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Dokumentenidentifikation DE69930670T2 12.04.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001173671
Titel BRENNSTOFFKÜHLSYSTEM FÜR EMULSIONSBETRIEBENE DIESELBRENNKRAFTMASCHINE
Anmelder Clean Fuels Technology, Inc., Reno, Nev., US
Erfinder COLEMAN, N., Gerald, Peoria, IL 61614, US
Vertreter Samson & Partner, Patentanwälte, 80538 München
DE-Aktenzeichen 69930670
Vertragsstaaten AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 10.12.1999
EP-Aktenzeichen 999630718
WO-Anmeldetag 10.12.1999
PCT-Aktenzeichen PCT/US99/29422
WO-Veröffentlichungsnummer 2000037792
WO-Veröffentlichungsdatum 29.06.2000
EP-Offenlegungsdatum 23.01.2002
EP date of grant 29.03.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.04.2007
IPC-Hauptklasse F02M 31/20(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse F02M 25/022(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Brennkraftmaschine, die betrieben wird basierend auf einer Emulsion aus Brennstoff und Wasser und spezieller das Kühlen der von einem Brennstoffverteilerrohr rückgeführten Brennstoffemulsion.

Hersteller von Maschinen bzw. Motoren, Regierungen, Umweltschützer und Verbraucher sind alle beschäftigt mit der Reduzierung der Verunreinigungen, die beim Verbrennen eines Brennstoff- und Luftgemisches entstehen. Typische Schadstoffe schließen ein unbestimmtes Gemisch aus Oxiden von Stickstoff (NOx), Kohlenmonoxid (CO), unverbrannte Kohlenwasserstoffe (UHC) und Partikel ein. Jeder dieser Schadstoffe bildet sich im allgemeinen über unterschiedliche Verbrennungsmechanismen oder bei unterschiedlichen Stufen der Verbrennung. Die meisten Schadstoffe mindern sich bei erhöhtem Maschinenwirkungsgrad. Die Erhöhung einer Flammtemperatur der Verbrennung ist eine Möglichkeit der Erhöhung des Wirkungsgrads der Maschine. Im allgemeinen reduzieren höhere Flammtemperaturen die UHC- und CO-artigen Verunreinigungen.

Umgekehrt, erhöht sich im allgemeinen NOx bei Erhöhung der Flammtemperatur. Gegenwärtig kann NOx auf folgende Weisen reduziert werden: a) Nach der Behandlung, b) reformulierte Brennstoffe, c) Abgasrezirkulation, d) Wassereinspritzung und e) den Betrieb der Maschine unter geringeren Lasten. Jede der obigen Möglichkeiten hat dazugehörige Probleme. Beispielsweise erfordert die Nachbehandlung gegenwärtig eine zusätzliche Hardware. Reformulierte Brennstoffe können zu einer Reduzierung der Leistung führen, ein Redesign gegenwärtiger Maschinen und zusätzliche Hardware in Bezug auf die Maschine. Eine Abgasrezirkulation und eine Wassereinspritzung zielen beide darauf ab, durch den Zusatz eines Ballaststoffs, lokalisierte Temperaturen im Zylinder zu reduzieren. Die Abgasrezirkulation mindert den Wirkungsgrad der Maschine. Eine Wassereinspritzung erfordert sowohl zusätzliche Hardware (einschließlich eines Wasserspeichertanks und einer Wassereinspritzdüse) wie auch eine Reinwasserversorgung. Eine andere Möglichkeit wäre, die Maschine unter geringeren als den optimalen Bedingungen zu betreiben, wobei dann jedoch andere Arten von Verunreinigungen zunehmen können.

Eine Brennstoffemulsion arbeitet ähnlich dem Wassereinspritzen, ohne jedoch dem Erfordernis einer Frischwasserzufuhr oder zusätzlicher Wassereinspritzdüsen. Die Brennstoffemulsion suspendiert Wasser in einem auf Öl basierenden Brennstoff oder suspendiert einen auf Öl basierenden Brennstoff in Wasser. Auf jeden Fall reduziert das Wasser die Flammtemperatur. Da das Wasser und der Brennstoff gemischt sind, kann eine Einspritzdüse die Brennstoffemulsion liefern anstelle daß eine getrennte Wassereinspritzdüse und Brennstoffeinspritzdüse verwendet werden müssen.

