DE102019125569B3 - Device and method for providing a water-fuel emulsion - Google Patents

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Abstract

Eine Vorrichtung (10) zum Bereitstellen einer Wasser-Kraftstoff-Emulsion umfasst eine Hochdruckpumpe (12), eine Druckkammer (26) und zumindest eine der Druckkammer (26) zugeordnete Ultraschalleinheit (34), wobei die Druckkammer (26) der Hochdruckpumpe (12) nachgeschaltet ist. Die Druckkammer (26) Strömungsverbindung steht mit der Hochdruckpumpe (12) in Strömungsverbindung, um eine von der der Hochdruckpumpe (12) erzeugte Wasser-Kraftstoff-Emulsion und/oder ein Gemisch aus Wasser und Kraftstoff an die Druckkammer (26) zu leiten. Die Druckkammer (26) ist in Längsrichtung (L) größer als in einer zur Längsrichtung (L) senkrechten Querrichtung (Q). Die zumindest eine Ultraschalleinheit (34) ist an einer sich in Querrichtung (Q) erstreckenden Seite (36) der Druckkammer (26) angebracht und erstreckt sich in Längsrichtung (L) in die Druckkammer (26) hinein.
Ferner wird ein Verfahren zum Bereitstellen einer Wasser-Kraftstoff-Emulsion angegeben.

Figure DE102019125569B3_0000
A device (10) for providing a water-fuel emulsion comprises a high pressure pump (12), a pressure chamber (26) and at least one ultrasonic unit (34) assigned to the pressure chamber (26), the pressure chamber (26) of the high pressure pump (12) is downstream. The pressure chamber (26) is in flow connection with the high pressure pump (12) in order to convey a water-fuel emulsion generated by the high-pressure pump (12) and / or a mixture of water and fuel to the pressure chamber (26). The pressure chamber (26) is larger in the longitudinal direction (L) than in a transverse direction (Q) perpendicular to the longitudinal direction (L). The at least one ultrasound unit (34) is attached to a side (36) of the pressure chamber (26) extending in the transverse direction (Q) and extends in the longitudinal direction (L) into the pressure chamber (26).
A method for providing a water-fuel emulsion is also specified.
Figure DE102019125569B3_0000

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bereitstellen einer Wasser-Kraftstoff-Emulsion.The invention relates to a device and a method for providing a water-fuel emulsion.

Im Bereich der Motorenentwicklung sind die Leistungssteigerung der Verbrennungskraftmaschine sowie die Abgasreduktion zwei der wichtigsten Zielgrößen. Eine Möglichkeit zur Leistungssteigerung und/oder Abgasreduktion stellt die Verwendung einer Wassereinspritzung dar.In the area of engine development, increasing the performance of the internal combustion engine and reducing exhaust gas are two of the most important target variables. One possibility for increasing performance and / or reducing exhaust gas is the use of water injection.

Bei der Wassereinspritzung erfolgt eine Kühlung des Motors, beispielsweise durch Einspritzen von einer Wasser-Kraftstoff-Emulsion direkt in die Brennkammer einer Verbrennungskraftmaschine.In the case of water injection, the engine is cooled, for example by injecting a water-fuel emulsion directly into the combustion chamber of an internal combustion engine.

Durch das Absenken der Temperatur können die Bereiche des Kennfeldes des Motors erweitert werden, in denen ein Verbrennungsluftverhältnis Ä von 1 gefahren wird, also eine stöchiometrische beziehungsweise vollständige Verbrennung des Kraftstoffs erfolgt. Dadurch können Grenzwerte bezüglich der CO-Emissionen unter realen Fahrzeugbedingungen eingehalten werden, also auch außerhalb der im Zulassungsverfahren genutzten Testzyklen.By lowering the temperature, the areas of the engine characteristics map can be expanded in which a combustion air ratio λ of 1 is used, i.e. stoichiometric or complete combustion of the fuel takes place. This means that limit values for CO emissions can be adhered to under real vehicle conditions, i.e. outside the test cycles used in the approval process.

