DE102018219189B3 - Device and method for operating an internal combustion engine using fuel and a water-fuel emulsion - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung zeichnet sich aus durch eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben einer, wahlweise mit Kraftstoff oder mit einer Wasser-Kraftstoff-Emulsion betreibbaren Verbrennungskraftmaschine mit einem Kraftstofftank (10) zum Bevorraten von Kraftstoff, einem Wassertank (25) zum Bevorraten von Wasser, einer Mischeinrichtung (20) welcher der Kraftstoff und das Wasser zugeführt wird zur Bildung einer Wasser-Kraftstoff-Emulsion, einem Kraftstoff-Hochdruckspeicher (60) mit einem Speicherraum (614) zum Speichern des Kraftstoffes und der Wasser-Kraftstoff-Emulsion, einer Hochdruckkraftstoffpumpe (40), welche die Wasser-Kraftstoff-Emulsion zu dem Kraftstoff-Hochdruckspeicher (60) fördert, wenn die Verbrennungskraftmaschine mit einer Wasser-Kraftstoff-Emulsion betrieben werden soll. Erfindungsgemäß weist der Kraftstoff-Hochdruckspeicher (60) eine Schallerzeugungseinrichtung (80) auf, welche Schallwellen in den Speicherraum (614) für die Wasser-Kraftstoff-Emulsion des Kraftstoff-Hochdruckspeichers (60) einbringt.The invention is characterized by a device and a method for operating an internal combustion engine, which can be operated either with fuel or with a water-fuel emulsion, with a fuel tank (10) for storing fuel, a water tank (25) for storing water, one Mixing device (20) which is supplied with the fuel and the water to form a water-fuel emulsion, a high-pressure fuel reservoir (60) with a storage space (614) for storing the fuel and the water-fuel emulsion, a high-pressure fuel pump (40 ), which conveys the water-fuel emulsion to the high-pressure fuel reservoir (60) when the internal combustion engine is to be operated with a water-fuel emulsion. According to the invention, the high-pressure fuel reservoir (60) has a sound generating device (80), which introduces sound waves into the storage space (614) for the water-fuel emulsion of the high-pressure fuel reservoir (60).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben einer mit Kraftstoff und mit einer Wasser-Kraftstoff-Emulsion arbeitenden Verbrennungskraftmaschine, wobei der Kraftstoff und die Wasser-Kraftstoff-Emulsion direkt in Brennräume der Verbrennungskraftmaschine eingespritzt werdenThe present invention relates to an apparatus and a method for operating an internal combustion engine which operates with fuel and with a water-fuel emulsion, the fuel and the water-fuel emulsion being injected directly into combustion chambers of the internal combustion engine

Moderne Kraftfahrzeuge verfügen über Verbrennungskraftmaschinen mit Kraftstoffdirekteinspritzung, bei denen der Kraftstoff unter hohem Druck, beispielsweise mit 200 bis 300 bar bei einer Otto- Verbrennungskraftmaschine direkt in den oder bei mehrzylindrigen Verbrennungskraftmaschinen in die Brennräume eingespritzt wird. Die Kraftstoffdirekteinspritzung erfordert eine Kraftstoffversorgungseinrichtung, welche in jeder Betriebssituation druckbeaufschlagten Kraftstoff bereitstellt. Wesentliche Elemente dieser Kraftstoffversorgungsvorrichtung stellen die Hochdruckpumpe, welche den Kraftstoff auf das nötige Druckniveau befördert und ein Druckspeicher (Rail) dar, in dem der Kraftstoff unter hohem Druck gespeichert wird und von welchem die Einspritzventile mit Kraftstoff versorgt werden.Modern motor vehicles have internal combustion engines with direct fuel injection, in which the fuel is injected under high pressure, for example at 200 to 300 bar in a gasoline internal combustion engine, directly into the combustion chambers or in multi-cylinder internal combustion engines. Direct fuel injection requires a fuel supply device that provides pressurized fuel in every operating situation. Essential elements of this fuel supply device are the high-pressure pump, which conveys the fuel to the necessary pressure level, and a pressure accumulator (rail), in which the fuel is stored under high pressure and from which the injection valves are supplied with fuel.

Derartige Druckspeicher werden vor allem bei unter der Bezeichnung „Common Rail“ zusammengefassten Einspritzsystemen eingesetzt, die es ermöglichen, den Einspritzdruck von der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine und der Einspritzmenge unabhängig zu halten.Pressure accumulators of this type are used above all in the case of injection systems combined under the name “common rail”, which make it possible to keep the injection pressure independent of the speed of the internal combustion engine and the injection quantity.

Ein großer Vorteil gegenüber einer Niederduck- Saugrohreinspritzung des Kraftstoffes ist dabei, dass der direkt in den Brennraum eingespritzte Kraftstoff dort durch seine Verdampfung den Brennraum kühlt (Verdampfungsenthalpie). Insbesondere bei hohen Lasten der Verbrennungskraftmaschine ist dieser Effekt nötig, um die Abgastemperatur zu begrenzen, um unter anderem Schädigungen von in dem Abgasstrang der Verbrennungskraftmaschine angeordneten Komponenten, insbesondere des Abgaskatalysators oder des Abgasturboladers, zu vermeiden.A great advantage over low-pressure intake manifold injection of the fuel is that the fuel injected directly into the combustion chamber cools the combustion chamber there through its evaporation (enthalpy of vaporization). This effect is necessary in particular when the internal combustion engine is under high loads in order to limit the exhaust gas temperature in order, inter alia, to avoid damage to components arranged in the exhaust line of the internal combustion engine, in particular the exhaust gas catalytic converter or the exhaust gas turbocharger.

Bei Volllast wird also eine zusätzliche Masse Kraftstoff eingespritzt, das Verbrennungsgemisch somit angereichert. Dies erfolgt nur zur Kühlung und ist nicht für die das Drehmoment erzeugende Verbrennung nötig. Eine solche Anreicherung erhöht den Kraftstoffverbrauch der Verbrennungskraftmaschine, was der gesetzlichen Forderung einer Resourcenschonung und einer Senkung des CO2 Ausstoßes entgegensteht.At full load, an additional mass of fuel is injected, thus enriching the combustion mixture. This is only for cooling and is not necessary for the torque-generating combustion. Such an enrichment increases the fuel consumption of the internal combustion engine, which is contrary to the legal requirement for resource conservation and a reduction in CO2 emissions.

Die Wassereinspritzung ist ein seit langem bekanntes Verfahren zur Leistungssteigerung, zur CO2-Reduzierung, als Ersatz oder zumindest zur Verminderung der oben erwähnten Gemischanreicherung an der Volllast einer Verbrennungskraftmaschine, zur Reduzierung der Klopfneigung und zur Bekämpfung von Vorentflammungen. Dabei wird die im Vergleich zu Benzin um den Faktor sechs höhere Verdampfungsenthalpie beim Phasenwechsel des Wassers ausgenutzt. Es sind verschiedene Systeme bekannt, mit denen das Wasser dem Verbrennungsprozess zugeführt werden kann.Water injection is a long-known method for increasing performance, for reducing CO 2 , as a replacement or at least for reducing the above-mentioned mixture enrichment at the full load of an internal combustion engine, for reducing the tendency to knock and for combating pre-ignition. In this process, the enthalpy of vaporization, which is six times higher than that of gasoline, is used when the water changes phases. Various systems are known with which the water can be fed to the combustion process.

Neben der Möglichkeit, das Wasser mittels eines Wasserinjektors in das Luftansaugsystem der Verbrennungskraftmaschine, bevorzugt unmittelbar vor dem Einlassventil einzubringen, ist aus der DE 10 2011 015 628 A1 ein Betriebsverfahren für eine mit Kraftstoffdirekteinspritzung arbeitende Otto-Brennkraftmaschine bekannt, bei dem Wasser direkt in die Brennräume eingespritzt wird.In addition to the possibility of introducing the water into the air intake system of the internal combustion engine by means of a water injector, preferably immediately before the inlet valve, the DE 10 2011 015 628 A1 an operating method for a gasoline engine working with direct fuel injection is known, in which water is injected directly into the combustion chambers.