Während die Brennstoffemulsion im allgemeinen anfänglich wie der auf Öl basierende Brennstoff oder Wasser arbeitet, können Brennstoffemulsionen unter Hochtemperatur und/oder hohen Scherbelastungsbedingungen in ihre Bestandteile zerfallen. Bei den meisten Brennstoffsystemen startet der Brennstoff bei Umgebungstemperatur und Umgebungsdruck in einem Brennstofftank. Bei vielen System führt eine Brennstoffleitung durch einen oder ist ausgebildet in einem Maschinenblock oder einem Maschinenkopf. Gelangt der Brennstoff durch die Brennstoffleitung, so erhöht sich die Temperatur des Brennstoffs. Diese Temperaturen können auf bis zu 100°C ansteigen. Wenn immer mehr Brennstoffemulsion von der Maschine zurück zu dem Tank geführt wird, erhöht sich eine Formmassetemperatur der Brennstoffemulsion in dem Tank. Einige oberflächenaktive Stoffe bzw. Surfactanten in der Brennstoffemulsion können eine geminderte Fähigkeit haben, das Wasser und den Brennstoff bei den erhöhten Temperaturen zusammenzuhalten.

Die erhöhte Temperatur der Brennstoffemulsion kann auch zum Abkochen eines Bestandteils mit einem niedrigem Siedepunkt führen. Eine Brennstofftransferpumpe und/oder ein Intensivierer werden den Druck der Brennstoffemulsion in den Brennstoffleitungen über den Druck der Brennstoffemulsion in dem Tank erhöhen. Während sich die Brennstoffemulsion auf hoher Temperatur und hohem Druck befindet, kann ein Siedepunkt des Bestandteils ausreichend genug über der Temperatur der Brennstoffemulsion liegen. Jedoch kann die Expansion der Brennstoffemulsion auf den Druck des Tanks hin, den Siedepunkt des Bestandteils stark erniedrigen und dazu führen, daß der Bestandteil in eine gasförmige Phase übergeht. Dies wird sogar problematischer dort, wo die Maschine in großer Höhe betrieben wird. In großer Höhe wird der Druck in dem Tank unterhalb den auf Meereshöhe zu erwartenden Drucken liegen. Die gasförmige Phase in den Rücklaufleitungen kann zu fehlerhaften Ablesungen von Sensoren in den Rücklaufleitungen und/oder einem Ablassen des Bestandteils führen.

Die GB-A-2109457 offenbart ein Brennstoff- und Wasseremulsionszuführsystem für Dieselmotoren.

Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, einem oder mehreren der oben angegebenen Probleme beizukommen.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist ein Brennstoffemulsion-Einspritzsystem für eine Brennkraftmaschine vorgesehen, umfassend:

einen Tank zum Speichern der Brennstoffemulsion;

ein Brennstoffverteilerrohr, das eine Zuleitungsseite und eine Rückleitungsseite hat, wobei die Zuleitungsseite fluidmäßig mit dem Tank verbindbar ist;

ein Brennstoffeinspritzventil, das fluidmäßig mit dem Brennstoffverteilerrohr verbindbar ist;

eine Rücklaufleitung, die fluidmäßig zwischen der Rückleitungsseite und dem Tank anschließbar ist;

eine Kühlvorrichtung, die fluidmäßig mit der Brennstoffrücklaufleitung verbindbar ist, wobei die Kühlvorrichtung ausgelegt ist, um eine Temperatur der Brennstoffemulsion auf unterhalb einer vorgeschriebenen Temperatur zu reduzieren,

dadurch gekennzeichnet, daß das System des weiteren eine Expansionsvorrichtung in der Rücklaufleitung zwischen der Kühlvorrichtung und dem Tank umfaßt, wobei die Expansionsvorrichtung derart angeordnet ist, daß sie während des Betriebs des Systems erlaubt, daß die Brennstoffemulsion expandiert, derart, daß sie dem gleichen Druck unterworfen ist wie das Innere des Tanks.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren vorgesehen zum Verhindern eines Lösens einer Brennstoffemulsion in einem System mit unter Druck stehendem Brennstoff für eine Dieselbrennkraftmaschine, umfassend die Schritte:

Kühlen von einem Brennstoffeinspritzventil rückgeführter Brennstoffemulsion auf eine Temperatur unterhalb einer vorgeschriebenen Temperatur und dann

Expandieren der Brennstoffemulsion auf einen Druck eines Brennstofftanks.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun detailliert beschrieben unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen:

1 eine schematische Abbildung eines Brennstoffeinspritzsystems in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist;

2 eine schematische Abbildung des Brennstoffeinspritzsystems unter Darstellung eines alternativen Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ist; und

3 eine schematische Abbildung des Brennstoffeinspritzsystems unter Darstellung eines anderen, alternativen Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ist.

