[go: up one dir, main page]

WO2005012708A1 - Wirkungsgraderhöhung von mit wasserstoff betriebenen verbrennungsmotoren - Google Patents

Wirkungsgraderhöhung von mit wasserstoff betriebenen verbrennungsmotoren Download PDF

Info

Publication number
WO2005012708A1
WO2005012708A1 PCT/EP2004/008694 EP2004008694W WO2005012708A1 WO 2005012708 A1 WO2005012708 A1 WO 2005012708A1 EP 2004008694 W EP2004008694 W EP 2004008694W WO 2005012708 A1 WO2005012708 A1 WO 2005012708A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
internal combustion
combustion engine
water
supplied
medium
Prior art date
Application number
PCT/EP2004/008694
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Bernhard Adler
Robert Adler
Sascha Dorner
Original Assignee
Linde Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Linde Aktiengesellschaft filed Critical Linde Aktiengesellschaft
Priority to EP04763752A priority Critical patent/EP1651848A1/de
Publication of WO2005012708A1 publication Critical patent/WO2005012708A1/de

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B43/00—Engines characterised by operating on gaseous fuels; Plants including such engines
    • F02B43/10—Engines or plants characterised by use of other specific gases, e.g. acetylene, oxyhydrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K25/00—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
    • F01K25/005—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for the working fluid being steam, created by combustion of hydrogen with oxygen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M25/00—Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture
    • F02M25/022—Adding fuel and water emulsion, water or steam
    • F02M25/0221—Details of the water supply system, e.g. pumps or arrangement of valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M25/00—Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture
    • F02M25/022—Adding fuel and water emulsion, water or steam
    • F02M25/025—Adding water
    • F02M25/028—Adding water into the charge intakes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Definitions

