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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Mischen von Kraftstoff und Wasser für eine Brennkraftmaschine. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung, welche eine derartige Vorrichtung zum Mischen von Kraftstoff und Wasser umfasst. Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine mit einer derartigen Kraftstoffeinspritzvorrichtung.
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Aus der
DE 10 2012 206 984 A1 ist ein Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine bekannt, welche mit einer Hochdruckeinspritzleiste, einer Pumpe und einer Mischeinrichtung versehen ist. Die Mischeinrichtung ist in Strömungsrichtung des Kraftstoffs vor der Pumpe angeordnet. Dabei ist nachteilig, dass Wasser zurück in den Kraftstoffkreislauf gelangen kann. Ferner muss das Wasser direkt auf ein hohes Druckniveau gefördert werden. Das heißt, dass das Wasser-Kraftstoff-Gemisch im Pumpenraum verdichtet werden muss. Ein weiterer Nachteil dieser Anordnung besteht darin, dass bei inaktivem Kraftstoffeinspritzsystem oder abgeschalteter Brennkraftmaschine sich Wasser aus der Emulsion von Kraftstoff und Wasser abscheiden kann und in die Zuleitungen der Injektoren gelangen kann. Bei längerem Verbleib kann es zur Korrosion kommen. Zudem würde mit wiedereinsetzender Einspritzung hochkonzentriertes Wasser in die Brennräume gelangen und Schäden in den Injektoren und/oder den Brennräumen und/oder den Zylindern verursachen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Mischen von Kraftstoff und Wasser mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist dem gegenüber den Vorteil auf, dass ein Kontakt eines Kraftstoffkreislaufs mit Wasser auf das Mindeste beschränkt wird. Somit kann ferner die Schmierung einer Pumpe zum Fördern von Kraftstoff und/oder einem Gemisch aus Kraftstoff und Wasser nicht beeinträchtigt werden. Dies wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zum Mischen von Kraftstoff und Wasser erreicht, welche eine Pumpe, einen Druckraum, welcher einen Kraftstoffbereich und einen Mischbereich umfasst, welche direkt miteinander in Verbindung stehen, ein Ansaugventil, über welches Kraftstoff in den Kraftstoffbereich ansaugbar ist, und ein Wassereinspritzventil umfasst, über welches Wasser in den Mischbereich einspritzbar ist, um Wasser und Kraftstoff zu einem Gemisch zu vermischen. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht ferner keine Gefahr durch Korrosion von abgeschiedenem Wasser in der Pumpe oder durch Einspritzung von zu hohem Wasseranteil in die Brennkraftmaschine infolge abgeschiedenen Wassers aus dem Kraftstoff-Wasser-Gemisch. Außerdem muss das Wasser nicht auf ein hohes Druckniveau des Kraftstoffs gefördert und nicht auf Einspritzdruckniveau wie bei einer Direkteinspritzung in den Brennraum eingespritzt werden. Eine Eiskristallbildung und/oder eine Eisdruckgefahr können reduziert bzw. eliminiert werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass Emulgatoren zur Stabilisierung der Emulsion vermieden werden können. Bei der Nutzung des Gemisches wird eine Verbrennungstemperatur in einem Zylinder der Brennkraftmaschine herabgesetzt. Dadurch sind frühere Zündzeitpunkte bzw. Zündwinkel möglich, wodurch dann weitere Verbrauchseinsparungen möglich sind. Zudem wird eine gleichmäßigere und vollständigere Verbrennung erzielt, was zu niedrigeren Emissionen führen kann.
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Vorzugsweise ist im Druckraum der Mischbereich in Förderrichtung nach dem Kraftstoffbereich angeordnet. Somit kann sichergestellt werden, dass kein Wasser oder eine möglichst kleine Wassermenge zurück in den Kraftstoffbereich gelangen kann.
