DE19609800C1 - Brennstoffeinspritzsystem für Emulsionsbetrieb - Google Patents

Brennstoffeinspritzsystem für Emulsionsbetrieb

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Description

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffeinspritzsystem für einen Verbrennungsmotor, insbesondere einen Dieselmotor, mit durch eine Hochdruckpumpeinrichtung über einen gemeinsamen Vorspeicher mit Brennstoffversorgten Brennstoffeinspritzeinrichtungen, wobei der Motor wahlweise mit einem ersten, reinen Brennstoff oder mit einem zweiten Brennstoff in Form einer Emulsion aus Brennstoff und einem gegenüber dem Brennstoff unlösbaren weiteren Stoff, insbesondere Wasser, betreibbar ist, und mit einer Emulsionsmischeinrichtung zur Herstellung der Brennstoffemulsion aus dem in einem Brennstoffvorrat vorgehaltenen Brennstoff und dem in einem weiteren Vorrat vorgehaltenen weiteren Stoff, wobei ein Teil des den Brennstoffeinspritzeinrichtungen zugeführten Brennstoffs als Steuer- und Leckagemenge auf einer Steuer- und Leckagemengenleitung anfällt. Derartige Emulsionsmischeinrichtungen sind aus der DE 44 14 488 C1 bekannt.
Für die Zukunft ist zu erwarten, daß für den Betrieb von Dieselmotoren, insbesondere von Großdieselmotoren die Verwendung von Emulsionsbrennstoff zunehmend an Bedeutung gewinnt, um die Abgasemissionswerte, vor allem bei den Stickoxiden, zu vermindern, und um den spezifischen Brennstoffverbrauch im Hochlastbereich zu verringern. Unter einem Emulsionsbrennstoff wird ein Brennstoff verstanden, bei dem Brennstoff und ein gegenüber dem Brennstoff unlösbarer weiterer Stoff in einer Emulsion vorliegen, zum Beispiel Wasser und Dieselöl, Wasser und Schweröl oder Methanol und Dieselöl, wobei am häufigsten eine Emulsion aus Wasser und leichtem oder schwerem Dieselöl verwendet wird.
Eine Schwierigkeit beim Betrieb eines Verbrennungsmotors mit einem Emulsionsbrennstoff besteht darin, daß bei einer längeren Betriebspause des Motors eine Trennung der beiden gegeneinander nicht lösbaren Bestandteile der Emulsion stattfindet, so daß beim nächsten Startvorgang des Motors anstelle Emulsion möglicherweise nur zum Beispiel Wasser bei der Verwendung einer Öl-Wasser-Emulsion eingespritzt wird und sich die Starteigenschaften des Motors somit stark verschlechtern.
Eine weitere Schwierigkeit beim Betrieb mit einem Emulsionsbrennstoff ist es, daß bei einer Laständerung des Motors eine schnelle Anpassung der Zusammensetzung der Emulsion erforderlich ist. So macht beispielsweise ein Lastabwurf von mittlerer bis Vollast auf weniger als 30% Last eine schnelle Änderung der Brennstoffzusammensetzung auf reinen Brennstoff erforderlich, da andernfalls die Verbrennung erlöschen könnte. Jedoch auch bei Erhöhung der Last ist es wünschenswert, die Brennstoffzusammensetzung möglichst schnell an die Erfordernisse des Lastzustandes anzupassen, um den Motor optimal betreiben zu können.
Noch eine weitere Schwierigkeit bei der Verwendung von Emulsionsbrennstoff besteht darin, daß die beim Betrieb des Motors ständig anfallende Steuer- und Leckagemenge der Brennstoffeinspritzeinrichtungen je nach dem Betriebszustand des Motors entweder in Form von reinem Brennstoff, insbesondere nämlich Dieselöl, oder in Form von der Emulsion, insbesondere also in Form einer Dieselöl-Wasser-Emulsion anfällt, was deren weitere Verwendung erschwert.
Schließlich besteht noch eine Schwierigkeit darin, daß bei einem Übergang von einem Betrieb mit Emulsionsbrennstoff bei mittlerer bis Vollast auf einen Betrieb mit reinem Brennstoff bei weniger als 30% Last die noch in dem gemeinsamen Vorspeicher vorhandene Menge an Emulsion nicht mehr den Brennstoffeinspritzeinrichtungen zugeführt und verbrannt werden kann. Somit fällt bei jedem Lastabwurf auf weniger als 30% Last die in dem gemeinsamen Vorspeicher enthaltene Emulsion als eine Restmenge an, die zunächst nicht verwendbar ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Brennstoffeinspritzsystem anzugeben, das einen verbesserten Emulsionsbetrieb gestattet.
Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die im Kennzeichen des Hauptanspruchs angegebenen Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigt:
Fig. 1a ein schematisches Blockdiagramm eines ersten, grundsätzlichen Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzsystems,
Fig. 1b ein schematisches Blockdiagramm eines zweiten, grundsätzlichen Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzsystems,
Fig. 2 ein schematisches Blockdiagramm eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzsystems,
Fig. 3 ein schematisches Blockdiagramm eines vierten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzsystems,
Fig. 4 ein schematisches Blockdiagramm eines fünften Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzsystems und die
Fig. 5a und 5b jeweils Ausschnitte aus schematischen Darstellungen von Brennstoffeinspritzsystemen gemäß der vorliegenden Erfindung zur Erläuterung von zwei Einzelheiten erfindungsgemäßer Lösungen.
Bei dem in Fig. 1a dargestellten ersten, grundsätzlichen Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzsystems werden eine Anzahl von Brennstoffeinspritz­ einrichtungen 1, von denen in der Figur nur eine dargestellt ist, aus einem gemeinsamen Vorspeicher 6 mit unter hohem Druck stehendem Brennstoff versorgt. Der gemeinsame Vorspeicher 6 ist ein ölelastischer Speicher (Common Rail), der eine gewisse Menge des unter Druck stehenden Brennstoffs vorhält. Der Brennstoff ist wahlweise ein erster, reiner Brennstoff, nämlich Dieselöl, oder eine Emulsion aus dem Dieselöl und einem Stoff, der gegenüber dem Dieselöl unlösbar ist, nämlich Wasser. Der Brennstoff wird dem gemeinsamen Vorspeicher 6 mittels einer Hochdruckpumpe 9 von einer Emulsionsmischeinrichtung 19 zugeführt, welche in der Lage ist aus Dieselöl und Wasser eine entsprechend den Lastanforderungen des Motors zusammengesetzte Emulsion zu erzeugen. Fakultativ kann die Emulsionsmischeinrichtung 19 so ausgebildet sein, daß sie auch in der Lage ist bei einer entsprechenden Lastanforderung reines Dieselöl über die Hochdruckpumpe 9 an den gemeinsamen Vorspeicher 6 zu fördern, oder das reine Dieselöl kann über eine eigens dafür vorgesehene Hochdruckpumpe 10 dem gemeinsamen Vorspeicher 6 direkt zugeführt werden. Es kann dazu auch die Hochdruckpumpe 9 benutzt werden. Dann ist die mit einem Brennstoffvorrat (Diesel) verbundene Leitung über ein Ventil 30 mit der vom Emulsionsmischgerät zur Hochdruckpumpe führenden Leitung zu verbinden. Bei Emulsionsbetrieb schließt das Ventil wie dargestellt. Die Hochdruckpumpe 10 ist dann entbehrlich. Die Emulsionsmischeinrichtung ist von einer an sich bekannten Art und in der DE 44 14 488 C1 beschrieben.
Der Emulsionsmischeinrichtung wird über einen ersten Eingang reiner Brennstoff in Form von Dieselöl mittels einer Brennstofförderpumpe 12 über einen Brennstoffilter 13 und ein Brennstoffdurchflußmeßgerät 11 aus dem Brennstoffvorrat (Diesel) zugeführt. Das zur Herstellung der Emulsion erforderliche Wasser wird der Emulsionsmischeinrichtung 19 an einem zweiten Eingang mittels einer Wasserförderpumpe 15 über einen Wasserfilter 16 und ein Wasserdurchflußmeßgerät 14 aus einem eigenen Vorrat (Wasser) zugeführt. Für den oben angesprochenen Fall, daß das reine Dieselöl den gemeinsamen Vorspeicher 6 über eine eigene Hochdruckpumpe 10 zugeführt wird, ist deren Eingangsseite ebenfalls an die Brennstofförderpumpe 12 angeschlossen. Die Durchflußmeßgeräte 11 und 14 dienen der Zumessung der jeweils entsprechend der Lastanforderung des Motors erforderlichen Mengen an Dieselöl und Wasser für die Herstellung der Emulsion in der Emulsionsmischeinrichtung 19.
Die beim Betrieb der Brennstoffeinspritzeinrichtungen 1 anfallende Steuer- und Leckagemenge wird von den Brennstoffeinspritzeinrichtungen 1 über eine Steuer- und Leckagemengenleitung 26 abgeführt. Diese ist an den Eingang eines 4/3-Wegeventils 3 angeschlossen, welches in der Lage ist, die Steuer- und Leckagemenge wahlweise auf einen von drei Ausgängen zu verteilen. Der erste Ausgang des 4/3-Wegeventils 3 ist über eine Leitung direkt mit dem Dieselölvorrat verbunden. Der zweite Ausgang ist über eine Leitung an einen dritten Eingang der Emulsionsmischeinrichtung 19 angeschlossen, der für eine Aufnahme von bereits gemischter Emulsion vorgesehen ist. Der dritte Ausgang des 4/3-Wegeventils 3 schließlich ist über eine Leitung mit einem Emulsionszwischenspeicher 20 gekoppelt, welcher dazu vorgesehen ist bedarfsweise vorübergehend die in Form von Brennstoffemulsion anfallende Steuer- und Leckagemenge aufzunehmen. In der Steuer- und Leckagemengenleitung 26 kann wahlweise ein Wärmetauscher 2 vorgesehen sein, der dazu dient die von den Brennstoffeinspritzeinrichtungen 1 abgegebene Steuer- und Leckagemenge abzukühlen.