Die Verbrennung eines stöchiometrischen Gemisches aus Kraftstoff und Luft erzeugt höhere Temperaturen als ein angefettetes Gemisch, also ein Gemisch, das ein Mangel an Luft und damit einen Sauerstoffmangel aufweist. Diese höhere Temperatur würde jedoch zu hohe NOx-Emissionen verursachen. Die Emissionsreduktion müsste daher in diesem Fall über eine Leistungsreduktion erfolgen.The combustion of a stoichiometric mixture of fuel and air generates higher temperatures than a rich mixture, i.e. a mixture that has a lack of air and thus a lack of oxygen. However, this higher temperature would cause excessively high NO x emissions. The emission reduction would therefore have to take place in this case via a power reduction.

Aus diesem Grund ist die Zugabe von Wasser notwendig, die das Gemisch aus Kraftstoff und Luft abkühlt, wodurch bei Erhalt der für den Kunden gewohnten Leistung eine ausreichende Abgasreduktion erzielt werden kann. Dadurch sind Motoren realisierbar, die eine gesteigerte Leistung und/oder geringere Emissionen aufweisen.For this reason, the addition of water is necessary, which cools the mixture of fuel and air, whereby a sufficient reduction in exhaust gas can be achieved while maintaining the usual performance for the customer. This makes it possible to implement engines that have increased performance and / or lower emissions.

Entsprechend muss vor der Einspritzung eine Wasser-Kraftstoff-Emulsion hergestellt und über Injektionsdüsen in die Verbrennungskraftmaschine eingespritzt werden. Das Wasser-Kraftstoffverhältnis der erhaltenen Emulsion muss immer an das gewählte Leistungsfenster der Verbrennungskraftmaschine angepasst sein. Darüber hinaus ist insbesondere die Güte, auch als Mischungsgüte oder Emulsionsgüte bezeichnet, entscheidend für die Optimierung des Brennverfahrens.Accordingly, a water-fuel emulsion must be produced before the injection and injected into the internal combustion engine via injection nozzles. The water-fuel ratio of the emulsion obtained must always be adapted to the selected power window of the internal combustion engine. In addition, the quality, also known as the quality of the mixture or the quality of the emulsion, is crucial for optimizing the combustion process.

Da sich Wasser und Kraftstoff nicht ohne weitere Zusätze zu einer stabilen Emulsion oder Mischung verbinden, kann es bei zeitlichen Verzögerungen zwischen Herstellung der Emulsion und Einspritzung in die Brennkammer zur teilweisen oder vollständigen Entmischung der Emulsion kommen. Dadurch können beim Motorstart Probleme auftreten, beispielsweise Startverzögerungen oder Wasserschlag.Since water and fuel do not combine to form a stable emulsion or mixture without further additives, delays between the production of the emulsion and the injection into the combustion chamber can result in partial or complete separation of the emulsion. This can cause problems when starting the engine, such as starting delays or water hammer.

Die DE 10 2017 219 371 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Zuführung einer gefriergefährdeten Flüssigkeit in die Brennräume einer insbesondere ein Kraftfahrzeug antreibenden Brennkraftmaschine, mit einer Absaugvorrichtung, welche ausgebildet ist, die gefriergefährdete Flüssigkeit aus einem weiten Bereich einer Zuführleitung, durch welche die Flüssigkeit von einem Vorratsbehälter zu einer Zuführeinrichtung zur Brennkraftmaschine gelangt, abzusaugen. Dabei ist nahe der Zuführeinrichtung von der Zuführleitung abzweigend ein in Richtung der Förderrichtung der Absaugvorrichtung öffnendes Rückschlagventil vorgesehen, welches im Öffnungszustand die Zuführleitung mit der Umgebung verbindet. In der Zuführleitung ist ein Druckspeicher für eine gewisse Menge von Flüssigkeit unter Überdruck vorgesehen, wobei das Rückschlagventil am oder im Druckspeicher vorgesehen sein kann.The DE 10 2017 219 371 A1 discloses a device for feeding a liquid at risk of freezing into the combustion chambers of an internal combustion engine driving a motor vehicle, in particular, with a suction device which is designed to remove the liquid at risk of freezing from a wide area of a feed line through which the liquid passes from a storage container to a feed device for the internal combustion engine, suck off. In this case, a non-return valve, which opens in the direction of the conveying direction of the suction device and branches off from the feed line, is provided near the feed device, which, in the open state, connects the feed line with the environment. In the supply line, a pressure accumulator is provided for a certain amount of liquid under excess pressure, it being possible for the check valve to be provided on or in the pressure accumulator.

