DE102005039296A1

DE102005039296A1 - Method for operation of internal combustion engine with excess oxygen input, fuel and water injected into at least oen combustion chamber of engine

Info

Publication number: DE102005039296A1
Application number: DE102005039296A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Friesen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-08-19
Filing date: 2005-08-19
Publication date: 2007-02-22
Anticipated expiration: 2025-08-20
Also published as: DE102005039296B4

Abstract

Vorgeschlagen wird ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors im Sauerstoffüberschussbetrieb, wobei ein Brennstoff und Wasser in mindestens einen Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors eingespritzt und zur Verbrennung gebracht wird, und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Unter Verwendung eines Katalysatorstoffes im Verbrennungsraum während der Verbrennung wird Wasserstoff aus dem Brennstoff und/oder dem Wasser und/oder Verbrennungsprodukten der Verbrennung erzeugt, wobei der Wasserstoff mit zumindest Teilen des Restsauerstoffes des Sauerstoffüberschussbetriebs zur Verbrennung gebracht wird.proposed is a method for operating an internal combustion engine in the oxygen excess operation, being a fuel and water in at least one combustion chamber of the internal combustion engine injected and brought to combustion and an apparatus for carrying out the method. Under use a catalyst material in the combustion chamber during combustion Hydrogen from the fuel and / or water and / or combustion products generates the combustion, wherein the hydrogen with at least parts the residual oxygen of the oxygen excess operation to combustion is brought.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors im Sauerstoffüberschussbetrieb, wobei ein Brennstoff und Wasser in mindestens einen Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors eingespritzt und zur Verbrennung gebracht wird sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The The invention relates to a method for operating an internal combustion engine in oxygen excess operation, being a fuel and water in at least one combustion chamber of the internal combustion engine injected and brought to combustion and a device for carrying out the method.

Es ist bekannt, Verbrennungsmotoren mit z.B. Diesel als Brennstoff unter Beimengung von vollständig entsalztem Wasser zu betreiben. Dabei kann Wasser in einer Menge von bis zu 40%, z. B. 30% des Brennstoffvolumens zugesetzt werden. Der Zusatz von Wasser ermöglicht dabei eine Reduzierung des Schadstoffausstoßes des Verbrennungsmotors in dessen Abgasen, wobei insbesondere weniger Stickstoffoxide bei der Verbrennung des Brennstoffes im Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors entstehen. Das Wasser wird dabei üblicherweise direkt dem Brennstoff beigemengt, so dass eine Emulsion eingespritzt wird und zur Zündung gebracht wird. Ein derartiger Brennstoff wird als Emulsionsbrennstoff bezeichnet. Auch die im Sauerstoffüberschussbetrieb, also unter Vorhandensein von Restsauerstoff bei der Verbrennung, bereits geringe Rußentwicklung bei der Dieselverbrennung wird durch die Verwendung eines Emulsionsbrennstoffs noch reduziert werden.It is known, internal combustion engines with e.g. Diesel as fuel with the addition of complete operate desalinated water. This can be water in a crowd up to 40%, e.g. B. 30% of the fuel volume can be added. The addition of water allows while reducing the pollutant emissions of the engine in its exhaust gases, in particular less nitrogen oxides in the Combustion of the fuel in the combustion chamber of the internal combustion engine arise. The water is usually directly to the fuel added so that an emulsion is injected and ignited becomes. Such a fuel is referred to as emulsion fuel. Also in oxygen surplus operation, ie in the presence of residual oxygen during combustion, already low soot development In diesel combustion, the use of an emulsion fuel still be reduced.

