Die vorliegende Erfindung betrifft darüber hinaus eine Einspritzanlage für einen Verbrennungsmotor zur Durchführung des obigen Verfahrens, mit einer Gasanreiche- rungsvorrichtung, die einen Raum aufweist zur Anreicherung von Kraftstoff mit einem Gas oder einem Gasgemisch, insbesondere Sauerstoff oder Luft, mit zumindest einem Zer- stäubungsmittel sowie zumindest einer Öffnung für einen Gaseinlass, mit zumindest einem Pumpmittel zum Zuführen des Kraftstoffs und zum Zuführen des Gas/Gasgemischs in den Anreicherungsraum, mit einer Zuführleitung zum Leiten des angereicherten Kraft- stoffs von der Gasanreicherungsvorrichtung zu einem Endzerstäubungsmittel, wobei das Endzerstäubungsmittel zum nachfolgenden, direkten oder indirekten Einspritzen des angereicherten Kraftstoffs in einen Zylinder oder einen vorgelagerten Bereich, insbeson- dere einen Ansaugtrakt, vorgesehen ist.

Bei einem derartigen Verfahren wird also der Kraftstoff, der im Wege einer üblichen direkten oder indirekten Einspritzung unmittelbar vor der Verbrennung mittels einer Düse so fein wie möglich zerstäubt wird, um eine möglichst optimale Gemischbildung mit der im Brennraum oder davor zugeführten Luft zu garantieren, vor dieser Zerstäubung bereits einmal zerstäubt und mit einem Gas wie etwa Sauerstoff angereichert.

Wenn dann dieser angereicherte Kraftstoff in üblicher Weise beispielsweise in den An- saugtrakt oder direkt in den Zylinder eines Motors eingespritzt wird, d. h. erneut zerstäubt wird, tritt das im Kraftstoff enthaltene Gas aus und sorgt durch dieses"Entgasen"für eine gegenüber der Zerstäubung von unangereichertem Kraftstoff verbesserte Zerkleinerung

bzw. Zerstäubung der Mikro-und Makro-Kraftstofftröpfchen sowie für eine homogenere Gemischbildung des Kraftstoffes mit der zusätzlich zugeführten Luft.

Bekanntermaßen werden Inhomogenitäten des Luft/Kraftstoffgemisches desto stärker reduziert, je kleiner die Kraftstofftropfen sind. Durch die vorherige Anreicherung des Kraft- stoffes mit einem Gas im Wege einer Vorzerstäubung wird also beim eigentlichen Ein- spritzvorgang die Wirkung der nachfolgenden abschließenden Zerstäubung durch die dabei ablaufende Entgasung erhöht. Durch das beschriebene Einspritzverfahren wird also unter anderem auf Grund der Reduktion der Inhomogenitäten im Verbrennungsgemisch eine bessere Verbrennung erzielt und damit der Kraftstoffverbrauch reduziert.

Es ist ein primäres Ziel der Motorenentwicklung, weitere Verbrauchsreduktionen zu erzie- len. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, das oben beschriebene Einspritz- verfahren und die oben beschriebene Einspritzanlage dahingehend zu verbessern, dass weitere Einsparpotentiale im Kraftstoffverbrauch eröffnet werden.

Diese Aufgabe wird zum einen gelöst durch ein Einspritzverfahren gemäß Anspruch 1.

Erfindungsgemäß wird also der Kraftstoff zumindest im angereicherten Zustand bis zum abschließenden Zerstäuben gekühlt, sodass einem Austritt des Gas/Gasgemischs aus dem Kraftstoff vor diesem abschließenden Zerstäuben, d. h. einer vorzeitigen Entgasung entgegengewirkt wird. Es wird also gewährleistet, das der größte Teil des aufge- nommenen Gases/Gasgemisches in dem Kraftstoff verbleibt und erst beim abschlie- ßenden Zerstäuben austritt.

Der Kraftstoffverbrauch kann dadurch je nach Art des Motors, der mit der erfindungs- gemäßen Einspritzanlage versehen wird, um bis zu 25 % im Vergleich zur Basisvariante des Motors gesenkt werden, das heißt im Vergleich zu dem Motor ohne das erfindungsge- mäße Einspritzverfahren. Gleichzeitig wird der Kohlenstoffoxidgehalt um bis zu 5,6 % gesenkt.

