WO2001090568A1 - Method for injecting a fuel into an internal combustion engine and injection nozzle for the same - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a method for injecting a fuel into an internal combustion engine or a nozzle engine, wherein after compression, fuel is injected into the internal combustion engine or the nozzle engine, and to an injection nozzle for injecting a fuel into an internal combustion engine or a jet engine, with a fuel injection into the internal combustion engine or the jet engine taking place after compression.
- the present invention aims to further reduce the consumption of fuels, in particular in an internal combustion engine or a jet engine.
- an inventive method for injecting a fuel into an internal combustion engine Machine or a jet engine essentially characterized in that the fuel is heated to a high temperature before the injection and the fuel is injected in the vapor state.
- a very high pressure is created in an injection nozzle, by means of which the fuel or fuel in the form of steam is pressed into a piston chamber of a downstream internal combustion engine or into a jet engine.
- the fuel reaches an even higher temperature, in particular due to friction.
- the high temperature that the fuel has at the time of injection and the first contact with oxygen molecules results in an almost explosive combustion.
- the method according to the invention also enables combustion or the use of mineral fuels with higher viscosities and of vegetable fuels or of ethylene glycols and other flammable liquids by heating the fuel.
- the fuel is heated to a temperature above its self-ignition temperature.
- Raising the temperature above the self-ignition temperature of the fuel immediately before being discharged from an injection nozzle can subsequently dispense with any additional ignition device.
- preheating may also be omitted or electrical ignition of the fuel in gasoline engines is no longer necessary.
- fuels with higher autoignition temperatures can be provided according to a further preferred A s Solutionssfor that the vapor fuel is ignited when it emerges from an injection nozzle, so that the ignition takes place directly at the outlet from an injection nozzle and separate, additional ignition devices are not required.
- the heating and / or ignition of the fuel by electrical resistance, spark discharge, induction, a piezo element or the like. is made.
- the fuel be preheated in the injection nozzle before it is heated, as corresponds to a further preferred embodiment of the method according to the invention.
- Type is essentially characterized in that a heating element for heating the fuel to be injected is integrated in the injection nozzle. By means of such a heating element, the desired increase in the temperature of the
- the heating element is formed by a resistance heater, such a resistance heater correspondingly allowing the desired high temperatures of the fuel to be achieved.
- an ignition device in particular ignition electrodes, is provided at the outlet of the injection nozzle for igniting the vaporous fuel.
- Such an ignition device, in particular ignition electrodes can be easily integrated directly into the injection nozzle at its outlet end.
- the fuel is supplied to the injection nozzle in a conventional manner or through a pressurized storage container, the injection of the fuel or the triggering of the injection process being able to be carried out mechanically and / or hydraulically, for example using a lifting magnet.
- an injection nozzle is generally designated 11, a magnet coil 1 and a magnetic core 2 being provided in the injection nozzle in order to initiate the injection process in a manner known per se or to control.
- a fuel supply line with one or more channels for supplying a possibly preheated fuel and / or fuel which is already under an increased pressure into the interior of the injection nozzle is indicated by 3 ' .
- connection 4 denotes a connection which is accommodated in an insulation 5, the electrical connection 4 serving on the one hand to supply the heating element or evaporation element 6 formed for example by a resistance heater and on the other hand supplying the ignition device or Ignition electrode 10 for igniting the vaporous fuel, which has a high temperature when it emerges from the injection nozzle 11.
- the heating of the fuel in the injection nozzle 11 to a high temperature and a conversion to the vapor state makes it possible overall to reduce the amount of fuel required to operate an engine or a jet engine, in addition to corresponding environmental protection requirements with regard to subsequent combustion of the fuel can be achieved.
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Abstract
The invention relates to a method and an injection nozzle (11) for injecting a fuel into an internal combustion engine or a jet engine. An injection of fuel into the internal combustion engine or jet engine takes place after compression. According to the invention, the fuel is heated to a high temperature before injection, by a heating element (6) and is injected into the piston chamber in a vaporous state. This reduces fuel consumption while respecting environmental regulations.