Ein Ausgang des Emulsionszwischenspeichers 20 ist, wie dargestellt, über eine Pumpe 31 und ein 3/2-Wegeventil 17 mit dem Eingang eines Wasserabscheiders 4 verbunden, welcher dazu vorgesehen ist die Brennstoffemulsion wieder in ihre Bestandteile Dieselöl und Wasser zu trennen, welche von jeweiligen ersten und zweiten Ausgängen über entsprechende Leitungen an den Dieselölvorrat bzw. den Wasservorrat abgegeben werden.
In einer zweiten Schaltstellung verbindet das 3/2-Wegeventil 17 den Emulsionszwischenspeichers 20 mit dem dritten Eingang der Emulsionsmischeinrichtung 19 zur Abgabe von bereits gemischter Emulsion in die Emulsionsmischeinrichtung 19. Die Pumpe 31 ist je nach Stand des Speicherinhalts an- oder ausgeschaltet.
Schließlich ist eine Emulsionsumwälzpumpe 7 vorgesehen, die in eine Rücklaufleitung 18a von dem gemeinsamen Vorspeicher 6 geschaltet ist und deren Ausgangsseite über eine Verbindungsleitung 18d mit der Leitung zwischen der Hochdruckpumpe 9 und dem gemeinsamen Vorspeicher 6 verbunden ist. Durch die Emulsionsumwälzpumpe 7 ist die Emulsion in dem gemeinsamen Vorspeicher 6 umwälzbar, um eine Entmischung der Emulsion, z. B. nach einem Lastabwurf zu verhindern.
Beim kontinuierlichen Betrieb mit Brennstoffemulsion wird diese von der Emulsionsmischeinrichtung 19 über die Hochdruckpumpe 9 dem gemeinsamen Vorspeicher 6 und von dort den Brennstoffeinspritzeinrichtungen 1 zugeführt. Die ebenfalls in Form von Brennstoffemulsion anfallende Steuer- und Leckagemenge wird über den Wärmetauscher 2 und die Steuer- und Leckagemengenleitung 26 dem 4/3-Wegeventil 3 zugeführt, welches sich bei einem kontinuierlichen Emulsionsbetrieb in der in der Figur gezeigten Stellung befindet, in welcher der Eingang des Ventils mit dessen mit dem dritten Eingang der Emulsionsmischeinrichtung 19 gekoppelten zweiten Ausgang verbunden ist. Somit wird die Steuer- und Leckagemenge als Emulsion wieder der Emulsionsmischeinrichtung 19 zugeführt, von wo sie zusammen mit der von der Emulsionsmischeinrichtung 19 aus dem Dieselöl und dem Wasser erzeugten Hauptmenge an Emulsion über die Hochdruckpumpe 9 wieder an den gemeinsamen Vorspeicher 6 abgegeben wird.
Der Emulsionsbetrieb erfolgt bei Betriebszuständen mit Lastanforderung von mittlerer Last, d. h. mehr als 30%, bis Vollast, wobei die Zusammensetzung der Emulsion entweder für diesen Lastbereich konstant gehalten werden kann oder vorzugsweise in Abhängigkeit vom Lastzustand verändert wird.
Für die Betriebszustände Start, Niedriglast, d. h. weniger als 30%, Leerlauf und Motorstop wird der Motor von dem Brennstoffeinspritzsystem mit reinem Dieselöl versorgt.