Durch Versuche wurde gefunden, dass es besonders günstig ist, wenn die Temperatur des angereicherten Kraftstoffs beim Einspritzen 1 bis 10 °C, vorteilhaft 1 bis 3 °C beträgt.

Die gleichen Intervalle, d. h. 1 bis 10 °C, vorteilhaft 1 bis 3 °C, gelten auch für die Tem- peratur, die der angereicherte Kraftstoff im gesamten Verlauf haben sollte, d. h. in der Gasanreicherungsvorrichtung und auf dem Weg von dieser Gasanreicherungsvorrichtung bis zur abschließenden Zerstäubung.

In besonders effektiver Weise verläuft die zweite, abschließende Zerstäubung, wenn der Gasdruck beim Anreichern des Kraftstoffs bei der ersten Zerstäubung höher ist als der Luftdruck im. vorgelagerten Bereich bzw. im Zylinder beim endgültigen Einspritzvorgang, d. h. bei der zweiten Zerstäubung. Denn dies führt zu einem besonders effektiven Frei- werden des Gases aus der Lösung in jedem elementaren Kraftstoffvolumen.

Wie schon eingangs erläutert, werden die Mikro-und Makrotropfen des Kraftstoffes zu- sätzlich zu der üblichen Düsenzerstäubung weiter zerkleinert, da diese durch das Frei- werden des überschüssigen Gases dispergiert werden. Durch die enorme Zerkleinerung der Kraftstoffteilchen bzw. Kraftstofftröpfchen erhöht sich der Homogenisierungsgrad des Kraftstoff-Luftgemisches im Zylinder (direkte Einspritzung) bzw. im vorgelagerten Bereich (indirekte Einspritzung), beispielsweise im Ansaugtrakt.

Dadurch ergibt sich eine gleichmäßigere, schnellere und vollständigere Kraftstoffver- brennung im gesamten Brennkammervolumen gegenüber den Standardmotoren ohne die erfindungsgemäße Einspritzanlage, d. h. mit den Standardeinspritzverfahren bzw. Stan- dardeinspritzanlagen. Wenn das Gas/Gasgemisch Sauerstoff oder Luft ist, nimmt der frei werdende Sauerstoff neben der auf übliche Weise zugeführten Luft zusätzlich an der Ver- brennung teil bzw. wird ein Bestandteil des Kraft-Luft-Gemisches im Zylinder bzw. im vor- gelagerten Bereich.

Es wurde gefunden, dass vorteilhafterweise der Gasdruck beim Anreichern des Kraftstoffs bei der ersten Zerstäubung 1,2 bis 50 mal so hoch ist wie der Luftdruck im vorgelagerten Bereich bzw. im Zylinder beim endgültigen Einspritzvorgang.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird auch gelöst durch eine Einspritzanlage für einen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 6 zur Durchführung des obigen Verfahrens.

Danach ist ein Kühlsystem vorgesehen, derart, dass zumindest der angereicherte Kraft- stoff bis zum abschließenden Zerstäuben im Endzerstäubungsmittel gekühlt ist, sodass einem Austritt des Gas/Gasgemischs aus dem Kraftstoff vor diesem abschließenden Zer- stäuben entgegengewirkt wird.

Das Kühlsystem der Einspritzanlage kann so ausgebildet sein, dass es sowohl den ange- reicherten Kraftstoff kühlt, als auch die gesamte Gasanreicherungsvorrichtung und die Zuführleitung. Dann wird der Entgasung des Kraftstoffs äußerst effektiv entgegengewirkt.

Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich sowohl aus den beigefügten Unteransprüchen als auch aus der Beschreibung eines konkreten Ausführungsbeispiels sowie aus der Zeichnung zu diesem Ausführungsbeispiel.

Dabei zeigt : Fig. 1 eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Einspritzanlage.

Im linken Bereich der Fig. 1 ist eine Einspritzanlage 10 gezeigt, die in erfindungsgemäßer Weise Kraftstoff, beispielsweise Diesel oder Benzin, je nach Motorenart, einem Verbren- nungsbereich 11 zuführt. Der Verbrennungsbereich 11 besteht dabei aus einem Zylinder 12, in dem sich ein Kolben 13 über ein Pleuelstange 14 nach oben und unten bewegt. Ein Einlassventil 15 und ein Auslassventil 16 sorgen in im Stand der Technik bekannter Weise für den Einlass eines Kraftstoff/Luft-Gemisches und den Auslass desselben nach der Ver- brennung.