Nachteilig bei der bekannten Verwendung von Emulsionsbrennstoffen ist es, dass der Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors, wie bei einer Verwendung von ausschließlich einem Brennstoff relativ gering ist. Der Wirkungsgrad beträgt bei Kolbenhubmotoren ca. 40%, d.h. nur ca. 40% der bei der Verbrennung frei werdenden Energie werden in mechanische Arbeit umgesetzt, der Rest wird in Wärme umgesetzt.adversely in the known use of emulsion fuels is that the efficiency of the internal combustion engine, as in a use of exclusively a fuel is relatively low. The efficiency is in Kolbenhubmotoren about 40%, i. only about 40% of the released during combustion Energy is converted into mechanical work, the rest is in Heat converted.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bereitzustellen, welche die Nachteile des Standes der Technik vermeiden und insbesondere zu einer Kraftstoffersparnis, z.B. durch Erhöhung des Wirkungsgrades bei der Brennstoffverbrennung, führen.Of the Invention is based on the object, a method for operating an internal combustion engine and a device for carrying out the To provide a method which the disadvantages of the prior Technology and in particular to save fuel, e.g. by raising the efficiency of fuel combustion, lead.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors und die Vorrichtung der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dar.These Task is by the method for operating an internal combustion engine and the device of independent claims solved. The dependent ones claims represent preferred embodiments of the invention.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors, d.h. einer Brennkraftmaschine, bevorzugt einem Kolbenhubmotor, aber auch einer Gasturbine, im Sauerstoffüberschussbetrieb wird ein Brennstoff und Wasser in mindestens einen Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors eingespritzt und zur Verbrennung gebracht. Erfindungsgemäß wird unter Verwendung eines Katalysatorstoffes im Verbrennungsraum während der Verbrennung Wasserstoff aus dem Brennstoff und/oder dem Wasser und/oder Verbrennungsprodukten der Verbrennung erzeugt, wobei der Wasserstoff mit zumindest Teilen des Restsauerstoffes des Sauerstoffüberschussbetriebs zur Verbrennung gebracht wird. Als Katalysatorstoff eignet sich dabei prinzipiell jeder Stoff, der unter Ausnutzung der durch die Motorwärme beim Betrieb des Verbrennungsmotors vorhandenen Temperatur aus Wasser und Reaktionsprodukten molekularen Wasserstoff über eine Katalyse erzeugen kann, bzw. ein Ausgangsstoff, der bei der Verbrennung zu einem derartigen Katalysatorstoff durch chemische Reaktionen umgewandelt wird. Als Brennstoff eignet sich jeder organische flüssige Brennstoff, z.B. Benzin, Alkohol und/oder insbesondere Diesel, Biodiesel oder Pflanzenöl oder Mischungen daraus.at the method according to the invention for operating an internal combustion engine, i. an internal combustion engine, preferably a piston stroke, but also a gas turbine, in the oxygen excess operation is a fuel and water in at least one combustion chamber of the internal combustion engine injected and brought to combustion. According to the invention is under Use of a catalyst material in the combustion chamber during the Combustion of hydrogen from the fuel and / or water and / or Produces combustion products of combustion, wherein the hydrogen with at least parts of the residual oxygen of the excess oxygen operation is brought to combustion. As a catalyst material is suitable In principle, every substance, taking advantage of by the engine heat during operation of the internal combustion engine existing temperature from water and reaction products generate molecular hydrogen via catalysis can, or a starting material, which in the combustion to such Catalyst material is converted by chemical reactions. When Fuel is any organic liquid fuel, e.g. Petrol, Alcohol and / or in particular diesel, biodiesel or vegetable oil or mixtures it.

