdampfung des Treibstoffs vor seiner Verbrennung auf. Durch die Verdampfung des Treibstoffs vor seiner Verbrennung bzw. durch eine Zuführung des Treibstoffs zu seinem Verbrennungsort in verdampfter Form liegt ein zündfähiges Treibstoffgasgemisch im Brennraum besonders schnell vor. Dies verbessert den Verbrennungsprozess hinsichtlich seines Treibstoffverbrauchs. Der Verdampfungsprozess des Treibstoffs wird dabei vor die Zündphase verlegt, um das Treibstoffgasgemisch schnell in einen zündfähigen Zustand zu bringen.In accordance with the invention, it has first been recognized that the above object is achieved in a surprisingly simple manner by a clever design of the injection device. For this purpose, the injector in concrete in a further inventive manner, a means for evaporation of the fuel prior to its combustion. By the evaporation of the fuel before its combustion or by a supply of the fuel to its place of combustion in vaporized form, an ignitable fuel gas mixture in the combustion chamber is particularly fast. This improves the combustion process in terms of fuel consumption. The evaporation process of the fuel is thereby displaced before the ignition phase to bring the fuel gas mixture quickly into an ignitable state.
Im Konkreten könnte das Mittel eine beheizbare Kapillare aufweisen, durch die der Treibstoff zur Verdampfung hindurchgeleitet wird. Dies stellt eine konstruktiv besonders einfache Möglichkeit zur Verdampfung des Treibstoffs vor seiner Verbrennung dar. Dabei könnte der Treibstoff von einer Einspritzpumpe über die beheizbare Kapillare in den Brennraum geführt werden.Specifically, the means could comprise a heatable capillary through which the fuel is passed for evaporation. This represents a structurally particularly simple way of evaporating the fuel before it is combusted. In this case, the fuel could be guided by an injection pump via the heatable capillary into the combustion chamber.
In konstruktiv besonders einfacher Weise könnte die Kapillare elektrisch beheizbar sein. Der Treibstoff wird dabei in der heißen Kapillare zum Verdampfen gebracht.In a structurally particularly simple manner, the capillary could be electrically heated. The fuel is vaporized in the hot capillary.
Im Hinblick auf eine ganz besonders einfache Beheizung der Kapillare könnte in der Kapillare ein Heizdraht angeordnet sein. Ein derartiger Heizdraht könnte durch einen hindurch fließenden elektrischen Strom erwärmt werden, was dann eine Erwärmung der Kapillare zur Folge hätte.With regard to a particularly simple heating of the capillary, a heating wire could be arranged in the capillary. Such a heating wire could be heated by an electrical current flowing therethrough, which would then result in heating of the capillary.
Hinsichtlich einer besonders sicheren Erwärmung der gesamten Kapillare könnte sich der Heizdraht vorzugsweise durch die gesamte Kapillare hindurch erstrecken. T/DE2006/001699With regard to a particularly safe heating of the entire capillary, the heating wire could preferably extend through the entire capillary. T / DE2006 / 001699
Grundsätzlich müsste der Heizdraht aus einem den elektrischen Strom leitenden Material ausgebildet sein, das sich während des Stromflusses erwärmt. Hierzu könnte der Heizdraht in konstruktiv besonders einfacher Weise aus Metall ausgebildet sein. Als besonders bevorzugte und bei Hitze mechanisch stabile Metalle bieten sich Tantal oder Wolfram an, so dass der Heizdraht aus Tantal oder Wolfram ausgebildet sein könnte.In principle, the heating wire would have to be formed from a material which conducts the electric current and which heats up during the current flow. For this purpose, the heating wire could be designed in a structurally particularly simple manner of metal. Tantalum or tungsten are suitable as metals which are particularly preferred and mechanically stable in the case of heat, so that the heating wire could be formed from tantalum or tungsten.
Zur Bereitstellung einer besonders leichten und dennoch formstabilen Kapillare könnte die Kapillare aus einer Keramik ausgebildet sein, wobei die Kapillare vorzugsweise als Keramikröhrchen ausgestaltet sein könnte.To provide a particularly lightweight and yet dimensionally stable capillary, the capillary could be formed of a ceramic, wherein the capillary could preferably be designed as a ceramic tube.
Im Hinblick auf eine besonders einfache Beheizung der Kapillare könnte die Kapillare zumindest teilweise oder bereichsweise aus Metall ausgebildet sein. Aufgrund der hohen Wärmeleitfähigkeit von Metall ist hier ein einfaches Beheizen möglich.With regard to a particularly simple heating of the capillary, the capillary could be formed at least partially or partially from metal. Due to the high thermal conductivity of metal, a simple heating is possible here.
Die innere sehr heiße Kapillarenoberfläche ist üblicherweise dem Treibstoffstrom ausgesetzt. Wenn der Treibstoffstrom in der Kapillare im Wesentlichen sauerstofffrei ist, können die Treibstoffkohlenwasserstoffe mit der inneren Kapillarenoberfläche zu einer extrem temperaturfesten und chemisch extrem korrosionsbeständigen Passi- vjerungsschicht reagieren. Hierzu könnte die Kapillare zumindest teilweise oder bereichsweise aus einem zur Bildung eines Metallkarbids geeigneten Metall ausgebildet sein. Ein derartiges Metall kann in diesem Fall mit den Treibstoffkohlenwasserstoffen zu einem Metallkarbid reagieren. In besonders vorteilhafter Weise könnte die Kapillare diesbezüglich zumindest teilweise oder bereichsweise aus Tantal ausgebildet sein. Dieses Metall eignet sich wegen seiner chemischen Inertheit besonders gut.The inner very hot capillary surface is usually exposed to the fuel flow. When the fuel stream in the capillary is substantially free of oxygen, the fuel hydrocarbons can react with the inner capillary surface to form an extremely temperature-resistant and chemically extremely corrosion-resistant passivation layer. For this purpose, the capillary could be formed at least partially or partially from a metal suitable for forming a metal carbide. Such a metal may in this case react with the hydrocarbon fuels to form a metal carbide. In a particularly advantageous manner, the capillary could be at least partially or partially made of tantalum in this regard. This metal is particularly suitable because of its chemical inertness.