In einer Ansaugsammelleitung 17 wird Luft zur Bildung des Kraftstoff/Luft-Gemisches zu- geführt. In diese Sammelleitung 17 wird über eine Düse 18 mit Luft oder Gas angerei- cherter Kraftstoff mit Hochdruck eingespritzt. Die dabei an der Düse eingesetzten Drücke werden hier nicht weiter beschrieben, sie sind dem Fachmann bekannt.

Eine Abgasleitung 19 führt das im Zylinder 12 durch eine Zündkerze 34 gezündete und anschließend verbrannte Kraftstoff/Luft-Gemisch aus dem Motorraum heraus.

Die Einspritzanlage 10 weist eine Gasanreicherungsvorrichtung mit einer gas-und flüssig- keitsdichten, abgeschlossenen Kammer 20 auf, in die über eine Zerstäubungsdüse 21 Kraftstoff eingespritzt wird. Dieser Kraftstoff stammt aus einem nicht dargestellten Tank, aus dem über eine Zuführleitung 22, eine Hochdruckpumpe 23 und ein Rückschlagventil 24 der Kraftstoff der Düse 21 zugeführt wird. Gleichzeitig wird in die Kammer 20 Sauer- stoff oder Luft über eine Zuführleitung 25, einen nicht dargestellten Hochdruckverdichter und einen Druckregeler 26 unter Hochdruck in die Kammer 20 geleitet.

Eine Leitung 27, in die die Zuführleitung 25 übergeht, ist doppelfunktional ausgeführt, d. h. sie dient gleichzeitig als Zuleitung für das Gas bzw. die Luft als auch als Ableitung für überschüssiges Gas in der Kammer. Dieses überschüssige Gas wird über eine Ableitung 28 und ein Sicherheitsventil 29 dem nicht dargestellten Kraftstofftank zugeleitet.

Zwischen der Kammer 20 und der Einspritzdüse 18 ist eine Zuführleitung 30 angeordnet, die den mit Sauerstoff angereicherten Kraftstoff aus der Kammer 20 der Einspritzdüse 18 zuführt. Weiter ist eine Einspritzpumpe 31 an der Zuführleitung 30 angeordnet, um den angereicherten Kraftstoff unter Druck zu fördern.

Schließlich weist die Einspritzanlage noch einen Füllstandsgeber 32 auf, der den Kraft- stofflevel in der Kammer 20 misst.

Sowohl die Kammer 20 als auch die Zuführleitung 30 werden von einem Kühlsystem 33 gekühlt, wie durch die gestrichelten Linien, die diese Elemente umgeben, angedeutet ist.

Im Folgenden wird nun die Funktionsweise der Einspritzanlage 10 und damit auch das zu- grunde liegende Verfahren näher beschrieben und erläutert : Wichtig bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung ist, dass der Kraftstoff, bevor er über die Einspritzdüse 18 in die Ansaugsammelleitung 17 eingespritzt, d. h. zerstäubt wird, vorher mit Gas, hier Sauerstoff, oder Luft angereichert wird, um den nachfolgenden, abschließenden Zerstäubungsvorgang zu optimieren, der in üblicher Weise unmittelbar vor der Verbrennung stattfindet. Diese Anreicherung mit Luft oder Sauerstoff (im Folgen- den wird nur noch von Sauerstoff gesprochen) geschieht in der Kammer 20 :

Kraftstoff wird über die Hochdruckpumpe 23 (Hochdruckverdichter) der Düse 21 zuge- führt, in dieser zerstäubt und mit dem über die Zuführleitung 25,27 ebenfalls unter Hoch- druck, insbesondere 10 MPa, zuströmenden Sauerstoff vermischt. Die Hochdruckpumpe 23 weist insbesondere ein Druckgefälle von 12,5 MPa auf.

Die Bedingungen sollten dabei insgesamt so gewählt werden, dass eine Selbstzündung des Kraftstoffes ausgeschlossen ist. Der Gasdruck in der Kammer wird mit Hilfe des Druckreglers 23 und des Sicherheitsventils 29 bei einem Druck gehalten, der mindestens 1,2 mal höher ist als der Luftdruck in der Ansaugleitung 17.

Der angereicherte Kraftstoff setzt sich in flüssiger Form am Boden der Kammer 20 ab.