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Bevorzugt umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung einen Hochdruckspeicher, wobei die Pumpe eingerichtet ist, das Gemisch aus Kraftstoff und Wasser über ein Druckraumventil aus dem Mischbereich in den Hochdruckspeicher zu fördern, wobei das Druckraumventil zwischen dem Hochdruckspeicher und dem Mischbereich angeordnet ist. Insbesondere ist das Druckraumventil als Rückschlagventil ausgebildet. Übersteigt ein durch die Pumpe aufgebauter Förderdruck einen Druck im Hochdruckspeicher, öffnet das Rückschlagventil und Wasser und Kraftstoff gelangen in den Hochdruckspeicher. Dabei tragen Pumpdruckimpulse und Strömungsverläufe vor und/oder im Rückschlagventil bis in den Hochdruckspeicher einer Durchmischung von Kraftstoff und Wasser bei. Alternativ kann das Druckraumventil steuerbar und/oder regelbar sein, wobei durch die Steuerung bzw. Regelung des Druckraumventils eine Mischung von Kraftstoff und Wasser unterstützt werden kann.
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Um zu verhindern, dass Wasser in den Kraftstoffbereich gelangt, ist vorzugsweise bei einem vorgegebenen Kraftstoff-Wasser-Verhältnis ein Volumen des Mischbereichs gleich oder größer als ein Volumen einer Wassereinspritzmenge. Somit kann sichergestellt werden, dass das eingespritzte Wasser im Mischbereich verbleibt.
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Alternativ oder zusätzlich kann der Mischbereich von einer Horizontalebene abfallend ausgebildet sein. Hierbei kann ein erstes Ende des Mischbereichs in vertikaler Richtung höher als ein zweites Ende des Mischbereichs ausgebildet sein, wobei das erste Ende in Förderrichtung vor dem zweiten Ende angeordnet ist. Insbesondere kann das erste Ende einem Übergangsbereich zwischen dem Kraftstoffbereich und dem Mischbereich entsprechen, wobei das zweite Ende einem Übergangsbereich zwischen dem Mischbereich und dem Druckraumventil entspricht.
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Um zu erschweren, dass Wasser bzw. das Gemisch aus Kraftstoff und Wasser zurück in den Kraftstoffbereich gelangt, kann alternativ oder zusätzlich zu den vorherigen Maßnahmen in vorteilhafter Weise eine Verengung zwischen dem Kraftstoffbereich und dem Wassereinspritzventil vorgesehen sein. Besonders bevorzugt ist die Verengung am Übergangsbereich zwischen dem Kraftstoffbereich und dem Mischbereich ausgebildet. Aufgrund des erhöhten Widerstands der Verengung kann das durch das Wassereinspritzventil in den Mischbereich eingespritzte Wasser oder das Gemisch aus Kraftstoff und Wasser nicht einfach in den Kraftstoffbereich gelangen.
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Ferner bevorzugt kann ein Trennbehälter in Förderrichtung vor dem Ansaugventil angeordnet sein. Durch das Vorsehen eines Trennbehälters kann Kraftstoff-Wasser-Gemisch, welches trotz der beschriebenen Maßnahmen aus dem Mischbereich in einen Kraftstoffkreislauf vor dem Ansaugventil entweicht, in seine Bestandteile getrennt werden. Das aus dem entwichenen Kraftstoff-Wasser-Gemisch ausgeschiedene Wasser kann einem Wasserbehälter bzw. vor oder hinter einer Wasserpumpe einem Wasserkreislauf wieder zugeführt werden. In ähnlicher Weise kann der abgeschiedene Kraftstoff dem Kraftstoffkreislauf zugeführt werden.
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Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung, welche eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Mischen von Kraftstoff und Wasser zu einem Gemisch und einen Injektor umfasst, welcher eingerichtet ist, das Gemisch aus Kraftstoff und Wasser einzuspritzen. Die in Bezug auf die erfindungsgemäße Mischvorrichtung beschriebenen Vorteile sind auch hier gegeben.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, welche eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Mischen von Kraftstoff und Wasser und/oder eine erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzvorrichtung umfasst.
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Im Rahmen der Erfindung wird auch ein Verfahren zum Mischen von Kraftstoff und Wasser zu einem Gemisch vorgeschlagen, welches die Schritte des Ansaugens von Kraftstoff in einen Kraftstoffbereich mittels einer Pumpe über ein Ansaugventil, des Förderns von Kraftstoff in einen Mischbereich, wobei der Mischbereich direkt mit dem Kraftstoffbereich verbunden ist, und mit dem Kraftstoffbereich einen Druckraum bildet, des Einspritzens von Wasser über ein Wassereinspritzventil in den Mischbereich, und des Vermischens von Kraftstoff und Wasser im Mischbereich umfasst.