In der DE 10 2015 214 050 A1 ist eine Vorrichtung zum Mischen von Kraftstoff und Wasser beschrieben, die folgendes umfasst: 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, über welches Wasser in den Mischbereich einspritzbar ist, um Wasser und Kraftstoff zu einem Gemisch zu mischen. Das erzeugte Gemisch wird einem Hochdruckspeicher zugeführt und mittels Injektoren in die Brennkraftmaschine eingespritzt.In the DE 10 2015 214 050 A1 A device for mixing fuel and water is described, which comprises the following: a pump, a pressure chamber, which comprises a fuel area and a mixing area, which are directly connected to one another, an intake valve, via which fuel can be drawn into the fuel area, and a water injection valve , via which water can be injected into the mixing area in order to mix water and fuel into a mixture. The mixture produced is fed to a high-pressure accumulator and injected into the internal combustion engine by means of injectors.

Bei den Hochdruckeinspritzsystemen befindet sich somit im Hochdruckbereich, insbesondere im Kraftstoff-Hochdruckspeicher auch Wasser. Dieses Wasser bildet aber nur für eine endliche Zeit (ca. 20 Sekunden bis wenige Minuten) eine Emulsion mit dem Kraftstoff, und entmischt sich nach dieser Zeit wieder. Wird nun die Einspritzung während einer Emulsionseinspritzphase abgeschaltet, was normalerweise immer im Schubbetrieb oder bei Fahrzeugen mit Hybridantrieb bei Komplettabschaltung des Verbrennungsmotors erfolgt, so befinden sich zwei getrennte Phasen, nämlich Wasser und Kraftstoff im Kraftstoff-Hochdruckspeicher. Der Kraftstoff schwimmt auf dem Wasser.In the high-pressure injection systems, there is therefore also water in the high-pressure area, in particular in the high-pressure fuel reservoir. However, this water only forms an emulsion with the fuel for a finite time (approx. 20 seconds to a few minutes), and segregates again after this time. If the injection is now switched off during an emulsion injection phase, which is normally always done in overrun mode or in vehicles with hybrid drive when the internal combustion engine is switched off completely, there are two separate phases, namely water and fuel in the high-pressure fuel accumulator. The fuel floats on the water.

Unter dem Begriff „Emulsionseinspritzphase“ ist in diesem Zusammenhang ein Zeitraum zu verstehen, in dem anstelle reinem Kraftstoff eine Emulsion aus Wasser und Kraftstoff eingespritzt wird.In this context, the term “emulsion injection phase” is to be understood as a period in which an emulsion of water and fuel is injected instead of pure fuel.

Wird die Einspritzung wieder eingeschaltet, so wird anstelle einer Wasser-Kraftstoff-Emulsion zuerst nur Wasser und kein Kraftstoff eingespritzt und somit kann keine Verbrennung stattfinden und der Verbrennungsmotor erzeugt kein Drehmoment.If the injection is switched on again, only water and no fuel is injected instead of a water-fuel emulsion, so that no combustion can take place and the internal combustion engine generates no torque.

Nicht nur bei der kompletten Abschaltung der Einspritzung besteht dieses Problem, sondern auch dann, wenn von der Emulsionseinspritzphase bei hoher Last des Verbrennungsmotors auf eine geringere Last umgeschaltet wird. So wird zum Beispiel beim Wechsel von Volllast (bei schneller Fahrt auf der Autobahn oder Bergauffahrt) in den Leerlauf über eine kurze Schubbetriebsphase mit geringer Einspritzmenge, nicht die gesamte Füllung an Wasser-Kraftstoff-Emulsion aus dem Kraftstoff- Hochdruckspeicher entnommen. Der im Kraftstoff- Hochdruckspeicher verbleibende Teil der Wasser- Kraftstoff-Emulsion hat genügend Zeit sich zumindest teilweise zu entmischen. Sporadische, einzelne oder kurzzeitig vollständig pure Wassereinspritzungen sind die Folge, welche die Laufruhe des Verbrennungsmotors erheblich stört. This problem does not only exist when the injection is switched off completely, but also when switching from the emulsion injection phase to a lower load under high load of the internal combustion engine. For example, when changing from full load (when driving fast on the motorway or uphill) to idling over a short overrun phase with a low injection quantity, not all of the water-fuel emulsion filling is taken from the high-pressure fuel reservoir. The part of the water-fuel emulsion remaining in the high-pressure fuel reservoir has enough time to at least partially separate. Sporadic, individual or briefly completely pure water injections are the result, which considerably disturbs the smooth running of the internal combustion engine.

Durch die Entmischung in Kraftstoff und Wasser besteht darüber hinaus die Gefahr, dass es bei abgestelltem Verbrennungsmotor und damit nicht aktiviertem Einspritzsystem bei entsprechend niedriger Umgebungstemperatur unterhalb 0°C zur Eisbildung des im Hochdruckbereich verbliebenen Wassers kommen kann. Durch die Ausdehnung beim Phasenübergang kann es zu Beschädigungen bzw. zu Zerstörungen von Komponenten im Hochdruckbereich kommen oder bei einem Wiederstart des Verbrennungsmotors treten Verstopfungen des Hochdruck-Einspritzsystems auf.Due to the segregation in fuel and water, there is also the risk that if the internal combustion engine is switched off and the injection system is not activated, the water remaining in the high pressure area may form ice at a correspondingly low ambient temperature below 0 ° C. The expansion during the phase transition can lead to damage or destruction of components in the high-pressure region, or blockages of the high-pressure injection system occur when the internal combustion engine is restarted.

Um dies zu vermeiden, wird versucht, die Wasser-Kraftstoff- Emulsion so schnell wie möglich durch den Kraftstoff- Hochdruckspeicher zu befördern, um die Verweildauer der Wasser-Kraftstoff- Emulsion in dem Kraftstoff- Hochdruckspeicher möglichst kurz zu halten. Ist die Verweildauer jedoch länger als die Stabilitätszeit der Wasser-Kraftstoff- Emulsion, kommt es zu einer Entmischung der beiden Komponenten.In order to avoid this, an attempt is made to convey the water-fuel emulsion through the high-pressure fuel reservoir as quickly as possible in order to keep the duration of the water-fuel emulsion in the high-pressure fuel reservoir as short as possible. However, if the retention time is longer than the stability time of the water-fuel emulsion, the two components separate.

In der DE 10 2011 076 670 A1 ist ein Kraftstoffeinspritzsystem für Kraftstoff beschrieben, das ein Niederdrucksystem mit einem Tank und einer Niederdruckpumpe, sowie einer Wasserbevorratungseinrichtung und eine Vorrichtung zur Beimischung von Wasser zu dem Kraftstoff aufweist. Dabei wird im Kraftstoffeinspritzsystem mit einer Vorrichtung zur Beimischung von Wasser zu dem Kraftstoff bereitgestellt, mit dem eine stabile Kraftstoff-Wasser-Emulsion erzeugt werden kann. Dies wird dadurch erreicht, dass die Vorrichtung eine Ultraschalleinrichtung ist, und dass die Ultraschalleinrichtung mit einer in das Kraftstoffeinspritzsystem integrierten Mischkammer zusammenwirkt. Die in diesem System vorhandene Kraftstoffpumpe fördert lediglich Kraftstoff zu dem Hochdruckspeicher.In the DE 10 2011 076 670 A1 describes a fuel injection system for fuel, which has a low-pressure system with a tank and a low-pressure pump, as well as a water storage device and a device for admixing water to the fuel. It is provided in the fuel injection system with a device for admixing water to the fuel, with which a stable fuel-water emulsion can be generated. This is achieved in that the device is an ultrasound device and in that the ultrasound device interacts with a mixing chamber integrated in the fuel injection system. The fuel pump in this system only delivers fuel to the high-pressure accumulator.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben einer mit Kraftstoff und mit einer Wasser-Kraftstoff-Emulsion arbeitenden Verbrennungskraftmaschine anzugeben, das bzw. die einen effektiven und sicheren Betrieb der Verbrennungskraftmaschine ermöglicht.The invention is based on the object of specifying a device and a method for operating an internal combustion engine which operates with fuel and with a water-fuel emulsion and which enables the internal combustion engine to be operated effectively and safely.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 und durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved by a device according to claim 1 and by a method according to claim 10. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Die Erfindung zeichnet sich aus durch eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben einer, wahlweise mit Kraftstoff oder mit einer Wasser-Kraftstoff-Emulsion betreibbaren Verbrennungskraftmaschine mit einem Kraftstofftank zum Bevorraten von Kraftstoff, einem Wassertank zum Bevorraten von Wasser, einer Mischeinrichtung welcher der Kraftstoff und das Wasser zugeführt wird zur Bildung einer Wasser-Kraftstoff-Emulsion, einem Kraftstoff-Hochdruckspeicher mit einem Speicherraum zum Speichern des Kraftstoffes und der Wasser-Kraftstoff-Emulsion, einer Hochdruckkraftstoffpumpe welche die Wasser-Kraftstoff-Emulsion zu dem Kraftstoff-Hochdruckspeicher fördert, wenn die Verbrennungskraftmaschine mit einer Wasser-Kraftstoff-Emulsion betrieben werden soll. Erfindungsgemäß weist der Kraftstoff-Hochdruckspeicher eine Schallerzeugungseinrichtung auf, welche Schallwellen in den Speicherraum für die Wasser-Kraftstoff-Emulsion des Kraftstoff-Hochdruckspeichers einbringt.The invention is characterized by a device and a method for operating an internal combustion engine, which can be operated either with fuel or with a water-fuel emulsion, with a fuel tank for storing fuel, a water tank for storing water, a mixing device which the fuel and the Water is supplied to form a water-fuel emulsion, a high-pressure fuel reservoir with a storage space for storing the fuel and the water-fuel emulsion, a high-pressure fuel pump which delivers the water-fuel emulsion to the high-pressure fuel reservoir when the internal combustion engine to be operated with a water-fuel emulsion. According to the invention, the high-pressure fuel reservoir has a sound generating device which introduces sound waves into the storage space for the water-fuel emulsion of the high-pressure fuel reservoir.