In 1 ist ein Motor bzw. eine Maschine 10 mit einem daran angebrachten Brennstoffsystem 12 gezeigt. Der Motor 10 hat einen Block 14 und einen Kopf 16. In dieser Anwendung definiert der Block 14 sechs Zylinder 18a–f, von denen jeder ein erstes Ende 20 und ein zweites Ende 22 hat. Während ein Sechszylinder Reihenmotorblock gezeigt ist, ist die Erfindung auch anwendbar bei allen Brennkraftmaschinen, einschließlich Maschinen bzw. Motoren mit unterschiedlichen Ausgestaltungen und einer unterschiedlichen Anzahl an Zylindern. Jeder Zylinder 18 hat eine darin angeordnete Laufbuchse 24 der Verbrennung. Ein Kolben 26 ist verschiebbar in der Laufbuchse 24 angeordnet.

Der Kopf 16 ruht in der Nähe des ersten Endes 20 auf dem Block 14. Der Kopf 16 definiert mehrere Brennstoffeinspritzöffnungen 28 und ein Brennstoffverteilerrohr 30. Bei dieser Anwendung sind die Brennstoffeinspritzöffnungen 28 allgemein zylindrisch und gelangen durch den Kopf 16 in den Zylinder. Das Brennstoffverteilerrohr 30 hat eine Zuleitungsseite 34 und eine Rückleitungsseite 32. Das Brennstoffverteilerrohr 30 verbindet die Brennstoffeinspritzöffnungen 28 fluidmäßig. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Brennstoffverteilerrohr 30 in den Kopf 16 gegossen. Das Brennstoffverteilerrohr 30 kann auch in den Kopf 16 gebohrt sein.

Ein in 2 gezeigtes Brennstoffeinspritzventil 36 ist in jeder der Brennstoffeinspritzöffnungen 28 angeordnet. Das Brennstoffeinspritzventil 36 hat einen Brennstoffeinlaß 40, einen Brennstoffauslaß 38 und einen Düsenabschnitt 42. Der Brennstoffeinlaß 40 und der Brennstoffauslaß 38 sind fluidmäßig mit dem Brennstoffverteilerrohr 30 verbunden. Der Düsenabschnitt 42 steht fluidmäßig in Verbindung mit dem ersten Ende 20 des Zylinders 18. Bei dieser Anwendung weist jeder Brennstoffeinspritzer 36 eine Intensivierungspumpe 43 auf.

Andere Einspritzsysteme können eine separate Pumpe zur Speisung aller Einspritzdüsen verwenden.

Ein Brennstofftank 44 ist mit einer Brennstofftankleitung 46 verbunden. Ein Brennstofffilter 48 ist in herkömmlicher Weise an der Brennstofftankleitung 46 zwischen dem Brennstofftank 44 und einer Brennstofftransferpumpe 50 angeschlossen. Eine Brennstoffabgabeleitung 52 verbindet die Brennstofftransferpumpe 50 mit der Zuleitungsseite 34 des Brennstoffverteilerrohrs 30.

An der Rückleitungsseite 32 des Brennstoffverteilerrohrs 30 ist eine Überdruckleitung 54 angebracht. Die Überdruckleitung 54 ist verbunden mit einer Brennstoffkühlvorrichtung 56. Bei dieser Anwendung ist die Brennstoffkühlvorrichtung 56 ein Luft-Brennstoffwärmetauscher. Es können jedoch auch ein Öl-Brennstoffwärmetauscher, Wassermantelwärmetauscher oder andere Kühlvorrichtungen Verwendung finden. Eine Brennstoffrücklaufleitung 58 verbindet die Brennstoffkühlvorrichtung 56 mit dem Brennstofftank 44. Ein Überdruckventi 60 ist in der Brennstoffrücklaufleitung 58 zwischen dem Brennstofftank 44 und der Brennstoffkühlvorrichtung 56 angeordnet. 1 zeigt das Überdruckventil 60 als mechanisches Überdruckventil.