Die Kapillare könnte zumindest bereichsweise als Leiter oder Bahn für ihren elektrischen Heizstrom ausgebildet sein. Dabei eignet sich die Verwendung metallischer Kapillarenbestandteile besonders gut. Derartige Metallkapillaren können selbst als Strombahn für den elektrischen Heizstrom dienen. T/DE2006/001699The capillary could be at least partially formed as a conductor or web for their electrical heating. The use of metallic capillary components is particularly well suited. Such metal capillaries can themselves serve as a current path for the electric heating current. T / DE2006 / 001699
Bei einer konkreten Ausgestaltung könnte die Kapillare innerhalb des Brennraums angeordnet sein. Dabei könnte die Kapillare in besonders einfacher und energetisch günstiger Weise direkt von den heißen Verbrennungsgasen geheizt werden.In a specific embodiment, the capillary could be arranged within the combustion chamber. The capillary could be heated in a particularly simple and energetically favorable manner directly from the hot combustion gases.
Bei einer alternativen Ausgestaltung könnte die Kapillare außerhalb des Brennraums angeordnet sein. In diesem Fall ist die Kapillare zu Wartungszwecken besser zugänglich als bei einer Anordnung innerhalb des Brennraums.In an alternative embodiment, the capillary could be arranged outside the combustion chamber. In this case, the capillary is more accessible for maintenance purposes than in an arrangement within the combustion chamber.
In besonders vorteilhafter Weise könnte die Kapillare teilweise innerhalb und teilweise außerhalb des Brennraums angeordnet sein. Hierdurch lassen sich die jeweiligen Vorteile der Anordnung innerhalb und außerhalb des Brennraums kombinieren.In a particularly advantageous manner, the capillary could be partially disposed within and partially outside the combustion chamber. This makes it possible to combine the respective advantages of the arrangement inside and outside the combustion chamber.
Die Kapillarlänge, der Kapillardurchlass und die Kapillarwandstärke müssen so abgestimmt sein, dass die je Verbrennungstakt durchgeleitete oder durchgepumpte Treibstoffmenge die notwendige Verdampfungswärmemenge aufnehmen kann, um bereits in der Kapillare zu verdampfen. Eine hierdurch abgekühlte Kapillare muss bis zum nächsten Verbrennungstakt wieder mit Wärme, beispielsweise elektrische Wärme oder Verbrennungswärme, „aufgeladen" werden. Zur Vermeidung von Wärmeverlusten, die der Kapillare zur Durchführung einer sicheren Verdampfung des Treibstoffs wieder zugeführt werden müssten, könnte zumindest der außerhalb des Brennraums angeordnete Teil der Kapillare thermisch isoliert sein. Aus Sicherheitsgründen ist auch eine elektrische Isolation günstig.The capillary length, the capillary passage and the capillary wall thickness must be adjusted so that the amount of fuel passed or pumped through each combustion cycle can absorb the necessary heat of vaporization in order to evaporate already in the capillary. A capillary that has cooled down in this way must be "recharged" with heat, for example, electrical heat or heat of combustion, until the next combustion cycle, to avoid heat losses that would have to be reintroduced to the capillary to ensure safe evaporation of the fuel For reasons of safety, electrical insulation is also advantageous.
In zur Vermeidung von Wärmeverlusten besonders günstiger Weise könnte zumindest der außerhalb des Brennraums angeordnete Teil der Kapillare in einem Wärmeenergiespeicher angeordnet sein. Mit anderen Worten könnte der Kapillarenteil, der außerhalb des Brennraums angeordnet ist, in einen entsprechenden Energiespeicher eingepackt sein, der auch die Aufgabe der elektrischen und/oder thermischen Isolation nach außen hin übernehmen könnte. Letztendlich wird durch die Vermeidung von Wärmeverlusten der Energieverbrauch des Verbrennungsmotors günstig beeinflusst. 2006/001699In order to avoid heat losses particularly favorable manner, at least the arranged outside of the combustion chamber part of the capillary could be arranged in a heat energy storage. In other words, the capillary part, which is arranged outside the combustion chamber, could be packed in a corresponding energy store, which could also assume the task of electrical and / or thermal insulation to the outside. Ultimately, by avoiding heat loss, the energy consumption of the internal combustion engine is favorably influenced. 2006/001699
Zur Gewährleistung einer sicheren Verdampfung des Treibstoffs könnte die Temperatur der Kapillare vor der Einspritzung 8000C oder mehr betragen. Dabei könnte die Kapillare in sicherer Weise in eine Keramik eingebettet sein.To ensure safe evaporation of the fuel, the temperature of the capillary before injection could be 800 ° C. or more. The capillary could be safely embedded in a ceramic.
Im Hinblick auf eine besonders sichere Zufuhr des verdampften oder vergasten Treibstoffs in den Brennraum könnte das Mittel einen Behälter für den Treibstoff aufweisen, in dem der Treibstoff verdampfbar oder vergasbar ist. Dabei könnte der Behälter derart groß dimensioniert sein, dass bei allen Betriebszuständen des Verbrennungsmotors eine ausreichende Menge an verdampftem oder vergastem Treibstoff zur Verfügung steht. Dabei könnte der Verbrennungsmotor sowohl ein System aus Kapillare und vorgeschaltetem Behälter als auch ein System ausschließlich mit dem Behälter und ohne die Kapillare aufweisen. Die Zufuhr des Treibstoffs in den Brennraum könnte dann ausschließlich vom Behälter aus erfolgen.With regard to a particularly reliable supply of the vaporized or gasified fuel into the combustion chamber, the means could comprise a container for the fuel, in which the fuel is vaporizable or gasifiable. In this case, the container could be dimensioned so large that in all operating conditions of the internal combustion engine, a sufficient amount of vaporized or gasified fuel is available. In this case, the internal combustion engine could have both a system of capillary and upstream container and a system exclusively with the container and without the capillary. The supply of fuel into the combustion chamber could then take place exclusively from the container.