Durch das Einbringen von Schallwellen hoher Frequenz, insbesondere das Einkoppeln von Ultraschallwellen kann das Entmischen der Wasser-Kraftstoff-Emulsion wirksam verhindert werden, ohne dass dabei das Durchflussverhalten der Wasser-Kraftstoff-Emulsion beeinträchtigt wird. Da keine Entmischung stattfindet, kann weder irrtümlich Wasser pur eingespritzt werden, noch können Wasserreste zur Eisbildung führen, was zu Verstopfung der Railausgänge an dem Kraftstoff-Hochdruckspeicher oder an den daran angeschlossenen Injektoren führen kann. Durch die Stabilisierung der Wasser-Kraftstoff-Emulsion mittels der Schallwellen bleibt diese auch bei tiefen Temperaturen flüssig.By introducing sound waves of high frequency, in particular by coupling ultrasonic waves, the segregation of the water-fuel emulsion can be effectively prevented without the flow behavior of the water-fuel emulsion being impaired. Since no segregation takes place, pure water cannot be accidentally injected, nor can water residues lead to ice formation, which can lead to blockage of the rail outlets on the high-pressure fuel accumulator or on the injectors connected to it. Due to the stabilization of the water-fuel emulsion by means of the sound waves, it remains fluid even at low temperatures.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist der Kraftstoff-Hochdruckspeicher als rohrförmiger Grundkörper mit einer axialen Bohrung ausgestaltet, welche einen Speicherraum zur Speicherung von Kraftstoff oder einer Wasser-Kraftstoff-Emulsion bildet und mit einem, einen Zulaufkanal aufweisenden Zulaufanschluss für den Kraftstoff oder der Wasser-Kraftstoff-Emulsion versehen, mit entsprechend der Zylinderzahl der Verbrennungskraftmaschine vorgesehenen Ablaufkanäle aufweisende Ablaufanschlüsse versehen, welche in Fluidverbindung mit den einzelnen Zylindern zugeordneten Hochdruck-Kraftstoffinjektoren stehen, und die Schallerzeugungseinrichtung an einer Stirnseite des rohrförmigen Grundkörpers (601) angeordnet.
Dadurch ergibt sich eine besonders einfache Anordnung der Schallerzeugungseinrichtung an dem Kraftstoff-Hochdruckspeicher und eine sehr effektiv Einbringung der Schallwellen in den Speicherraum für die Wasser-Kraftstoff-Emulsion.
According to a development of the invention, the high-pressure fuel reservoir is designed as a tubular base body with an axial bore, which forms a storage space for storing fuel or a water-fuel emulsion, and with an inlet connection for the fuel or the water-fuel having an inlet channel -Emulsion provided with drain ports provided according to the number of cylinders of the internal combustion engine, which in fluid connection with the individual cylinders assigned high pressure Stand fuel injectors, and the sound generating device on an end face of the tubular base body ( 601 ) arranged.
This results in a particularly simple arrangement of the sound generating device on the high-pressure fuel reservoir and a very effective introduction of the sound waves into the storage space for the water-fuel emulsion.

Eine besonders gute Stabilisierung der Wasser-Kraftstoff-Emulsion ergibt sich, wenn ein Teil des Speicherraumes mit einem Füllkörper gefüllt ist, so dass sich insgesamt ein kleinerer Speicherraum für die Wasser-Kraftstoff-Emulsion gebildet ist, so dass zur Aufrechterhaltung einer stabilen Wasser-Kraftstoff-Emulsion aufgrund der kleineren Menge weniger Energie für die Schallerzeugungseinrichtung aufgewendet werden muss.A particularly good stabilization of the water-fuel emulsion results when a part of the storage space is filled with a filler, so that overall a smaller storage space is formed for the water-fuel emulsion, so that a stable water-fuel is maintained -Emulsion has to be used less energy for the sound generating device due to the smaller amount.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung und sich daraus ergebende Vorteile ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, welche in der Zeichnung dargestellt sind.Further refinements of the invention and advantages resulting therefrom result from the following description of preferred exemplary embodiments, which are shown in the drawing.

Es zeigen:

  • 1 in schematischer Darstellung ein Kraftstoffzufuhrsystem für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Kraftstoff-Hochdruckspeicher gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
  • 2 eine vereinfachte Darstellung eines Kraftstoff-Hochdruckspeichers eines solchen Kraftstoffzufuhrsystems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel und
  • 3 eine vereinfachte Darstellung eines Kraftstoff-Hochdruckspeichers eines solchen Kraftstoffzufuhrsystems gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
Show it:
  • 1 a schematic representation of a fuel supply system for an internal combustion engine with a high-pressure fuel reservoir according to a first embodiment,
  • 2nd a simplified representation of a high-pressure fuel reservoir of such a fuel supply system according to a second embodiment and
  • 3rd a simplified representation of a high-pressure fuel reservoir of such a fuel supply system according to a third embodiment.

Die 1 zeigt in schematischer Darstellung ein Kraftstoffzufuhrsystem für eine Verbrennungskraftmaschine, welche wahlweise mit Direkteinspritzung von Kraftstoff oder Direkteinspritzung einer Wasser-Kraftstoff-Emulsion betrieben werden kann, wobei nur die für das Verständnis der Erfindung nötigen Komponenten dargestellt sind. Insbesondere sind Filter, Einlass- und Auslassventile, diverse Druckregelventile, Drucksensoren und Rückführleitungen des Kraftstoffkreislaufes weggelassen.The 1 shows a schematic representation of a fuel supply system for an internal combustion engine, which can be operated either with direct injection of fuel or direct injection of a water-fuel emulsion, only the components necessary for understanding the invention are shown. In particular, filters, inlet and outlet valves, various pressure control valves, pressure sensors and return lines of the fuel circuit are omitted.

Der in einem Kraftstofftank 10 bevorratete Kraftstoff, in der Regel ein Ottokraftstoff (Benzin) oder ein Dieselkraftstoff, wird mittels einer elektrisch angetriebenen Niederdruckkraftstoffpumpe 15 zu einer Mischeinrichtung 20 gefördert. Diese Niederdruckkraftstoffpumpe 15 kann auch innerhalb des Kraftstofftanks 10 angeordnet sein. Des Weiteren ist ein Wasservorratsbehälter 25 vorgesehen, aus dem mittels einer elektrisch angetriebenen Wasserpumpe 30 Wasser der Mischeinrichtung 20 zugeführt wird. Die Mischeinrichtung 20 dient zur Bildung einer Wasser-Kraftstoff-Emulsion und kann nach einem beliebigen, bekannten Prinzip arbeiten. Soll die Verbrennungskraftmaschine ausschließlich mit Kraftstoff betrieben werden, so kann der Wasserzufluss vom Wasservorratsbehälter 25 zur Mischeinrichtung 20 mittels eines elektrisch schaltbaren Absperrventils 35 oder bei Einsatz einer leckagefreien Wasserpumpe 30 einfach durch Abschalten der Wasserpumpe 30 unterbrochen werden.The one in a fuel tank 10th Stocked fuel, usually a gasoline (gasoline) or a diesel fuel, is powered by an electrically powered low pressure fuel pump 15 to a mixing device 20th promoted. This low pressure fuel pump 15 can also be inside the fuel tank 10th be arranged. There is also a water reservoir 25th provided from which by means of an electrically driven water pump 30th Water of the mixing device 20th is fed. The mixing device 20th is used to form a water-fuel emulsion and can work according to any known principle. If the internal combustion engine is to be operated exclusively with fuel, the water can flow from the water reservoir 25th to the mixing device 20th by means of an electrically switchable shut-off valve 35 or when using a leak-free water pump 30th simply by switching off the water pump 30th to be interrupted.