  • the invention relates to a method for supplying a medium which is combustible in an internal combustion engine, the medium being supplied to the internal combustion engine under superatmospheric pressure and at an elevated temperature and combustion air being supplied before and / or at least temporarily together with the supply of the medium.
  • the possibly modified internal combustion engines usually have a hydrogen manifold injection system, this essentially being the same as in conventional Otto engines intake manifold injection systems used. Due to the poor efficiency of such internal combustion engines with hydrogen manifold injection, common-rail high-pressure injection systems are being tested. Common-rail high-pressure injection systems are not able to significantly improve the efficiency of an internal combustion engine, but they can be used to increase the displacement.
  • the medium is heated to at least ambient temperature, preferably to a temperature of at least 500 ° C., before being fed into the internal combustion engine, and is supplied to the internal combustion engine at a pressure between 100 and 500 bar, preferably at a pressure between 200 and 300 bar ,
  • the procedure described above - hereinafter referred to as the HTI process - has an efficiency increase of more than 10% compared to conventional ones
  • a disadvantage of the HTI process is that the comparatively high working temperatures cannot be implemented in practice. The reason for this is the heat loss or the required heat dissipation, since these working temperatures are too high for the materials previously used.
  • the object of the present invention is to provide a generic method for supplying a medium which is combustible in an internal combustion engine and which avoids the aforementioned disadvantages.
  • a generic method is proposed, which is characterized in that water is supplied at least temporarily together with the supply of the combustion air.
  • water is now supplied or injected during the compression of the combustion air required for the combustion.
  • the consequence of this is that the mixture temperature - with the end pressure remaining the same, but with an increased compression ratio - can be kept significantly lower after compression than is the case with the above-described HTI process.
  • the cooling effect required for this is achieved by evaporating the supplied or injected water and the heat of evaporation released in the process.
  • the final pressure after the compression of the combustion air is designed so that it is compressed along the saturation line of water - i.e. the boundary between wet and superheated steam - so that the supplied or injected water is completely evaporated without being overheated ,
  • the optimal cooling effect is achieved by means of this procedure according to the invention.
  • the medium to be burned fed to the internal combustion engine Only then is the medium to be burned fed to the internal combustion engine.
  • this supply can also take place at least temporarily together with the supply of the combustion air.
  • the combustible medium is advantageously only supplied to the internal combustion engine towards the end of the period in which the combustion air is supplied.
  • the medium is heated to at least ambient temperature, preferably to a temperature of at least 500 ° C., before being fed into the internal combustion engine, and to the internal combustion engine at a pressure between 100 and 500 bar, preferably at a pressure between 200 and 300 bar.
  • the medium is preferably heated at least partially by heat exchange with the or one of the exhaust gas streams of the internal combustion engine.
  • the method according to the invention makes it possible to keep the combustion temperature lower, compared to the HTI method. Although this results in reduced thermal efficiency, the thermal losses are comparatively low.
  • the method according to the invention is fundamentally suitable for all known media combustible in an internal combustion engine, such as cryogenic media - for example hydrogen -, natural gas and all types of diesel and gasoline fuels.
  • the water supplied to the internal combustion engine is made available by cooling the one or one of the exhaust gas streams of the internal combustion engine.
  • the water to be supplied is generally provided by the condensation of the water vapor contained in the exhaust gas stream or streams in corresponding exhaust gas heat exchangers in which, for example, the heat of the water vapor or exhaust gas stream is transferred to the hydrogen to be heated.
  • the amount of water from the exhaust gas recovery is sufficient for each of the aforementioned fuels to ensure a closed water cycle that does not require the addition of water. Since the exhaust gas flows of the abovementioned fuels have different proportions of water, it is sufficient, for example when hydrogen is used as the combustible medium, to recover proportionately less water.
  • the method according to the invention for supplying a medium which is combustible in an internal combustion engine leads to a significantly lower thermal load on the materials used for the internal combustion engine; this results in a longer service life of the internal combustion engine or the corresponding components and a smaller size of the internal combustion engine.
  • an increase in efficiency of more than 10% compared to the previously described HTI process and about 25% compared to a conventional suction mode process can be achieved.
  • FIGS. 1 and 2 show a possible embodiment of the method according to the invention, in which the water is injected under high pressure, in particular at a pressure between 25 and 250 bar, preferably between 100 and 150 bar, while the one shown in FIGS. 3 and 4 A low-pressure water injection method is shown, in which the injection pressure of the water is between 5 and 200 bar, preferably between 50 and 100 bar.
  • FIGS. 2 and 4 each show the sections circled in FIGS. 1 and 3.
  • FIGS. 1 and 3 show a multi-cylinder internal combustion engine M, shown only schematically, to which the cylinder chambers Z — shown in sections in FIGS. 2 and 4 — are supplied with the combustion air required for the combustion via line 1.
  • the water required for the method according to the invention is obtained by the condensation of the water vapor contained in the exhaust gas stream of the internal combustion engine M.
  • the exhaust gas of the internal combustion engine M is drawn off via the exhaust gas line 2, cleaned in an optionally provided catalytic converter K and cooled in a first heat exchanger E1 downstream of the catalytic converter K against the hydrogen stream 6 - which will be discussed in more detail below. Subsequently, in a second heat exchanger E2, preferably against ambient air, the exhaust gas stream is cooled further before it is fed to a condenser or water separator W. The exhaust gas stream treated in this way is then discharged via line 3 - as a rule via an exhaust not shown in FIGS. 1 to 4.
  • the water obtained in the condenser or water separator W is first fed via line 4 to an optional filter F and then to an (intermediate) water reservoir S which is also optionally provided.
  • the filter F is at least always to be provided if the water has dissolved particles, such as burnt lubricant components, which are in front of the Supply of water to the internal combustion engine M must be removed.
  • the water reservoir S serves as a buffer in order to be able to ensure an adequate supply of water to the internal combustion engine M at all times. In particular in the start-up phase of the internal combustion engine M or in the event of load changes, insufficient water may possibly be obtained by means of the condenser or water separator W.
  • the water is now supplied from the water reservoir S via the line 5, in which at least one water pump P is provided, to the internal combustion engine M or its cylinder chamber or chambers Z.
  • At least one pressure valve 8 and one suction valve 9 are assigned to each cylinder space Z. Furthermore, as already explained, hydrogen is injected via line 7, in which an injection valve a is arranged, while according to the invention, water is injected into the cylinder space Z via line 5, in which an injection valve is provided.
  • the hydrogen is fed or injected into the cylinder space Z under a pressure of 100 to 500 bar and the water under a pressure of 25 to 250 bar.
  • the water is fed into the cylinder space Z through the injection valve.
  • the water is injected shortly before the suction valve 9 closes through its valve opening, shown in FIG. 4 by the dashed line 10.
  • the water has a pressure between 5 and 200 bar.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Zuführen eines in einem Verbrennungsmotor verbrennbaren Mediums, wobei das Medium unter überatmosphärischem Druck und mit erhöhter Temperatur dem Verbrennungsmotor zugeführt und wobei vor und/oder zumindest zeitweilig gemeinsam mit der Zuführung des Mediums Verbrennungsluft zugeführt wird, beschrieben. Erfindungsgemäß wird zumindest zeitweilig gemeinsam mit der Zuführung der Verbrennungsluft (1) Wasser (5) zugeführt. Hierbei wird das Wasser vorzugsweise unter Bedingungen zugeführt, die ein im Wesentlichen vollständiges Verdampfen des zugeführten Wassers (5) ermöglichen.