Das erfindungsgemäße Verfahren stellt ein System zur Erzeugung von Wasserstoff unter zu Hilfenahme des im Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors stattfindenden Verbrennungsvorganges dar. Die Wasserstofferzeugung läuft also simultan, d.h. im Wesentlichen gleichzeitig, mit dem Verbrennungsvorgang des Brennstoffes im Verbrennungsraum ab. Der anfallende Wasserstoff wird noch während eines Verbrennungszyklus, d.h. bei einem Zylinder als Verbrennungsraum während eines Kolbenhubzyklus, mit dem Restsauerstoff wieder zu Wasser verbrannt. Es findet also eine der Brennstoffverbrennung überlagerte Wasserstoffverbrennung statt. Dadurch, dass zwei Verbrennungsprozesse stattfinden wird der Druckverlauf im Verbrennungsraum gegenüber einer Verbrennung lediglich des Brennstoffes verändert, was zu einer erhöhten Umsetzung der Energie des Brennstoffes in mechanische Arbeit führt. Dabei kann bei einem zeitlichen Versatz der Verbrennungen der durch die Verbrennung im Verbrennungsraum entstehende Überdruck, der z.B. eine Kolbenbewegung antreibt, zeitlich verlängert sein, insbesondere durch die rasche Wasserstoffverbrennung früher einsetzen, und/oder der Überdruck kann vergrößert sein.The inventive method provides a system for generating hydrogen with the help of the combustion process taking place in the combustion chamber of the internal combustion engine dar. The hydrogen production is running ie simultaneously, i. essentially simultaneously, with the combustion process of the fuel in the combustion chamber. The accumulating hydrogen will still be during of a combustion cycle, i. in a cylinder as a combustion chamber while a piston stroke cycle, with the residual oxygen burned back to water. So there is a fuel combustion superimposed hydrogen combustion instead. Due to the fact that two combustion processes will take place the pressure curve will be in the combustion chamber opposite combustion of only the fuel changed, resulting in increased implementation the energy of the fuel leads into mechanical work. there can with a temporal offset of the burns by the Combustion in the combustion space resulting overpressure, e.g. a piston movement drives, extended in time be used earlier, in particular by rapid hydrogen combustion, and / or the overpressure can be enlarged.

Die zur Erzeugung des Wasserstoffes mittels des Katalysatorstoffes notwendige Energie kann zumindest teilweise von der Wärmeenergie, die bei der Verbrennung frei wird oder im Verbrennungsmotor gespeichert ist, entnommen werden. Die notwendige Energie kann auch dadurch aufgebracht werden, dass die Verbrennungsprodukte, d.h. die Abgase des Verbrennungsmotors, weniger chemische und/oder thermische Energie beinhalten als bei einer Verbrennung ohne Verwendung eines Katalysatorstoffes. Dadurch erhöht sich der Wirkungsgrad bei der Verbrennung des Brennstoffes im Verbrennungsmotor, bzw. eine Brennstoffersparnis kann erreicht werdenThe energy required to produce the hydrogen by means of the catalyst material can be at least partially taken from the heat energy released during combustion or stored in the internal combustion engine. The necessary Energy may also be applied by including the combustion products, ie, the exhaust gases of the internal combustion engine, less chemical and / or thermal energy than combustion without the use of a catalyst material. This increases the efficiency of combustion of the fuel in the internal combustion engine, or a fuel economy can be achieved

In Versuchen wurde eine Leistungssteigerung von über 5% gegenüber einer Verbrennung ohne einen Katalysatorstoff beobachtet, wobei die eingespritzte Brennstoffmenge konstant gehalten wurde.In Try was a performance increase of over 5% over one Combustion without a catalyst substance observed, with the injected Fuel quantity was kept constant.

Die durch die erfindungsgemäße Wasserstofferzeugung zusätzlich zur herkömmlichen Brennstoffverbrennung in mechanische Energie umgewandelte Energie des Brennstoffes kann zum Einsparen eines Teils des Brennstoffes führen. Bevorzugt wird zum Starten des Verbrennungsmotors der Brennstoff ohne den Katalysatorstoff verwendet. Bevorzugt wird der Katalysatorstoff beigemischt wenn im Motor, d.h. im Brennraum, eine gewünschte, für die Wasserstofferzeugung mittels des Katalysatorstoffes geeignete, Temperatur erreicht ist. Mit darauf folgender Zumischung von Wasser entweder in den Brennstoff oder direkter Einspritzung wird der Wasserstofferzeugungsprozess angestoßen. Über eine Dosierung der Zugabe des Wassers kann der Wasserstofferzeugungsprozess geregelt werden. Dabei kann es vorteilhaft sein den Zündzeitpunkt des Verbrennungsmotors abhängig von der zugegebenen Wassermenge zu variieren.The by the hydrogen production according to the invention additionally to the conventional Fuel combustion transformed into mechanical energy Fuel can help to save a part of fuel to lead. For starting the internal combustion engine, the fuel is preferred without used the catalyst material. The catalyst material is preferred admixed when in the engine, i. in the combustion chamber, a desired, for the Hydrogen production by means of the catalyst material suitable, temperature is reached. With subsequent addition of water either in the fuel or direct injection becomes the hydrogen production process initiated. Over a Metering of the addition of the water may be the hydrogen production process be managed. It may be advantageous to the ignition of the internal combustion engine dependent to vary from the added amount of water.