Wasser im Wasservorratsbehälter 25 kann entweder vom Fahrer des Kraftfahrzeuges mittels eines Einfüllstutzens 26 manuell nachgefüllt werden, oder das Wasser kann onboard gewonnen werden. Als Wasserquellen kommen dabei insbesondere das Kondenswasser der Klimaanlage, aufbereitetes Regenwasser oder das Kondenswasser des Abgases in Frage, wobei in diesen Fällen die Qualität des Wassers zu überwachen ist. Zum Einbringen solchen, onbord gewonnenen Wassers weist der Wasservorratsbehälter 25 einen Zuführanschluss 27 auf.Water in the water reservoir 25th can either by the driver of the motor vehicle using a filler neck 26 can be refilled manually, or the water can be obtained onboard. In particular, the condensation water from the air conditioning system, treated rain water or the condensation water from the exhaust gas can be considered as water sources, the quality of the water being monitored in these cases. The water storage container has points for introducing such water obtained onboard 25th a feed port 27 on.

In oder an dem Wasservorratsbehälter 25 können neben einem Sensor für die Qualität des Wassers, der auch eine Fehlbetankung erkennen kann, ein Füllstandsensor und ein Temperatursensor vorgesehen sein, dessen Signal eine in oder an dem Wasservorratsbehälter 25 angeordnete elektrische Heizeinrichtung bei Temperaturen in der Nähe des Gefrierpunktes des Wassers aktiviert. Damit kann sichergestellt werden, dass zu jedem Zeitpunkt flüssiges Wasser zur Bildung der Emulsion zur Verfügung steht.In or on the water reservoir 25th In addition to a sensor for the quality of the water, which can also detect incorrect refueling, a fill level sensor and a temperature sensor can be provided, the signal of which is in or on the water reservoir 25th arranged electric heating device activated at temperatures near the freezing point of the water. This ensures that liquid water is available at all times to form the emulsion.

Der Kraftstoff oder die in der Mischeinrichtung 20 hergestellte Wasser-Kraftstoff-Emulsion wird mittels einer, vorzugsweise mechanisch von der Verbrennungskraftmaschine angetriebenen Hochdruckkraftstoffpumpe 40 über eine Hochdruckleitung 45 zu einem Kraftstoff-Hochdruckspeicher (common rail) 60 befördert. Dieser dient zum Speichern und Abgeben sowohl von unter Hochdruck stehendem Kraftstoff als auch von unter Hochdruck stehenden Wasser-Kraftstoff-Emulsionen unterschiedlicher Konzentrationen.The fuel or that in the mixing device 20th Water-fuel emulsion produced is by means of a high-pressure fuel pump, preferably mechanically driven by the internal combustion engine 40 via a high pressure line 45 transported to a high-pressure fuel reservoir (common rail) 60. This is used to store and dispense both high-pressure fuel and high-pressure water-fuel emulsions of different concentrations.

Alternativ zu der separaten Mischeinrichtung 20 im Niederdruckkreis kann die Wasser-Kraftstoff-Emulsion auch in der Hochdruckkraftstoffpumpe 40 erzeugt werden. Für die Erfindung sind der Ort und die Art und Weise wie die Wasser-Kraftstoff-Emulsion gebildet wird, nur insoweit von Bedeutung, dass die Wasser-Kraftstoff-Emulsion vor dem Eintritt in den Kraftstoff-Hochdruckspeicher 60 vorliegen muss.As an alternative to the separate mixing device 20th in the low-pressure circuit, the water-fuel emulsion can also be found in the high-pressure fuel pump 40 be generated. For the invention, the location and the manner in which the water-fuel emulsion is formed are only of importance insofar as the water-fuel emulsion is before it enters the high-pressure fuel reservoir 60 must be available.

Der Kraftstoff-Hochdruckspeicher 60 ist in der 1 in Längsschnitt dargestellt. Er ist geeignet zum Zuführen und/oder Speichern sowohl von Kraftstoff als auch von Wasser-Kraftstoff-Emulsionen unterschiedlicher Konzentrationen. Als Kraftstoff ist in diesem Zusammenhang sowohl Ottokraftstoff als auch Dieselkraftstoff zu nennen. Der Kraftstoff-Hochdruckspeicher 60 ist dabei als langgestreckter Hohlkörper, vorzugsweise als rohrförmiger Grundkörper 601 mit einem Hohlraum ausgestaltet, der ein Innenvolumen begrenzt und damit einen Speicherraum 614 des Kraftstoff-Hochdruckspeichers 60 bildet und der im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine mit Kraftstoff oder mit der Wasser-Kraftstoff-Emulsion ausgefüllt ist. Der Grundkörper 601 ist vorzugsweis aus Metall gefertigt, insbesondere aus hochfestem Stahl. Am Grundkörper 601 ist ein, radial von einem Teil der Außenwandung des Grundkörpers 601 abstehender Zulaufanschluss 602 für die von der Hochdruckkraftstoffpumpe 40 kommende Hochdruckleitung 45 vorgesehen, so dass über einen, in dem Zulaufanschluss 602 vorgesehenen Zulaufkanal 603 eine Fluidverbindung zu dem Speicherraum 614 des Kraftstoff-Hochdruckspeichers 60 hergestellt ist. Des Weiteren sind am Umfang des Grundkörpers 601 vier Ablaufanschlüsse 604 vorgesehen, die auch als Railausgänge bezeichnet werden und an denen nicht dargestellte Leitungen angeschlossen sind, die zu den einzelnen Hochdruck-Kraftstoffinjektoren führen. In jedem der Ablaufanschlüsse 604 ist ein Ablaufkanal 605 vorgesehen, so dass eine Fluidverbindung von dem Speicherraum 614 des Kraftstoff-Hochdruckspeichers 60 zu den Hochdruck-Kraftstoffinjektoren hergestellt ist.The high-pressure fuel accumulator 60 is in the 1 shown in longitudinal section. It is suitable for supplying and / or storing both fuel and water-fuel Emulsions of different concentrations. In this context, both petrol and diesel are to be mentioned as fuel. The high-pressure fuel accumulator 60 is an elongated hollow body, preferably a tubular base body 601 designed with a cavity that delimits an internal volume and thus a storage space 614 of the fuel high-pressure accumulator 60 forms and which is filled with fuel or with the water-fuel emulsion during operation of the internal combustion engine. The basic body 601 is preferably made of metal, especially high-strength steel. On the main body 601 is a, radially from part of the outer wall of the base body 601 protruding inlet connection 602 for that from the high pressure fuel pump 40 coming high pressure line 45 provided so that one, in the inlet connection 602 provided inlet channel 603 a fluid connection to the storage space 614 of the fuel high-pressure accumulator 60 is made. Furthermore, are on the circumference of the main body 601 four drain connections 604 provided, which are also referred to as rail exits and to which lines, not shown, are connected, which lead to the individual high-pressure fuel injectors. In each of the drain connections 604 is a drain channel 605 provided so that a fluid connection from the storage space 614 of the fuel high-pressure accumulator 60 to the high pressure fuel injectors.

Vorzugsweise sind die Abstände dieser Ablaufanschlüsse 604 untereinander, bezogen auf die Längsachse des Grundkörpers 601, äquidistant. Wenn die einzelnen Ablaufanschlüsse 604 zueinander relativ weit auseinander liegen und der Bauraum der Verbrennungskraftmaschine es zulässt, können die Hochdruck-Kraftstoffinjektoren auch direkt an die Ablaufanschlüsse 604 montiert werden.The distances between these drain connections are preferred 604 with each other, based on the longitudinal axis of the base body 601 , equidistant. If the individual drain connections 604 are relatively far apart and the installation space of the internal combustion engine allows it, the high-pressure fuel injectors can also be connected directly to the drain connections 604 to be assembled.