Für den Betrieb mit reinem Dieselöl wird dem gemeinsamen Vorspeicher 6 dasselbe aus dem Dieselölvorrat entweder auf dem Weg über das Emulsionsmischgerät zugeführt, ohne daß dort eine Beimischung von Wasser erfolgt, oder über eine eigens hierfür vorgesehene Brennstoffhochdruckpumpe 10 oder über Ventil 30 und die Hochdruckpumpe 9. Bei einem kontinuierlichen Betrieb mit reinem Dieselöl, wobei die Steuer- und Leckagemenge ebenfalls in Form von reinem Dieselöl anfällt, ist das 4/3-Wegeventil 3 in seine in der Figur rechts gezeigte Stellung geschaltet, in welcher die Leckagemenge in den Dieselölvorrat zurückgeführt wird. Bei einem Lastabwurf jedoch, bei dem vom Emulsionsbetrieb auf Betrieb mit reinem Brennstoff übergegangen wird, wird die Steuer- und Leckagemenge, solange diese noch in Form von Brennstoffemulsion anfällt, in den Emulsionszwischenspeicher 20 geführt, solange bis die noch in den Leitungen und in den Brennstoffeinspritzeinrichtungen 1 anstehende Emulsion abgeführt ist. Hierfür ist das 4/3-Wegeventil 3 auf seine in der Figur links dargestellte dritte Stellung geschaltet. Nach dem Abführen der Emulsion in den Emulsionszwischenspeicher schaltet das 4/3-Wegeventil 3 dann auf die mittlere Stellung, so daß die dann in Form von reinem Brennstoff anfallende Steuer- und Leckagemenge in den Dieselölvorrat zurückgeführt wird.
Die im Emulsionszwischenspeicher 20 vorhandene Emulsion wird über das 3/2-Wegeventil 7 wahlweise durch den Wasserabscheider 4 in ihre Bestandteile Dieselöl und Wasser getrennt und diese den jeweiligen Vorräten zugeführt, oder die Emulsion wird der Emulsionsmischeinrichtung 19 zugeführt, wenn der Motor wieder mit Emulsion betrieben wird.
Um eine Entmischung der in dem gemeinsamen Vorspeicher 6 befindlichen Emulsion, z. B. nach einem Lastabwurf zu verhindern, wird diese durch die Emulsionsumwälzpumpe 7 über die Leitungen 18a und 18d im Kreislauf zirkuliert.
Das in Fig. 1b dargestellte zweite grundsätzliche Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält grundsätzlich die gleichen Komponenten wie das erste Ausführungsbeispiel nach Fig. 1a und stimmt auch hinsichtlich deren Funktion mit diesem überein, mit Ausnahme des Kreislaufs zur Zirkulation dem Emulsion durch den gemeinsamen Vorspeicher 6. Abweichend von Fig. 1a wird die Emulsion nämlich nicht vom gemeinsamen Vorspeicher 6 zurückgeführt, sondern von den Brennstoffeinspritzeinrichtungen 1. Hierzu verfügen die Brennstoffeinspritzeinrichtungen 1 zusätzlich zu dem Einlaß für den von dem gemeinsamen Vorspeicher 6 zugeführten Brennstoff über einen damit über einen Durchgang in Verbindung stehenden Auslaß für den von den Brennstoffeinspritzeinrichtungen 1 nicht in den Motor eingespritzten Teil des Brennstoffs. Dieser Auslaß jeder Brennstoffeinspritzeinrichtung 1 ist an eine gemeinsame Rücklaufleitung 18b angeschlossen, die zu der Umwälzpumpe 7 führt und dann über die Verbindungsleitung 18d an der stromaufwärtigen Seite des gemeinsamen Vorspeichers 6 mündet. Auf diese Weise wird ein Kreislauf geschaffen, in welchem die Emulsion mittels der Umwälzpumpe 7 von dem gemeinsamen Vorspeicher 6 durch jede der Brennstoffeinspritzeinrichtungen 1, die gemeinsame Rücklaufleitung 18b und die Verbindungsleitung 18d gepumpt wird.
Bei den beiden Ausführungsbeispielen nach Fig. 1a und 1b kann die Zirkulation in dem Kreislauf durch die Umwälzpumpe 7 wahlweise ein- und ausgeschaltet werden. Die Umwälzpumpe 7 wird zumindest immer dann in Betrieb genommen, wenn bei Änderungen der Zusammensetzung des Brennstoffs bzw. der Emulsion eine schnelle Anpassung erforderlich ist, und ebenfalls wenn, z. B. nach einem Lastabwurf, eine Entmischung der Emulsion droht.
Die Fig. 5a und 5b zeigen ausschnittsweise zwei Varianten des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1b, bei dem die Brennstoffeinspritzeinrichtungen 1 von dem durch die Umwälzpumpe 7 erzeugten Kreislauf durchströmt werden. Von einer Anzahl von Brennstoffeinspritzeinrichtungen 1 sind in den Fig. 5a und 5b jeweils zwei dargestellt, die von der Hochdruckpumpe 9 über den gemeinsamen Vorspeicher 6 mit Brennstoff in Form von reinem Dieselöl, bzw. Dieselöl-Wasser-Emulsion versorgt werden.