Description
VERFAHREN ZUM EINSPRITZEN EINES KRAFTSTOFFS IN EINE BRENNKRAFTMASCHINE SOWIE EINSPRITZDÜSE HIEFÜR METHOD FOR INJECTING A FUEL INTO AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND INJECTION NOZZLE THEREFOR
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Einspritzen eines Kraftstoffes in eine Brennkraftmaschine bzw. ein Düsentriebwerk, wobei nach einer Kompression eine Kraftstoffeinspritzung in die Brennkraftmaschine bzw. das Düsentriebwerk erfolgt, sowie auf eine Einspritzdüse zum Einspritzen eines Kraftstoffes in eine Brennkraft- maschine bzw. ein Düsentriebwerk, wobei nach einer Kompression eine Kraftstoffeinspritzung in die Brennkraftmaschine bzw. das Düsentriebwerk erfolgt.The present invention relates to a method for injecting a fuel into an internal combustion engine or a nozzle engine, wherein after compression, fuel is injected into the internal combustion engine or the nozzle engine, and to an injection nozzle for injecting a fuel into an internal combustion engine or a jet engine, with a fuel injection into the internal combustion engine or the jet engine taking place after compression.
Insbesondere im Zusammenhang mit der zunehmenden Luftver- schmutzung, welche beispielsweise durch Abgase von Motoren mit innerer Verbrennung und Düsentriebwerken verursacht wird, bemüht sich die Forschung, den Verbrauch an Kraftstoff möglichst zu senken. Eine der bisherigen Entwicklungen geht in die Richtung, Kraftstoffe unter hohem Druck durch Einspritzdüsen immer feiner in einen MotorZylinder zu versprühen. In diesem Zusammenhang ist es bereits möglich, Kraftstoffe mit einem Druck von über 1.000 bar, beispielsweise bis zu 1.400 bar, zu versprühen, wobei physikalisch klar ist, daß bei fein versprühtem Kraftstoff durch Düsen die Verbrennung schneller und besser durchgeführt wird.In particular, in connection with the increasing air pollution caused, for example, by exhaust gases from engines with internal combustion and jet engines, research is trying to reduce the consumption of fuel as much as possible. One of the developments so far has been in the direction of spraying fuels into an engine cylinder under finer pressure using injection nozzles. In this context, it is already possible to spray fuels at a pressure of more than 1,000 bar, for example up to 1,400 bar, it being physically clear that the combustion is carried out more quickly and better through nozzles with finely sprayed fuel.
Ausgehend von dem eingangs genannten Stand der Technik zielt die vorliegende Erfindung darauf ab, den Verbrauch an Kraftstoffen, insbesondere in einer Brennkraftmaschine bzw. einem Düsentriebwerk, weiter zu verringern.Starting from the prior art mentioned at the outset, the present invention aims to further reduce the consumption of fuels, in particular in an internal combustion engine or a jet engine.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Einspritzen eines Kraftstoffes in eine Brennkraft-
maschine bzw. ein Düsentriebwerk im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoff vor der Einspritzung auf eine hohe Temperatur erhitzt wird und der Kraftstoff im Dampfzustand eingespritzt wird. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Erhitzung des Kraftstoffs vor der Einspritzung auf eine hohe Temperatur entsteht in einer Einspritzdüse ein sehr hoher Druck, durch welchen der Treibstoff bzw. Kraftstoff in Form von Dampf in einen Kolbenraum einer nachgeschalteten Brennkraftmaschine bzw. in ein Dü- sentriebwerk gepreßt wird. Beim Verlassen der Einspritzdüse erreicht der Treibstoff, insbesondere bedingt durch Reibung, eine noch höhere Temperatur. Durch die hohe Temperatur, die der Kraftstoff unmittelbar bei der Einspritzung aufweist, und durch eine erste Berührung mit Sauerstoffmo- lekülen entsteht eine nahezu explosionsartige Verbrennung. Insgesamt ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren durch die Erhitzung des Kraftstoffs auch eine Verbrennung bzw. einen Einsatz von mineralischen Treibstoffen mit höheren Viskositäten sowie von pflanzlichen Treibstoffen oder von Ethylenglykolen und anderen brennbaren Flüssigkeiten.To achieve this object, an inventive method for injecting a fuel into an internal combustion engine Machine or a jet engine essentially characterized in that the fuel is heated to a high temperature before the injection and the fuel is injected in the vapor state. As a result of the heating of the fuel to a high temperature, which is proposed according to the invention, a very high pressure is created in an injection nozzle, by means of which the fuel or fuel in the form of steam is pressed into a piston chamber of a downstream internal combustion engine or into a jet engine. When leaving the injection nozzle, the fuel reaches an even higher temperature, in particular due to friction. The high temperature that the fuel has at the time of injection and the first contact with oxygen molecules results in an almost explosive combustion. Overall, the method according to the invention also enables combustion or the use of mineral fuels with higher viscosities and of vegetable fuels or of ethylene glycols and other flammable liquids by heating the fuel.