Aus der DE 10 2018 219 189 B3 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren bekannt, 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.From the DE 10 2018 219 189 B3 a device and a method are known for operating an internal combustion engine that 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 to which the fuel and water are supplied to form a water-fuel emulsion, a high-pressure fuel accumulator with a storage space for storing the fuel and the water-fuel emulsion, a high-pressure fuel pump that promotes the water-fuel emulsion to the high-pressure fuel accumulator when the internal combustion engine is equipped with a Water-fuel emulsion should be operated. 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.

Die DE 10 2011 076 670 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Bereitstellen einer Wasser-Kraftstoff-Emulsion umfassend eine Hochdruckpumpe, eine Druckkammer und zumindest eine der Druckkammer zugeordnete Ultraschalleinheit, wobei die Druckkammer der Hochdruckpumpe nachgeschaltet ist, wobei die Hochdruckpumpe einen Ausgang umfasst, der mit der Druckkammer in Strömungsverbindung steht, um die in der Hochdruckpumpe erzeugte Wasser-Kraftstoff-Emulsion und/oder ein Gemisch aus Wasser und Kraftstoff an die Druckkammer zu leiten, wobei die Druckkammer in Längsrichtung größer ist als in einer zur Längsrichtung senkrechten Querrichtung, und wobei die zumindest eine Ultraschalleinheit an einer sich in Querrichtung erstreckenden Seite der Druckkammer angebracht ist.The DE 10 2011 076 670 A1 discloses a device for providing a water-fuel emulsion comprising a high-pressure pump, a pressure chamber and at least one ultrasonic unit assigned to the pressure chamber, the pressure chamber being connected downstream of the high-pressure pump, the high-pressure pump comprising an outlet which is in flow communication with the pressure chamber to in the high pressure pump generated water-fuel emulsion and / or a mixture of water and fuel to the pressure chamber, wherein the pressure chamber is larger in the longitudinal direction than in a transverse direction perpendicular to the longitudinal direction, and wherein the at least one ultrasonic unit is attached to a transversely extending side of the pressure chamber.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Möglichkeit zu schaffen, mit der eine Wasser-Kraftstoff-Emulsion einer ausreichenden Güte zuverlässig und insbesondere zeitnah bereitgestellt werden kann.The object of the invention is to create a possibility with which a water-fuel emulsion of sufficient quality can be provided reliably and in particular promptly.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zum Bereitstellen einer Wasser-Kraftstoff-Emulsion, umfassend eine Hochdruckpumpe, eine Druckkammer und zumindest eine der Druckkammer zugeordnete Ultraschalleinheit, wobei die Druckkammer der Hochdruckpumpe nachgeschaltet ist. Die Hochdruckpumpe umfasst zudem einen Kraftstoffeingang und einen Wassereingang sowie einen Ausgang, der mit der Druckkammer in Strömungsverbindung steht. Somit kann die in der Hochdruckpumpe erzeugte Wasser-Kraftstoff-Emulsion und/oder ein Gemisch aus Wasser und Kraftstoff in die Druckkammer geleitet werden. Die Druckkammer ist in einer Längsrichtung größer als in einer zur Längsrichtung senkrechten Querrichtung und die zumindest eine Ultraschalleinheit ist an einer sich in der Querrichtung erstreckenden Seite der Druckkammer angebracht und erstreckt sich in Längsrichtung in die Druckkammer hinein.The object is achieved by a device for providing a water-fuel emulsion, comprising a high-pressure pump, a pressure chamber and at least one ultrasonic unit assigned to the pressure chamber, the pressure chamber being connected downstream of the high-pressure pump. The high-pressure pump also includes a fuel inlet and a water inlet and an outlet that is in flow connection with the pressure chamber. The water-fuel emulsion generated in the high-pressure pump and / or a mixture of water and fuel can thus be passed into the pressure chamber. The pressure chamber is larger in a longitudinal direction than in a transverse direction perpendicular to the longitudinal direction and the at least one ultrasound unit is attached to a side of the pressure chamber extending in the transverse direction and extends in the longitudinal direction into the pressure chamber.

Die innerhalb der Druckkammer angeordnete Ultraschalleinheit dient dazu, die Emulsionsgüte der in die Druckkammer eingeführten Wasser-Kraftstoff-Emulsion zu erhalten, eine Wasser-Kraftstoff-Emulsion aus einem in die Druckkammer eingeführtem Gemisch aus Wasser und Kraftstoff herzustellen und/oder bei längeren Standzeiten, die zur Trennung der Phasen von Wasser und Kraftstoff führen können, wieder herzustellen.The ultrasound unit arranged inside the pressure chamber serves to maintain the emulsion quality of the water-fuel emulsion introduced into the pressure chamber, to produce a water-fuel emulsion from a mixture of water and fuel introduced into the pressure chamber and / or, in the case of longer idle times, the can lead to the separation of the phases of water and fuel.

