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DE4035064C1 - Method of fuelling IC engine - has fuel and water vapour mix cooled after passing through compressor - Google Patents

Method of fuelling IC engine - has fuel and water vapour mix cooled after passing through compressor

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DE4035064C1
DE4035064C1 DE4035064A DE4035064A DE4035064C1 DE 4035064 C1 DE4035064 C1 DE 4035064C1 DE 4035064 A DE4035064 A DE 4035064A DE 4035064 A DE4035064 A DE 4035064A DE 4035064 C1 DE4035064 C1 DE 4035064C1
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mixture
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water vapor
water
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DE4035064A
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German (de)
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Siegfried Dr. 5110 Alsdorf De Foerster
Wolf-Dieter Dr. 5170 Juelich De Kuehne
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Forschungszentrum Juelich GmbH
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Forschungszentrum Juelich GmbH
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Abstract

The ic-engine is operated by feeding a mixture of fuel vapour and water vapour under pressure into the compressed air in the cylinder space before reaching top dead centre. Before it is injected, the mixture should be cooled to a point where part of the fuel vapour condenses. The mixture line (9) contains a cooler (14) upstream of the entry into cylinder so as to cool the vapour mixture down below dewpoint of the fuel vapour contained in the mixture. The cooler is flowed by motor exhaust to cool the condensation water obtained. ADVANTAGE - Condensing part of fuel vapour delays combustion in cylinder to guard against knocking.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben eines Kolbenmotors unter Zufuhr eines un­ ter Druck stehenden Brennstoffdampf/Wasserdampf-Ge­ misches zum Zylinderraum des Kolbenmotors in vorkom­ primierte Verbrennungsluft. Das Brennstoffdampf/Was­ serdampf-Gemisch wird in den Zylinderraum noch vor Erreichen des oberen Kolbentotpunktes injiziert. Gegenstand der Erfindung ist auch eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for Operating a piston engine while supplying an un pressure fuel vapor / water vapor Ge mix to the cylinder space of the piston engine in occ primed combustion air. The fuel vapor / what Serdampf mixture is still in the cylinder chamber Reached the top piston dead center injected. The invention also relates to a device to carry out the procedure.

Einen Kolbenmotor mit einem Brennstoffdampf/Wasser­ dampf-Gemisch zu betreiben ist aus DE-OS 37 34 346 A1 bekannt. Das Brennstoffdampf/Wasser­ dampf-Gemisch wird durch Ausnutzung von Abgaswärme erzeugt. Dabei wird unter einem Druck, der dem zur Injektion des Brennstoffdampf/Wasserdampf-Gemisches erforderlichen Druck entspricht, aus flüssigem Brenn­ stoff und Wasser ein homogenes Dampfgemisch gebil­ det. Es hat sich gezeigt, daß das Brennstoffdampf/ Wasserdampf-Gemisch nach Zufuhr in den die kompri­ mierte Verbrennungsluft enthaltenden Zylinderraum spontan zur Verbrennung neigt und zum Klopfen des Kolbenmotors führt.A piston engine with a fuel vapor / water To operate steam mixture is from DE-OS 37 34 346 A1 known. The fuel vapor / water steam mixture is made use of exhaust heat generated. It is under a pressure that the Injection of the fuel vapor / water vapor mixture corresponds to the required pressure from liquid burning substance and water create a homogeneous vapor mixture det. It has been shown that the fuel vapor / Water vapor mixture after being fed into the kompri cylinder chamber containing combustion air spontaneously tends to burn and knock the Piston engine leads.

Aufgabe der Erfindung ist es, unter Beibehaltung der Aufbereitung des Brennstoffdampf/Wasserdampf- Gemisches die Klopfneigung des Gemisches beim Be­ trieb eines Kolbenmotors zu verringern. The object of the invention is to maintain the preparation of the fuel vapor / water vapor Mix the tendency of the mixture to knock when loading drive a piston engine to decrease.  