Description

Beschreibung
Wirkungsgraderhöhung von mit Wasserstoff betriebenen Verbrennungsmotoren
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zuführen eines in einem Verbrennungsmotor verbrennbaren Mediums, wobei das Ivledium unter überatmosphärischem Druck und mit erhöhter Temperatur dem Verbrennungsmotor zugeführt und wobei vor und/oder zumindest zeitweilig gemeinsam mit der Zuführung des Mediums Verbrennungsluft zugeführt wird.
Bei den zum Stand der Technik zählenden Verfahren zum Zuführen eines Mediums weisen - sofern ein kryogenes Medium, wie bspw. Wasserstoff, zur Anwendung kommt - die ggf. modifizierten Verbrennungsmotoren üblicherweise ein Wasserstoff- Saugrohreinspritzsystem auf, wobei dieses im Wesentlichen den bei herkömmlichen Otto-Motoren verwendeten Saugrohreinspritzsystemen entspricht. Aufgrund des schlechten Wirkungsgrades derartiger Verbrennungsmotoren mit Wasserstoff- Saugrohreinspritzung werden Common-Rail-Hochdruck-Einspritzsysteme erprobt. Common-Rail-Hochdruck-Einspritzsysteme vermögen zwar den Wirkungsgrad eines Verbrennungsmotors nicht wesentlich zu verbessern, jedoch kann mit ihnen die Hubraumleistung angehoben werden.
Von Nachteil bei den bisher zur Anwendung kommenden Verbrennungsmotoren mit Wasserstoff-Saugrohreinspritzung ist, dass der gasförmige Wasserstoff im Saugrohr einen beachtlichen Teil der Ansaugluft verdrängt und damit weniger Sauerstoff für die Verbrennung zur Verfügung steht. Dies hat zur Folge, dass die Hubraumleistung von mit Wasserstoff betriebenen Verbrennungsmotoren mit Saugrohreinspritzung deutlich geringer ist als bei einem Benzin- oder Dieselbetrieb.
Bei einer Hochdruck-Einspritzung des gasförmigen Wasserstoffes in den abgeschlossenen Zylinder - also bei geschlossenem oder geschlossenen Saugventilen - entfällt dieser Nachteil. Um Verdichtungsarbeit einzusparen, erfolgt die Einspritzung des gasförmigen Wasserstoffes in den abgeschlossenen Zylinder vorteilhafterweise erst knapp vor dem oberen Totpunkt des Kolbens. Die von dem gewählten Verdichtungsverhältnis abhängige Temperatur der Ansaugluft im oberen Totpunkt beträgt beispielsweise 275 °C. Wird nunmehr kalter Wasserstoff in den Brennraum des Zylinders eingespritzt, wird die Verdichtungstemperatur gesenkt und damit Verdichtungsarbeit vernichtet.
Aus der deutschen Patentanmeldung 102 54 156 ist ein gattungsgemäßes Verfahren zum Zuführen eines in einem Verbrennungsmotor verbrennbaren Mediums bekannt. Bei diesem wird das Medium vor seiner Zuführung in den Verbrennungsmotor wenigstens auf Umgebungstemperatur, vorzugsweise auf eine Temperatur von wenigstens 500 °C erwärmt wird und dem Verbrennungsmotor mit einem Druck zwischen 100 und 500 bar, vorzugsweise mit einem Druck zwischen 200 und 300 bar, zugeführt wird.
Die vorbeschriebene Verfahrensweise - nachfolgend als HTI-Verfahren bezeichnet - hat eine Wirkungsgraderhöhung von mehr als 10 % gegenüber herkömmlichen
Verfahrensweisen, bei denen ein Saugrohreinspritzsystem zur Anwendung kommt, zur Folge. Zudem verringert sich der Verbrauch an Kraftstoff bzw. verbrennbarem Medium bei gleichzeitig höherer Leistung des Verbrennungsmotors. Insbesondere im Teillastbereich des Verbrennungsmotors wird mittels des HTI-Verfahrens eine deutliche Wirkungsgradsteigerung erreicht.