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Bevorzugt kann das Ende des Ansaugens von Kraftstoff in den Kraftstoffbereich und/oder der Beginn des Druckaufbaus über die Pumpe genutzt werden, um das Wasser mittels des Wassereinspritzventils dosiert vor das Druckraumventil in den Mischbereich einzubringen.
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Besonders bevorzugt kann das Fördern von Kraftstoff gleichzeitig mit dem Einspritzen von Wasser beginnen. Somit kann durch den aufgebauten Druck sichergestellt werden, dass das in den Mischbereich eingespritzte Wasser im Mischbereich bleibt und nicht in den Kraftstoffbereich zurückgedrückt wird. Dabei kann das Ansaugventil offen oder geschlossen sein.
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Bevorzugt wird das Gemisch aus Kraftstoff und Wasser über ein Druckraumventil in einen Hochdruckspeicher gefördert, wobei das Druckraumventil zwischen dem Mischbereich und dem Hockdruckspeicher angeordnet ist.
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Weiter bevorzugt wird ein Teil des angesaugten Kraftstoffs über das noch geöffnete Ansaugventil während eines Fördervorgangs der Pumpe in einen Kraftstoffkreislauf zurückgeführt. Dadurch kann, je nach gewünschter Kraftstoffmenge im einzuspritzenden Kraftstoff-Wasser-Gemisch in eine Brennkraftmaschine, die überschüssige Kraftstoffmenge in den Kraftstoffkreislauf zurückgedrückt werden. Der Kraftstoffkreislauf ist insbesondere als ein Niederdruckkreislauf ausgebildet.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
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1 eine stark vereinfachte, schematische Ansicht einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit einer Vorrichtung zum Mischen von Kraftstoff und Wasser einer Brennkraftmaschine gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
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2 bis 5 stark vereinfachte, schematische Teilansichten der Vorrichtung der 1 bei unterschiedlichen Schritten des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
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6 eine stark vereinfachte, schematische Ansicht eines Hochdruckspeichers bei einem weiteren Verfahrensschritt gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Ausführungsform der Erfindung
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 6 eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 10 mit einer Vorrichtung 1 zum Mischen von Kraftstoff und Wasser einer Brennkraftmaschine 100 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben.
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Wie aus 1 ersichtlich ist, weist die Vorrichtung 1 zum Mischen von Kraftstoff und Wasser eine Pumpe 2, einen Druckraum 3, ein Ansaugventil 4 und ein Wassereinspritzventil 5 auf.
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Ferner umfasst die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 10 einen Kraftstoffkreislauf 13 und einen Wasserkreislauf 15. Der Kraftstoffkreislauf 13 ist in Förderrichtung F des Kraftstoffs vor der Pumpe 2 als Niederdruckkreislauf ausgebildet.
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Der Druckraum 3 umfasst einen Kraftstoffbereich 30 und einen Mischbereich 31, welche direkt miteinander verbunden sind. Der Mischbereich 31 ist besonders bevorzugt als eine Leitung ausgebildet. Über das Ansaugventil 4 ist Kraftstoff in den Kraftstoffbereich 30 ansaugbar, wobei zusätzlich zu der Pumpe 2 in vorteilhafter Weise eine Vorförderpumpe 14 im Kraftstoffkreislauf 13 angeordnet ist.
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Über das Wassereinspritzventil 5 ist Wasser in den Mischbereich 31 einspritzbar. Dafür sind eine Wasserpumpe 16 und ein Wasserbehälter 17 im Wasserkreislauf 15 vorgesehen. Ferner können im Wasserkreislauf 15 eine nicht gezeigte Heizung und ein Wasserfilter angeordnet sein.
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Somit können im Mischbereich 31 Wasser und Kraftstoff zu einem Gemisch vermischt werden.
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Vorzugsweise ist im Druckraum 3 der Mischbereich 31 in Förderrichtung F des Kraftstoffs nach dem Kraftstoffbereich 30 angeordnet.
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Ferner ist ein Druckraumventil 6 vorgesehen, welches zwischen einem Hochdruckspeicher 7 und dem Mischbereich 31 angeordnet ist. Die Pumpe 2 ist eingerichtet, das Gemisch aus Kraftstoff und Wasser über das Druckraumventil 6 aus dem Mischbereich 31 in den Hockdruckspeicher 7 zu fördern. Insbesondere kann die Pumpe 2 als Hochdruckpumpe ausgebildet sein.