Da die Wasserstoffverbrennung relativ rasch zur Verbrennung des Brennstoffes abläuft findet diese bereits sehr nahe am Einspritzbereich statt. Dadurch werden unerwünschte Kohlenstoffablagerungen im Einspritzbereich, d.h. an der Einspritzdüsenspitze, vermieden bzw. beseitigt.There the hydrogen combustion relatively quickly to the combustion of the fuel expires This takes place already very close to the injection area. Thereby become unwanted Carbon deposits in the injection area, i. at the injector tip, avoided or eliminated.

Ein bekannter Reaktionsweg zur Herstellung von Wasserstoff mit z.B. fossilen Energieträgern ist die Konvertierung von Kohlenmonoxid. Diese läuft bei Reaktionstemperaturen über 200° Celsius ab, wobei eine Hochtemperaturkonvertierung über 350° Celsius und eine Tieftemperaturkonvertierung zwischen 200° und 250° Celsius unterschieden wird. Als Katalysatorstoff wird dabei üblicherweise Fe₂O₃ und/oder Cr₂O₃ verwendet. Diese Stoffe eignen sich z.B. als Katalysatorstoffe im erfindungsgemäßen Verfahren. Unter Katalysatorstoffen wird dabei auch ein Ausgangsstoff zur Bildung eines Katalysatorstoffes verstanden. Aufgrund dessen, dass der Katalysatorstoff nicht oder nur wenig selbst bei der Wasserstoffherstellung verbraucht wird, können bereits sehr geringe Mengen des Katalysatorstoffes ausreichen, um eine zu einer Wirkungsgradsteigerung signifikante Menge Wasserstoff zu erzeugen.A known reaction route for the production of hydrogen with, for example, fossil fuels is the conversion of carbon monoxide. This runs off at reaction temperatures above 200 ° Celsius, with a high-temperature conversion above 350 ° Celsius and a low-temperature conversion between 200 ° and 250 ° Celsius is distinguished. The catalyst used is usually Fe ₂ O ₃ and / or Cr ₂ O ₃ . These substances are suitable, for example, as catalyst substances in the process according to the invention. Catalysts are also understood to mean a starting material for forming a catalyst substance. Due to the fact that the catalyst material is not or only slightly consumed even in the production of hydrogen, even very small amounts of the catalyst material can be sufficient to produce a significant amount of hydrogen to increase the efficiency.

Die bei der Konvertierung von Kohlenmonoxid ablaufenden Grundreaktionen sind:

– Dampfreformierung: CH₄ + H₂O → CO + 3 H₂ und
– Konvertierung: CO + H₂O → CO₂ + H₂

The basic reactions occurring in the conversion of carbon monoxide are:

Steam reforming: CH ₄ + H ₂ O → CO + 3 H ₂ and
- Conversion: CO + H ₂ O → CO ₂ + H ₂

Alle zur Herstellung von Wasserstoff notwendigen Komponenten werden also beim erfindungsgemäßen Verfahren im Verbrennungsraum zur Verfügung gestellt. Der zur Verbrennung des erzeugten Wasserstoffes notwendige Sauerstoff wird durch den im Sauerstoffüberschussbetrieb vorhandenen Restsauerstoff zur Verfügung gestellt. Wasser wird entweder direkt in den Verbrennungsraum eingespritzt oder dem Brennstoff beigemischt. Ausreichende Reaktionstemperaturen und ein für die beim erfindungsgemäßen Verfahren ablaufenden Reaktionen vorteilhafter Druck sind im Verbrennungsraum während des Betriebs des Verbrennungsmotors vorhanden. Der Katalysatorstoff kann z.B. dadurch bereitgestellt werden, dass z.B. Eisen oder eine Eisenverbindung im Brennstoff beigemengt bzw. gelöst ist. Der Katalysatorstoff kann dann z.B. mit dem Brennstoff oder dem Wasser als Gemisch in den Verbrennungsraum gelangen.All Thus components necessary for the production of hydrogen become in the method according to the invention available in the combustion room posed. The necessary for the combustion of the hydrogen produced Oxygen is produced by the oxygen excess operation Residual oxygen available posed. Water is either injected directly into the combustion chamber or mixed with the fuel. Sufficient reaction temperatures and one for in the method according to the invention Expiring reactions are favorable pressure in the combustion chamber while the operation of the internal combustion engine available. The catalyst material can e.g. provided by e.g. Iron or one Iron compound is added or dissolved in the fuel. The catalyst material may then be e.g. with the fuel or the water get into the combustion chamber as a mixture.