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Maßnahmen gelöst. Das Brennstoffdampf/Wasserdampf-Gemisch wird vor seiner Injektion soweit abgekühlt, daß ein Teil des Brennstoffdampfes kondensiert. Wegen der dann im Zy­ linderraum noch zu verdampfenden kondensierten Brenn­ stoffmenge erfolgt die durch Selbstzündung einsetzen­ de Verbrennung erst mit dem in der Dampfphase befind­ lichen Brennstoff und danach mit dem verdampften restlichen Brennstoff. Dadurch wird eine langsame und klopffreie Verbrennung erreicht. Die Abkühlung des Brennstoffdampf/Wasserdampf-Gemisches kann der­ art erfolgen, daß neben einem Teil des Brennstoffs auch ein Teil des Wasserdampfes kondensiert wird, Patentanspruch 2, was die Verbrennung weiter ver­ langsamt.This object is achieved according to the invention by Measures specified in claim 1 solved. The fuel vapor / water vapor mixture is before cooled its injection so far that part of the Fuel vapor condenses. Because of the then in the Zy linderraum condensed burning still to be evaporated The amount of substance is generated by self-ignition de Combustion is only in the vapor phase fuel and then with the vaporized remaining fuel. This will make it slow and knock-free combustion achieved. The cooling of the fuel vapor / water vapor mixture can kind that take place in addition to part of the fuel part of the water vapor is also condensed, Claim 2, which ver further combustion slow.

In weiteren Ausbildungen der Erfindung nach Patentan­ sprüchen 3 und 4 ist es vorgesehen, die kondensier­ te Brennstoffmenge bei zunehmender Motorleistung sowie bei einsetzender klopfender Verbrennung bis zur Beendigung des Klopfens zu erhöhen. Um reprodu­ zierbare Kondensatmengen beim Abkühlen zu erreichen, ist es zweckmäßig, die Temperatur des Brennstoff­ dampf/ Wasserdampf-Gemisches vor seiner Abkühlung oberhalb der Taupunkttemperatur des Brennstoffs im Brennstoffdampf/Wasserdampf-Gemisch einzustellen, Patentanspruch 5. Zur Abkühlung des Brennstoffdampf/ Wasserdampf-Gemisches dient gemäß Patentanspruch 6 Kondensationswasser, das aus den Motorabgasen durch Abkühlen der Abgase gewonnen wird.In further developments of the invention according to Patentan sayings 3 and 4 it is intended to condense amount of fuel with increasing engine output as well as when knocking combustion starts to increase knocking. To reproduce achievable amounts of condensate when cooling, it is appropriate to adjust the temperature of the fuel steam / steam mixture before it cools down above the dew point temperature of the fuel in the Adjust fuel vapor / water vapor mixture, Claim 5. To cool the fuel vapor / Steam mixture serves according to claim 6 Condensation water coming out of the engine exhaust Cooling the exhaust gases is obtained.

Die Erfindung und weitere Ausbildungsmerkmale der Erfindung werden nachfolgend anhand einer zur Durch­ führung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Einrichtung näher erläutert. Die Einrichtung ist in der Zeichnung schematisch wiedergegeben. The invention and further training features of Invention are based on a to suitable implementation of the method according to the invention Establishment explained in more detail. The facility is represented schematically in the drawing.  

Die Zeichnung zeigt in prinzipieller Darstellung einen Dampferzeuger 1 für ein Brennstoffdampf/Wasser­ dampf-Gemisch sowie einen Kolbenmotor 2 mit einem Injektionsventil 3 zur Zugabe des Brennstoffdampf/ Wasserdampf-Gemisches zum Zylinderraum 4 des Kol­ benmotors 2. Das Brennstoffdampf/Wasserdampf-Gemisch wird während des Kompressionshubes des Kolbenmotors in den Zylinderraum 4 injiziert.The drawing shows a basic illustration of a steam generator 1 for a fuel vapor / water vapor mixture and a piston engine 2 with an injection valve 3 for adding the fuel vapor / water vapor mixture to the cylinder space 4 of the Kol benmotors 2nd The fuel vapor / water vapor mixture is injected into the cylinder space 4 during the compression stroke of the piston engine.

Der Dampferzeuger 1 ist im Abgaskanal 5 des Kolben­ motors 2 angeordnet. Das Brennstoffdampf/Wasserdampf- Gemisch wird in einem Wendelrohrverdampfer 6 erzeugt. Ein Verdampfer dieser Art ist aus der DE-PS 36 26 933 C2 bekannt. Der erforderliche Druck im Wendelrohrverdampfer wird durch eine Flüssigkeits­ pumpe 7 zum Einspeisen von Wasser und eine Flüssig­ keitspumpe 8 zum Einspeisen des Brennstoffs erzeugt. Das im Wendelrohrverdampfer gebildete Brennstoff­ dampf/Wasserdampf-Gemisch strömt in einer Dampfge­ mischleitung 9 mit einer Temperatur, die oberhalb der Taupunkttemperatur des Brennstoffs im Brennstoff­ dampf/Wasserdampf-Gemisch liegt, aus dem Wendelrohr­ verdampfer 6 zum Injektionsventil 3 ab.The steam generator 1 is arranged in the exhaust duct 5 of the piston engine 2 . The fuel vapor / water vapor mixture is generated in a spiral tube evaporator 6 . An evaporator of this type is known from DE-PS 36 26 933 C2. The required pressure in the spiral tube evaporator is generated by a liquid pump 7 for feeding water and a liquid speed pump 8 for feeding the fuel. The fuel vapor / water vapor mixture formed in the spiral tube evaporator flows in a vapor mixing line 9 at a temperature which is above the dew point temperature of the fuel in the fuel vapor / water vapor mixture, from the spiral tube evaporator 6 to the injection valve 3 .