Zur Gewährleistung einer hohen Füllmenge des Behälters könnte der Behälter ein Hochdruck-Behälter für Drücke im Bereich von vorzugsweise 100 bis 150 bar sein. Hierbei lässt sich meist eine ausreichende Menge an Treibstoff im vergasten oder verdampften Zustand für einen sicheren Betrieb des Verbrennungsmotors bereitstellen.To ensure a high filling capacity of the container, the container could be a high-pressure container for pressures in the range of preferably 100 to 150 bar. This can usually provide a sufficient amount of fuel in the gasified or vaporized state for safe operation of the engine.
Im Hinblick auf eine sichere Verdampfung oder Vergasung des Treibstoffs im Behälter könnte dem Behälter eine Heizeinrichtung zugeordnet sein. Eine derartige Heizeinrichtung könnte sowohl in dem Behälter als auch außerhalb des Behälters angeordnet sein. Bei einer Anordnung der Heizeinrichtung in dem Behälter ist eine besonders sichere Wärmeübertragung auf den Treibstoff möglich.With regard to safe evaporation or gasification of the fuel in the container, a heating device could be associated with the container. Such a heater could be located both in the container and outside the container. In an arrangement of the heater in the container a particularly secure heat transfer to the fuel is possible.
Zur besonders sicheren Zuführung des vergasten oder verdampften Treibstoffs in den Brennraum könnte dem Behälter ein Verteilsystem für den verdampften oder vergasten Treibstoff zur Zuführung des verdampften oder vergasten Treibstoffs zur Kapillare oder in den Brennraum zugeordnet sein. Hierbei ist eine Zuführung von dem Behälter über ein Verteilsystem zur Kapillare und dann in den Brennraum oder auch ein System zur Zuführung des Treibstoffs direkt in den Brennraum ohne zwischengeschaltete Kapillare denkbar. Die Kapillare gewährleistet hier eine besonders sichere Verdampfung oder Vergasung des Treibstoffs, wohin gegen bei einer Aus- gestaltung ohne Kapillare ein einfacher Aufbau des Verbrennungsmotors realisiert ist.For particularly reliable feeding of the gasified or vaporized fuel into the combustion chamber, the container could be assigned a distribution system for the vaporized or gasified fuel for supplying the vaporized or gasified fuel to the capillary or into the combustion chamber. Here, a supply from the container via a distribution system to the capillary and then into the combustion chamber or a system for supplying the fuel directly into the combustion chamber without intermediate capillary conceivable. The capillary ensures a particularly safe evaporation or gasification of the fuel, Design without capillary a simple construction of the internal combustion engine is realized.
In jedem Fall ist bei einer Ausgestaltung des Verbrennungsmotors mit einem Behälter eine schnelle Zufuhr des Kraftstoffs zum Brennraum gewährleistet. Versorgungsengpässe sind hierdurch vermieden. Mit dem obigen Behälter ist eine kontinuierliche Vergasung oder Verdampfung und Bereitstellung von vergastem oder verdampftem Treibstoff möglich.In any case, in one embodiment of the internal combustion engine with a container, a rapid supply of the fuel to the combustion chamber is ensured. Supply shortages are thereby avoided. With the above container, continuous gasification or vaporization and provision of gasified or vaporized fuel is possible.
Damit trotz eines insgesamt stark abgemagerten Gemischverhältnisses in einem lokalen Bereich des Brennraums eine ausreichend zündfähige und gegebenenfalls stöchiometrische Treibstoffkonzentration erreichbar ist, könnte der Treibstoff räumlich inhomogen einspritzbar sein. Dabei könnte sich der Treibstoff zum Zündzeitpunkt in einem bestimmten lokalen Bereich als beispielsweise räumlich begrenzter Dampfjet oder als eine Dampfwolke konzentrieren.In order to achieve a sufficiently ignitable and optionally stoichiometric fuel concentration in spite of an overall greatly reduced mixture ratio in a local area of the combustion chamber, the fuel could be spatially inhomogeneous injectable. The fuel at the time of ignition could concentrate in a certain local area as, for example, a spatially limited steam jet or as a vapor cloud.
Da die Gasverdrängungswirkung des Dampfes wesentlich größer ist als für einen Tröpfchenstrom und die Tröpfchen gegenüber dem Dampf eine hohe „Durchschlagskraft" bzw. ein starkes Durchdringen der Luftvorlage aufweisen, ist es mit Treibstoffdampf wesentlich einfacher, einen Konzentrationsgradienten aufzubauen. Die erfindungsgemäße Einspritztechnik sorgt für einen definierten Konzentrationsgradienten am Zündort und kann daher „Gradiententechnik" genannt werden. Der Begriff „Schichtladung" wäre hierfür zu einfach. Die Dampfeinspritzung wird durch den hohen Verdichtungsgrad und die hohe Kompressionstemperatur und durch die heißen Verbrennungsraumwände einer Hochtemperaturkonzeption für den Verbrennungsmotor unterstützt, um eine Dampfkondensation zu vermeiden.Since the gas displacement effect of the vapor is substantially greater than for a droplet stream and the droplets have a high "impact force" or strong penetration of the air original, it is much easier with fuel vapor to build up a concentration gradient Concentration gradients at the ignition point and can therefore be called "gradient technology". The term "stratified charge" would be too simple for this purpose.The steam injection is supported by the high degree of compaction and the high compression temperature and by the hot combustion chamber walls of a high-temperature concept for the internal combustion engine in order to avoid steam condensation.
Hinsichtlich einer weiter optimierten Verbrennung des Treibstoffs könnte in dem Brennraum mindesten ein Mittel zur Verwirbelung des eingespritzten Treibstoffs angeordnet sein. Hierdurch könnte eine notwendige Anreicherung des Treibstoffstrahls mit Luftsauerstoff zur Erreichung der Zündfähigkeit erfolgen, indem der bereits heiße, einspritzende Treibstoffdampfstrahl im Brennraum über einen oder gegebenenfalls mehrere Wirbelkörper im Brennraum geführt wird. In konstruktiv besonders einfacher Weise könnte das Mittel als vorzugsweise profilierter Stift ausgebildet sein.With regard to a further optimized combustion of the fuel, at least one means for swirling the injected fuel could be arranged in the combustion chamber. This would allow a necessary enrichment of the fuel jet with atmospheric oxygen to achieve the ignitability by the already hot, injecting fuel vapor jet is guided in the combustion chamber via one or possibly more vertebral bodies in the combustion chamber. In a structurally particularly simple manner, the means could be designed as a preferably profiled pin.