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Die Förderung des Kraftstoffs sowie des Gemisches aus Kraftstoff und Wasser erfolgt vorzugsweise durch eine Hubbewegung eines Kolbens 20 der Pumpe 2, welcher durch einen an einer Nockenwelle angeordneten Nocken 21 angetrieben wird.
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Das Druckraumventil 6 ist in diesem Ausführungsbeispiel als Rückschlagventil ausgestaltet. Allerdings ist es auch möglich, dass das Druckraumventil 6 als ein regelbares und/oder steuerbares Ventil ausgebildet ist.
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Ferner ist das Ansaugventil 4 bevorzugt ein elektrisches Saugventil, welches über einen in den Figuren nicht gezeigten Aktor betätigbar ist. Das Ansaugventil 4 weist ein als Kolben ausgebildetes Ventilelement 40 auf.
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Das Wassereinspritzventil 5 ist vorzugsweise ebenso als ein elektrisches Ventil ausgestaltet und kann steuerbar und/oder regelbar sein.
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Die Steuerung bzw. Regelung der Ventile kann durch eine oder mehrere Steuereinheiten erfolgen.
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Bei einem vorgegebenen Kraftstoff-Wasser-Verhältnis im Gemisch aus Kraftstoff und Wasserstoff ist bevorzugt ein Volumen des Mischbereichs 31 gleich oder größer als ein Volumen einer eingespritzten Wassermenge. Somit kann verhindert werden, dass eingespritztes Wasser in den Kraftstoffbereich 30 gelangt.
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In diesem Ausführungsbeispiel sind ein erstes Ende 32 des Mischbereichs 31 und ein zweites Ende 33 des Mischbereichs 31 in gleicher Höhe in Bezug auf eine Horizontalebene H angeordnet (1). Das erste Ende 32, welches in Förderrichtung F des Kraftstoffs vor dem zweiten Ende 33 angeordnet ist, entspricht einem Übergang zwischen dem Kraftstoffbereich 30 und dem Mischbereich 31. Das zweite Ende 33 entspricht einem Übergang zwischen dem Mischbereich 31 und dem Druckraumventil 6.
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Alternativ kann der Mischbereich 31 von der Horizontalebene H abfallend ausgebildet sein. Das heißt, dass das erste Ende 32 höher als das zweite Ende 33 in Vertikalrichtung V angeordnet sein kann. Dies kann dazu beitragen, dass Wasser beim Einspritzen durch das Wassereinspritzventil 5 oder das im Mischbereich 31 entstehende Gemisch nicht oder in geringfügiger Weise in den Kraftstoffbereich 30 gelangt. Diese Ausgestaltung kann besonders bei abgestellter Krafteinspritzvorrichtung 10 von Vorteil sein.
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Zum selben Zweck ist ferner eine Verengung 34 zwischen dem Kraftstoffbereich 30 und dem Wassereinspritzventil 5 vorgesehen sein. Hierbei kann eine Verengung 34 am Übergang zwischen dem Kraftstoffbereich 30 dem Mischbereich 31 und/oder im Mischbereich 31 ausgebildet sein.
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Weiterhin ist vor dem Ansaugventil 4 in Förderrichtung F des Kraftstoffs in einem Kraftstoffkreislauf 13 ein Trennbehälter 11 angeordnet. Im Falle, dass trotz der beschriebenen Maßnahmen, ein Teil des Gemisches aus Wasser und Kraftstoff und/oder Wasser den Kraftstoffbereich 31 erreicht und über das Ansaugventil 4 in den Kraftstoffkreislauf 13 gelangt, können Wasser und Kraftstoff durch den Trennbehälter 11 getrennt werden. Wasser kann dann dem Wasserbehälter 17 zugeführt werden (1). Alternativ kann Wasser dem Wasserkreislauf vor der Wasserpumpe 16 in Förderrichtung G des Wassers zugeführt werden. In ähnlicher Weise wird der aus dem Gemisch getrennte Kraftstoff in den Kraftstoffkreislauf 13 eingebracht (1).
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Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzvorrichtung 10 umfasst ferner eine Vielzahl von Injektoren 12, über welche das Gemisch aus Kraftstoff und Wasser in die Brennkraftmaschine 100 eingespritzt werden kann. Die Anzahl der Injektoren 12 kann je nach Anwendung variieren.