Bei dem in Fig. 5a gezeigten Ausführungsbeispiel wird der von dem gemeinsamen Vorspeicher 6 zugeführte Brennstoff in einem Kanal A in ein die Düsennadel 24 der Brennstoffeinspritzeinrichtung 1 umgebendes Injektorvolumen V geleitet. Der von der Brennstoffeinspritzeinrichtung 1 nicht in den Brennraum des Motors eingespritzte Teil des Brennstoffs wird über einen Kanal B zur Rücklaufleitung 18b geführt, von wo der Brennstoff mittels der Umwälzpumpe 7 über die Verbindungsleitung 18d der stromaufwärtigen Seite des gemeinsamen Vorspeichers 6 zugeführt wird. Die Verbindungsleitung 18d mündet an einem Punkt stromabwärts der Hochdruckpumpe 9 in die Leitung zwischen der Hochdruckpumpe 9 und dem gemeinsamen Vorspeicher 6, wobei dieser Punkt einen Mischbereich für den von der Hochdruckpumpe 9 geförderten Brennstoff und den von der Umwälzpumpe 7 geförderten Brennstoff bildet.
Das in Fig. 5b dargestellte Ausführungsbeispiel ist mit Fig. 5a im wesentlichen übereinstimmend, jedoch wird abweichend davon der Brennstoff nicht durch das Injektorvolumen V der Brennstoffeinspritzeinrichtungen 1 geführt, sondern strömt auf einem kürzeren Weg über einen Kanal C unter Umgehung des Injektorvolumens V zu der Rücklaufleitung 18b.
Fig. 2 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzsystems, das in allen wesentlichen Komponenten mit dem in Fig. 1a dargestellten ersten Ausführungsbeispiel übereinstimmt. Jedoch enthält der gemeinsame Vorspeicher 6 eine erste Speicherschiene 6a zur Versorgung der Brennstoffeinspritzeinrichtungen 1 mit dem ersten, reinen Brennstoff, sowie eine zweite Speicherschiene 6b zur Versorgung der Brennstoffeinspritzeinrichtung 1 mit der Brennstoffemulsion. Dabei ist die erste Speicherschiene 6a über eine eigens hierfür vorgesehene Hochdruckpumpe 10 zur Zuführung des reinen Brennstoffs mit dem Brennstoffvorrat (Diesel) verbunden, und die zweite Speicherschiene 6b ist über eine Emulsionshochdruckpumpe 9 zur Zuführung der Emulsion mit dem Emulsionsmischgerät 19 verbunden. Weiterhin ist ein 3/2-Wegehochdruckventil 5 vorgesehen, durch das wahlweise die erste Speicherschiene 6a mit den Brennstoffeinspritzeinrichtungen 1 verbindbar ist, um diese mit dem reinen Brennstoff zu versorgen, oder die zweite Speicherschiene 6b, um die Brennstoffeinspritzeinrichtungen 1 mit Emulsion zu versorgen. Das Umschalten des 3/2-Wegehochdruckventils 5 erfolgt in Abhängigkeit des Lastzustandes, wobei für die Betriebszustände Start, Niedriglast, d. h. weniger als 30%, Leerlauf und Motorstop auf die erste Speicherschiene 6a geschaltet wird, um die Brennstoffeinspritzeinrichtungen 1 mit reinem Brennstoff zu versorgen, und für Betriebszustände mit Lastanforderung mittlere Last, d. h. mehr als 30%, bis Vollast auf die zweite Speicherschiene B geschaltet wird, um den Brennstoffeinspritzeinrichtungen 1 Emulsion zuzuführen.
Da während der Versorgung der Brennstoffeinspritzeinrichtungen 1 mit dem in der ersten Speicherschiene 6a enthaltenen reinen Brennstoff die Emulsion in der zweiten Speicherschiene 6b stehenbleibt und daher die Gefahr einer Entmischung besteht, wird die Emulsion in der zweiten Speicherschiene 6b durch die Umwälzpumpe 7 über die Rücklaufleitung 18a und die Verbindungsleitung 18d in Zirkulation gehalten. Durch ein Rückschlagventil 8 wird ein Rückschlagen von Emulsion durch die Wirkung der Hochdruckpumpe 9 in die Leitungen 18d und 18a verhindert.