In der 1 sind vier solcher Ablaufanschlüsse 604 gezeigt, womit dieser Kraftstoff-Hochdruckspeicher 60 also für eine 4-Zylinder-Verbrenungskraftmaschine ausgelegt ist. Es sei aber darauf hingewiesen, dass der Kraftstoff-Hochdruckspeicher 60 auch für Verbrennungskraftmaschinen mit beliebiger Zylinderanzahl geeignet ist, wobei dann eine der Zylinderanzahl entsprechende Anzahl von Ablaufanschlüssen 604 vorgesehen sind.In the 1 are four such drain connections 604 shown what this fuel high-pressure accumulator 60 is designed for a 4-cylinder internal combustion engine. However, it should be noted that the fuel high-pressure accumulator 60 is also suitable for internal combustion engines with any number of cylinders, in which case a number of drain connections corresponding to the number of cylinders 604 are provided.

Um einer Entmischung der Wasser-Kraftstoff-Emulsion bei längeren Verweilzeiten der Wasser-Kraftstoff-Emulsion im Hochdruckspeicher 60 entgegenzuwirken, ist an dem Hochdruckspeicher 60 erfindungsgemäß eine Schallerzeugungseinrichtung 80, vorzugsweise eine Ultraschallerzeugungseinrichtung vorgesehen. Zur Erzeugung von Ultraschall, also Schallwellen mit einer Frequenz oberhalb des Hörbereiches des Menschen, d.h. ab etwa 20 KHz bis 1 GHz eignen sich insbesondere Wandler nach dem umgekehrten Piezoeffekt, beispielsweise ein Piezolautsprecher, d.h. membrangekoppelte Platten aus piezokeramischen Material, welche zu Schwingungen angeregt werden. Die Schwingungen werden entweder direkt oder wie in der 1 gezeigt, mittels eines Koppelelementes 85 in den mit der Wasser-Kraftstoff-Emulsion gefüllten Speicherraum 614 des Kraftstoff-Hochdruckspeichers 60 eingespeist. Durch die hochfrequenten Druckwellen hoher Intensität wird die in dem Druckspeicher 60 vorhandene Wasser-Kraftstoff-Emulsion stabil gehalten und es kommt zu keiner Entmischung der beiden Komponenten, auch nicht bei längerer Verweilzeit der Wasser-Kraftstoff-Emulsion im Kraftstoff-Hochdruckspeicher 60.To prevent the water-fuel emulsion from segregating when the water-fuel emulsion is in the high-pressure accumulator for longer periods 60 counteracting is on the high pressure accumulator 60 according to the invention a sound generating device 80 , preferably an ultrasound generating device is provided. For the generation of ultrasound, i.e. sound waves with a frequency above the human hearing range, i.e. from about 20 KHz to 1 GHz, transducers according to the reverse piezo effect are particularly suitable, for example a piezo speaker, i.e. membrane-coupled plates made of piezoceramic material, which are excited to vibrate. The vibrations are either direct or as in the 1 shown, by means of a coupling element 85 into the storage space filled with the water-fuel emulsion 614 of the fuel high-pressure accumulator 60 fed. Due to the high-frequency pressure waves of high intensity that in the pressure accumulator 60 Existing water-fuel emulsion is kept stable and there is no separation of the two components, even if the water-fuel emulsion remains in the high-pressure fuel reservoir for a long time 60 .

Zur Steuerung und Regelung der Verbrennungskraftmaschine ist eine elektronische Steuerungseinrichtung 50 vorgesehen, welche u.a. auch die Umschaltung von Kraftstoffeinspritzung auf die Einspritzung der Wasser-Kraftstoff-Emulsion, die Ansteuerung der Niederkraftstoffdruckpumpe 15, der Wasserpumpe 30, des Absperrventils 35, sowie der Schallerzeugungseinrichtung 80 übernimmt. Eine Einspritzung der Wasser-Kraftstoff-Emulsion erfolgt insbesondere bei sehr hohen Lasten der Verbrennungskraftmaschine, um die dabei auftretenden hohen Temperaturen zu senken oder zur Klopfregelung. Durch Schließen des Absperrventils 35 oder Abschalten der Wasserpumpe 30 mittels Signalen der Steuerungseinrichtung 50 wird die Erzeugung der Wasser-Kraftstoff-Emulsion gestoppt.An electronic control device is used to control and regulate the internal combustion engine 50 provided, which also includes switching from fuel injection to the injection of the water-fuel emulsion, the control of the low-fuel pressure pump 15 , the water pump 30th , the shut-off valve 35 , and the sound generating device 80 takes over. The water-fuel emulsion is injected in particular at very high loads of the internal combustion engine in order to reduce the high temperatures that occur or for knock control. By closing the shut-off valve 35 or switch off the water pump 30th by means of signals from the control device 50 the generation of the water-fuel emulsion is stopped.

Über Schnittstellen werden der Steuerungseinrichtung 50 u.a. Signale ES von den verschiedensten Sensoren eingangsseitig zugeführt und sie erzeugt daraus Stellsignale bzw. Ausgangssignale AS für die verschiedensten Stellglieder, wie beispielsweise für die Hochdruck-Kraftstoffinjektoren. Solche Steuerungseinrichtungen 50, die in der Regel einen oder mehrere Mikroprozessoren beinhalten, sind an sich bekannt, sodass im Weiteren nicht näher darauf eingegangen wird.
In der 2 ist eine weitere Ausführungsform eines Kraftstoff-Hochdruckspeichers 60 gezeigt, welcher sich von der anhand der 1 beschriebenen Ausgestaltung dadurch unterscheidet, dass der Speicherraum 614 des Grundkörpers 601 derart mit einem, vorzugsweise zylindrischen Füllkörper 606 ausgefüllt ist, so dass in Bezug auf den gesamten Speicherraum 614 des Grundkörpers 601 ein stark verkleinerter Speicherraum für den Kraftstoff oder die Wasser-Kraftstoff-Emulsion nur einige, in Form von Nuten ausgebildete Kanäle verbleiben. Im Einzelnen sind dies über den Umfang des Füllkörpers 606 eingebrachte Ringnuten 607, welche in Bezug auf die Längserstreckung des Grundkörpers 601 derart angeordnet sind, dass sie mit den Ablaufkanälen 605 der Ablaufanschlüsse 604 fluchten und damit Fluidverbindungen zwischen den Ringnuten 607 und den Ablaufkanälen 605 herstellen.
The control device is connected via interfaces 50 including signals IT supplied by a wide variety of sensors on the input side and from them it generates control signals or output signals AS for a wide variety of actuators, such as high-pressure fuel injectors. Such control devices 50 , which generally contain one or more microprocessors, are known per se, so that they are not discussed in more detail below.
In the 2nd is another embodiment of a high pressure fuel accumulator 60 shown which differs from that based on the 1 described embodiment differs in that the storage space 614 of the basic body 601 such with a, preferably cylindrical filler 606 is filled in so that in relation to the entire storage space 614 of the basic body 601 a greatly reduced storage space for the fuel or the water-fuel emulsion only a few channels in the form of grooves remain. In detail, these are about the circumference of the packing 606 introduced ring grooves 607 which in relation to the longitudinal extent of the base body 601 are arranged so that they with the drainage channels 605 the drain connections 604 aligned and thus fluid connections between the ring grooves 607 and the drainage channels 605 produce.

Am Umfang des Füllkörpers 606 ist eine weitere Ringnut 608 vorgesehen, welche in Bezug auf die Längserstreckung des Grundkörpers 601 derart eingebracht ist, dass sie mit dem Zulaufkanal 603 des Zulaufanschlusses 602 fluchtet und damit eine Fluidverbindung zwischen dem Zulaufkanal 603 und der Ringnut 608 herstellt. Damit Kraftstoff oder die Wasser-Kraftstoff-Emulsion von dem Zulaufkanal 603 in die Ablaufkanäle 605 gelangen kann, ist an der Oberfläche des Füllkörpers 606 mindestens ein weiterer Kanal in Form einer Längsnut 609 vorgesehen, welche die einzelnen Ringnuten 607, 608 miteinander verbindet. On the circumference of the packing 606 is another ring groove 608 provided which in relation to the longitudinal extent of the base body 601 is introduced in such a way that it is connected to the inlet channel 603 the inlet connection 602 aligned and thus a fluid connection between the inlet channel 603 and the ring groove 608 manufactures. So that fuel or the water-fuel emulsion from the inlet channel 603 into the drainage channels 605 can reach is on the surface of the packing 606 at least one further channel in the form of a longitudinal groove 609 provided which the individual ring grooves 607 , 608 connects with each other.