Hinsichtlich einer möglichst sicheren Verwirbelung des Treibstoffdampfstrahls könnte die Dicke des Stifts in etwa dem Durchmesser der Querschnittsfläche des Treibstoff- Dampfstrahls entsprechen.With regard to the most reliable possible turbulence of the fuel vapor jet, the thickness of the pin could correspond approximately to the diameter of the cross-sectional area of the fuel vapor jet.
Im Konkreten könnten beispielsweise profilierte Stifte vorgesehen sein, über deren Querprofile der Dampfstrahl geführt wird. Die anschließende erzeugte Verwirbelung mit der Luft erfolgt nach dem Wirbelerzeugungsprinzip bei Flugzeugtragflächen, wobei der Profilradius oder die Profilkrümmung der Stifte den Wirbelgrad oder die Luftanreicherung bestimmen.Concretely, for example, profiled pins could be provided, over the transverse profiles of the steam jet is guided. The subsequent generated turbulence with the air is carried out according to the vortex generation principle in aircraft wings, wherein the profile radius or the profile curvature of the pins determine the degree of turbulence or the air enrichment.
In konstruktiv besonders einfacher Weise könnte das Mittel oder könnte der Stift aus Metall ausgebildet sein. Hierbei ist Tantal besonders günstig, da es eine sehr hohe chemische Korrosionsbeständigkeit und mechanische Materialfestigkeit bei sehr hohen Temperaturen aufweist.In a structurally particularly simple manner, the means or could be formed of metal pin. Here, tantalum is particularly favorable because it has a very high chemical corrosion resistance and mechanical material strength at very high temperatures.
Zur Gewährleistung einer besonders wirkungsvollen Verwirbelung des eingespritzten Treibstoffs könnte das Mittel mehrere parallel ausgerichtet Stifte aufweisen. Derartige Stifte könnten beispielsweise als parallel ausgerichtete Borsten bürstenartig aus der Brennraumoberfläche herausragen und den freien Brennraum über der Kolbenfläche ausfüllen. Im Konkreten könnten die Stifte aus einer inneren Oberfläche des Brennraums herausragen oder von dieser Oberfläche abstehen. Alternativ oder zusätzlich hierzu könnten die Stifte den Brennraum über einem in dem Brennraum angeordneten Kolben - mit Abstand zueinander - im Wesentlichen ausfüllen. Der Treibstoff-Dampfstrahi könnte dann senkrecht auf die Borsten oder Stifte in den Brennraum gelenkt werden.To ensure a particularly effective turbulence of the injected fuel, the means could have a plurality of parallel aligned pins. Such pins could protrude, for example as bristles aligned in parallel brush-like manner from the combustion chamber surface and fill the free combustion chamber above the piston surface. Specifically, the pins could protrude from an interior surface of the combustion chamber or protrude from that surface. Alternatively or in addition thereto, the pins could substantially fill the combustion chamber via a piston arranged in the combustion chamber-with a distance from one another. The fuel vapor trail could then be directed perpendicular to the bristles or pins into the combustion chamber.
In weiter vorteilhafter Weise könnten die Stifte als vorzugsweise beheizbare Glühstifte ausgebildet sein. Hierbei könnte die komprimierte Luft schnell weiter aufgeheizt werden, um sofort die Zündfähigkeit des Treibstoff-Luft-Gemischs zu erreichen. Aufgrund der kleinen Dimension der Stifte oder Wirbelstifte könnte dieses Verfahren „Mikrovergasung" im Brennraum genannt werden. Alternativ zur Verwendung von Wirbelstiften könnte das Mittel zur Verwirbelung des eingespritzten Treibstoffs auch als Drahtgeflecht, Drahtgewirr oder Drahtwolle ausgebildet sein. Ein derartiges Drahtgeflecht, Drahtgewirr oder eine derartige Drahtwolle könnte in vorteilhafter Weise aus Tantal zur Dampfverwirbelung und Luftaufheizung ausgebildet sein.In a further advantageous manner, the pins could be formed as preferably heatable glow plugs. In this case, the compressed air could be further heated quickly to immediately reach the ignitability of the fuel-air mixture. Due to the small dimension of the pins or swirl pins this process could be called "micro-gasification" in the combustion chamber. Alternatively to the use of swirl pins, the means for swirling the injected fuel could also be formed as a wire mesh, wire tangle or wire wool. Such a wire mesh, wire tangle or such a wire wool could be advantageously formed of tantalum for Dampfverwirbelung and air heating.
Für die oben definierte „Mikrovergasung" ist die Vorlage eines enormen Überschusses an Oxidationsmittei günstig, wenn nicht sogar unbedingt erforderlich, da die Treibstoffdampfmenge zur Zündung in einem sehr kleinen Volumen mit der notwendigen Oxidationsmittelmenge versorgt werden muss. Die bisherige Problematik eines Schichtladungsbetriebs, nämlich die zündfähige Gemischkonzentration genau an der Zündquelle zu erzeugen, wird durch eine hohe Kompressionstemperatur gelöst, die die Ausnutzung der Selbstzündung ermöglicht. Das zündfähige Treibstoffgasgemisch muss dabei nicht mehr genau an der Zündquelle erzeugt werden, sondern das Treibstoffgasgemisch entwickelt irgendwo im Einspritzraum monolokal seine Zündfähigkeit und zündet spontan.For the above-defined "micro-gasification" the presentation of an enormous surplus of Oxidationsmittei is favorable, if not absolutely necessary, since the amount of fuel vapor for ignition in a very small volume with the necessary amount of oxidant must be supplied Mixture concentration to produce exactly at the ignition source is achieved by a high compression temperature, which allows the use of auto-ignition.The flammable fuel gas mixture does not have to be generated exactly at the ignition source, but the fuel gas mixture develops somewhere in the injection space monolocal its ignitability and ignites spontaneously.