Zur weiteren Vereinfachung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, daß der Kraftstoff auf eine Temperatur über seine Selbst- entzündungstemperatur erhitzt wird. Durch eine derartigeTo further simplify the method according to the invention, it is proposed according to a preferred embodiment that the fuel is heated to a temperature above its self-ignition temperature. By such
Erhöhung der Temperatur über die Selbstentzündungstempera- tur des Kraftstoffs unmittelbar vor dem Ausbringen aus einer Einspritzdüse kann in weiterer Folge auf jegliche zusätzliche Zündeinrichtung verzichtet werden. Beispielsweise beim Einsatz im Zusammenhang mit einem Dieselmotor kann darüber hinaus ein Vorglühen entfallen oder es ist eine elektrische Zündung des Treibstoffes bei Ottomotoren nicht mehr notwendig.
Für Treibstoffe mit höheren Selbstentzündungstemperaturen kann gemäß einer weiters bevorzugten A sführungsfor vorgesehen sein, daß der dampfförmige Kraftstoff beim Austritt aus einer Einspritzdüse gezündet wird, so daß unmittelbar am Austritt aus einer Einspritzdüse die Zündung erfolgt und getrennte, zusätzliche Zündvorrichtungen nicht erforderlich sind.Raising the temperature above the self-ignition temperature of the fuel immediately before being discharged from an injection nozzle can subsequently dispense with any additional ignition device. For example, when used in connection with a diesel engine, preheating may also be omitted or electrical ignition of the fuel in gasoline engines is no longer necessary. For fuels with higher autoignition temperatures can be provided according to a further preferred A sführungsfor that the vapor fuel is ignited when it emerges from an injection nozzle, so that the ignition takes place directly at the outlet from an injection nozzle and separate, additional ignition devices are not required.
Für eine einfache Erhitzung und/oder Entzündung des Kraftstoffs wird gemäß einer weiters bevorzugten Verfahrensfüh- rung vorgeschlagen, daß die Erhitzung und/oder Entzündung des Kraftstoffes durch elektrischen Widerstand, Funkenentladung, Induktion, ein Piezoelement oder dgl . vorgenommen wird.For a simple heating and / or ignition of the fuel, it is proposed according to a further preferred method that the heating and / or ignition of the fuel by electrical resistance, spark discharge, induction, a piezo element or the like. is made.
Insbesondere bei Treibstoffen mit höherer Viskosität wird zur Erzielung der gewünschten hohen Temperaturen in der Einspritzdüse darüber hinaus vorgeschlagen, daß der Kraft- stoff vor dem Erhitzen in der Einspritzdüse vorgewärmt wird, wie dies einer weiters bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens entspricht.In particular in the case of fuels with a higher viscosity, in order to achieve the desired high temperatures in the injection nozzle, it is also proposed that the fuel be preheated in the injection nozzle before it is heated, as corresponds to a further preferred embodiment of the method according to the invention.
Eine Einspritzdüse zur Lösung der obengenannten Aufgabe ausgehend von einer Einspritzdüse der eingangs genanntenAn injection nozzle for solving the above-mentioned problem starting from an injection nozzle of the type mentioned
Art ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß in der Einspritzdüse ein Heizelement zum Erhitzen des einzuspritzenden Kraftstoffes integriert ist. Durch ein derartiges Heizelement ist unmittelbar in der Einspritzdüse die erfindungsgemäß gewünschte Erhöhung der Temperatur desType is essentially characterized in that a heating element for heating the fuel to be injected is integrated in the injection nozzle. By means of such a heating element, the desired increase in the temperature of the
Kraftstoffs bzw. Treibstoffes möglich.
Gemäß einer besonders einfachen Ausführungsform wird in diesem Zusammenhang vorgeschlagen, daß das Heizelement von einer Widerstandsheizung gebildet ist, wobei eine derartige Widerstandsheizung entsprechend die gewünschten, hohen Tem- peraturen des Kraftstoffs erzielen läßt.Fuel or fuel possible. According to a particularly simple embodiment, it is proposed in this connection that the heating element is formed by a resistance heater, such a resistance heater correspondingly allowing the desired high temperatures of the fuel to be achieved.