Von Nachteil bei dem HTI-Verfahren ist jedoch, dass die vergleichsweise hohen Arbeitstemperaturen in der Praxis nicht umgesetzt werden können. Der Grund hierfür liegt in den Wärmeverlusten bzw. der erforderlichen Wärmeabführung, da diese Arbeitstemperaturen für die bisher verwendeten Werkstoffe zu hoch sind.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Verfahren zum Zuführen eines in einem Verbrennungsmotor verbrennbaren Mediums anzugeben, das die vorgenannten Nachteile vermeidet.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein gattungsgemäßes Verfahren vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass zumindest zeitweilig gemeinsam mit der Zuführung der Verbrennungsluft Wasser zugeführt wird. Erfindungsgemäß wird nunmehr während der Verdichtung der für die Verbrennung erforderlichen Verbrennungsluft Wasser zugeführt bzw. eingespritzt. Dies hat zur Folge, dass die Gemischtemperatur - bei gleichbleibendem Enddruck, aber erhöhtem Verdichtungsverhältnis - nach erfolgter Verdichtung bedeutend niedriger gehalten werden kann als dies bei dem vorbeschriebenen HTI-Verfahren der Fall ist. Der dafür erforderliche Kühleffekt wird durch das Verdampfen des zugeführten bzw. eingespritzten Wassers und die dabei freiwerdende Verdampfungswärme erreicht.
Der Enddruck nach der Verdichtung der Verbrennungsluft wird hierbei so ausgelegt, dass entlang der Sättigungslinie von Wasser - also der Grenze zwischen Nass- und Heißdampf - verdichtet wird, das zugeführte bzw. eingespritzte Wasser folglich zur Gänze verdampft wird, ohne dass es dabei jedoch überhitzt wird. Mittels dieser erfindungsgemäßen Verfahrensweise wird die optimale Kühlwirkung erreicht.
Erst daran anschließend wird dem Verbrennungsmotor das zu verbrennende Medium zugeführt. Alternativ dazu kann diese Zuführung auch zumindest zeitweilig gemeinsam mit der Zuführung der Verbrennungsluft erfolgen. Im letztgenannten Falle wird das verbrennbare Medium jedoch in vorteilhafter Weise erst gegen Ende des Zeitraumes, in dem die Verbrennungsluftzuführung erfolgt, dem Verbrennungsmotor zugeführt werden. . .
Hierbei wird - entsprechend einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens - das Medium vor seiner Zuführung in den Verbrennungsmotor wenigstens auf Umgebungstemperatur, vorzugsweise auf eine Temperatur von wenigstens 500 °C erwärmt und dem Verbrennungsmotor mit einem Druck zwischen 100 und 500 bar, vorzugsweise mit einem Druck zwischen 200 und 300 bar, zugeführt.
Die Erwärmung des Mediums erfolgt hierbei vorzugsweise zumindest teilweise im Wärmetausch mit dem oder einem der Abgasströme des Verbrennungsmotors.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, die Verbrennungstemperatur - verglichen mit dem HTI-Verfahren - niedriger zu halten. Daraus resultiert zwar ein verringerter thermischer Wirkungsgrad, jedoch sind die thermischen Verluste vergleichsweise gering. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich grundsätzlich für alle bekannten, in einem Verbrennungsmotor verbrennbaren Medium, wie kryogene Medien - beispielsweise Wasserstoff -, Erdgas sowie Diesel- und Benzinkraftstoffe aller Art.
Das erfindungsgemäße Verfahren weiterbildend wird vorgeschlagen, dass das dem Verbrennungsmotor zugeführte Wasser mittels einer Abkühlung des oder einer der Abgasströme des Verbrennungsmotors bereitgestellt wird.
Die Bereitstellung des zuzuführenden Wassers erfolgt im Regelfall durch die Kondensation des in dem oder den Abgasströmen enthaltenden Wasserdampfes in entsprechenden Abgaswärmeüberträgern, in welchen beispielsweise die Wärme des Wasserdampfes bzw. Abgasstromes an den zu erhitzenden Wasserstoff übertragen wird.