Damit die „Mikrovergasung" reproduzierbare Ergebnisse liefert, sollte der Brennraum vor der Zündung möglichst luftwirbelberuhigt bleiben. Dies ist z.B. ein wesentlicher Unterschied zur Dieselmotoren-Verbrennungstechnik. Eine Verwirbelung beim Vorlegen der Frischluft oder beim Kompressionstakt ist bei dem vorliegenden Verfahren störend. Dieser Anforderung kommt insbesondere die konzeptionelle Konstruktion des in der DE 101 07096 A1 beschriebenen Schleppbüchsenmotors entgegen, da er einen optimal symmetrischen Hubraum bzw. Brennraum ohne Wirbel- oder Quetschkanten aufweist und die Luftbeladung über die Steuerschlitze wesentlich wirbelfreier geschieht als über übliche Tellerventile.In order for the "micro gasification" to provide reproducible results, the combustion chamber should be kept as free from air turbulence as possible, which is an essential difference to the diesel engine combustion technique the conceptual design of the described in DE 101 07096 A1 Schleppbüchsenmotors because he has an optimally symmetrical displacement or combustion chamber without whirling or pinching edges and the air through the control slots much less vortex happens than conventional poppet valves.
Die schnell ansteigende Verbrennungstemperatur bzw. der Temperaturanstieg im Restgas, der vom Zündort ausgeht, führt dann zur Herabsetzung der Zündgrenze des Resttreibstoffs und zu einer nachfolgenden vollständigen Verbrennung. Es ist ausgeschlossen, dass sich beispielsweise ein Treibstoffjet oder eine Treibstoffwolke so entwickelt, dass er oder sie nach dem Durchlaufen der lokalen und temporären Zündfähigkeit diese wieder verliert und an anderer Stelle wieder gewinnt. Die Zün- dung kann immer nur von einem lokalen Bereich ausgehen. Ein kombiniertes Verfahren der Hochverdichtung, Gemischabmagerung, Vorverdampfung, Gradienteneinspritzung und Mikrovergasung im Brennraum vermeidet eine Mehrfachzündung und somit das Motorklopfen, selbst bei höchsten Grundkompressionsdrücken bzw. Kompressionstemperaturen.The rapidly increasing combustion temperature or the temperature increase in the residual gas, which emanates from the ignition, then leads to the reduction of the ignition limit of the residual fuel and to a subsequent complete combustion. It is ruled out, for example, that a fuel jet or a fuel cloud develops in such a way that he or she loses it again after passing through the local and temporary ignitability and regains it elsewhere. The ignition You can only assume one local area at a time. A combined process of high compression, lean mixture, pre-evaporation, gradient injection and micro gasification in the combustion chamber avoids multiple ignition and thus knocking of the engine, even at maximum base compression pressures or compression temperatures.
Die erforderliche Einspritztechnik ist bereits weit entwickelt und aus der Dieselmoto- reneinspritztechnik übernehmbar. Einer möglichen Verbrennung mit starken Verbrennungsdruckspitzen wegen des starken Sauerstoff- bzw. Oxidationsmittel- überschusses wird konzeptionell durch eine gleichmäßige Einspritzung über einen gewissen steuerbaren Zeitraum entgegengewirkt. Diesbezüglich könnte die Einspritzeinrichtung zur impulsartigen Einspritzung ausgebildet sein. Alternativ hierzu könnte die Einspritzeinrichtung zur kontinuierlichen Einspritzung ausgebildet sein. Die Einspritzung kann also kontrolliert von impulsartig bis kontinuierlich durchgeführt werden. Die Verbrennung kann dann gegebenenfalls eher als eine Gleichdruckverbrennung anstatt einer Gleichraumverbrennung gefahren werden. Die Leistungssteuerung des Schleppbüchsenmotors kann wegen des großen Überschusses an Oxidationsmittel bzw. Luftsauerstoff in jedem Betriebszustand ausschließlich über die Treibstoffmengeneinspritzung erfolgen.The required injection technology is already well developed and can be taken over from diesel engine injection technology. A possible combustion with strong combustion pressure peaks due to the strong excess of oxygen or oxidant is conceptually counteracted by a uniform injection over a certain controllable period of time. In this regard, the injector could be designed for pulsed injection. Alternatively, the injector could be configured for continuous injection. The injection can thus be carried out in a controlled manner from pulsed to continuous. The combustion may then be run, if appropriate, rather than a constant pressure combustion instead of a constant combustion. Due to the large excess of oxidizing agent or atmospheric oxygen in each operating state, the power control of the towed motor can be effected exclusively via the fuel quantity injection.
Der Hochtemperatur-Schleppbüchsenmotor kann entgegen einem Dieselmotor aufgrund der vorgeschlagenen Einspritztechnik mit jedem Treibstoff betrieben werden. Die Verbrennungsgeschwindigkeit und Zündfähigkeit der Treibstoffe spielen dabei nur noch eine untergeordnete Rolle. Der Treibstoffeinsatz und die Treibstoffentwicklung müssen jetzt nicht mehr an der Klopfneigung orientiert werden, sondern können sich vollkommen auf die Optimierung der Reaktionseduktseite bzw. auf das Abgasemissionsverhalten der Treibstoffe in der Hochtemperaturverbrennung konzentrieren.The high temperature tow motor can be operated against any diesel engine due to the proposed injection technique with any fuel. The combustion speed and ignitability of the fuels only play a minor role. The use of fuel and the development of fuel now no longer have to be based on the tendency to knock, but can concentrate entirely on optimizing the reaction side or the exhaust emission behavior of the fuels in the high-temperature combustion.