Derartige Ultraschalleinheiten sind auch unter dem Begriff Sonotrode bekannt und weisen zumindest eine Frontfläche auf, die in hochfrequente mechanische Schwingungen versetzt werden kann. Diese Schwingungen können anschließend als Schallwellen in das die Ultraschalleinheit umgebende Medium übertragen werden, in diesem Fall in die Wasser-Kraftstoff-Emulsion und/oder das Gemisch aus Wasser und Kraftstoff. Durch die Schallwellen werden die Bestandteile des Mediums miteinander vermengt bzw. vermischt, sodass im vorliegenden Fall eine Wasser-Kraftstoff-Emulsion ausreichender Emulsionsgüte resultiert.Such ultrasonic units are also known by the term sonotrode and have at least one front surface that can be set into high-frequency mechanical vibrations. These vibrations can then be transmitted as sound waves into the medium surrounding the ultrasonic unit, in this case into the water-fuel emulsion and / or the mixture of water and fuel. The components of the medium are blended or mixed with one another by the sound waves, so that in the present case a water-fuel emulsion of sufficient emulsion quality results.

Somit dient die Ultraschalleinheit zum Energieeintrag in die Wasser-Kraftstoff-Emulsion bzw. in das Gemisch aus Wasser und Kraftstoff. Derartige Ultraschalleinheiten weisen dafür nur einen geringen Energieverbrauch auf und sind gleichzeitig in kompakter Bauform erhältlich.The ultrasonic unit thus serves to introduce energy into the water-fuel emulsion or into the mixture of water and fuel. For this purpose, such ultrasonic units only have a low energy consumption and at the same time are available in a compact design.

Mit anderen Worten ist es mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich, auch nach einer ursprünglichen Vermischung von Wasser und Kraftstoff eine ausreichende Durchmischung der beiden Komponenten sicherzustellen. Auf diese Weise kann eine erste Durchmischung durch die Hochdruckpumpe erfolgen, ohne zu riskieren, dass bei zeitlichen Verzögerungen zwischen Herstellung der Emulsion und Einspritzen in eine an die Druckkammer angeschlossene Verbrennungskraftmaschine, insbesondere die Brennkammer eines Motors, eine teilweise oder vollständig entmischte Wasser-Kraftstoff-Emulsion eingespritzt wird. Zusätzlich muss die Hochdruckpumpe nicht alleine eine ausreichende Emulsionsgüte bereitstellen, sodass sich die Auslegung der Hochdruckpumpe vereinfacht. Hierdurch können die Kosten entsprechend gesenkt werden.In other words, with the device according to the invention, it is possible to ensure adequate mixing of the two components even after the original mixing of water and fuel. In this way, a first thorough mixing by the high-pressure pump can take place without the risk of a partially or completely separated water-fuel emulsion in the event of time delays between production of the emulsion and injection into an internal combustion engine connected to the pressure chamber, in particular the combustion chamber of an engine is injected. In addition, the high pressure pump does not have to provide sufficient emulsion quality on its own, so that the design of the high pressure pump is simplified. This allows the costs to be reduced accordingly.

Verzögerungen können bereits durch den Transport der Wasser-Kraftstoff-Emulsion zwischen Hochdruckpumpe und Druckkammer sowie durch den Transport innerhalb der Druckkammer entstehen. Auch kann eine Verzögerung den Zeitraum zwischen einem Stopp und der erneuten Inbetriebnahme der Verbrennungskraftmaschine bezeichnen, beispielsweise bei einer Start- und Stopp-Automatik.Delays can arise from the transport of the water-fuel emulsion between the high pressure pump and the pressure chamber as well as from the transport within the pressure chamber. A delay can also refer to the period between a stop and the restart of the internal combustion engine, for example in the case of an automatic start and stop.