Das den Wendelrohrverdampfer 6 umströmende Motorab­ gas wird vor Austritt aus dem Abgaskanal 5 (Abgas­ austritt 5a) noch durch einen Wärmeübertrager 10 geleitet. Das Motorabgas wird im Wärmeübertrager 10 unter Wärmeabgabe bis unter die Kondensationstempe­ ratur des im Abgas enthaltenden Wasserdampfes abge­ kühlt. Zum Auffangen des dabei entstehenden Kondens­ wassers dient ein Kondensatablauf 11, über den das Kondenswasser in einen Kondensatbehälter 12 ab­ fließt. The motor tube gas flowing around the helical tube evaporator 6 is passed through a heat exchanger 10 before it leaves the exhaust gas duct 5 (exhaust gas outlet 5 a). The engine exhaust gas is cooled in the heat exchanger 10 with heat dissipation to below the condensation temperature of the water vapor contained in the exhaust gas. A condensate drain 11 , via which the condensed water flows into a condensate container 12, is used to collect the resulting condensed water.

Das Kondenswasser dient im Ausführungsbeispiel als Kühlmedium zum Abkühlen des Brennstoffdampf/Wasser­ dampf-Gemisches vor dessen Eintritt in den Zylinder­ raum 4. Die Dampfgemischleitung 9 durchzieht hierzu einen Kühler 14, in dem eine Kondenswassserleitung 15 mündet, die druckseitig an der Flüssigkeitspumpe 7 angeschlossen ist. Die Flüssigkeitspumpe 7 saugt das im Kondensatbehälter 12 enthaltende Kondenswas­ ser ab und befördert es über die Kondenswasserlei­ tung 15 zum Kühler 14. In die Kondenswasserleitung ist ein Mengenregler 16 zur Einstellung der zum Küh­ ler 14 geführten Kondenswassermenge eingesetzt. Der Mengenregler 16 wird über einen Temperaturfühler 17 in der Dampfgemischleitung 9 hinter dem Kühler 14 gesteuert. Über die Temperatur in der Dampfgemisch­ leitung 9 wird die zu kondensierende Menge des Brenn­ stoff- und Wasserdampfes eingestellt.In the exemplary embodiment, the condensed water serves as a cooling medium for cooling the fuel vapor / water vapor mixture before it enters the cylinder space 4 . For this purpose, the steam mixture line 9 passes through a cooler 14 , in which a condensation water line 15 opens, which is connected on the pressure side to the liquid pump 7 . The liquid pump 7 sucks the water contained in the condensate container 12 from the condensed water and conveys it via the condensate line 15 to the cooler 14 . In the condensate line, a flow controller 16 is used to adjust the amount of condensed water led to the cooler 14 . The quantity regulator 16 is controlled via a temperature sensor 17 in the steam mixture line 9 behind the cooler 14 . The amount of fuel and water vapor to be condensed is set via the temperature in the steam mixture line 9 .

Von Kühler 14 führt eine Rückführleitung 18 für das den Kühler 14 verlassende Kondenswasser zum Wasser­ eingang 19 am Wendelrohrverdampfer 6. Eine Zulei­ tung 20 für Kondenswasser zum Wendelrohrverdampfer 6 ist zusätzlich an der Kondenswasserleitung 15 an­ geschlossen. Die Zuleitung 20 zweigt von der Kon­ denswasserleitung 15 in Strömungsrichtung des Kon­ denswassers gesehen noch vor dem Kondensatmengen­ regler 16 ab. In der Zuleitung 20 befindet sich ein einstellbares Ventil 21.From the cooler 14 , a return line 18 for the condenser water leaving the cooler 14 leads to the water inlet 19 on the helical tube evaporator 6 . A supply line 20 for condensed water to the spiral tube evaporator 6 is additionally closed on the condensed water line 15 . The feed line 20 branches from the condensate conduit 15 seen in the flow direction of the condensate even before the amount of condensate regulator 16 . An adjustable valve 21 is located in the feed line 20 .