Der vorgefertigte Füllkörper 606 mit seinen Kanälen wird durch eine offene Stirnseite des Grundkörpers 601 in den Speicherraum 614 (Hohlraum) des Grundkörpers 601 eingeschoben und anschließend der Grundkörper 601 an dieser Stirnseite mittels eines Verschlussteils 610 druckdicht verschlossen, beispielsweise verschweißt.The prefabricated packing 606 with its channels is through an open face of the body 601 in the storage room 614 (Cavity) of the base body 601 inserted and then the base body 601 on this front side by means of a closure part 610 sealed pressure-tight, for example welded.

Als Materialen für den Füllkörper 606 kommen Festkörper in Frage, deren Kompressionsmodul ähnlich dem Kompressionsmodul des Kraftstoffes ist, nämlich ca. 10000 bar. Besonders geeignet sind PTFE-Kunststoffe (Polytetrafluorethylen), welche einen Elastizitätsmodul E = von ca. 5000 bar haben, was gemäß der Gleichung K = E/3(1-2*µ) einem Kompressionsmodul von ca. 8333 bar entspricht (errechnet mit einer für Kunststoff üblichen Poissonzahl µ von ca. 0,4).As materials for the packing 606 solids come into question, the compression modulus of which is similar to the compression modulus of the fuel, namely approximately 10000 bar. PTFE plastics (polytetrafluoroethylene), which have an elastic modulus E = of approx. 5000 bar, are particularly suitable, which corresponds to a compression modulus of approx. 8333 bar according to equation K = E / 3 (1-2 * µ) (calculated with a for plastic the usual Poisson number µ of approx. 0.4).

Der Füllkörper 606 kann beispielsweise 20% des Speicherraums 614 bis hin zu 99% des Speicherraums 614 ausfüllen. Dabei können die kraftstoffführenden oder die emulsionsführenden Ringnuten 607, 608 und die mindestens eine Längsnut 609 in gleicher Größenordnung wie der Zulaufkanal 603 und die Ablaufkanäle 605 sein, beispielsweise einen Durchmesser im Bereich von ca. 1mm bis 9 mm aufweisen. Die genannten Nuten stellen einerseits bei geschlossenen Hochdruck-Kraftstoffinjektoren den Kraftstoff- bzw. den Emulsionsspeicherraum dar und ermöglichen anderseits bei geöffneten Hochdruck-Kraftstoffinjektoren den Fluidfluss von dem Zulaufanschluss 602 zu den Ablaufanschlüssen 604 des Kraftstoff-Hochdruckspeichers 60 sicher.The packing 606 can, for example, 20% of the storage space 614 up to 99% of the storage space 614 to complete. The fuel-carrying or the emulsion-carrying ring grooves can 607 , 608 and the at least one longitudinal groove 609 in the same order of magnitude as the inlet channel 603 and the drainage channels 605 be, for example, have a diameter in the range of approximately 1 mm to 9 mm. On the one hand, the grooves mentioned represent the fuel or emulsion storage space when the high-pressure fuel injectors are closed and, on the other hand, they enable the fluid flow from the inlet connection when the high-pressure fuel injectors are open 602 to the drain connections 604 of the fuel high-pressure accumulator 60 for sure.

Die Schalleinbringung in den fluidführenden Speicherraum 614, der in diesem Fall aus den Ringnuten 607 und der Längsnut 609 gebildet ist, erfolgt mit einem Koppelelement 85, das einerseits mit der Schallerzeugungseinrichtung 80 und anderseits mit der Längsnut 609 in Verbindung steht. Da die Längsnut 609 wie eingangs beschrieben, wiederum mit den einzelnen Ringnuten 607 in Verbindung steht, können die Schallwellen die gesamte, im Speicherraum 614 befindliche Wasser-Kraftstoff-Emulsion erreichen.The introduction of sound into the fluid-carrying storage space 614 which in this case comes from the ring grooves 607 and the longitudinal groove 609 is formed, takes place with a coupling element 85 on the one hand with the sound generating device 80 and on the other hand with the longitudinal groove 609 communicates. Because the longitudinal groove 609 as described at the beginning, again with the individual ring grooves 607 communicates, the sound waves can cover the whole, in the storage space 614 water-fuel emulsion.

In der 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Kraftstoff-Hochdruckspeichers 60 gemäß der Erfindung dargestellt. Das Innenvolumen des Grundkörpers 601 ist ebenfalls mit einem Füllkörper 606 ausgekleidet. Er unterscheidet sich aber von der Anordnung nach der 2 dadurch, dass nicht Nuten im Füllkörper 606 die Speicherung und Führung des Kraftstoffes bzw. der Wasser-Kraftsoff-Emulsion übernehmen, sondern in dem Füllkörper 606 ist eine sich in axialer Richtung erstreckende Rohrleitung 611 (rail) eingebettet, welche einerseits mittels einer Abzweigleitung 613 mit dem Zulaufkanal 603 des Zulaufanschlusses 602 und mittels Abzweigleitungen 612 mit den Ablaufkanälen 605 der Ablaufanschlüsse 604 kommunizieren.
Der Speicherraum 614 des Grundkörpers 601 ist derart mit einem, vorzugsweise zylindrischen Füllkörper 606 ausgefüllt, so dass in Bezug auf das gesamte Innenvolumen des Grundkörpers 601 ein stark verkleinerter Speicherraum 614 für den Kraftstoff oder die Wasser-Kraftstoff-Emulsion vorliegt. Als Materialen für den Füllkörper 606 kommen Festkörper in Frage, deren Kompressionsmodul ähnlich dem Kompressionsmodul des Kraftstoffes ist, beispielsweise PTFE-Kunststoffe (Polytetrafluorethylen).
In the 3rd is another embodiment of a high pressure fuel accumulator 60 shown according to the invention. The inner volume of the body 601 is also with a packing 606 lined. However, it differs from the arrangement according to the 2nd by not having grooves in the packing 606 the storage and management of the fuel or the water-fuel emulsion take over, but in the packing 606 is an axially extending pipe 611 (rail) embedded, which on the one hand by means of a branch line 613 with the inlet channel 603 the inlet connection 602 and by means of branch lines 612 with the drainage channels 605 the drain connections 604 communicate.
The storage space 614 of the basic body 601 is such with a, preferably cylindrical packing 606 filled in so that in relation to the entire inner volume of the base body 601 a greatly reduced storage space 614 for the fuel or the water-fuel emulsion. As materials for the packing 606 solids come into question, the compression modulus of which is similar to the compression modulus of the fuel, for example PTFE plastics (polytetrafluoroethylene).

Die genannten Leitungen 611, 612, 613 stellen einerseits bei geschlossenen Hochdruck-Kraftstoffinjektoren den Kraftstoff- bzw. den Emulsionsspeicherraum dar und ermöglichen anderseits bei geöffneten Hochdruck-Kraftstoffinjektoren den Fluidfluss von dem Zulaufanschluss 602 zu den Ablaufanschlüssen 604 des Hochdruckspeichers 60.The lines mentioned 611 , 612 , 613 represent the fuel or emulsion storage space when the high-pressure fuel injectors are closed and, on the other hand, enable the fluid flow from the inlet connection when the high-pressure fuel injectors are open 602 to the drain connections 604 of the high pressure accumulator 60 .

Der Füllkörper 606 kann nach Einschieben der vorgefertigten Rohrleitung 611 inklusive deren Abzweigleitungen 612,613 über eine offene Stirnseite des Grundkörpers 601 in den Speicherraum 614 des Grundkörpers 601 insbesondere durch Umspritzen der genannten Leitungen 611, 612, 613 eingebracht werden. Anschließend wird der Grundkörper 601 an dieser Stirnseite mittels eines Verschlussteils 610 druckdicht verschlossen, beispielsweise verschweißt.The packing 606 can after inserting the prefabricated pipeline 611 including their branch lines 612 , 613 over an open end face of the base body 601 in the storage room 614 of the basic body 601 in particular by overmolding the lines mentioned 611 , 612 , 613 be introduced. Then the main body 601 on this front side by means of a closure part 610 sealed pressure-tight, for example welded.

Die Hohlvolumina zur Speicherung des Kraftstoffes- bzw. der Wasser-Kraftstoff-Emulsion, gebildet aus der Rohrleitung 611 und den Abzweigleitungen 612, 613 können dabei ca. 70% bis 99% des Innenvolumens des Grundkörpers 601 betragen.The hollow volumes for storing the fuel or water-fuel emulsion, formed from the pipeline 611 and the branch lines 612 , 613 can be about 70% to 99% of the inner volume of the body 601 be.