Übliche Druckkammern weisen eine längliche Bauform auf, d.h. die Längsrichtung der Druckkammer ist größer als eine zur Längsrichtung senkrechten Querrichtung. Durch die Anbringung der Ultraschalleinheit an einer sich in Querrichtung erstreckenden Seite der Druckkammer, also senkrecht zur Längsrichtung, ergibt sich eine besonders einfache Möglichkeit die Ultraschalleinheit innerhalb der Druckkammer anzubringen. Zudem wird eine gute Übertragung der Schwingungen der Ultraschalleinheit in das Medium innerhalb der Druckkammer ermöglicht.Usual pressure chambers are elongated, i.e. the longitudinal direction of the pressure chamber is larger than a transverse direction perpendicular to the longitudinal direction. Attaching the ultrasound unit to a side of the pressure chamber that extends in the transverse direction, ie perpendicular to the longitudinal direction, results in a particularly simple possibility of attaching the ultrasound unit within the pressure chamber. In addition, a good transmission of the vibrations of the ultrasound unit into the medium within the pressure chamber is made possible.

Durch die längliche Form, insbesondere eine längliche und zylindrische Form, der Druckkammern eignen sich die in Querrichtung erstreckenden Seiten der Druckkammer besonders zur Anbringung des Drucksensors, beispielsweise über eine Schraubverbindung. An der zur Ultraschalleinheit gegenüberliegenden Seite kann in diesem Fall ein Drucksensor angebracht sein, beispielsweise ebenfalls über eine Schraubverbindung. Der Drucksensor dient zur Überwachung des Drucks innerhalb der Druckkammer.Due to the elongated shape, in particular an elongated and cylindrical shape, of the pressure chambers, the sides of the pressure chamber extending in the transverse direction are particularly suitable for attaching the pressure sensor, for example by means of a screw connection. In this case, a pressure sensor can be attached to the side opposite the ultrasound unit, for example likewise via a screw connection. The pressure sensor is used to monitor the pressure inside the pressure chamber.

An die Hochdruckpumpe können ein Kraftstofftank und ein Wassertank angeschlossen sein, die die beiden Komponenten zur Herstellung der Wasser-Kraftstoff-Emulsion durch die Hochdruckpumpe bereitstellen.A fuel tank and a water tank, which provide the two components for producing the water-fuel emulsion by the high-pressure pump, can be connected to the high-pressure pump.

Der Kraftstoff kann auch Ethanol umfassen.The fuel can also include ethanol.

Die Druckkammer kann einen Einlass haben, über den die Druckkammer die Wasser-Kraftstoff-Emulsion und/oder das Gemisch aus Wasser und Kraftstoff aus einer Zufuhrleitung der Hochdruckpumpe erhält. Somit ist ein einfaches Überführen der/des von der Hochdruckpumpe erzeugten Wasser-Kraftstoff-Emulsion und/oder Gemisches aus Wasser und Kraftstoff in die Druckkammer möglich.The pressure chamber can have an inlet via which the pressure chamber receives the water-fuel emulsion and / or the mixture of water and fuel from a supply line of the high-pressure pump. A simple transfer of the water-fuel emulsion and / or mixture of water and fuel generated by the high-pressure pump into the pressure chamber is thus possible.

In einer Ausgestaltung ist der Druckkammer zumindest eine Injektionsdüse zugeordnet, die eingerichtet ist, die Wasser-Kraftstoff-Emulsion aus der Druckkammer zu entfernen. Insbesondere ist die Injektionsdüse mit einer Brennkammer einer Verbrennungskraftmaschine verbunden. Somit wird über die Injektionsdüse ein Einspritzen der erzeugten Wasser-Kraftstoff-Emulsion der gewünschten Emulsionsgüte in die Verbrennungskraftmaschine ermöglicht. Die Wasser-Kraftstoff-Emulsion wird demnach aus der Druckkammer entfernt, indem die Wasser-Kraftstoff-Emulsion in die Verbrennungskraftmaschine eingespritzt wird.In one embodiment, the pressure chamber is assigned at least one injection nozzle which is set up to remove the water-fuel emulsion from the pressure chamber. In particular, the injection nozzle is connected to a combustion chamber of an internal combustion engine. This enables the water-fuel emulsion produced with the desired emulsion quality to be injected into the internal combustion engine via the injection nozzle. The water-fuel emulsion is accordingly removed from the pressure chamber in that the water-fuel emulsion is injected into the internal combustion engine.