Für den Fall, daß eine Zündung unmittelbar am Austritt aus der Einspritzdüse vorgenommen werden soll, wird gemäß einer weiters bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, daß am Austritt der Einspritzdüse eine Zündvorrichtung, insbesondere Zündelektroden, zum Zünden des dampfförmigen Kraftstoffes vorgesehen ist. Eine derartige Zündvorrichtung, insbesondere Zündelektroden, kann in einfacher Weise unmittelbar in die Einspritzdüse in deren Austrittsende integ- riert sein.In the event that ignition is to be carried out directly at the outlet from the injection nozzle, it is proposed according to a further preferred embodiment that an ignition device, in particular ignition electrodes, is provided at the outlet of the injection nozzle for igniting the vaporous fuel. Such an ignition device, in particular ignition electrodes, can be easily integrated directly into the injection nozzle at its outlet end.
Die Zuführung des Treibstoffes zur Einspritzdüse erfolgt auf konventionelle Art oder durch einen unter Druck stehenden Vorratsbehälter, wobei die Einspritzung des Treibstof- fes bzw. die Auslösung des Einspritzvorgangs beispielsweise mit einem Hubmagnet, mechanisch und/oder hydraulisch vorgenommen werden kann .The fuel is supplied to the injection nozzle in a conventional manner or through a pressurized storage container, the injection of the fuel or the triggering of the injection process being able to be carried out mechanically and / or hydraulically, for example using a lifting magnet.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der beilie- genden Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbei- spiels näher erläutert, wobei die Zeichnung einen Teilschnitt durch eine erfindungsgemäße Einspritzdüse zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens darstellt.The invention is explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment shown schematically in the accompanying drawing, the drawing representing a partial section through an injection nozzle according to the invention for carrying out the method according to the invention.
In der beiliegenden Zeichnung ist eine Einspritzdüse allgemein mit 11 bezeichnet, wobei in der Einspritzdüse eine Magnetspule 1 und ein Magnetkern 2 vorgesehen sind, um in an sich bekannter Weise den Einspritzvorgang einzuleiten
bzw. zu steuern. Eine Kraftstoffzufuhrleitung mit einem oder mehreren Kanälen zur Zufuhr eines gegebenenfalls vorgewärmten und/oder unter einem bereits erhöhten Druck stehenden Treibstoffes bzw. Kraftstoffs in das Innere der Einspritzdüse ist mit 3' angedeutet .In the accompanying drawing, an injection nozzle is generally designated 11, a magnet coil 1 and a magnetic core 2 being provided in the injection nozzle in order to initiate the injection process in a manner known per se or to control. A fuel supply line with one or more channels for supplying a possibly preheated fuel and / or fuel which is already under an increased pressure into the interior of the injection nozzle is indicated by 3 ' .
Mit 4 ist ein Anschluß bezeichnet, welcher in einer Isolierung 5 aufgenommen ist, wobei der elektrische Anschluß 4 einerseits zur Versorgung des beispielsweise von einer Wi- derstandsheizung gebildeten Heizelements bzw. Verdampfungselements 6 dient und andererseits die Versorgung der in dieser Ausführungsform zusätzlich angedeuteten Zündvorrichtung bzw. Zündelektrode 10 für eine Zündung des dampfförmigen Treibstoffes, welcher eine hohe Temperatur beim Aus- tritt aus der Einspritzdüse 11 aufweist, ermöglicht.4 denotes a connection which is accommodated in an insulation 5, the electrical connection 4 serving on the one hand to supply the heating element or evaporation element 6 formed for example by a resistance heater and on the other hand supplying the ignition device or Ignition electrode 10 for igniting the vaporous fuel, which has a high temperature when it emerges from the injection nozzle 11.
Wie oben bereits angedeutet, kann bei Kraftstoffen mit entsprechend niedriger Selbstentzündungstemperatur und einem Aufheizen des Kraftstoffs auf eine über der Selbstentzün- d ngstemperatur liegende Temperatur zumindest unmittelbar beim Austritt aus der durch einen schematisch angedeuteten Ventilkörper 9 abgeschlossenen Austrittsöffnung 12 der Einspritzdüse 11 auf die zusätzliche Zündvorrichtung bzw. die Zündelektroden 10 verzichtet werden.As already indicated above, in the case of fuels with a correspondingly low autoignition temperature and a heating of the fuel to a temperature above the autoignition temperature, at least immediately upon exit from the outlet opening 12 of the injection nozzle 11, which is closed off by a schematically indicated valve body 9, onto the additional ignition device or the ignition electrodes 10 are dispensed with.
Mit 7 ist allgemein der Heiz- bzw. Verdampfungsraum zum Erwärmen und Verdampfen des durch die Einspritzdüse 11 einzuspritzenden Kraftstoffs angedeutet, wobei mit 8 die Umman- telung bzw. der Körper der Einspritzdüse 11 angedeutet ist.7 generally indicates the heating or evaporation space for heating and vaporizing the fuel to be injected through the injector 11, with 8 the casing or the body of the injector 11 being indicated.