Das in Fig. 3 dargestellte vierte Ausführungsbeispiel ist in Bezug auf die Erzeugung der Emulsion in der Emulsionsmischeinrichtung 19, die Rückführung der Steuer- und Leckagemenge von den Brennstoffeinspritzeinrichtungen 1 und den Aufbau des gemeinsamen Vorspeichers 6 durch eine erste und eine zweite Speicherschiene dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel entsprechend aufgebaut. Abweichend davon enthält der Kreislauf zum Zirkulieren der Emulsion durch die zweite Speicherschiene 6b jedoch eine Verbindungsleitung 18c zur stromaufwärtigen Seite der Hochdruckpumpe 9, so daß der Brennstoff durch die Wirkung der Hochdruckpumpe 9 im Kreislauf geführt wird. Zwischen die Rücklaufleitung 18b von der zweiten Speicherschiene 6b und die Verbindungsleitung 8c ist eine variable Drossel 21 geschaltet, die dazu dient, den Strom durch die Rücklaufleitung 18b auf einen vorgegebenen Wert zu begrenzen bzw. einen Mindestarbeitsdruck von beispielsweise 350 bar in der zweiten Speicherschiene 6b sicherzustellen. Weiterhin ist ein 3/2-Wegeventil 22 vorgesehen, das in die Rücklaufleitung 8b geschaltet ist, sowie eine zwischen das 3/2-Wegeventil 22 und den Emulsionszwischenspeicher 20 geschaltete Entleerungsleitung 25, über die die in der zweiten Speicherschiene 6b vorhandene Emulsion in den Emulsionszwischenspeicher 20 entleerbar ist, so daß in der entsprechenden Schaltstellung des 3/2-Wegeventils 22 die in der zweiten Speicherschiene 6b vorhandene Emulsion durch reinen Brennstoff ersetzt werden kann, welcher dann durch die Emulsionsmischeinrichtung 19 über die Hochdruckpumpe 9 nachgefördert wird. Auf diese Weise ist es möglich nach einem Motorstop oder einem Motornotstop die Emulsion aus dem gemeinsamen Vorspeicher 6 und dem Emulsionskreislauf zu entfernen bzw. diese Teile mit reinem Brennstoff (Diesel) zu spülen. Die abgeführte Emulsion wird über die Entleerungsleitung 25 in den Emulsionszwischenspeicher 20 geleitet.
Das in Fig. 4 gezeigte fünfte Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält einen gemeinsamen Vorspeicher 6 mit einer einzigen Speicherschiene, die der Versorgung der Brennstoffeinspritzeinrichtungen 1 sowohl mit reinem Brennstoff (Diesel) als auch mit Emulsion dient. Der gemeinsame Vorspeicher 6 wird in Übereinstimmung mit dem vorhergehenden Ausführungsbeispielen über die Hochdruckpumpe 9 mit der in der Emulsionsmischeinrichtung 19 hergestellten Emulsion versorgt. Wie bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 3 ist die Rücklaufleitung 18a von dem gemeinsamen Vorspeicher 6 über eine Verbindungsleitung 18c an die stromaufwärtige Seite der Hochdruckpumpe 9 angeschlossen, so daß der Brennstoff durch die Wirkung der Hochdruckpumpe 9 in einem Kreislauf durch den gemeinsamen Vorspeicher 6 geführt werden kann. Eine variable Drossel 21 in der Rücklaufleitung dient der Begrenzung des Stroms durch dieselbe auf einen vorgegebenen Wert und stellt sicher, daß ein Mindestarbeitsdruck von beispielsweise 350 bar in dem gemeinsamen Vorspeicher 6 erhalten bleibt.
Wie bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 3 enthält die Rücklaufleitung 18a ein 3/2-Wegeventil 22, über das der gemeinsame Vorspeicher 6 wahlweise mit einer Entleerungsleitung 25 verbindbar ist, die zu dem Emulsionszwischenspeicher 20 führt und über die die in dem gemeinsamen Vorspeicher 6 vorhandene Emulsion in den Emulsionszwischenspeicher 20 entleerbar ist, so daß die Emulsion in dem gemeinsamen Vorspeicher 6 durch reinen Brennstoff (Diesel) ausgetauscht werden kann. Die Zeit zur Entleerung der Emulsion aus dem gemeinsamen Vorspeicher 6 in den Emulsionszwischenspeicher 20 und zur Wiederbefüllung des gemeinsamen Vorspeichers 6 mit reinem Brennstoff über die Hochdruckpumpe 9 muß ausreichend kurz sein, damit bei einem Lastabwurf nicht die Verbrennung in Folge zu hohen Wasseranteils erlischt. Zur Zuführung von reinem Brennstoff zu der Hochdruckpumpe 9 ist in der Verbindungsleitung zwischen der stromaufwärtigen Seite der Hochdruckpumpe 9 und der Emulsionsmischeinrichtung 19 ein 3/2-Wegeventil 23 vorgesehen, über das eine direkte Verbindung mit dem Vorrat an reinem Brennstoff (Diesel) an der stromabwärtigen Seite der Brennstofförderpumpe 12 herstellbar ist. Mittels des 3/2-Wegeventils 23 kann durch Umschalten desselben unter Umgehung der Emulsionsmischeinrichtung 19 sofort reiner Brennstoff zu der Hochdruckpumpe 9 zugeführt werden, wodurch die Zeit für den Austauschvorgang Emulsion gegen reinen Brennstoff beträchtlich verkürzt werden kann.