Durch das Erzeugen der gleichmäßigen Wasser-Kraftstoff-Emulsion kann ein optimaler Betrieb und eine saubere Verbrennung innerhalb der Verbrennungskraftmaschine sichergestellt werden.By generating the uniform water-fuel emulsion, optimal operation and clean combustion within the internal combustion engine can be ensured.

Die zumindest eine Injektionsdüse kann einer sich in der Längsrichtung erstreckenden Seite der Druckkammer zugeordnet sein. Entsprechend hat die zumindest eine Injektionsdüse eine Ausrichtung, die senkrecht zur Ausrichtung der Ultraschalleinheit ist. Auf diese Weise beschränkt die Anbringung der Ultraschalleinheit nicht die zum Anbringen von Injektionsdüsen zur Verfügung stehenden Bereiche der Druckkammer.The at least one injection nozzle can be assigned to a side of the pressure chamber extending in the longitudinal direction. Accordingly, the at least one injection nozzle has an orientation which is perpendicular to the orientation of the ultrasound unit. In this way, the attachment of the ultrasound unit does not limit the areas of the pressure chamber available for attachment of injection nozzles.

Zudem kann eine Vielzahl von Injektionsdüsen entlang der sich in Längsrichtung erstreckenden Seite der Druckkammer vorgesehen sein. In diesem Fall handelt es sich bei der Druckkammer um eine sogenannte Common-Rail.In addition, a plurality of injection nozzles can be provided along the side of the pressure chamber extending in the longitudinal direction. In this case, the pressure chamber is a so-called common rail.

In einer solchen Ausgestaltung ermöglicht es die erfindungsgemäße Vorrichtung, dass über die gesamte Länge der Druckkammer eine gleichmäßige Emulsionsgüte erzielt werden kann. Der Betrieb der Ultraschalleinheit kann in diesem Fall so geregelt werden, dass Unterschiede in der Emulsionsgüte aufgrund unterschiedlich langer Zeiträume zwischen Durchmischung in der Hochdruckpumpe und Einspritzung durch eine spezifische Injektionsdüse ausgeglichen werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient somit auch zur Synchronisation der Einspritzung und zum gleichmäßigen Betrieb der Common-Rail.In such a configuration, the device according to the invention enables a uniform emulsion quality to be achieved over the entire length of the pressure chamber. In this case, the operation of the ultrasonic unit can be regulated in such a way that differences in the quality of the emulsion due to different periods of time between mixing in the high-pressure pump and injection through a specific injection nozzle are compensated for. The device according to the invention thus also serves to synchronize the injection and to operate the common rail evenly.

Die zumindest eine Ultraschalleinheit kann sich ausgehend von der Seite der Druckkammer zu einer in das Innere der Druckkammer weisenden Frontfläche verjüngen. Auf diese Weise ist eine besonders einfache Montage der Ultraschalleinheit innerhalb der Druckkammer bei geringem Bauraumbedarf möglich. Zudem sind derartige Ultraschalleinheiten kostengünstig verfügbar.The at least one ultrasound unit can taper from the side of the pressure chamber to a front surface pointing into the interior of the pressure chamber. In this way, a particularly simple assembly of the ultrasonic unit within the pressure chamber is possible with little space requirement. In addition, such ultrasonic units are available inexpensively.

Um die Durchmischung senkrecht zur Erstreckungsrichtung der zumindest einen Ultraschalleinheit weiter zu erhöhen, kann an der Frontfläche der zumindest einen Ultraschalleinheit eine Verdickung ausgebildet sein.In order to further increase the intermixing perpendicular to the direction of extent of the at least one ultrasonic unit, a thickening can be formed on the front surface of the at least one ultrasonic unit.

In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Vorrichtung zwei Ultraschalleinheiten, wobei eine zweite Ultraschalleinheit an einer zur ersten Ultraschalleinheit gegenüberliegenden Seite der Druckkammer angebracht ist. Somit wird die/das innerhalb der Druckkammer vorhandene Wasser-Kraftstoff-Emulsion und/oder Gemisch aus Wasser und Kraftstoff gleichmäßig von beiden Seiten durchmischt. Es lässt sich so eine noch gleichmäßigere Wasser-Kraftstoff-Emulsion erhalten. Ferner ist die Vorrichtung dadurch redundant ausgebildet, sodass eine gleichmäßige Wasser-Kraftstoff-Emulsion weiterhin erzeugt werden kann, auch wenn eine Ultraschalleinheit ausfallen sollte. In einer solchen Ausgestaltung ist ein gegebenenfalls erforderlicher Drucksensor insbesondere an einer Position außerhalb der Seiten der Druckkammer angebracht.In a further embodiment, the device comprises two ultrasonic units, with a second ultrasonic unit being attached to a side of the pressure chamber opposite to the first ultrasonic unit. The water-fuel emulsion and / or mixture of water and fuel present within the pressure chamber is thus mixed evenly from both sides. An even more uniform water-fuel emulsion can be obtained in this way. Furthermore, the device is designed redundantly so that a uniform water-fuel emulsion can continue to be generated even if an ultrasonic unit should fail. In such an embodiment, a possibly required pressure sensor is attached in particular at a position outside the sides of the pressure chamber.