2 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel zur aktiven Steuerung der Kühlung der Brennstoffemulsion, wobei ein Temperatursensor 62 stromabwärts der Brennstoffkühlvorrichtung 56 angeordnet ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Temperatursensor 62 mit einem Steuerteil 64 verbunden. Der Wärmetauscher hat eine Steuervorrichtung 65 für Kühlmittel. Die Steuervorrichtung 65 für Kühlmittel ist mit dem Steuerteil 64 verbunden. Die Steuervorrichtung 65 für Kühlmittel hat eine erste Stellung und eine zweite Stellung. In der ersten Stellung unterstützt das Steuerventil 65 für Kühlmittel den Strom an Kühlmittel zu der Brennstoffkühlvorrichtung 56. Die zweite Stellung verhindert, daß Kühlmittel zu der Brennstoffkühlvorrichtung 56 strömt. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Steuerteil 64 ein elektronisches Steuerteil, wie es in üblicher Weise im Stand der Technik Verwendung findet. Um die Steuerung der Brennstoffkühlvorrichtung 56 weiter zu verbessern, kann wahlweise ein Drucksensor 66 in der Brennstoffrücklaufleitung 58, stromabwärts des Überdruckventils 60, angeordnet sein. Alternativ kann der Drucksensor 66 in dem Brennstofftank 44 angeordnet sein. Der Drucksensor 66 ist mit dem Steuerteil 64 verbunden.

3 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel für die aktive Steuerung der Kühlung der Brennstoffemulsion, das eine Bypassleitung 68 hat, die mit der Überdruckleitung 54, stromaufwärts der Brennstoffkühlvorrichtung 56 und der Brennstoffrücklaufleitung 58, stromabwärts der Brennstoffkühlvorrichtung 56, verbunden ist. Ein Bypassventil 70 ist in betrieblicher Zusammengehörigkeit mit der Bypassleitung 68 angeordnet. Das Bypassventil 70 hat eine erste Stellung, welche eine fluidmäßige Verbindung zwischen der Überdruckleitung 54 und der Bypassleitung 68 unterstützt. Eine zweite Stellung unterstützt eine fluidmäßige Verbindung zwischen der Überdruckleitung 54 und der Bypassleitung 68. Wahlweise kann die erste Stellung auch eine fluidmäßige Verbindung zwischen der Überdruckleitung 54 und der Brennstoffkühlvorrichtung 56 verhindern. Das Steuerteil 64 ist an dem Bypassventil 70 angeschlossen. Der Temperatursensor 62 und der wahlweise Drucksensor 66 sind an dem Steuerteil 64 angeschlossen.

Der Brennstofftank 44 in diesem Ausführungsbeispiel hält eine Brennstoffemulsion 72, welche die folgenden Bestandteile beinhaltet: einen Kohlenwasserstoffdestillatbrennstoff, Beinwasser, einen oberflächenaktiven Stoff bzw. Surfactanten und einen Surfactanten-Verstärker bzw. -Beschleuniger.

Beispiele für geeignete Kohlenwasserstoff-Erdöldestillatbrennstoffe schließen Kerosin, Diesel, Schwerbenzin und Aliphaten und Paraffinöle ein, die alleine oder in Kombination miteinander verwendet werden. Bevorzugte Primärsurfactanten schließen geladene Amid-Surfactanten, besonders bevorzugt unsubstituierte, mono- oder di-substituierte Amide gesättigter oder ungesättigter C12-C22 Fettsäuren ein. Zusätzlich kann die Brennstoffemulsion 72 ein oder mehrere Additive beinhalten wie beispielsweise Frostschutzmittel, Zündverzögerungsmodifizierer, Cetan-Verbesserer, Stabilisatoren, Gleitmittel, Korrosionshemmer, Viskositätsveränderer und ähnliches.