Claims (11)

1. Verfahren zum Betreiben eines Kolbenmotors unter Zuführung eines unter Druck stehenden Brennstoff­ dampf/Wasserdampf-Gemisches zum Zylinderraum des Kolbenmotors in vorkomprimierte Verbrennungsluft noch vor Erreichen des oberen Kolbentotpunktes, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennstoffdampf/Wasserdampf-Gemisch vor seiner Injektion soweit abgekühlt wird, daß ein Teil des Brennstoffdampfes kondensiert.1. A method for operating a piston engine while supplying a pressurized fuel vapor / water vapor mixture to the cylinder space of the piston engine in pre-compressed combustion air before reaching the top piston dead center, characterized in that the fuel vapor / water vapor mixture is cooled as far as it is injected, that part of the fuel vapor condenses. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß neben einem Teil des Brennstoffs auch ein Teil des Wasserdampfes kondensiert wird.2. The method according to claim 1, characterized, that in addition to some of the fuel, some of the water vapor is condensed. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei zunehmender Motorleistung die kondensierte Brennstoffmenge erhöht wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized, that the condensed with increasing engine power Amount of fuel is increased. 4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einsetzender, klopfender Verbrennung des Brennstoffdampf/Wasserdampf-Gemisches die konden­ sierte Brennstoffmenge bis zur Beendigung des Klop­ fens erhöht wird.4. The method according to claim 1, 2 or 3, characterized, that when the knocking combustion starts Fuel vapor / water vapor mixture amount of fuel until the end of the knock fens is increased. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennstoffdampf/Wasserdampf-Gemisch vor seiner Abkühlung eine Temperatur oberhalb der Tau­ punkttemperatur des Brennstoffs im Brennstoffdampf/ Wasserdampf-Gemisch aufweist. 5. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that the fuel vapor / water vapor mixture before its cooling a temperature above the dew point temperature of the fuel in the fuel vapor / Has water vapor mixture.   6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennstoffdampf/Wasserdampf-Gemisch im Wär­ meaustausch mit Kondenswasser, das aus dem Motorab­ gas gewonnen ist, abgekühlt wird.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that the fuel vapor / water vapor mixture in the heat Exchange with condensed water coming from the engine gas is recovered, is cooled. 7. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6 mit einem Dampferzeuger zur Erzeugung eines Brennstoff­ dampf/Wasserdampf-Gemischs aus überhitztem Wasser­ dampf und in den Wasserdampf verdampftem flüssigen Brennstoff, mit zumindestens einer vom Dampferzeu­ ger zum Zylinderraum eines Kolbenmotors zugeführten Dampfgemischleitung, dadurch gekennzeichnet, daß in der Dampfgemischleitung (9) vor Eintritt des Brennstoffdampf/Wasserdampf-Gemisches in den Zylin­ derraum (4) des Kolbenmotors (2) ein Kühler (14) zur Abkühlung des Dampfgemisches bis unter die Tau­ punkttemperatur des im Dampfgemisch enthaltenden Brennstoffdampfes eingesetzt ist.7. Device for performing the method according to one of the preceding claims 1 to 6 with a steam generator for generating a fuel vapor / water vapor mixture from superheated water vapor and vaporized liquid fuel in the water vapor, with at least one of the steam generator to the cylinder space of a piston engine Steam mixture line, characterized in that in the steam mixture line ( 9 ) before entering the fuel vapor / water vapor mixture into the cylinder space ( 4 ) of the piston engine ( 2 ) a cooler ( 14 ) for cooling the steam mixture to below the dew point temperature of the steam mixture Fuel vapor is used. 8. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß den Kühler (14) als Kühlmittel vom Motorabgas durch Abkühlen gewonnenes Kondenswasser durchströmt.8. Device according to claim 6, characterized in that the cooler ( 14 ) flows as a coolant from the engine exhaust gas by cooling condensed water. 9. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in einer das Kondenswasser zum Kühler (14) führenden Kondenswasserleitung (15) eine Flüssigkeits­ pumpe (7) eingesetzt ist. 9. Device according to claim 7, characterized in that in a condensate to the cooler ( 14 ) leading condensate line ( 15 ) a liquid pump ( 7 ) is used. 10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß am Kühler (14) an dessen Kondenswasserausgang eine Rückführleitung (18) angeschlossen ist, die am Wassereingang (19) des Dampferzeugers (1) mündet.10. Device according to one of claims 7 or 8, characterized in that a return line ( 18 ) is connected to the cooler ( 14 ) at its condensate outlet, which leads to the water inlet ( 19 ) of the steam generator ( 1 ). 11. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Kühler (14) geführte Kondenswassermenge regelbar ist.11. Device according to one of the preceding claims 7 to 9, characterized in that the amount of condensed water led to the cooler ( 14 ) can be regulated.
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