Bei allen Ausführungsbeispielen sind die Schaltzeiten des 4/3-Wegeventils 3, durch welches die Steuer- und Leckagemenge entsprechend dem jeweiligen Betriebszustand wahlweise direkt dem Vorrat an reinem Brennstoff (Diesel), dem Emulsionseingang der Emulsionsmischeinrichtung 19 oder dem Emulsionszwischenspeicher 20 zugeführt wird, so eingestellt, daß keine Emulsion in den Vorrat des reinen Brennstoffs gelangen kann. Die Schaltzeitpunkte können entweder zeitlich gesteuert werden oder über Sensoren gesteuert, die beispielsweise in der Steuer- und Leckagemengenleitung 26 vorgesehen sind.
Bezugszeichenliste
1 Brennstoffeinspritzeinrichtung, Einspritzdüse,
2 Wärmetauscher
3 4/3-Wegeventil
4 Wasserabscheider
5 3/2-Wegehochdruckventil
6 gemeinsamer Vorspeicher
7 Emulsionsumwälzpumpe
8 Rückschlagventil
9 Hochdruckpumpe für Emulsion
10 Hochdruckpumpe für Brennstoff
11 Brennstoffdurchflußmeßgerät
12 Brennstofförderpumpe
13 Brennstoffilter
14 Wasserdurchflußmeßgerät
15 Wasserförderpumpe
16 Wasserfilter
17 2/2-Wegeventil
18 Rücklaufleitung
19 Emulsionsmischeinrichtung
20 Emulsionszwischenspeicher
21 variable Drossel
22 3/2-Wegeventil
23 3/2-Wegeventil
24 Düsennadel
25 Entleerungsleitung
26 Steuer- und Leckagemengenleitung
30 3/2-Wegeventil
31 Pumpe

Claims (15)

1. Brennstoffeinspritzsystem für einen Verbrennungsmotor, insbesondere einen Dieselmotor, mit durch eine Hochdruckpumpeinrichtung (9; 10) über einen gemeinsamen Vorspeicher (6) mit Brennstoffversorgten Brennstoffeinspritzeinrichtungen (1), wobei der Motor wahlweise mit einem ersten, reinen Brennstoff oder mit einem zweiten Brennstoff in Form einer Emulsion aus Brennstoff und einem gegenüber dem Brennstoff unlösbaren weiteren Stoff, insbesondere Wasser, betreibbar ist, und mit einer Emulsionsmisch­ einrichtung (19) zur Herstellung der Brennstoffemulsion aus dem in einem Brennstoffvorrat vorgehaltenen Brennstoff und dem in einem weiteren Vorrat vorgehaltenen weiteren Stoff, wobei ein Teil des den Brennstoffeinspritzeinrichtungen (1) zugeführten Brennstoffs als Steuer- und Leckagemenge auf einer Steuer- und Leckagemengenleitung (26) anfällt, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennstoffeinspritzsystem eine an die Steuer- und Leckagemengenleitung (26) angeschlossene Mehrwegeventileinrichtung (3) enthält, mittels derer die Steuer- und Leckagemenge wahlweise beim Betrieb mit der Brennstoffemulsion der Emulsionsmischeinrichtung (19) oder beim Betrieb mit dem ersten Brennstoff dem Brennstoffvorrat zuführbar ist.
2. Brennstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit der Mehrwegeventileinrichtung (3) verbundener Emulsionszwischenspeicher (20) vorgesehen ist, der bei einem Übergang vom Emulsionsbetrieb auf Betrieb mit dem ersten Brennstoff die als Steuer- und Leckagemenge anfallende Brennstoffemulsion aufnimmt.
3. Brennstoffeinspritzsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abscheideeinrichtung (4) zum Trennen des Brennstoffs und des unlösbaren weiteren Stoffs der Emulsion vorgesehen ist, die zwischen den Emulsionszwischenspeicher (20) einerseits und den Brennstoffvorrat sowie den Vorrat des weiteren Stoffs andererseits geschaltet ist.
4. Brennstoffeinspritzsystem nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Ventileinrichtung (17) vorgesehen ist, die in eine Leitung zwischen dem Emulsionszwischenspeicher (20) und der Emulsionsmischeinrichtung (19) geschaltet ist, und durch die die in dem Emulsionszwischenspeicher (20) vorhandene Brennstoffemulsion wahlweise der Emulsionsmischeinrichtung (19) direkt zuführbar ist.
5. Brennstoffeinspritzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wärmetauscher (2) vorgesehen ist, der zum Abkühlen der Steuer- und Leckagemenge in die Steuer- und Leckagemengenleitung (26) geschaltet ist.
6. Brennstoffeinspritzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (7; 7, 8; 9, 21) vorgesehen sind, durch die der Brennstoff über eine Rücklaufleitung (18a; 18b) in einem Kreislauf durch den gemeinsamen Vorspeicher (6) zirkuliert wird.
7. Brennstoffeinspritzsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (7; 7, 8; 9, 21) zum Zirkulieren des Brennstoffs so steuerbar sind, daß der Brennstoff beim Betrieb mit Emulsion im Kreislauf geführt wird, nicht jedoch beim Betrieb mit reinem Brennstoff.
8. Brennstoffeinspritzsystem nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffeinspritzeinrichtungen (1) einen Durchgang für den aus dem gemeinsamen Vorspeicher (6) zugeführten Brennstoff aufweisen, über den der von den Einspritzdüsen nicht in den Motor eingespritzte Teil des Brennstoffs in einem Kreislauf über eine Rückführleitung (18b) zu dem gemeinsamen Vorspeicher (6) rückführbar ist.
9. Brennstoffeinspritzsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß für alle Brennstoffeinspritzeinrichtungen (1) eine gemeinsame Rücklaufleitung (18b) vorgesehen ist, über die der Brennstoff von den Brennstoffeinspritzeinrichtungen (1) zu einem Mischbereich an der stromaufwärtigen Seite des gemeinsamen Vorspeichers (6) zurückgeführt wird.
10. Brennstoffeinspritzsystem nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rücklaufleitung (18a; 18b) eine Verbindungsleitung (18c) zur stromaufwärtigen Seite der Hochdruckpumpe (9) bildet, so daß der Brennstoff durch die Wirkung der Hochdruckpumpe (9) im Kreislauf geführt wird, und daß die Verbindungsleitung (18c) eine Drossel (21) zur Begrenzung des Stroms durch die Rücklaufleitung (18a; 18b) auf einen vorgegebenen Wert enthält.
11. Brennstoffeinspritzsystem nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rücklaufleitung (18a; 18b) eine Verbindungsleitung (18d) zur stromabwärtigen Seite der Hochdruckpumpe (9) bildet, und daß die Verbindungsleitung (18d) eine Umwälzpumpe (7) enthält, mittels der der Brennstoff im Kreislauf geführt wird.
12. Brennstoffeinspritzsystem nach einem der Ansprüche 8 bis 11, bei dem die Brennstoffeinspritzeinrichtungen (1) eine Düsennadel (24) und ein die Düsennadel (24) umgebendes, ein eine in den Brennraum des Motors einzuspritzende Brennstoffmenge aufnehmendes Injektorvolumen (V) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchgang der Brennstoffeinspritzeinrichtungen (1), durch den der Brennstoffkreislauf verläuft, ein inneres Volumen (A, B, V) der Brennstoffeinspritzeinrichtungen (1) einschließlich des Injektorvolumens (V) umfaßt.
13. Brennstoffeinspritzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine in die Verbindungsleitung zwischen der Emulsionsmischeinrichtung (19) und der Hochdruckpumpeinrichtung (9) geschaltete Mehrwegventileinrichtung (23) vorgesehen ist, die weiterhin mit dem ersten Brennstoffvorrat verbunden ist, über die dem gemeinsamen Vorspeicher (6) wahlweise reiner Brennstoff von dem ersten Brennstoffvorrat anstelle Brennstoffemulsion von der Emulsionsmischeinrichtung (19) zuführbar ist.
14. Brennstoffeinspritzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der gemeinsame Vorspeicher (6) eine erste Speicherschiene (6a) zur Versorgung der Brennstoffeinspritzeinrichtungen (1) mit dem ersten Brennstoff und eine zweite Speicherschiene (6b) zur Versorgung der Brennstoffeinspritzeinrichtungen (1) mit der Brennstoffemulsion enthält, wobei die erste Speicherschiene (6a) über eine erste Hochdruckpumpe (10) zur Zuführung des ersten Brennstoffs zu den Brennstoffeinspritzeinrichtungen (1) mit dem ersten Brennstoffvorrat (Diesel) und die zweite Speicherschiene (6b) über eine zweite Hochdruckpumpe (9) zur Zuführung der Brennstoffemulsion zu den Brennstoffeinspritzeinrichtungen mit dem Emulsionsmischgerät (19) verbunden ist, und daß eine Mehrweghochdruckventileinrichtung (5) vorgesehen ist, durch die wahlweise die erste Speicherschiene (6a) oder die zweite Speicherschiene (6b) mit den Brennstoffeinspritzeinrichtungen (1) verbindbar ist.
15. Brennstoffeinspritzsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine über eine Mehrwegeventileinrichtung (22) zwischen den gemeinsamen Vorspeicher (6) und den Emulsionszwischenspeicher (20) geschaltete Entleerungsleitung (25) vorgesehen ist, über die die in dem gemeinsamen Vorspeicher (6; 6b) vorhandene Emulsion in den Emulsionszwischenspeicher (20) entleerbar ist, so daß die Emulsion in dem gemeinsamen Vorspeicher (6; 6b) durch reinen Brennstoff austauschbar ist.
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