Bevorzugt wird die Verbrennung durch einen Selbstzündungsprozess in einem Selbstzündungsmotor gezündet. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich also besonders günstig zur Anwendung bei Motoren, die durch eine hohe Verdichtung im Verbrennungsraum den Brennstoff zur Zündung bringen ohne dass dabei z.B. ein Zündfunke durch eine Zündkerze erzeugt werden muss. Dabei handelt es sich z.B. um (Bio-)Dieselmotoren oder Motoren, die nachwachsende Rohstoffe in flüssiger Form, d.h. z.B. raffinierte Pflanzenöle, verbrennen.Prefers combustion is by a self-ignition process in a compression-ignition engine ignited. The inventive method is suitable So very cheap for use with engines due to high compression in the combustion chamber fuel for ignition bring without thereby e.g. a spark through a spark plug must be generated. These are e.g. around (bio-) diesel engines or engines containing renewable raw materials in liquid form, i. e.g. refined Vegetable oils, burn.

Besonders bevorzugt sind der Katalysatorstoff und/oder Ausgangsstoffe zur Erzeugung des Katalysatorstoffes während der Verbrennung im Brennstoff und/oder im Wasser beigemengt und werden zusammen mit dem Wasser und/oder dem Brennstoff eingespritzt. Dadurch kann eine vorhandene Einspritzanlage praktisch unmodifiziert zum Einspritzen des Katalysatorstoffes verwendet werden. Der Katalysatorstoff bzw. dessen Ausgangsprodukte können auch bereits als natürliche Bestandteile z.B. in einem unraffinierten Pflanzenöl vorhanden sein. Z.B. ist Eisen in Pflanzenölen üblicherweise bereits in Mengen von einigen Milligramm pro Liter Pflanzenöl vorhanden.Especially preferred are the catalyst material and / or starting materials for Generation of the catalyst material during combustion in the fuel and / or in the water and are mixed with the water and / or the fuel injected. This can be an existing Injection system virtually unmodified for injecting the catalyst material be used. The catalyst material or its starting materials can also already as natural Components e.g. be present in an unrefined vegetable oil. For example, Iron is common in vegetable oils already present in quantities of a few milligrams per liter of vegetable oil.

Wenn der Katalysatorstoff und/oder dessen Ausgangsstoffe im Verbrennungsraum bevorratet sind, kann z.B. normaler Dieselkraftstoff ohne Zusätze verwendet werden. Die Bevorratung kann derart erfolgen, dass in den Bereichen des Verbrennungsraumes, die ausreichend aufgeheizt werden und die mit den Verbrennungsgasen in Berührung kommen, eine Oberfläche aus dem Katalysatorstoff, entsprechend einer Opferanode bei der Elektrolyse, vorhanden ist.If the catalyst material and / or its starting materials are stored in the combustion chamber, for example normal diesel fuel can be used without additives. The storage can be carried out such that in the areas of the combustion chamber, which are sufficiently heated and which come into contact with the combustion gases, a surface of the catalyst material, according a sacrificial anode during electrolysis.

Besonders bevorzugt ist das Wasser dem Brennstoff beigemengt und wird zusammen mit dem Brennstoff als Emulsionsbrennstoff eingespritzt. Dadurch wird das gleichzeitige Einspritzen des Brennstoffes und des Wassers mit nur einer Einspritzdüse pro Verbrennungsraum ermöglicht.Especially Preferably, the water is added to the fuel and is combined injected with the fuel as emulsion fuel. Thereby Simultaneous injection of fuel and water with only one injector per Combustion chamber allows.