Die Menge an Wasser aus der Abgasrückgewinnung ist bei jedem der vorgenannten Kraftstoffe ausreichend, um einen geschlossenen Wasserkreislauf, der ohne eine zusätzliche Zugabe von Wasser auskommt, zu gewährleisten. Da die Abgasströme der vorgenannten Kraftstoffe unterschiedlich hohe Wasseranteile aufweisen, ist es beispielsweise bei der Verwendung von Wasserstoff als verbrennbares Medium ausreichend, anteilsmäßig weniger Wasser zurückzugewinnen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Zuführen eines in einem Verbrennungsmotor verbrennbaren Mediums führt zu einer bedeutend geringeren thermischen Belastung der verwendeten Materialen des Verbrennungsmotors; daraus resultieren eine höhere Lebensdauer des Verbrennungsmotors bzw. der entsprechenden Bauteile sowie eine geringere Baugröße des Verbrennungsmotors. Zudem lässt sich eine Wirkungsgradsteigerung von mehr als 10 % gegenüber dem vorbeschriebenen HTI-Verfahren und von ca. 25 % gegenüber einem konventionellen Saugbetrieb- Verfahren erreichen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Zuführen eines in einem Verbrennungsmotor verbrennbaren Mediums sowie weitere Ausgestaltungen desselben seien nachfolgend anhand zweier in den Figuren 1 bis 4 dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die Ausführungsbeispiele zeigen hierbei mit Wasserstoff betriebene Verbrennungsmotoren M. Die Figuren 1 und 2 zeigen eine mögliche Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der die Einspritzung des Wassers unter Hochdruck, insbesondere bei einem Druck zwischen 25 und 250 bar, vorzugsweise zwischen 100 und 150 bar erfolgt, während bei der in den Figuren 3 und 4 dargestellten Verfahrensweise eine Niederdruck-Wassereinspritzung, bei der der Einspritzdruck des Wassers zwischen 5 und 200 bar, vorzugsweise zwischen 50 und 100 bar beträgt, dargestellt ist. Die Figuren 2 bzw. 4 zeigen hierbei jeweils die in den Figuren 1 und 3 eingekreisten Ausschnitte.
Die Figuren 1 und 3 zeigen einen lediglich schematisch dargestellten, mehrzylindrigen Verbrennungsmotor M, dem bzw. dessen Zylinderräumen Z - ausschnittsweise dargestellt in den Figuren 2 und 4 - über Leitung 1 die für die Verbrennung erforderliche Verbrennungsluft zugeführt wird.
Das für das erfindungsgemäße Verfahren benötigte Wasser wird - wie bereits beschrieben - durch die Kondensation des in dem Abgasstrom des Verbrennungsmotors M enthaltenen Wasserdampfes gewonnen.
Über die Abgasleitung 2 wird das Abgas des Verbrennungsmotors M abgezogen, in einem optional vorzusehenden Katalysator K gereinigt und in einem, dem Katalysator K nachgeschalteten ersten Wärmetauscher E1 gegen den Wasserstoff-Strom 6 - auf den im Folgenden noch näher eingegangen werden wird - abgekühlt. Anschließend erfolgt in einem zweiten Wärmetauscher E2 - vorzugsweise gegen Umgebungsluft - eine weitere Abkühlung des Abgasstromes, bevor dieser einem Kondensator bzw. Wasserabscheider W zugeführt wird. Der so behandelte Abgasstrom wird anschließend über Leitung 3 - im Regelfall über einen in den Figuren 1 bis 4 nicht dargestellten Auspuff - abgeführt.
Das in dem Kondensator bzw. Wasserabscheider W gewonnene Wasser wird über Leitung 4 zunächst einem optional vorzusehenden Filter F und anschließend einem ebenfalls optional vorzusehenden (Zwischen)Wasserspeicher S zugeführt.
Der Filter F ist zumindest immer dann vorzusehen, wenn das Wasser gelöste Partikel, wie beispielsweise verbrannte Schmiermittelbestandteile, aufweist, die vor der Zuführung des Wassers zu dem Verbrennungsmotor M entfernt werden müssen. Der Wasserspeicher S dient hierbei als Puffer, um jederzeit eine ausreichende Zufuhr von Wasser zu dem Verbrennungsmotor M gewährleisten zu können. Insbesondere in der Startphase des Verbrennungsmotors M oder bei Lastwechseln kann möglicherweise mittels des Kondensators bzw. Wasserabscheiders W nicht genügend Wasser gewonnen werden.