In Betrieb liefert das wie in 1 gezeigte Brennstoffsystem 12 die Brennstoffemulsion von dem Brennstofftank 44 durch die Brennstoffeinspritzventile 36 und führt einen Anteil der Brennstoffemulsion zurück zu dem Brennstofftank 44 und zwar in Reaktion auf den Brennstoffbedarf, wie er über die Motorlast und Motorgeschwindigkeit bestimmt wird. Die vorliegende Erfindung verhindert, daß Wasser und Brennstoff in der Brennstoffemulsion 72 sich durch Absenken der Temperatur der Brennstoffemulsion 72 vor der Ausdehnung auf den Druck des Brennstofftanks 44 trennen. Ein Absenken der Temperatur der Brennstoffemulsion 72 erhöht die Wirkungsfähigkeit der Surfactanten. Eine Reduzierung der Temperaturen der Brennstoffemulsion 72 erlaubt, daß die Brennstoffemulsion über längere Zeiträume in dem Brennstofftank 44 lagerbar ist.

Die Brennstoffemulsion 72 wird aus dem Brennstofftank 44 über die Brennstofftankleitung 46 in die Brennstofftransferpumpe 50 gesogen. Die aus der Brennstofftransferpumpe 50 austretende Brennstoffemulsion 72 bewegt sich durch die Brennstoffabgabeleitung 52 in das Brennstoffverteilerrohr 30. Die Brennstoffemulsion 72 in dem Brennstoffverteilerrohr 30 gelangt in den Brennstoffeinlaß 40 des Brennstoffeinspritzventils 36. Ein Teil der Brennstoffemulsion 72 wird von dem Düsenabschnitt 42 in den Zylinder 18 eingespritzt. Ein anderer Teil des Brennstoffs verläßt den Brennstoffauslaß 38 hin zurück in das Brennstoffverteilerrohr 30, wo andere Einspritzdüsen die Brennstoffemulsion 72 verwenden können. Selbst bei hohen Maschinen- bzw. Motorlasten kann die Maschine bzw. der Motor lediglich eine Gallone von vier Gallonen Brennstoff verwenden, der dem Brennstoffverteilerrohr 30 zugeführt wurde. Die Brennstoffemulsion 72 gewinnt Temperatur von dem Kopf 16, wenn sie durch das Brennstoffverteilerrohr 30 gelangt. Bei einem herkömmlichen Dieselmotor mit mittlerer Geschwindigkeit, kann die Temperatur der Brennstoffemulsion 72 sich bei einigen Anwendungen um 50°C erhöhen, wenn sich die Brennstoffemulsion von der Zuleitungsseite 34 zu der Rückleitungsseite 32 bewegt.

Nach dem Austreten aus dem Motorkopf 16 von der Rückleitungsseite 32 her, wird die erwärmte Brennstoffemulsion in den Brennstofftank 44 rückgeführt. Ein Expandieren der Brennstoffemulsion auf den Druck des Brennstofftanks 44 könnte jedoch zu einer Verdampfung der Bestandteile der Brennstoffemulsion führen, die niedrige Siedepunkte haben. Drucke in der Brennstoffrücklaufleitung 58 können irgendwo zwischen 200–700 kPa liegen. Bei diesen erhöhten Drucken wird der Siedepunkt der Bestandteile gut über der Temperatur des Brennstoffs in der Brennstoffrücklaufleitung 58 liegen. Die Drucke in dem Brennstofftank 44 können in einem Bereich von etwa 101 kPa auf Meereshöhe bis etwa 74,7 kPa auf 2500 Meter über Meereshöhe liegen. Ein Abkühlen der Brennstoffemulsion 72 in der Brennstoffkühlvorrichtung 56 vor dem Expandieren der Brennstoffemulsion auf Drucke in dem Brennstofftank 44, erhöht weitgehend das Risiko einer Verdampfung von Bestandteilen der Brennstoffemulsion.

Damit die Brennstoffkühlvorrichtung 56 wirkungsvoll arbeiten kann, muß der Druck in der Überdruckleitung 54 größer sein als ein Öffnungsdruck des Überdruckventils 60 und ein Druck in der Brennstoffrücklaufleitung 58. Öffnet sich das Überdruckventil 60, so wird sich die gekühlte Brennstoffemulsion mit höherem Druck in der Überdruckleitung 54 in Richtung der Brennstoffrücklaufleitung 58 bewegen. Die Brennstoffemulsion in der Überdruckleitung 54 gelangt über die Brennstoffrücklaufleitung 58 in den Brennstofftank 44.