Wenn als Katalysatorstoff Eisen oder eine Eisenverbindung verwendet wird, können die bekannten Raktionen bei der Konvertierung von Kohlenmonoxid ablaufen, was zu einer hohen Wasserstofferzeugungsrate führt. Durch die Verwendung von vollentsalztem Wasser werden schädliche mineralische Beläge im Verbrennungsmotor oder dessen Zuleitungen vermieden.If the catalyst used is iron or an iron compound, can the known reactions in the conversion of carbon monoxide occur, resulting in a high hydrogen production rate. By The use of demineralized water will be harmful mineral coverings avoided in the internal combustion engine or its supply lines.

Wenn als Brennstoff ein pflanzenölhaltiger, bevorzugt fettsäurehaltiger, Brennstoff verwendet wird, werden nachwachsende Energieträger eingesetzt. Fettsäurehaltige Brennstoffe fallen als Nebenprodukte verschiedener Herstellungsprozesse, z.B. der Seifenherstellung, an. Der Brennstoff kann vor dessen Einsatz raffiniert werden. Alternativ kann es vorteilhaft sein verschiedene Mineralien aus dem Brennstoff auszuwaschen um Ablagerungen im Verbrennungsmotor zu vermeiden. Katalysatorstoffe, insbesondere Eisen, können bereits in ausreichender Menge im Brennstoff vorhanden sein und müssen dann nicht zugesetzt werden. Ein geeigneter Beispielbrennstoff beinhaltet z.B. folgende Bestandteile:

– 18% freie Fettsäuren
– 16 Milligramm pro Kilogramm (mg/kg) Magnesium
– 78 mg/kg Phosphor
– 131 mg/kg Schwefel
– 402 mg/kg Kalium
– 34 mg/kg Calcium
– 37 mg/Kg Eisen

If the fuel is a vegetable oil-containing, preferably fatty acid-containing, fuel is used, renewable energy sources are used. Fatty acid-containing fuels are produced as by-products of various manufacturing processes, eg soap production. The fuel can be refined prior to its use. Alternatively, it may be advantageous to wash out various minerals from the fuel in order to avoid deposits in the internal combustion engine. Catalysts, especially iron, can already be present in a sufficient amount in the fuel and then do not have to be added. A suitable example fuel includes, for example, the following components:

- 18% free fatty acids
- 16 milligrams per kilogram (mg / kg) of magnesium
- 78 mg / kg phosphorus
- 131 mg / kg sulfur
- 402 mg / kg potassium
- 34 mg / kg calcium
- 37 mg / kg of iron

Dabei wirkt zumindest Eisen als Katalysatorstoff.there At least iron acts as a catalyst.

Der Restsauerstoffanteil im Verbrennungsraum, d.h. der Restsauerstoff der nicht während der Verbrennung des Brennstoffes verbraucht wird, beträgt bevorzugt mindestens 8% des anfänglich vor der Verbrennung vorhandenen Sauerstoffes, wodurch eine vollständige Knallgasverbrennung des Wasserstoffes ermöglicht wird. Das erfindungsgemäße Verfahren führt zu den größten Wirkungsgradverbesserungen, wenn die Wassermenge 7 bis 30 % des Brennstoffvolumens beträgt.Of the Residual oxygen content in the combustion space, i. the residual oxygen not while combustion of the fuel is consumed is preferred at least 8% of the initial oxygen present before combustion, resulting in complete combustion of oxyhydrogen gas of hydrogen becomes. The inventive method leads to the greatest efficiency improvements, when the amount of water is 7 to 30% of the fuel volume.

Wenn während der Verbrennung Drücke von mindestens 20 bar und Verbrennungstemperaturen von mindestens 600° Celsius erzeugt werden, wird keine separate Zündung des Wasserstoff-Sauerstoffgemisches z.B. durch einen Zündfunken einer Zündkerze benötigt. Die Verbrennungstemperatur des Brennstoffes reicht dann zur Zündung aus.If while the combustion pressures of at least 20 bar and combustion temperatures of at least 600 ° Celsius are generated, no separate ignition of the hydrogen-oxygen mixture e.g. through a spark a spark plug needed. The combustion temperature of the fuel is then sufficient for ignition.