Um auch bei einem solchen Hochdruck-Kraftstoffspeicher 60 einer Entmischung der Wasser-Kraftstoff-Emulsion bei längeren Verweilzeiten der Wasser-Kraftstoff-Emulsion im Hochdruckspeicher 60 entgegenzuwirken, werden die Schwingungen mittels eines Koppelelementes 85 in die fluidführende Rohrleitung 611 eingespeist, von der aus sie sich auch in die Abzweigleitungen 612 und 613 fortpflanzen. Durch die hochfrequenten Druckwellen hoher Intensität wird die in dem Kraftstoff-Hochdruckspeicher 60 vorhandene Wasser-Kraftstoff-Emulsion stabil gehalten und es kommt zu keiner Entmischung der beiden Komponenten, auch bei längerer Verweilzeit der Emulsion im Hochdruckspeicher.To even with such a high-pressure fuel accumulator 60 segregation of the water-fuel emulsion with longer dwell times of the water-fuel emulsion in the high-pressure accumulator 60 to counteract the vibrations by means of a coupling element 85 into the fluid-carrying pipeline 611 fed, from which they are also in the branch lines 612 and 613 reproduce. Due to the high-frequency pressure waves of high intensity in the fuel high-pressure accumulator 60 existing water-fuel emulsion is kept stable and there is no separation of the two components, even when the emulsion is in the high-pressure accumulator for a long time.

Allen Ausführungsbeispielen ist gemeinsam, dass die Schalleinbringung in den Speicherraum, bzw. in die fluidführenden Nuten und Leitungen innerhalb des Kraftstoff-Hochdruckspeicher 60 mittels der Schallerzeugungseinrichtung 80 kontinuierlich während der Emulsionseinspritzphase der Verbrennungskraftmaschine 5 erfolgen kann oder nur in einem kritischen Zeitraum, in dem eine Entmischung der Emulsion als wahrscheinlich erscheint. Dies ist zum Beispiel der Fall, wenn die Verbrennungskraftmaschine unmittelbar nach dem Betrieb mit der Emulsion abgestellt wird, oder während einer Betriebsphase eines Hybridfahrzeugs mit einer elektrischen Maschine als Antriebsquelle.All of the exemplary embodiments have in common that the sound is introduced into the storage space or into the fluid-carrying grooves and lines within the high-pressure fuel accumulator 60 by means of the sound generating device 80 continuously during the emulsion injection phase of the internal combustion engine 5 can take place or only in a critical period in which segregation of the emulsion seems likely. This is the case, for example, if the internal combustion engine is switched off immediately after operation with the emulsion or during an operating phase of a hybrid vehicle with an electrical machine as the drive source.

Die Schalleinbringung kann aber auch in einer Stillstandphase bei komplett heruntergefahrenen System, beispielsweise über Nacht erfolgen. Dafür kann ein Teil der Steuerungseinrichtung 50, welche in der Regel in ein Motorsteuergerät integriert ist, aktiv bleiben und die Schallerzeugungseinrichtung 80 mit Energie versorgen, so dass einer Entmischung der Emulsion entgegengewirkt wird. Ist ein eigenes Versorgungsgerät für die Schallerzeugungseinrichtung 80 vorgesehen, kann dieses über Nacht aktiv geschaltet werden.The sound can also be introduced during a standstill phase with the system completely shut down, for example overnight. Part of the control device can do this 50 , which is usually integrated in an engine control unit, remain active and the sound generating device 80 supply with energy so that segregation of the emulsion is counteracted. Is a separate supply device for the sound generating device 80 provided, this can be activated actively overnight.

Eine Schalleinbringung zur erneuten Emulsionierung kann stattfinden, um die bereits getrennten Komponenten wieder in die Emulsion einzubinden.
Beispielsweise kann vor Fahrtantritt am Morgen nach einer längeren Stillstandphase der Verbrennungskraftmaschine 5 und damit abgeschalteter Einspritzung, initiert durch das Öffnen der Fahrertür die Schallerzeugungseinrichtung 80 aktiviert werden, so dass beim Start der Verbrennungskraftmaschine die Entmischung schon wieder aufgehoben ist.
A sound can be introduced for re-emulsioning in order to integrate the already separated components back into the emulsion.
For example, before starting the journey in the morning after a long standstill phase of the internal combustion engine 5 and thus switched-off injection, initiated by opening the driver's door, the sound generator 80 be activated so that the segregation is canceled again when the internal combustion engine starts.

BezugszeichenlisteReference list

1010th
KraftstofftankFuel tank
1515
NiederdruckkraftstoffpumpeLow pressure fuel pump
2020th
Mischeinrichtung zur EmulsionsbildungMixing device for emulsion formation
2525th
WasservorratsbehälterWater reservoir
2626
EinfüllstutzenFiller neck
2727
ZuführanschlussFeed connection
3030th
Wasserpumpewater pump
3535
AbsperrventilShut-off valve
4040
HochdruckkraftstoffpumpeHigh pressure fuel pump
4545
HochdruckleitungHigh pressure line
5050
elektronische Steuerungseinrichtungelectronic control device
6060
Kraftstoff-Hochdruckspeicher (common rail) High-pressure fuel accumulator (common rail)
601601
GrundkörperBasic body
602602
ZulaufanschlussInlet connection
603603
ZulaufkanalInlet channel
604604
AblaufanschlussDrain connection
605605
AblaufkanalDrain channel
606606
FüllkörperPacking
607607
RingnutRing groove
608608
RingnutRing groove
609609
LängsnutLongitudinal groove
610610
VerschlussteilClosure part
611611
RohrleitungPipeline
612612
AbzweigleitungBranch line
613613
AbzweigleitungBranch line
614614
Speicherraum, Hohlraum Storage space, cavity
8080
SchallerzeugungseinrichtungSound generating device
8585
KoppelelementCoupling element
ESIT
EingangssignaleInput signals
ASAS
AusgangssignaleOutput signals

Claims (14)