Bei einer tieferen Betrachtung sollte man erkennen, dass der zur Zeit erreichbare Wirkungsgrad herkömmlicher Hubkolbenverbrennungsmotoren eigentlich vom Treibstoff bestimmt und begrenzt wird. Die Zündfähigkeit, die Flammgeschwindigkeit und die Klopfneigung des Treibstoffs geben bei üblichen Motorenkonstruktionen heute noch die maximale Grundkompression des Motors und damit die mögliche Arbeitstemperaturspreizung und damit den erzielbaren thermodynamischen Wirkungsgrad vor. Das erfindungsgemäße neue Zündsystemkonzept macht die Motorenkonstruktion weitgehend von der verwendeten Treibstoffart unabhängig und lässt damit überhaupt erst eine wesentliche Steigerung des thermodynamischen Wirkungsgrads zu.On closer inspection, it should be appreciated that the currently achievable efficiency of conventional reciprocating internal combustion engines is actually dictated and limited by fuel. The ignitability, the flame speed and the tendency to knock the fuel in conventional engine designs today give the maximum base compression of the engine and thus the possible Working temperature spread and thus the achievable thermodynamic efficiency before. The new ignition system concept according to the invention makes the engine design largely independent of the type of fuel used and thus allows a substantial increase in the thermodynamic efficiency in the first place.
Die oben stehende Aufgabe wird des Weiteren erfindungsgemäß durch eine Einspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 36 gelöst. Dabei wird hinsichtlich dieser isoliert beanspruchten Einspritzeinrichtung und deren Vorteile zur Vermeidung von Wiederholungen auf den vorangegangenen Teil der Beschreibung verwiesen, im Rahmen dessen die Einspritzeinrichtung in ihren unterschiedlichen Ausgestaltungen detailliert beschrieben ist.The above object is further achieved according to the invention by an injection device according to one of claims 1 to 36. Reference is made to the preceding part of the description with regard to this injection device claimed in isolation and its advantages for avoiding repetitions, in the context of which the injection device is described in detail in its different embodiments.
Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die nachgeordneten Patentansprüche, andererseits auf die nachfolgende Erläuterung bevorzugter Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigenThere are now various possibilities for designing and developing the teaching of the present invention in an advantageous manner. For this purpose, on the one hand to refer to the subordinate claims, on the other hand to the following explanation of preferred embodiments of the internal combustion engine according to the invention with reference to the drawing. In conjunction with the explanation of the preferred embodiments with reference to the drawings, generally preferred embodiments and developments of the teaching are explained. In the drawing show
Fig. 1 bis 3 in schematischen Darstellungen Teile der Ausführungsbeispieie eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors.Fig. 1 to 3 in schematic representations parts of the Ausführungsbeispieie an internal combustion engine according to the invention.
Fig. 1 zeigt in einer schematischen Seitenansicht den eine Einspritzeinrichtung 1 betreffenden Teil eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors. Im Konkreten weist der Verbrennungsmotor eine Einspritzeinrichtung 1 zur Einspritzung eines brennbaren Treibstoffs in einen Brennraum 2 auf. Im Hinblick auf eine Optimierung der Verbrennung des Treibstoffs weist die Einspritzeinrichtung 1 ein Mittel 3 zur Verdampfung des Treibstoffs vor seiner Verbrennung auf. Der Treibstoff wird also vor seiner Verbrennung mittels des Mittels 3 verdampft und in dieser verdampften Form zum Zündort im Brennraum 2 geleitet. Das Mittel 3 weist eine beheizbare Kapillare 4 zur Durchleitung des Treibstoffs auf. Die Kapillare 4 ist elektrisch beheizbar und teilweise aus Metall ausgebildet. Im Konkreten ist die Kapillare 4 teilweise aus einem zur Bildung eines Metallkarbids geeigneten Metall, genauer gesagt aus Tantal, ausgebildet.1 shows, in a schematic side view, the part of an exemplary embodiment of the internal combustion engine according to the invention relating to an injection device 1. Specifically, the internal combustion engine has an injection device 1 for injecting a combustible fuel into a combustion chamber 2. With a view to optimizing the combustion of the fuel, the injector 1 comprises a means 3 for evaporating the fuel prior to its combustion. The fuel is thus evaporated before its combustion by the means 3 and passed in this vaporized form to the ignition in the combustion chamber 2. The means 3 has a heatable capillary 4 for the passage of the fuel. The capillary 4 is electrically heated and partially formed of metal. Specifically, the capillary 4 is partially formed of a metal suitable for forming a metal carbide, more specifically tantalum.
Die Kapillare 4 ist teilweise innerhalb und teilweise außerhalb des Brennraums 2 angeordnet. Der außerhalb des Brennraums 2 angeordnete Teil der Kapillare 4 ist in einem Wärmeenergiespeicher 5 angeordnet, der neben einer thermischen auch eine elektrische Isolation zum Außenbereich der Kapillare 4 hin bereitstellt.The capillary 4 is partially disposed within and partially outside of the combustion chamber 2. The arranged outside the combustion chamber 2 part of the capillary 4 is disposed in a heat energy storage 5, which provides not only a thermal and electrical insulation to the outside of the capillary 4 out.
In dem Brennraum 2 ist des Weiteren ein Mittel 6 zur Verwirbelung des eingespritzten Treibstoffs angeordnet. Hierdurch wird der Treibstoff vor seiner Verbrennung mit einer geeigneten Menge an Luft verwirbelt. Das Mittel 6 zur Verwirbelung ist als mindestens ein profilierter Stift 7 ausgebildet. Genauer gesagt sind mehrere Stifte 7 über einem in dem Brennraum 2 angeordneten und hier nicht gezeigten Kolben - mit Abstand zueinander - angeordnet.In the combustion chamber 2, a means 6 for swirling the injected fuel is further arranged. As a result, the fuel is vortexed with a suitable amount of air prior to its combustion. The means 6 for swirling is designed as at least one profiled pin 7. More precisely, a plurality of pins 7 are arranged above a piston arranged in the combustion chamber 2 and not shown here - at a distance from one another.
Die Stifte 7 sind parallel zueinander ausgerichtet und füllen den Brennraum 2 oberhalb des Kolbens im Wesentlichen aus.The pins 7 are aligned parallel to one another and substantially fill the combustion chamber 2 above the piston.