Aus dem Wasserspeicher S wird das Wasser nunmehr erfindungsgemäß bei Bedarf über die Leitung 5, in der wenigstens eine Wasserpumpe P vorgesehen ist, dem Verbrennungsmotor M bzw. dessen Zylinderraum oder -räumen Z zugeführt.
Der bereits erwähnte Wasserstoff-Strom 6, der in dem Wärmetauscher E1 gegen den abzukühlenden Abgasstrom angewärmt wird, wird dem Verbrennungsmotor M bzw. dessen Zylinderraum oder -räumen Z über Leitung 7 zugeführt.
Bei dem in den Figuren 1 und 2 dargestellten Verbrennungsmotor M sind jedem Zylinderraum Z wenigstens ein Druckventil 8 sowie ein Saugventil 9 zugeordnet. Ferner wird - wie bereits erläutert - über Leitung 7, in der ein Einspritzventil a angeordnet ist, Wasserstoff eingespritzt, während erfindungsgemäß über die Leitung 5, in der ein Einspritzventil vorgesehen ist, Wasser in den Zylinderraum Z eingespritzt wird.
Bei dieser Verfahrensweise werden der Wasserstoff unter einem Druck von 100 bis 500 bar und das Wasser unter einem Druck von 25 bis 250 bar in den Zylinderraum Z geführt bzw. eingespritzt.
Demgegenüber erfolgt bei der anhand der Figuren 3 und 4 erläuterten Verfahrensweise die Zuführung des Wassers in den Zylinderraum Z durch das Einspritzventil. Das Wasser wird dabei kurz vor dem Schließen des Saugventiles 9 durch dessen Ventilöffnung eingespritzt, in der Figur 4 dargestellt durch die gestrichelt gezeichnete Linie 10. Dabei weist das Wasser einen Druck zwischen 5 und 200 bar auf.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Zuführen eines in einem Verbrennungsmotor verbrennbaren Mediums, wobei das Medium unter überatmosphärischem Druck und mit erhöhter Temperatur dem Verbrennungsmotor zugeführt und wobei vor und/oder zumindest zeitweilig gemeinsam mit der Zuführung des Mediums Verbrennungsluft zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zeitweilig gemeinsam mit der Zuführung der Verbrennungsluft (1) Wasser (5) zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser unter Bedingungen zugeführt wird, die ein im Wesentlichen vollständiges Verdampfen des zugeführten Wassers (5) ermöglichen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium vor seiner Zuführung in den Verbrennungsmotor (M) wenigstens auf Umgebungstemperatur, vorzugsweise auf eine Temperatur von wenigstens 500 °C erwärmt wird und dem Verbrennungsmotor (M) mit einem Druck zwischen 100 und 500 bar, vorzugsweise mit einem Druck zwischen 200 und 300 bar, zugeführt wird (7).
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung des Mediums zumindest teilweise im Wärmetausch (E1) mit dem oder einem der Abgasströme (2) des Verbrennungsmotors (M) erfolgt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser (5) dem Verbrennungsmotor (M) mit einem Druck zwischen 5 und 250 bar, vorzugsweise zwischen 50 und 150 bar zugeführt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das dem Verbrennungsmotor (M) zugeführte Wasser (5) mittels einer Abkühlung (E1 , E2) des oder einer der Abgasströme (2) des Verbrennungsmotors (M) bereitgestellt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das dem Verbrennungsmotor (M) zugeführte Wasser (5) vor der Zuführung einem Filtrationsprozess (F) unterworfen wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das dem Verbrennungsmotor (M) zuzuführende Wasser (5) in einem (Zwischen)Wasserspeicher S gespeichert und aus diesem dem Verbrennungsmotor (M) zugeführt wird.
PCT/EP2004/008694 2003-08-05 2004-08-03 Wirkungsgraderhöhung von mit wasserstoff betriebenen verbrennungsmotoren WO2005012708A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP04763752A EP1651848A1 (de) 2003-08-05 2004-08-03 Wirkungsgraderhöhung von mit wasserstoff betriebenen verbrennungsmotoren