Vorrichtung zum Betreiben einer, wahlweise mit Kraftstoff oder mit einer Wasser-Kraftstoff-Emulsion betreibbaren Verbrennungskraftmaschine mit - einem Kraftstofftank (10) zum Bevorraten von Kraftstoff, - einem Wassertank (25) zum Bevorraten von Wasser, - einer Mischeinrichtung (20) welcher der Kraftstoff und das Wasser zugeführt wird zur Bildung einer Wasser-Kraftstoff-Emulsion, - einem Kraftstoff-Hochdruckspeicher (60) mit einem Speicherraum (614) zum Speichern des Kraftstoffes und der Wasser-Kraftstoff-Emulsion, - einer Hochdruckkraftstoffpumpe (40), welche die Wasser-Kraftstoff-Emulsion zu dem Kraftstoff-Hochdruckspeicher (60) fördert, wenn die Verbrennungskraftmaschine mit einer Wasser-Kraftstoff-Emulsion betrieben werden soll, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoff-Hochdruckspeicher (60) eine Schallerzeugungseinrichtung (80) aufweist, welche Schallwellen in den Speicherraum (614) für die Wasser-Kraftstoff-Emulsion des Kraftstoff-Hochdruckspeichers (60) einbringt.Device for operating an internal combustion engine, which can be operated either with fuel or with a water-fuel emulsion, with - a fuel tank (10) for storing fuel, - a water tank (25) for storing water, - a mixing device (20) which supplies the fuel and the water is supplied to form a water-fuel emulsion, - a high-pressure fuel reservoir (60) with a storage space (614) for storing the fuel and the water-fuel emulsion, - a high-pressure fuel pump (40) which supplies the water -Fuel emulsion to the high-pressure fuel reservoir (60) promotes, if the internal combustion engine is to be operated with a water-fuel emulsion, characterized in that the high-pressure fuel reservoir (60) has a sound generator (80), which sound waves in the Storage space (614) for the water-fuel emulsion of the fuel high-pressure accumulator (60) brings. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoff-Hochdruckspeicher (60) - als rohrförmiger Grundkörper (601) mit einer axialen Bohrung ausgestaltet ist, welche einen Speicherraum (614) zur Speicherung von Kraftstoff oder einer Wasser-Kraftstoff-Emulsion bildet, - mit einem, einen Zulaufkanal (603) aufweisenden Zulaufanschluss (602) für den Kraftstoff oder der Wasser-Kraftstoff-Emulsion versehen ist, - mit entsprechend der Zylinderzahl der Verbrennungskraftmaschine vorgesehenen, Ablaufkanäle (605) aufweisende Ablaufanschlüsse (604) versehen ist, welche in Fluidverbindung mit den einzelnen Zylindern zugeordneten Hochdruck-Kraftstoffinjektoren (70) stehen, - die Schallerzeugungseinrichtung (80) an einer Stirnseite des rohrförmigen Grundkörpers (601) angeordnet ist. Device after Claim 1 , characterized in that the high-pressure fuel reservoir (60) is designed as a tubular base body (601) with an axial bore, which forms a storage space (614) for storing fuel or a water-fuel emulsion, - with one, one Inlet channel (603) having inlet connection (602) for the fuel or the water-fuel emulsion is provided, - is provided with outlet connections (604) provided according to the number of cylinders of the internal combustion engine, which outlet connections (604) are in fluid communication with the individual cylinders assigned high-pressure fuel injectors (70), - the sound generating device (80) is arranged on an end face of the tubular base body (601). Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass - der Speicherraum (614) derart mit einem Füllkörper (606) ausgefüllt ist, so dass in Bezug auf das gesamte Speichervolumen (614) ein verkleinerter Speicherraum (614) für den Kraftstoff oder die Wasser-Kraftstoff-Emulsion gebildet ist, - als Füllkörper (606) ein Festkörper verwendet wird, dessen Kompressionsmodul annähernd dem Kompressionsmodul des verwendeten Kraftstoffes entspricht.Device after Claim 1 or 2nd , characterized in that - the storage space (614) is filled with a filler (606) such that a reduced storage space (614) is formed for the fuel or the water-fuel emulsion with respect to the entire storage volume (614) , - A solid body is used as the filler body (606), the compression module of which approximately corresponds to the compression module of the fuel used. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass, dass das verkleinerte Speichervolumen (614) als Kanäle in Form von Nuten (607, 608, 609) im Füllkörper (606) ausgebildet ist und die Nuten (607, 608, 609) in Fließverbindung miteinander stehen.Device after Claim 3 , characterized in that the reduced storage volume (614) is designed as channels in the form of grooves (607, 608, 609) in the packing (606) and the grooves (607, 608, 609) are in flow connection with one another. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass, - am Umfang des Füllkörpers (606) eine Ringnut (608) vorgesehen ist, welche bezüglich der Längserstreckung des Grundkörpers (601) an einer Stelle eingebracht ist, dass sie mit dem Zulaufkanal (603) fluchtet und damit eine Fließverbindung zwischen dem Zulaufkanal (603) und der Ringnut (608) herstellt, - am Umfang des Füllkörpers (606) weitere Ringnuten (607) vorgesehen sind, welche bezüglich der Längserstreckung des Grundkörpers (601) an Stellen eingebracht sind, dass sie mit den Ablaufkanälen (605) fluchten und damit eine Fließverbindung zwischen den Ringnuten (607) und den Ablaufkanälen (605) herstellen, - an der Oberfläche des Füllkörpers (606) in axialer Richtung mindestens eine Längsnut (609) vorgesehen ist, welche die einzelnen Ringnuten (607, 608) miteinander verbindet und damit eine Fließverbindung zwischen dem Zulaufkanal (603) und den Ablaufkanälen (605) herstellt.Device after Claim 4 , characterized in that - an annular groove (608) is provided on the circumference of the filler body (606), which is introduced at one point with respect to the longitudinal extent of the base body (601) such that it is flush with the inlet channel (603) and thus a flow connection produces between the inlet channel (603) and the annular groove (608), - further annular grooves (607) are provided on the circumference of the packing (606), which are introduced in places with respect to the longitudinal extent of the base body (601) so that they can be connected to the outlet channels ( 605) and thus establish a flow connection between the annular grooves (607) and the drainage channels (605), - at least one longitudinal groove (609) is provided on the surface of the packing (606) in the axial direction, said longitudinal groove (609) ) connects with each other and thus creates a flow connection between the inlet channel (603) and the outlet channels (605). Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnitte der Ringnuten (607, 608) und der Längsnut (609) identisch den Querschnitten des Zulaufkanals (603) und der Ablaufkanäle (605) sind.Device after Claim 4 or 5 , characterized in that the cross sections of the annular grooves (607, 608) and the longitudinal groove (609) are identical to the cross sections of the inlet channel (603) and the outlet channels (605). Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das verkleinerte Speichervolumen mittels einer in den Füllkörper (606) eingebetteten, sich in axialer Richtung des Grundkörpers (601) erstreckenden Rohrleitung (611) gebildet ist, welche einerseits mittels einer Abzweigleitung (613) mit dem Zulaufkanal (603) des Zulaufanschlusses (602) und mittels Abzweigleitungen (612) mit den Ablaufkanälen (605) der Ablaufanschlüsse (604) kommunizieren.Device after Claim 3 , characterized in that the reduced storage volume is formed by means of a pipeline (611) embedded in the filler (606) and extending in the axial direction of the main body (601), which on the one hand by means of a branch line (613) to the inlet channel (603) of the Inlet connection (602) and by means of branch lines (612) to communicate with the outlet channels (605) of the outlet connections (604). Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllkörper (606) 20% bis 99% des Speicherraumes (614) einnimmt und ein PTFE- Kunststoff ist.Device after Claim 3 , characterized in that the filler (606) occupies 20% to 99% of the storage space (614) and is a PTFE plastic. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schallwellen Ultraschallwellen sind.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the sound waves are ultrasonic waves. Verfahren zum Betreiben einer, wahlweise mit Kraftstoff oder mit einer Wasser-Kraftstoff-Emulsion betreibbaren Verbrennungskraftmaschine, wobei die Verbrennungskraftmaschine aufweist: - einen Kraftstofftank (10) zum Bevorraten von Kraftstoff, - einen Wassertank (25) zum Bevorraten von Wasser, - eine Mischeinrichtung (20) welcher der Kraftstoff und das Wasser zugeführt wird zur Bildung einer Wasser-Kraftstoff-Emulsion, - einen Kraftstoff-Hochdruckspeicher (60) mit einem Speicherraum (614) zum Speichern des Kraftstoffes und der Wasser-Kraftstoff-Emulsion, - eine Hochdruckkraftstoffpumpe (40), welche die Wasser-Kraftstoff-Emulsion zu dem Kraftstoff-Hochdruckspeicher (60) fördert, wenn die Verbrennungskraftmaschine mit einer Wasser-Kraftstoff-Emulsion betrieben werden soll, dadurch gekennzeichnet, dass zur Stabilisierung oder zur erneuten Emulsionierung der Wasser-Kraftstoff-Emulsion in dem Speicherraum (614) des Kraftstoff-Hochdruckspeichers (60) Schallwellen mittels einer Schallerzeugungseinrichtung (80) eingebracht werden.Method for operating an internal combustion engine, which can be operated either with fuel or with a water-fuel emulsion, the internal combustion engine comprising: - a fuel tank (10) for storing fuel, - a water tank (25) for storing water, - a mixing device ( 20) to which the fuel and the water are supplied to form a water-fuel emulsion, - a high-pressure fuel reservoir (60) with a storage space (614) for storing the fuel and the water-fuel emulsion, - a high-pressure fuel pump (40 ), which promotes the water-fuel emulsion to the high-pressure fuel reservoir (60) when the internal combustion engine is to be operated with a water-fuel emulsion, characterized in that for stabilizing or re-emulsioning the water-fuel emulsion in the storage space (614) of the fuel high-pressure accumulator (60) sound waves by means of a sound generator ungseinrichtung (80) are introduced. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schallwellen der Schallerzeugungseinrichtung (80) mittels eines Koppelelementes (85) in den Speicherraum (614) eingebracht werden.Procedure according to Claim 10 , characterized in that the sound waves of the sound generating device (80) are introduced into the storage space (614) by means of a coupling element (85). Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Einbringung der Schallwellen kontinuierlich während des Betriebes der Verbrennungskraftmaschine mit der Wasser-Kraftstoff-Emulsion erfolgt.Procedure according to Claim 10 or 11 , characterized in that the introduction of the sound waves continuously during the operation of the Internal combustion engine with the water-fuel emulsion. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Einbringung der Schallwellen in einem kritischen Zeitraum einer möglichen Entmischung der Wasser-Kraftstoff-Emulsion erfolgt.Procedure according to Claim 10 or 11 , characterized in that the introduction of the sound waves takes place in a critical period of possible segregation of the water-fuel emulsion. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Einbringung der Schallwellen während einer Stillstandsphase der Verbrennungskraftmaschine erfolgt.Procedure according to Claim 10 or 11 , characterized in that the introduction of the sound waves takes place during a standstill phase of the internal combustion engine.
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