Die gekühlte Brennstoffemulsion 72 wiederum verhindert, daß sich die Temperatur der Brennstoffemulsion 72 in dem Brennstofftank 44 erhöht. Die niedrigere Temperatur in dem Brennstofftank 44 erlaubt es, daß die Brennstoffemulsion 72 über längere Zeiträume speicherbar ist, ohne daß die Bestandteile aus der Lösung gelangen. Bei höheren Temperaturen werden in der Brennstoffemulsion verwendete Surfactanten weniger effektiv. Bei Abnahme ihrer Effektivität bzw. ihres Wirkungsgrades, werden Brennstoff und Wasser in der Brennstoffemulsion 72 leichter einer Trennung zugänglich.

Wie in 2 gezeigt, kann das Steuerteil 64 von dem stromabwärts liegenden Temperatursensor 62 abhängen, um das Steuerventil 65 für Kühlmittel an der Brennstoffkühlvorrichtung 56 zu steuern. Der Temperatursensor ist derart ausgelegt, daß er eine Brennstofftemperatur mißt und ein Signal, das die gemessene Temperatur angibt, an das Steuerteil sendet. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Brennstoffkühlvorrichtung 56 derart bemessen, daß sie eine Formmassetemperatur der Brennstoffemulsion 72 unter einer Temperatur aufrechterhält, wo die Bestandteile abkochen könnten. Das Steuerteil wird einen vorbestimmten Siedepunkt für die Brennstoffemulsion 72 beinhalten. Die Brennstoffkühlvorrichtung 56 wird die Temperatur der Brennstoffemulsion 72 in der Brennstoffrücklaufleitung 58 unter dem Siedepunkt beibehalten, indem sie das Steuerventil 65 für Kühlmittel in Richtung der ersten Stellung bewegt, wenn sich die angegebene Temperatur in der Brennstoffrücklaufleitung erhöht.

In größeren Höhen, bei denen sich der Brennstofftank 44 auf niedrigerem Druck befindet, werden die Bestandteile bei niedrigeren Temperaturen abkochen. Eine Verwendung des wahlweisen Drucksensors 66 in der Brennstoffrücklaufleitung 58 erlaubt es, daß das Steuerteil 64 eine Schätzung des Siedepunkts für die Brennstoffemulsion 72 berechnet, um weiter die Brennstoffkühlvorrichtung 56 zu steuern. Der Drucksensor 66 mißt einen Druck in der Brennstoffrücklaufleitung 58 und sendet ein Signal, das den gemessenen Druck angibt, an das Steuerteil 64. Die folgende Tabelle zeigt Veränderungen des Siedepunkts des Wassers in Bezug auf die Höhe als Beispiel einer Siedepunktseinschätzung eines Bestandteils der Brennstoffemulsion 72.

Anstelle der Steuerung des Steuerventils 65 für Kühlmittel, steuert das in 3 gezeigte, alternative Ausführungsbeispiel das Bypassventil 70. Das Bypassventil 70 bewegt sich in die erste Stellung, wenn die durch den Temperatursensor 62 erfaßte Temperatur unterhalb eines vorbestimmten Siedepunkts der Bestandteile liegt. Wie bei dem Ausführungsbeispiel in 2, kann der Drucksensor 66 dazu verwendet werden, die Siedepunkte zu schätzen, anstelle den vorbestimmten Siedepunkt zu verwenden.

Beide Ausführungsbeispiele der 2 und 3 können dazu verwendet werden, um das Ausmaß an Kühlung zu ändern. Beispielsweise kann sich beim Anlaufen der Motorkopf 16 auf Umgebungstemperatur befinden. In dieser Situation gewinnt die Brennstoffemulsion 72 wenig Wärme von dem Kopf 16 und wird daher kaum eine, wenn nicht überhaupt keine Kühlung benötigen. In einem anderen Fall kann die Brennstoffemulsion 72 die Wärme von dem Kopf 16 benötigen, um zu verhindern, daß der Brennstoff mit der Kristallisierung beginnt bzw. der Paraffinausscheidung oder die Brennstoffemulsion damit beginnt, in den Gelzustand überzugehen. Ein Gelieren bzw. Ausflocken des Brennstoffs kann insbesondere problematisch sein, wenn der Motor in verschiedenen Klimabereichen Verwendung findet, ohne daß die Brennstoffe ausgetauscht werden. Für diese Beispiele würde sich der Bypass in 3 in die erste Stellung bewegen und das Steuerventil für Kühlmittel in 2 würde sich in Richtung der zweiten Stellungen bewegen, wenn kühlere Klimas vorherrschen würden, um eine Überkühlung der Brennstoffemulsion zu verhindern.