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10335799A DE10335799A1 (de) 2003-08-05 2003-08-05 Wirkungsgraderhöhung von mit Wasserstoff betriebenen Verbrennungsmotoren
DE10335799.8 2003-08-05

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2005012708A1 true WO2005012708A1 (de) 2005-02-10

Family

ID=34111932

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2004/008694 WO2005012708A1 (de) 2003-08-05 2004-08-03 Wirkungsgraderhöhung von mit wasserstoff betriebenen verbrennungsmotoren

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP1651848A1 (de)
DE (1) DE10335799A1 (de)
WO (1) WO2005012708A1 (de)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010127378A1 (de) * 2009-05-08 2010-11-11 Steirische Gas-Wärme Gmbh Verfahren zum einspritzen von wasser in einen raum und danach arbeitende vorrichtung
WO2016177554A1 (de) * 2015-05-07 2016-11-10 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung und verfahren zur einspritzung von wasser für eine brennkraftmaschine
DE102023110475A1 (de) 2022-04-26 2023-10-26 Avl List Gmbh Wasserstoffbetriebene brennkraftmaschine
DE102024101768A1 (de) 2023-01-23 2024-07-25 Avl List Gmbh Wasserstoffbetriebene Brennkraftmaschine

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3983882A (en) * 1973-08-03 1976-10-05 Billings Energy Research Corporation Method and apparatus for hydrogen fueled internal combustion engines
US4508064A (en) * 1981-11-12 1985-04-02 Katsuji Baba Internal combustion engine of hydrogen gas
US4757787A (en) * 1984-12-05 1988-07-19 Antonino Risitano Method of and an arrangement for burning a liquid or gaseous fuel in a combustion chamber of an internal combustion engine
US5329908A (en) * 1993-06-08 1994-07-19 Cummins Engine Company, Inc. Compressed natural gas injection system for gaseous fueled engines
US5343699A (en) * 1989-06-12 1994-09-06 Mcalister Roy E Method and apparatus for improved operation of internal combustion engines
EP1213464A2 (de) * 2000-12-07 2002-06-12 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren und Anordnung zur Bereitstellung eines zündfähigen Arbeitsgases aus einem Kryo-Kraftstoff
WO2002081882A1 (en) * 2001-04-06 2002-10-17 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Method of operating internal combustion engine injected with critical water
US20020166545A1 (en) * 2001-05-08 2002-11-14 Kevin Stone System and method for transferring heat from exhaust gasses to compressed gas fuel

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3983882A (en) * 1973-08-03 1976-10-05 Billings Energy Research Corporation Method and apparatus for hydrogen fueled internal combustion engines
US4508064A (en) * 1981-11-12 1985-04-02 Katsuji Baba Internal combustion engine of hydrogen gas
US4757787A (en) * 1984-12-05 1988-07-19 Antonino Risitano Method of and an arrangement for burning a liquid or gaseous fuel in a combustion chamber of an internal combustion engine
US5343699A (en) * 1989-06-12 1994-09-06 Mcalister Roy E Method and apparatus for improved operation of internal combustion engines
US5329908A (en) * 1993-06-08 1994-07-19 Cummins Engine Company, Inc. Compressed natural gas injection system for gaseous fueled engines
EP1213464A2 (de) * 2000-12-07 2002-06-12 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren und Anordnung zur Bereitstellung eines zündfähigen Arbeitsgases aus einem Kryo-Kraftstoff
WO2002081882A1 (en) * 2001-04-06 2002-10-17 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Method of operating internal combustion engine injected with critical water
US20020166545A1 (en) * 2001-05-08 2002-11-14 Kevin Stone System and method for transferring heat from exhaust gasses to compressed gas fuel