Mittels des Füllstandsanzeigers und einer geeigneten Steuerung wird dafür gesorgt, dass die Kraftstoffmenge in der Kammer 20 unabhängig vom jeweiligen, augenblicklichen Ver- brauch des Motors immer auf dem Sollstand ist. Dies kann dadurch geschehen, dass die Kraftstoffzerstäubung und die Gaszufuhr durch An-und Abschalten der entsprechenden Pumpen angestoßen bzw. unterbrochen wird. Es sind natürlich noch eine Mehrzahl anderer gleichwertiger Lösungen denkbar.

Der so angereicherte Kraftstoff wird zur endgültigen Zerstäubung der Düse 18 zugeführt, und zwar über die Zuführleitung 30, wobei die Hochdruckpumpe 31 zusätzlich zur Förde- rung und zur Erzeugung des notwendigen Einspritzdrucks vorgesehen ist. Mittels dieser Düse 18 wird eine optimale Zerstäubung, d. h. Zerkleinerung der Mikro-und Makrotropfen des angereicherten Kraftstoffs erreicht, da der im Kraftstoff befindliche Sauerstoff aus dem angereicherten Kraftstoff austritt und beim Austreten für eine zusätzliche Zerkleine- rung der Kraftstofftropfen sorgt.

Der zerstäubte Kraftstoff vermischt sich dann mit der über die Ansaugsammelleitung 17 zuströmenden Luft zu einem brennfähigen Kraftstoff-/Luftgemisch. Dieses Gemisch wird über das Einlassventil 15 in den Brennraum des Zylinders 12, der nach unten von dem Kolben 13 begrenzt wird, geleitet und verbrannt. Das verbrannte Gemisch tritt dann aus dem Auslassventil 16 in die Abgasleitung 19 und wird abgeleitet.

Besonders wichtig ist nun, dass durch die Kühlung der Kammer 20 und der Zuführleitung 30 zum einen eine bessere Anreicherung des Sauerstoffs im Kraftstoff erreicht wird, zum

anderen ein vorzeitiges Entgasen des Kraftstoffs, d. h. ein Austreten des Sauerstoffs vor dem abschließenden Zerstäuben verhindert wird. Das Entgasen findet auf Grund der Küh- lung, die den angereicherten Kraftstoff vorzugsweise auf einer Temperatur von 1 bis 3 °C hält, dann fast vollständig erst beim Einspritzvorgang, nämlich beim Zerstäuben mittels der Düse 18 statt. Durch die Kühlung des angereicherten Kraftstoffs ergeben sich noch weitere Effekte, die sich positiv auf den Kraftstoffverbrauch auswirken.

Testfahrten mit einem Serienwagen"Ford-Mondeo"mit dem 2-Liter Benzinmotor"Zetek", der mit der oben beschriebenen Einspritzanlage ausgestattet wurde, zeigten folgende Ergebnisse : Bei einer Laufzeit von 125.000 km mit einer Nutzbelastung von 180-300 kg wurde im Vergleich zum Serienwagen folgende Wirtschaftlichkeitssteigerung erzielt (die Wagen- prüfungen wurden im Diagnostikprüfstand AP500 112 K4000 durchgeführt) : Im kalten Zustand steigerte sich die Motorwirtschaftlichkeit um 18,6 % bei einer Minde- rung des Kohlenstoffoxidgehalts um 5,6 %. Im warmen Zustand ergeben sich Werte von 14, 8 % bzw. 6, 5 % Es wird darauf hingewiesen, dass es natürlich im Rahmen der Erfindung liegt, verschiedenste Motorarten mit der erfindungsgemäßen Einspritzanlage bzw. dem Einspritzverfahren auszustatten. So können u. a. sowohl Diesel-als auch Benzinmotoren verwendet werden, mit einem oder mehreren Zylindern, mit direkter oder indirekter Ein- spritzung und den verschiedensten zusätzlichen Steuerungsverfahren für die Einsprit- zung.

Bezugszeichenliste 10 Einspritzanlage 11 Verbrennungsbereich 12 Zylinder 13 Kolben 14 Pleuelstange 15 Einlassventil <BR> 16 Auslassventil<BR> 17 Ansaugsammelleitung 18 Düse 19 Abgasleitung 20 Kammer 21 Düse 22 Zuführleitung 23 Hochdruckpumpe 24 Rückschlagventil 25 Zuführleitung 26 Druckregler 27 Zuführ-und Abführleitung 28 Ableitung 29 Sicherheitsventil 30 Zuführleitung 31 Einspritzpumpe 32 Füllstandsgeber 33 Kühlung 34 Zündkerze