Andere Aspekte, Ziele und Vorteile dieser Erfindung können aus dem Studium der Zeichnungen, der Offenbarung und der beigefügten Ansprüche gewonnen werden.


Anspruch[de]
Brennstoffemulsion-Einspritzsystem (12) für eine Brennkraftmaschine (10), umfassend:

einen Tank (44) zum Speichern der Brennstoffemulsion (72);

ein Brennstoffverteilerrohr (30), das eine Zuleitungsseite (34) und eine Rückleitungsseite (32) hat, wobei die Zuleitungsseite (34) fluidmäßig mit dem Tank (44) verbindbar ist;

ein Brennstoffeinspritzventil (36), das fluidmäßig mit dem Brennstoffverteilerrohr (30) verbindbar ist;

eine Rücklaufleitung (58), die fluidmäßig zwischen der Rückleitungsseite (32) und dem Tank (44) anschließbar ist;

eine Kühlvorrichtung (56), die fluidmäßig mit der Brennstoffrücklaufleitung (58) verbindbar ist, wobei die Kühlvorrichtung (56) ausgelegt ist, um eine Temperatur der Brennstoffemulsion (72) auf unterhalb einer vorgeschriebenen Temperatur zu reduzieren,

dadurch gekennzeichnet, daß das System (12) des weiteren eine Expansionsvorrichtung in der Rücklaufleitung (58) zwischen der Kühlvorrichtung (56) und dem Tank (44) umfaßt, wobei die Expansionsvorrichtung derart angeordnet ist, daß sie während des Betriebs des Systems (12) erlaubt, daß die Brennstoffemulsion (72) expandiert, derart, daß sie dem gleichen Druck unterworfen ist wie das Innere des Tanks (44).
Brennstoffemulsion-Einspritzsystem (12) nach Anspruch 1, bei welchem die Expansionsvorrichtung ein Überdruckventil (60) umfaßt, das mit der Rücklaufleitung (58) verbindbar ist, wobei das Überdruckventil (60) ausgelegt ist, um einen Druck der Brennstoffemulsion (72) in der Rücklaufleitung (58) zu regulieren. Brennstoffemulsion-Einspritzsystem (12) nach Anspruch 2, bei welchem das Überdruckventil (60) mechanisch betätigbar ist. Brennstoffemulsion-Einspritzsystem (12) nach Anspruch 2, des weiteren umfassend:

eine Bypassleitung (68), die eine erste Verbindung mit der Rücklaufleitung (58) stromaufwärts der Kühlvorrichtung (65) hat, und eine zweite Verbindung, zwischen der Kühlvorrichtung (65) und dem Überdruckventil (60); und ein Bypassventil (70), das fluidmäßig verbindbar ist mit der Bypassleitung (68), wobei das Bypassventil (70) ausgelegt ist, um sich zwischen einer ersten und einer zweiten Stellung zu bewegen, wobei die erste Stellung ein fluidmäßiges Kommunizieren zwischen der Rücklaufleitung (58) und der Bypassleitung (68) unterstützt und die zweite Stellung ein fluidmäßiges Kommunizieren zwischen der Rücklaufleitung (58) und der Bypassleitung (68) hemmt.
Brennstoffemulsion-Einspritzsystem (12) nach Anspruch 2, des weiteren umfassend einen Temperatursensor (62), der fluidmäßig verbindbar ist mit der Rücklaufleitung (58) stromabwärts der Kühlvorrichtung (65), wobei der Temperatursensor (62) ausgelegt ist, um die Temperatur der Brennstoffemulsion zu erfassen, wobei der Temperatursensor (62) ausgelegt ist, um ein Temperatursignal zu senden, das die erfaßte Temperatur angibt. Brennstoffemulsion-Einspritzsystem (12) nach Anspruch 5, des weiteren umfassend ein Steuerteil (64), das verbindbar ist mit dem Bypassventil (70), wobei das Steuerteil (64) ausgelegt ist, um das Bypassventil (70) entsprechend der erfaßten Temperatur zu bewegen, wobei das Ventil (70) in der Nähe der zweiten Stellung ist, während die erfaßte Temperatur oberhalb der vorgeschriebenen Temperatur ist und das Bypassventil (70) in der Nähe der ersten Stellung ist, während die erfaßte Temperatur unterhalb der vorgeschriebenen Temperatur ist. Brennstoffemulsion-Einspritzsystem (12) nach Anspruch 6, des weiteren umfassend einen Drucksensor (66), der fluidmäßig verbindbar ist mit dem Brennstoffemulsion-Einspritzsystem (12) stromabwärts des Überdruckventils (60), wobei der Drucksensor (66) ausgelegt ist, um einen Druck der Brennstoffemulsion zu messen, wobei der Drucksensor (66) ausgelegt ist, um ein Drucksignal an das Steuerteil (64) zu senden und das Steuerteil (64) die vorgeschriebene Temperatur entsprechend dem erfaßten Druck berechnet. Brennstoffemulsion-Einspritzsystem (12) nach Anspruch 5, des weiteren umfassend:

ein Steuerteil (64), das verbindbar ist mit dem Temperatursensor (62);

ein Steuerventil (65) für Kühlmittel, das verbindbar ist mit der Kühlvorrichtung (56), wobei das Steuerventil (65) für Kühlmittel eine erste Stellung hat, welche den Strom an Kühlmittel unterstützt, und das Steuerventil (65) für Kühlmittel eine zweite Stellung hat, welche den Strom an Kühlmittel verhindert, wobei das Steuerteil (64) verbindbar ist mit dem Steuerventil (65) für Kühlmittel und das Steuerteil (64) ausgelegt ist, um das Steuerventil (65) für Kühlmittel aus der zweiten Stellung in die erste Stellung zu bewegen, wenn die erfaßte Temperatur sich über die vorgeschriebene Temperatur erhöht hat.
Brennstoffemulsion-Einspritzsystem nach Anspruch 8, des weiteren umfassend einen Drucksensor (66), der fluidmäßig in Verbindung steht mit der Rücklaufleitung (58) stromabwärts des Überdruckventils (60), wobei der Drucksensor (66) mit dem Steuerteil (64) verbunden ist, der Drucksensor (66) ausgelegt ist, um einen Druck der Brennstoffemulsion (72) zu messen, der Drucksensor (66) ausgelegt ist, um ein Drucksignal an das Steuerteil (64) zu senden, und das Steuerteil (64) die vorgeschriebene Temperatur entsprechend dem erfaßten Druck berechnet. Verfahren zum Verhindern eines Lösens einer Brennstoffemulsion in einem System mit unter Druck stehendem Brennstoff für eine Dieselbrennkraftmaschine (10), umfassend die Schritte:

Kühlen von einem Brennstoffeinspritzventil (36) rückgeführter Brennstoffemulsion (72) auf eine Temperatur unterhalb einer vorgeschriebenen Temperatur und dann Expandieren der Brennstoffemulsion (72) auf einen Druck eines Brennstofftanks (44).
Verfahren zum Verhindern des Lösens nach Anspruch 10, des weiteren umfassend die Schritte:

Erfassen eines Drucks einer Brennstoffemulsion in einer Brennstoffrücklaufleitung (58) stromabwärts von einer Expansionsvorrichtung und

Berechnen der vorgeschriebenen Temperatur entsprechend dem erfaßten Druck.
Verfahren zum Verhindern des Lösens nach Anspruch 10, bei welchem der Schritt des Kühlens gesteuert wird durch Verändern des Stroms eines Kühlmittels in einer Brennstoffkühlvorrichtung (56). Verfahren zum Verhindern des Lösens nach Anspruch 10, bei welchem der Schritt des Kühlens gesteuert wird durch Verändern eines Stroms an Brennstoffemulsion durch eine Brennstoffkühlvorrichtung (56).






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