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010127378A1 (de) * 2009-05-08 2010-11-11 Steirische Gas-Wärme Gmbh Verfahren zum einspritzen von wasser in einen raum und danach arbeitende vorrichtung
WO2016177554A1 (de) * 2015-05-07 2016-11-10 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung und verfahren zur einspritzung von wasser für eine brennkraftmaschine
DE102023110475A1 (de) 2022-04-26 2023-10-26 Avl List Gmbh Wasserstoffbetriebene brennkraftmaschine
DE102024101768A1 (de) 2023-01-23 2024-07-25 Avl List Gmbh Wasserstoffbetriebene Brennkraftmaschine

Also Published As

Publication number Publication date
DE10335799A1 (de) 2005-03-03
EP1651848A1 (de) 2006-05-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2003001046A2 (de) Verfahren zum betrieb einer kraftmaschine
DE102009044913A1 (de) Brennkraftmaschine
DE3323337A1 (de) Dieselbrennkraftmaschine
EP2653693A1 (de) Brennkraftmaschine
DE2615643A1 (de) Verfahren zum betrieb einer fremdgezuendeten brennkraftmaschine und brennkraftmaschine zur durchfuehrung dieses verfahrens
DE202015100452U1 (de) Vorrichtung zum Vermindern der Klopfneigung eines fremd gezündeten aufgeladenen Verbrennungsmotors
DE102016208208A1 (de) Verbrennungsmotor und Kraftfahrzeug
AT6341U1 (de) Verfahren zum betrieb einer mehrzylinder-brennkraftmaschine
WO2005012708A1 (de) Wirkungsgraderhöhung von mit wasserstoff betriebenen verbrennungsmotoren
DE10344832A1 (de) Wirkungsgraderhöhung von mit Wasserstoff betriebenen Verbrennungsmotoren
DE10361665B4 (de) Benzin-Direkteinspritzungs-System
DE102015200706A1 (de) Verfahren zum Vermindern der Klopfneigung eines fremd gezündeten aufgeladenen Verbrennungsmotors und Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens
DE102006048269B4 (de) Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung sowie Brennkraftmaschine
AT525804B1 (de) Verfahren zum Betreiben einer gasbetriebenen Brennkraftmaschine
DE102018221902A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Absenkung der Abgastemperatur eines Verbrennungsmotors, Verbrennungsmotor
DE10214987B4 (de) Verbrennungsmotor und Verfahren zum Erzeugen von Bewegungsenergie aus kohlenwasserstoffhaltigen Kraftstoffen
DE717771C (de) Verfahren zum Betriebe von Zweitakt-Verbund-Kolbenbrennkraftmaschinen
EP1213464A2 (de) Verfahren und Anordnung zur Bereitstellung eines zündfähigen Arbeitsgases aus einem Kryo-Kraftstoff
DE102020115199A1 (de) Vorrichtung zur Kraftstoffeinspritzung für Verbrennungsmotoren
AT525896B1 (de) Verfahren zum Betreiben einer wasserstoffbetriebenen Brennkraftmaschine
AT526345B1 (de) Verfahren zum Betreiben einer gasbetriebenen Brennkraftmaschine
DE102018208000A1 (de) Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen, sowie Verfahren zum Betreiben einer solchen Verbrennungskraftmaschine
DE10254156A1 (de) Wirkungsgraderhöhung von mit Wasserstoff betriebenen Verbrennungsmotoren
DE102010038533A1 (de) Hubkolben-Brennkraftmaschine
DE102018206076A1 (de) Wassereinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AE AG AL AM AT AU AZ BA BB BG BR BW BY BZ CA CH CN CO CR CU CZ DE DK DM DZ EC EE EG ES FI GB GD GE GH GM HR HU ID IL IN IS JP KE KG KP KR KZ LC LK LR LS LT LU LV MA MD MG MK MN MW MX MZ NA NI NO NZ OM PG PH PL PT RO RU SC SD SE SG SK SL SY TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VC VN YU ZA ZM ZW

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): BW GH GM KE LS MW MZ NA SD SL SZ TZ UG ZM ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IT LU MC NL PL PT RO SE SI SK TR BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW ML MR NE SN TD TG

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2004763752

Country of ref document: EP

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 2004763752

Country of ref document: EP

WWW Wipo information: withdrawn in national office

Ref document number: 2004763752

Country of ref document: EP