Anstelle der Verwendung der elektrischen Widerstandsheizung 6 sowie der Zündelektrode 10 kann ein Erhitzen des Kraftstoffs im Inneren der Einspritzdüse 11 als auch ein gegebe-
nenfalls erforderliches Zünden beim Austreten aus der Einspritzdüse auch durch eine Funkenentladung, durch Induktion, ein Piezoelement oder dgl . vorgenommen werden.Instead of using the electrical resistance heater 6 and the ignition electrode 10, heating the fuel inside the injection nozzle 11 as well as if necessary, ignition when emerging from the injection nozzle also by a spark discharge, by induction, a piezo element or the like. be made.
Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Erhitzung des Kraftstoffs in der Einspritzdüse 11 auf eine hohe Temperatur und eine Überführung in den Dampfzustand läßt sich insgesamt eine Verringerung der zum Betrieb eines Motors bzw. eines Düsentriebwerks erforderlichen Kraftstoffmenge erzie- len, wobei darüber hinaus entsprechende Umweltschutzauflagen im Hinblick auf eine nachfolgende Verbrennung des Kraftstoffs erfüllbar sind.
The heating of the fuel in the injection nozzle 11 to a high temperature and a conversion to the vapor state, proposed according to the invention, makes it possible overall to reduce the amount of fuel required to operate an engine or a jet engine, in addition to corresponding environmental protection requirements with regard to subsequent combustion of the fuel can be achieved.
Claims
1. Verfahren zum Einspritzen eines Kraftstoffes in eine Brennkraftmaschine bzw. ein Düsentriebwerk, wobei nach einer Kompression eine Kraftstoffeinspritzung in die Brennkraftmaschine bzw. das Düsentriebwerk erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoff vor der Einspritzung auf eine hohe Temperatur erhitzt wird und der Kraftstoff im Dampfzustand eingespritzt wird.1. A method for injecting a fuel into an internal combustion engine or a nozzle engine, wherein after compression, fuel is injected into the internal combustion engine or the nozzle engine, characterized in that the fuel is heated to a high temperature before the injection and the fuel is in the vapor state is injected.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoff auf eine Temperatur über seine Selbstentzündungstemperatur erhitzt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the fuel is heated to a temperature above its auto-ignition temperature.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dampfförmige Kraftstoff beim Austritt aus einer Einspritzdüse (11) gezündet wird.3. The method according to claim 1, characterized in that the vaporous fuel is ignited when it emerges from an injection nozzle (11).
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekenn- zeichnet, daß die Erhitzung und/oder Entzündung des Kraftstoffes durch elektrischen Widerstand, Funkenentladung, Induktion, ein Piezoelement oder dgl . vorgenommen wird.4. The method according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the heating and / or ignition of the fuel by electrical resistance, spark discharge, induction, a piezo element or the like. is made.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge- kennzeichnet, daß der Kraftstoff vor dem Erhitzen in der5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the fuel prior to heating in the
Einspritzdüse (11) vorgewärmt wird.Injection nozzle (11) is preheated.
6. Einspritzdüse (11) zum Einspritzen eines Kraftstoffes in eine Brennkraftmaschine bzw. ein Düsentriebwerk, wobei nach einer Kompression eine Kraftstoffeinspritzung in die Brennkraftmaschine bzw. das Düsentriebwerk erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß in der Einspritzdüse (11) ein Heizelement (6) zum Erhitzen des einzuspritzenden Kraftstoffes integriert ist.6. Injection nozzle (11) for injecting a fuel into an internal combustion engine or a nozzle engine, wherein after compression, fuel is injected into the internal combustion engine or the nozzle engine, characterized in that a heating element in the injection nozzle (11) (6) is integrated for heating the fuel to be injected.
7. Einspritzdüse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (6) von einer Widerstandsheizung gebildet ist.7. Injection nozzle according to claim 6, characterized in that the heating element (6) is formed by a resistance heater.
8. Einspritzdüse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß am Austritt der Einspritzdüse (11) eine Zündvorrichtung (10), insbesondere Zündelektroden, zum Zünden des dampfförmigen Kraftstoffes vorgesehen ist. 8. Injection nozzle according to claim 7, characterized in that an ignition device (10), in particular ignition electrodes, is provided for igniting the vaporous fuel at the outlet of the injection nozzle (11).
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