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Nachfolgend wird anhand der 2 bis 5 ein Verfahren zum Mischen von Kraftstoff und Wasser zu einem Gemisch gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel beschrieben.
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Zunächst wird Kraftstoff in den Kraftstoffbereich 30 mittels der Pumpe 2 über das offene Ansaugventil 4 angesaugt (Pfeile A in 2). Die Förderung von Kraftstoff in den Kraftstoffbereich 30 kann auch durch die Vorförderpumpe 14 unterstützt werden, indem die Vorförderpumpe 14 Kraftstoff gleichzeitig mit dem Ansaugen mittels der Pumpe 2 in den Kraftstoffbereich 30 pumpt. Beim Ansaugen von Kraftstoff wird der Kolben 20 z.B. durch eine nicht dargestellte Feder gegen den Nocken 21 gedrückt.
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Die angesaugte Kraftstoffmenge kann genau und in Abhängigkeit von der Stellung des Kolbens 20 eingestellt werden. Ist der Kolben 20 am unteren Totpunkt bzw. Umkehrpunkt angelangt, befindet sich eine maximal mögliche Fördermenge im Kraftstoffbereich 30.
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Der angesaugte Kraftstoff wird dann durch die Bewegung des Kolbens 20 nach oben in den Mischbereich 31 gefördert (Pfeile B in 3). Dabei wird das Ansaugventil 4 gleichzeitig mit dem Beginn der Bewegung des Kolbens 20 über den nicht gezeigten Aktor des Ansaugventils 4 geschlossen (Pfeil S in 3).
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Im Rahmen der Erfindung kann das Ansaugventil 4 auch umgekehrt betrieben werden. Das heißt, dass das Ansaugventil 4 bei betätigtem Aktor geöffnet wird. Das Ansaugventil 4 kann dann z.B. durch ein Federelement und/oder durch den auf das Ventilelement 40 ausgeübten Druck in die geschlossene Stellung zurückgebracht werden.
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Wenn eine kleinere Kraftstoffmenge zum Mischen mit Wasser als die maximal mögliche Fördermenge gewünscht ist, kann das Ansaugventil 4 für eine bestimmte Zeit offen gehalten werden. Somit kann eine überschüssige Kraftstoffmenge mit dem sich nach oben durch den Nocken 21 drückenden Kolben 20 in den Kraftstoffkreislauf 13 zurückgedrückt werden. Dadurch ist auch eine Nullförderung bezüglich des Hochdruckspeichers 7 möglich, was es ermöglicht, auf ein Druckregelventil am Hockdruckspeicher 7 zu verzichten. Weiterhin wird bei Nullförderung kein Wasser in den Mischbereich 31 eingespritzt.
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In vorteilhafter Weise wird erst mit dem sich aufwärts bewegenden Kolben 20 Wasser über das Wassereinspritzventil 5 in den Mischbereich 31 vor das Druckraumventil 6 gebracht (Pfeile C in 3). Dazu wird das Wassereinspritzventil 5 durch einen nicht gezeigten Aktor betätigt. Das eingespritzte Wasser kann dabei Kraftstoff in Richtung des Kraftstoffbereichs 30 zurück verdrängen. Der verdrängte Kraftstoff dient als eine Barriere, so dass Wasser nicht in den Kraftstoffbereich 30 gelangen kann.
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Wenn sich die durch eine Steuereinheit für das einzuspritzende Gemisch berechneten und eingestellten Mengen an Kraftstoff und Wasser im Mischbereich 31 befinden, werden Kraftstoff und Wasser vermischt und durch die Pumpe 2 verdichtet. Dabei ist das Ansaugventil 4 geschlossen.
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Übersteigt ein Förderdruck durch die Pumpe 2 einen Druck im Hochdruckspeicher 7, öffnet das als Rückschlagventil ausgebildete Druckraumventil 6. Das Gemisch aus Wasser und Kraftstoff gelangt in den Hochdruckspeicher 7 (Pfeile D in 4 und 5).
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Für eine Durchmischung von Kraftstoff und Wasser können auch Pumpdruckimpulse und Strömungsverläufe vor und/oder im Druckraumventil 6 und im Hochdruckspeicher 7 sorgen.