Bevorzugt wird die Einspritzung bei einem Verbrennungsmotor, dessen Brennraum von einem Zylinderraum gebildet wird in dem ein Kolben vorgesehen ist, zwischen 7 Grad vor OT (Oberem Todpunkt der Kolbenbewegung im Zylinder) und 10 Grad nach OT vorgenommen. Es wird also eine, relativ zum Betrieb eines üblichen Dieselmotors, späte Einspritzung vorgenommen. Dies hat den Vorteil, dass die zu der Verbrennung des Brennstoffes relativ rasch ablaufende Wasserstoffverbrennung nicht teilweise dem Zylinderhub im Verbrennungsraum entgegen wirkt. Dabei wird wenn der Verbrennungsmotor zunächst mit reinem Brennstoff gestartet wird bevorzugt ein variabler Zündzeitpunkt gewählt. Der Zündzeitpunkt wird dann, nachdem Wasser mit eingespritzt wird, später gewählt.Prefers is the injection in an internal combustion engine whose combustion chamber is formed by a cylinder space in which a piston is provided is between 7 degrees before TDC (upper dead center of the piston movement in the cylinder) and 10 degrees after TDC. So it will be one, relative to the operation of a conventional Diesel engine, late Injection made. This has the advantage of being to the Combustion of fuel relatively rapid combustion of hydrogen does not partially counteract the cylinder stroke in the combustion chamber. It is when the internal combustion engine initially with pure fuel is started preferably a variable ignition selected. Of the ignition timing is then chosen later, after water is injected with.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist eingerichtet zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Vorrichtung weist einen im Sauerstoffüberschussbetrieb betreibbaren Verbrennungsmotor und Mittel zum Einspritzen von Wasser und Brennstoff in einen Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors auf. Erfindungsgemäß sind am Verbrennungsmotor Mittel zur Bereitstellung eines Katalysatorstoffes im Verbrennungsraum vorgesehen, wobei der Katalysatorstoff geeignet ist, während der Verbrennung Wasserstoff aus dem Brennstoff und/oder dem Wasser und/oder Verbrennungsprodukten der Verbrennung im Verbrennungsraum zu erzeugen. Die Mittel zur Bereitstellung eines Katalysatorstoffes können z.B. einen Tank umfassen der mit einem den Katalysatorstoff beinhaltenden Brennstoff gefüllt ist und/oder es kann eine Mischvorrichtung vorhanden sein, eingerichtet den Katalysatorstoff dosiert dem Brennstoff und/oder dem Wasser vor der Einspritzung beizumengen.The inventive device is set up for implementation the method according to the invention. The device has an operable in excess oxygen operation Internal combustion engine and means for injecting water and fuel in a combustion chamber of the internal combustion engine. According to the invention are Internal combustion engine Means for providing a catalyst substance provided in the combustion chamber, wherein the catalyst material suitable is while combustion of hydrogen from the fuel and / or water and / or combustion products of combustion in the combustion chamber to create. The means for providing a catalyst material can e.g. a tank comprising the one containing the catalyst material Fuel filled is and / or there may be a mixing device, set up the catalyst material is metered into the fuel and / or water to add to the injection.

Wenn die Mittel zum Einspritzen aus Edelstahl gefertigt sind, kann ein korrosiver Brennstoff, z.B. ein freie Fettsäuren enthaltendes, Pflanzenöl, als Brennstoff verwendet werden.If The means of injection are made of stainless steel, a can corrosive fuel, e.g. a vegetable oil containing free fatty acids as fuel be used.