Auch die zweite Ultraschalleinheit kann sich ausgehend von der ihr zugeordneten Seite der Druckkammer zur ersten Ultraschalleinheit hin verjüngen, also ebenfalls entlang der sich in Längsrichtung erstreckenden Seite der Druckkammer. Somit wird auch für die zweite Ultraschalleinheit nur wenig Bauraum innerhalb der Druckkammer benötigt.Starting from the side of the pressure chamber assigned to it, the second ultrasound unit can also taper towards the first ultrasound unit, that is to say likewise along the side of the pressure chamber that extends in the longitudinal direction. This means that only a small amount of installation space is required within the pressure chamber for the second ultrasonic unit.

Die Aufgabe wird des Weiteren gelöst durch ein Verfahren zum Bereitstellen einer Wasser-Kraftstoff-Emulsion, umfassend folgende Schritte:

  1. a) Bereitstellen einer Vorrichtung der zuvor beschriebenen Art;
  2. b) Einspeisen der Wasser-Kraftstoff-Emulsion und/oder des Gemischs aus Wasser und Kraftstoff in die Druckkammer über die Hochdruckpumpe; und
  3. c) Herstellen der gleichmäßigen Wasser-Kraftstoff-Emulsion durch Erzeugen von Schallwellen innerhalb der Druckkammer mittels der zumindest einen Ultraschalleinheit.
The object is also achieved by a method for providing a water-fuel emulsion, comprising the following steps:
  1. a) providing a device of the type described above;
  2. b) feeding the water-fuel emulsion and / or the mixture of water and fuel into the pressure chamber via the high-pressure pump; and
  3. c) Producing the uniform water-fuel emulsion by generating sound waves within the pressure chamber by means of the at least one ultrasonic unit.

Durch die zumindest eine Ultraschalleinheit kann entsprechend die Qualität der Emulsion erhöht werden oder überhaupt eine Emulsion erzeugt werden. Gleichzeitig wird die Emulsion auch durch die erzeugten Schallwellen innerhalb der Druckkammer verteilt.By means of the at least one ultrasonic unit, the quality of the emulsion can be increased accordingly or an emulsion can be generated at all. At the same time, the emulsion is also distributed within the pressure chamber by the generated sound waves.

Die Schallwellen werden insbesondere mit einer Frequenz im Bereich von 10 bis 20 kHz erzeugt. Derartige Frequenzen gewährleisten eine gute Durchmischung und sind mit kostengünstigen Ultraschalleinheiten zuverlässig zu erzeugen. Eine Anpassung des jeweils genutzten Frequenzbereichs kann in Abhängigkeit der verwendeten Ultraschalleinheit sowie der eingesetzten Wasser-Kraftstoff-Emulsion bzw. des eingesetzten Gemischs aus Kraftstoff und Wasser erfolgen.The sound waves are generated in particular with a frequency in the range from 10 to 20 kHz. Such frequencies ensure thorough mixing and can be reliably generated with inexpensive ultrasonic units. The frequency range used in each case can be adapted depending on the ultrasonic unit used and the water-fuel emulsion used or the mixture of fuel and water used.

Die Amplitude der erzeugten Schallwellen kann an die Dichte und/oder die Temperatur der Wasser-Kraftstoff-Emulsion bzw. des eingesetzten Gemischs aus Kraftstoff und Wasser angepasst werden. Dies ermöglicht einen besonders effizienten Betrieb der zumindest einen Ultraschalleinheit.The amplitude of the generated sound waves can be adapted to the density and / or the temperature of the water-fuel emulsion or the mixture of fuel and water used. This enables particularly efficient operation of the at least one ultrasonic unit.