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Das Kraftstoff-Wasser-Gemisch wird danach über die Injektoren 12 in die Brennkraftmaschine 100 eingespritzt (Pfeile E in 5).
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Nachfolgend werden weitere vorteilhafte Aspekte der Erfindung beschrieben.
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Aus dem Kraftstoff-Wasser-Gemisch ausscheidendes Wasser kann sich bevorzugt in einem Absetzbereich 70 in einem unteren Bereich des Hochdruckspeichers 7 absetzen (6). Das abgesetzte Wasser wird gezielt über ein, insbesondere elektrisch betätigtes, Ablassventil 71 dem Wasserbehälter 17 wieder zugeführt (Pfeile K in 6). Alternativ kann das abgesetzte Wasser in Förderrichtung G des Wassers hinter der Wasserpumpe 16 in den Wasserkreislauf 15 eingebracht werden.
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Vorzugsweise kann in Förderrichtung G von Wasser vor dem Ablassventil 71 ein Sensor zur Messung der Leitfähigkeit verbaut sein, um zu erkennen, dass sich Wasser abgesetzt hat und wann das abgesetzte Wasser abgelassen ist. Dann kann das Ablassventil 71 rechtzeitig wieder schließen, damit kein oder wenig Kraftstoff in den Wasserkreislauf 13 gelangt.
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Die abgeschiedene Wassermenge kann in vorteilhafter Weise über einen Druck und eine Öffnungsdauer des Ablassventils 71 oder einen Wasserniveausensor im Hochdruckspeicher 7 bestimmt werden.
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Die Injektoren 12 und deren Zuleitungen sind vorzugsweise in Vertikalrichtung V nach oben geführt, damit sich aus dem Gemisch absetzendes Wasser nach unten abfließen und im Absetzbereich 70 des Hochdruckspeichers 7 sammeln kann. Der Absetzbereich 70 ist in Vertikalrichtung V unter den Injektoren 12 angeordnet.
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Dadurch wird vermieden, dass sich Wasser vor den Injektoren 12 sammelt und nicht zu unzulässig hohen Wasserkonzentrationen bei der Einspritzung des Gemisches aus Kraftstoff und Wasser und damit Motorschäden führt. Weiterhin besteht damit auch nicht die Gefahr von Eisbildung, was zu einem erhöhten Druck an und in den Injektoren 12 und deren Leitungen verursachen könnte.
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Aus der vor das Druckraumventil 6 eingebrachten und über das Ablassventil 71 abgelassenen Wassermenge und über die Pumpe 2 eingebrachte Kraftstoffmenge lässt sich erfindungsgemäß das Kraftstoff-Wasser-Verhältnis im Hochdruckspeicher 7 bestimmen.
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Alternativ kann besonders bevorzugt ein Sensor zur direkten Wasser- und/oder Kraftstoff-Konzentrationsmessung im Hochdruckspeicher 7 vorgesehen sein.
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Ferner bevorzugt kann ein Brennraumdrucksensor vorgesehen sein. Über den Brennraumdrucksensor können vorzugsweise aus dem Brennraumdruckverlauf und der eingespritzten Menge des Kraftstoff-Wasser-Gemisches der Kraftstoffanteil und damit das Kraftstoff-Wasser-Verhältnis bestimmt werden.
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Das bestimmte Wasser-Kraftstoffverhältnis kann zur Regelung der einzubringenden Wassermenge über das Wassereinspritzventil 5 dienen. Abweichungen zwischen einem Ist-Kraftstoff-Wasser-Verhältnis und einem Soll-Kraftstoff-Wasser-Verhältnis im Hochdruckspeicher 7 können in einer Korrektur einer Ansteuerdauer und eines Ansteuerbeginns der Injektoren 12 berücksichtigt werden.
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Bei abgeschalteter Einspritzung von Gemisch aus Kraftstoff und Wasser durch die Injektoren 12 bzw. abgeschalteter Brennkraftmaschine 100 wird vorzugsweise kein Wasser mehr vor das Druckraumventil 6 eingespritzt, so dass mit den letzten Förderhüben des Kolbens 20 der Pumpe 2 kein Wasser vor dem Druckraumventil 6 verbleibt. Eventuelle Wasserreste vor dem Druckraumventil 6 werden somit in den Hochdruckspeicher 7 verbracht.