Die Zuführung des Treibstoffs erfolgt über eine Einspritzpumpe 8 und eine Treibstoffleitung 9 zu der Kapillare 4 und dann in den Brennraum 2. Die Einspritzeinrichtung 1 ist zur impulsartigen Einspritzung ausgebildet. Es ist jedoch auch denkbar, die Einspritzeinrichtung 1 zur kontinuierlichen Einspritzung auszubilden.The supply of the fuel via an injection pump 8 and a fuel line 9 to the capillary 4 and then into the combustion chamber 2. The injector 1 is designed for pulse-like injection. However, it is also conceivable to design the injection device 1 for continuous injection.
Die Figuren 2 und 3 zeigen weitere Teile von Ausführungsbeispielen eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors, wobei bei beiden Ausführungsbeispielen ein Behälter 10 für den Treibstoff vorgesehen ist, in dem der Treibstoff verdampfbar oder vergasbar ist. Dem Behälter 10 ist eine Heizeinrichtung 11 zugeordnet. Des Weiteren ist in Fig. 3 dem Behälter 10 ein Verteilsystem 8 für den verdampften oder vergasten Treibstoff zur Zuführung des verdampften oder vergasten Treibstoffs zur Kapillare 4 und dann in den Brennraum 2 zugeordnet. Bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel wird der verdampfte oder vergaste Treibstoff direkt aus dem Behälter 10 über eine Treibstoffleitung 9 in den Brennraum 2 geleitet. Die in den Figuren 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispiele können ebenfalls ein Mittel 6 zur Verwirbelung des eingespritzten Treibstoffs mit Stiften 7 aufweisen, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist.Figures 2 and 3 show further parts of embodiments of an internal combustion engine according to the invention, wherein in both embodiments, a container 10 is provided for the fuel in which the fuel is vaporizable or gasifiable. The container 10 is associated with a heater 11. Furthermore, in FIG. 3 the container 10 is assigned a distribution system 8 for the vaporized or gasified fuel for supplying the vaporized or gasified fuel to the capillary 4 and then into the combustion chamber 2. In the embodiment shown in FIG. 2, the vaporized or gasified fuel is passed directly from the container 10 via a fuel line 9 into the combustion chamber 2. The exemplary embodiments shown in FIGS. 2 and 3 can likewise have a means 6 for swirling the injected fuel with pins 7, as shown in FIG.
Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors sowie der erfindungsgemäßen Einspritzeinrichtung wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf den allgemeinen Teil der Beschreibung sowie auf die beigefügten Patentansprüche verwiesen.With regard to further advantageous embodiments and developments of the internal combustion engine according to the invention and the injection device according to the invention, reference is made to avoid repetition to the general part of the specification and to the appended claims.
Schließlich sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die voranstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors lediglich zur Erörterung der beanspruchten Lehre dienen, diese jedoch nicht auf diese Ausführungsbeispiele einschränken. Finally, it should be expressly understood that the above-described embodiments of the internal combustion engine according to the invention are only for the purpose of discussion of the claimed teaching, but do not limit these to these embodiments.

Claims

Patentansp rüche Patent claims
1. Verbrennungsmotor mit einer Einspritzeinrichtung (1) zur Einspritzung eines brennbaren Treibstoffs in einen Brennraum (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzeinrichtung (1) ein Mittel (3) zur Verdampfung des Treibstoffs vor seiner Verbrennung aufweist.An internal combustion engine having an injection device (1) for injecting a combustible fuel into a combustion chamber (2), characterized in that the injection device (1) comprises means (3) for evaporating the fuel prior to its combustion.
2. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (3) eine beheizbare Kapillare (4) zur Durchleitung des Treibstoffs aufweist.2. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the means (3) has a heatable capillary (4) for the passage of the fuel.
3. Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapillare (4) elektrisch beheizbar ist.3. Internal combustion engine according to claim 2, characterized in that the capillary (4) is electrically heated.
4. Verbrennungsmotor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Kapillare (4) ein Heizdraht angeordnet ist.4. Internal combustion engine according to claim 2 or 3, characterized in that in the capillary (4) a heating wire is arranged.
5. Verbrennungsmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Heizdraht durch die Kapillare (4) hindurch erstreckt.5. Internal combustion engine according to claim 4, characterized in that the heating wire extends through the capillary (4) therethrough.
6. Verbrennungsmotor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizdraht aus Metall ausgebildet ist.6. Internal combustion engine according to claim 4 or 5, characterized in that the heating wire is formed of metal.
7. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizdraht aus Tantal oder Wolfram ausgebildet ist.7. Internal combustion engine according to one of claims 4 to 6, characterized in that the heating wire is formed of tantalum or tungsten.
8. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapillare (4) aus einer Keramik, vorzugsweise als Keramikröhrchen, ausgebildet ist.8. Internal combustion engine according to one of claims 2 to 7, characterized in that the capillary (4) made of a ceramic, preferably as a ceramic tube, is formed.
9. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapillare (4) zumindest teilweise oder bereichsweise aus Metall ausgebildet ist. 9. Internal combustion engine according to one of claims 2 to 8, characterized in that the capillary (4) is at least partially or partially formed of metal.
10. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapillare (4) zumindest teilweise oder bereichsweise aus einem zur Bildung eines Metallkarbids geeigneten Metall ausgebildet ist.10. Internal combustion engine according to one of claims 2 to 9, characterized in that the capillary (4) is formed at least partially or partially from a suitable metal to form a metal carbide.
11. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapillare (4) zumindest teilweise oder bereichsweise aus Tantal ausgebildet ist.11. Internal combustion engine according to one of claims 2 to 10, characterized in that the capillary (4) is at least partially or partially formed of tantalum.
12. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 2 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kapillare (4) zumindest bereichsweise als Leiter oder Bahn für ihren elektrischen Heizstrom ausgebildet ist.12. Internal combustion engine according to one of claims 2 to 11, characterized in that the capillary (4) is at least partially formed as a conductor or web for their electrical heating current.
13. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapillare (4) innerhalb des Brennraums (2) angeordnet ist.13. Internal combustion engine according to one of claims 2 to 12, characterized in that the capillary (4) within the combustion chamber (2) is arranged.
14. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapillare (4) außerhalb des Brennraums (2) angeordnet ist.14. Internal combustion engine according to one of claims 2 to 12, characterized in that the capillary (4) outside of the combustion chamber (2) is arranged.
15. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapillare (4) teilweise innerhalb und teilweise außerhalb des Brennraums (2) angeordnet ist.15. Combustion engine according to one of claims 2 to 12, characterized in that the capillary (4) is partially disposed within and partially outside the combustion chamber (2).
16. Verbrennungsmotor nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der außerhalb des Brennraums (2) angeordnete Teil der Kapillare (4) thermisch und/oder elektrisch isoliert ist.16. Internal combustion engine according to claim 14 or 15, characterized in that at least the outside of the combustion chamber (2) arranged part of the capillary (4) is thermally and / or electrically isolated.
17. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der außerhalb des Brennraums (2) angeordnete Teil der Kapillare (4) in einem Wärmeenergiespeicher (5) angeordnet ist.17. Internal combustion engine according to one of claims 14 to 16, characterized in that at least the outside of the combustion chamber (2) arranged part of the capillary (4) in a heat energy storage (5) is arranged.
18. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 2 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der Kapillare (4) vor der Einspritzung 800°C oder mehr beträgt. 18. Internal combustion engine according to any one of claims 2 to 17, characterized in that the temperature of the capillary (4) before injection is 800 ° C or more.
19. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 2 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapillare (4) in eine Keramik eingebettet ist.19. Internal combustion engine according to one of claims 2 to 18, characterized in that the capillary (4) is embedded in a ceramic.
20. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (3) einen Behälter (10) für den Treibstoff aufweist, in dem der Treibstoff verdampfbar oder vergasbar ist.20. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 19, characterized in that the means (3) comprises a container (10) for the fuel, in which the fuel is vaporizable or gasifiable.
21. Verbrennungsmotor nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (10) ein Hochdruck-Behälter für Drücke im Bereich von vorzugsweise 100- 150 bar ist.21. Internal combustion engine according to claim 20, characterized in that the container (10) is a high-pressure container for pressures in the range of preferably 100-150 bar.
22. Verbrennungsmotor nach Anspruch 20 oder 21 , dadurch gekennzeichnet, dass dem Behälter (10) eine Heizeinrichtung (11) zugeordnet ist.22. Internal combustion engine according to claim 20 or 21, characterized in that the container (10) is associated with a heating device (11).
23. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass dem Behälter (10) ein Verteilsystem (8) für den verdampften oder vergasten Treibstoff zur Zuführung des verdampften oder vergasten Treibstoffs zur Kapillare (4) oder in den Brennraum (2) zugeordnet ist.23. Internal combustion engine according to one of claims 20 to 22, characterized in that the container (10) has a distribution system (8) for the vaporized or gasified fuel for supplying the vaporized or gasified fuel to the capillary (4) or into the combustion chamber (2). assigned.
24. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Treibstoff räumlich inhomogen einspritzbar ist.24. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 23, characterized in that the fuel is spatially inhomogeneous injection.
25. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Brennraum (2) mindestens ein Mittel (6) zur Verwir- belung des eingespritzten Treibstoffs angeordnet ist.25. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 24, characterized in that in the combustion chamber (2) at least one means (6) for Verwir- beleagent of the injected fuel is arranged.
26. Verbrennungsmotor nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (6) als vorzugsweise profilierter Stift (7) ausgebildet ist.26. Internal combustion engine according to claim 25, characterized in that the means (6) is designed as a preferably profiled pin (7).
27. Verbrennungsmotor nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Stifts (7) in etwa dem Durchmesser der Querschnittsfläche des Treibstoff- Dampfstrahls entspricht. 6 00169927. Internal combustion engine according to claim 26, characterized in that the thickness of the pin (7) corresponds approximately to the diameter of the cross-sectional area of the fuel vapor jet. 6 001699
28. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (6) aus Metall ausgebildet ist.28. Internal combustion engine according to one of claims 25 to 27, characterized in that the means (6) is formed of metal.
29. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 25 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (6) aus Tantal ausgebildet ist.29. Internal combustion engine according to one of claims 25 to 28, characterized in that the means (6) is formed of tantalum.
30. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 25 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (6) mehrere parallel ausgerichtete Stifte (2) aufweist.30. Internal combustion engine according to any one of claims 25 to 29, characterized in that the means (6) comprises a plurality of parallel aligned pins (2).
31. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 26 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Stifte (7) aus einer inneren Oberfläche des Brennraums (2) herausragen oder von dieser Oberfläche abstehen.31. Internal combustion engine according to any one of claims 26 to 30, characterized in that the pins (7) protrude from an inner surface of the combustion chamber (2) or protrude from this surface.
32. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 26 bis 31 , dadurch gekennzeichnet, dass die Stifte (7) den Brennraum (2) über einem in dem Brennraum (2) angeordneten Kolben - mit Abstand zueinander - im Wesentlichen ausfüllen.32. Internal combustion engine according to any one of claims 26 to 31, characterized in that the pins (7) the combustion chamber (2) via a in the combustion chamber (2) arranged piston - at a distance - substantially fill.
33. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 26 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Stifte (7) als vorzugsweise beheizbare Glühstifte ausgebildet sind.33. Internal combustion engine according to one of claims 26 to 32, characterized in that the pins (7) are designed as preferably heatable glow plugs.
34. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 25 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (6) als Drahtgeflecht, Drahtgewirr oder Drahtwolle ausgebildet ist.34. Internal combustion engine according to one of claims 25 to 33, characterized in that the means (6) is designed as a wire mesh, wire tangle or wire wool.
35. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzeinrichtung (1) zur impulsartigen Einspritzung ausgebildet ist.35. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 34, characterized in that the injection device (1) is designed for pulse-like injection.
36. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzeinrichtung (1) zur kontinuierlichen Einspritzung ausgebildet ist.36. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 35, characterized in that the injection device (1) is designed for continuous injection.
37. Einspritzeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 36. 37. Injection device (1) according to one of claims 1 to 36.
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