Vorteilhaft können die Mittel zur Bereitstellung des Katalysatorstoffes als mindestens ein im Verbrennungsraum bereit gehaltener Körper aus dem Material des Katalysatorstoffes vorgesehen sein. Der Körper weist dadurch eine Oberfläche im Verbrennungsraum auf, mittels derer der Katalysatorstoff mit dem eingespritzten Wasser und dem Brennstoff und/oder dessen Verbrennungsprodukten in Berührung kommt. Es muss dann kein Brennstoff, der einen Katalysatorstoff beinhaltet, verwendet werden. D.h. es kann z.B. handelsüblicher Dieselkraftstoff verwendet werden.Advantageous can the means for providing the catalyst material as at least a body kept ready in the combustion chamber from the material of the catalyst material be provided. The body thus has a surface in the combustion chamber, by means of which the catalyst material with the injected water and the fuel and / or its combustion products in touch comes. There then does not have to be any fuel that is a catalyst includes, used. That it can e.g. commercial Diesel fuel can be used.

Vorgeschlagen wird ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors im Sauerstoffüberschussbetrieb, wobei ein Brennstoff und Wasser in mindestens einen Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors eingespritzt und zur Verbrennung gebracht wird und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Unter Verwendung eines Katalysatorstoffes im Verbrennungsraum während der Verbrennung wird Wasserstoff aus dem Brennstoff und/oder dem Wasser und/oder Verbrennungsprodukten der Verbrennung erzeugt, wobei der Wasserstoff mit zumindest Teilen des Restsauerstoffes des Sauerstoffüberschussbetriebs zur Verbrennung gebracht wird.proposed is a method for operating an internal combustion engine in the oxygen excess operation, being a fuel and water in at least one combustion chamber of the internal combustion engine injected and brought to combustion and an apparatus for carrying out the method. Under Use of a catalyst material in the combustion chamber during the Combustion becomes hydrogen from the fuel and / or water and / or combustion products of combustion, wherein the Hydrogen with at least parts of the residual oxygen of the oxygen excess operation is brought to combustion.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die vorstehend angegebenen Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche auch bei grundsätzlich anders gearteter Ausführung von den Merkmalen der Erfindung Gebrauch machen.The Restricted invention not on the above embodiments. Rather, it is a number of variants conceivable, which is also fundamentally different of the type make use of the features of the invention.

Claims

Method for operating an internal combustion engine in an excess oxygen operation, wherein a fuel and water is injected into at least one combustion chamber of the internal combustion engine and brought to combustion, characterized in that using a catalyst material in the combustion chamber during combustion, hydrogen from the fuel and / or water and / or or combustion products of the combustion is generated, wherein the hydrogen is brought to at least parts of the residual oxygen of the oxygen surplus operation for combustion.

Method according to claim 1, characterized in that in that the combustion is ignited by an auto-ignition process in a compression-ignition engine.

Method according to at least one of claims 1 to 2, characterized in that the catalyst material and / or starting materials for generating the catalyst material during combustion in the fuel and / or in the water and together with the water and / or the fuel is injected or that the catalyst material and / or whose starting materials are stored in the combustion chamber.

Method according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that the water is added to the fuel is and the water together with the fuel as an emulsion fuel is injected.

Method according to at least one of claims 1 to 4, characterized in that as the catalyst material iron or an iron compound is used and / or that demineralized Water is used.

Method according to at least one of claims 1 to 5, characterized in that as fuel a vegetable oil containing, preferably fatty acid-containing, Fuel is used.

Method according to at least one of claims 1 to 6, characterized in that the residual oxygen content in the combustion chamber at least 8% and / or that the amount of water is up to 30% of the fuel volume.

Method according to at least one of claims 1 to 7, characterized in that during the combustion pressures of at least 20 bar and combustion temperatures of at least 600 ° Celsius be generated.

Method according to at least one of claims 1 to 8, characterized in that the injection between 7 degrees before TDC and 10 degrees after TDC is made.

Device arranged to carry out the Method according to at least one of claims 1 to 9 with an oxygen excess operation operable internal combustion engine, the at least one combustion chamber and means for injecting water and fuel into the combustion chamber characterized in that the internal combustion engine means for providing a catalyst material in the combustion chamber are provided, wherein the catalyst material is suitable during the Combustion of hydrogen from the fuel and / or water and / or To produce combustion products of combustion in the combustion chamber.

Device according to claim 10, characterized in that that the injection means are made of stainless steel.

Device according to at least one of claims 10 to 11, characterized in that the means for providing the Catalyst material as at least one in the combustion chamber ready held body are provided from the material of the catalyst material.