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Wenn die Brennkraftmaschine 100 abgestellt wird, kann es nachfolgend zum Abscheiden von Wasser in der Kraftstoff-Wasser-Emulsion kommen.
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Der Hochdruckspeicher 7 wird nicht sofort abgelassen, sondern es wird erst gewartet, bis sich Wasser im Absetzbereich 70 des Hochdruckspeichers 7 absetzt. Danach wird das Wasser abgelassen.
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Dieser Vorgang kann mit zeitlich größeren Abständen wiederholt werden. Dadurch ist sichergestellt, dass immer ein Kraftstoff-Wasser-Gemisch oder nur Kraftstoff vor den Injektoren 12 anliegt und kein reines Wasser ins Hochdrucksystem gelangen kann.
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Aus dem letzten bestimmten Kraftstoff-Wasser-Verhältnis und der abgelassenen und abgesetzten Wassermenge lässt sich immer das aktuelle Kraftstoff-Wasser-Verhältnis im Hochdruckspeicher 7 bestimmen, was für den nächsten Start der Brennkraftmaschine 100 zur Bestimmung von Ansteuerbeginn und Ansteuerdauer der Einspritzungen notwendig ist.
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Da sich beim drucklosen Hochdruckspeicher 7 weiter Wasser absetzen kann, ist es von Vorteil, wenn das Ablassventil eisdruckfest ausgeführt ist.
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Auch im Normalbetrieb als auch in längeren Schubphasen der Brennkraftmaschine 100 kann es zum Abscheiden von Wasser aus dem Gemisch von Kraftstoff und Wasser kommen. Das abgeschiedene Wasser wird dann vorzugsweise im Schubbetrieb der Brennkraftmaschine 100 abgelassen.
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Dabei kann eine Hochdruckreduzierung erfolgen. Die Hochdruckreduzierung über das Ablassventil 71 wird aber beendet, bevor Kraftstoff abgelassen wird.
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Kommt es im Normalbetrieb zu vermehrter Wasserabscheidung, so wird diese vorteilhafterweise sensorisch erkannt und ab einem gewissen Füllstand und außerhalb der Einspritzungen über die Injektoren 12 z.B. durch sehr kurze Ablassventilöffnungszeiten schrittweise abgelassen, so dass der Hochdruck nicht nennenswert abfällt.
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Die Pumpe 2 wird vorteilhafterweise zum Spülen des Hochdruckspeichers 7 nach einem Abschalten der Brennkraftmaschine 100 verwendet, so dass kein Wasser im Hockdruckspeicher 7 verbleibt. Weiterführend könnten auch das gesamte Gemisch aus Kraftstoff und Wasser aus dem Hochdruckspeicher 7 gespült werden, so dass z.B. das Ablassventil 71 nicht eisdruckfest ausgeführt wird und ein nächster Start der Brennkraftmaschine 100 in sicherer Weise mit reinem Kraftstoff erfolgen kann.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum Mischen von Kraftstoff und Wasser weist eine Vielzahl von Vorteilen auf. Insbesondere dadurch dass, Wasser über das Wassereinspritzventil 5 in den Mischbereich 31 nach dem Kraftstoffbereich 30 eingebracht wird, wird die Schmierung der Pumpe 2 nicht beeinträchtigt. Ferner muss das Wasser nicht direkt auf Hochdruck gefördert und nicht unter Hochdruck direkt eingespritzt werden. Es besteht weiterhin keine Gefahr durch Korrosion von abgeschiedenem Wasser und/oder durch Einspritzung von einem Kraftstoff-Wasser-Gemisch mit zu hohem Wasseranteil in die Brennkraftmaschine infolge von aus dem Gemisch abgeschiedenem Wasser. Eine Eiskristallbildung oder Eisdruckgefahr kann eliminiert werden. Außerdem kann eine Verwendung von Emulgatoren zur Stabilisierung des Gemisches vermieden werden.
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Für die Regelung des Förderdrucks über die Pumpe 2 wird nur das Ansaugventil 4 verwendet, wobei kein zusätzliches Druckregelventil am Hochdruckspeicher 7 benötigt ist (1-Steller-Konzept). Damit kann dann auch kein Wasser in das Kraftstoffkreislauf 13 über diesen Pfad gelangen. Somit entfallen der zugehörige Leckagepfad und die zugehörigen Komponenten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012206984 A1 [0002]