Zwischen den oben genannten Schritten b) und c), also zwischen dem Einspeisen einer Emulsion oder eines Gemisches und dem Herstellen der gleichmäßigen Emulsion, und/oder zwischen dem Schritt c), also dem Herstellen der Emulsion, und einem Einspritzen der Wasser-Kraftstoff-Emulsion kann ein Zeitraum von mehr als 30 Sekunden liegen, insbesondere von mehr als 5 Minuten.Between the above-mentioned steps b) and c), i.e. between feeding in an emulsion or a mixture and producing the uniform emulsion, and / or between step c), i.e. producing the emulsion, and injecting the water-fuel Emulsion can be a period of more than 30 seconds, in particular more than 5 minutes.

Entsprechend stellt das erfindungsgemäße Verfahren sicher, dass auch bei Auftreten von Verzögerungen die in die Verbrennungskraftmaschine eingespritzte Wasser-Kraftstoff-Emulsion eine ausreichende Emulsionsgüte aufweist. Insbesondere erfolgt die Herstellung der Wasser-Kraftstoff-Emulsion auch sofort nach dem Start der Verbrennungskraftmaschine, sodass eine teilweise oder vollständige Entmischung der Komponenten der Wasser-Kraftstoff-Emulsion sofort behoben werden kann.Correspondingly, the method according to the invention ensures that the water-fuel emulsion injected into the internal combustion engine has a sufficient emulsion quality even when delays occur. In particular, the water-fuel emulsion is also produced immediately after the internal combustion engine has been started, so that partial or complete separation of the components of the water-fuel emulsion can be remedied immediately.

Zugleich kann die Emulsionsgüte der unter Schritt c) hergestellten Wasser-Kraftstoff-Emulsion so hoch sein, dass auch bei geringen Verzögerungen zwischen der Herstellung und dem Einspritzen der Wasser-Kraftstoff-Emulsion eine ausreichende Emulsionsgüte gewährleistet bleibt.At the same time, the emulsion quality of the water-fuel emulsion produced under step c) can be so high that sufficient emulsion quality is guaranteed even with slight delays between the production and the injection of the water-fuel emulsion.

Grundsätzlich kann bei Bedarf der Schritt c) auch (mehrfach) wiederholt werden, wenn die Verzögerungen bis zum Einspritzen der Wasser-Kraftstoff-Emulsion zu lang werden.In principle, if necessary, step c) can also be repeated (several times) if the delays up to the injection of the water-fuel emulsion become too long.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie aus den beigefügten Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In diesen zeigen:

  • - 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Bereitstellen einer Wasser-Kraftstoff-Emulsion,
  • - 2 eine Seitenansicht einer Druckkammer der Vorrichtung aus 1,
  • - 3 eine Draufsicht auf die Druckkammer aus 2,
  • - 4 eine Schnittansicht der Druckkammer aus 2,
  • - 5 die Schnittansicht der Druckkammer aus 4 während des Betriebs einer Ultraschalleinheit,
  • - 6 eine alternative Ausführungsform der Ultraschalleinheit aus 5,
  • - 7 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
  • - 8 eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform der Druckkammer aus 1,
  • - 9 eine Draufsicht auf die Druckkammer aus 8,
  • - 10 eine Schnittansicht der Druckkammer aus 8, und
  • - 11 die Schnittansicht der Druckkammer aus 10 während des Betriebs der Ultraschalleinheiten.
Further features and advantages of the invention emerge from the following description and from the accompanying drawings, to which reference is made. In these show:
  • - 1 a schematic representation of a device according to the invention for providing a water-fuel emulsion,
  • - 2 a side view of a pressure chamber of the device 1 ,
  • - 3 a top view of the pressure chamber 2 ,
  • - 4th a sectional view of the pressure chamber 2 ,
  • - 5 the sectional view of the pressure chamber 4th during operation of an ultrasound unit,
  • - 6th an alternative embodiment of the ultrasound unit 5 ,
  • - 7th a schematic representation of the method according to the invention,
  • - 8th a side view of a second embodiment of the pressure chamber 1 ,
  • - 9 a top view of the pressure chamber 8th ,
  • - 10 a sectional view of the pressure chamber 8th , and
  • - 11 the sectional view of the pressure chamber 10 during operation of the ultrasonic units.

In 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 10 zum Bereitstellen einer Wasser-Kraftstoff-Emulsion gezeigt.In 1 is a device according to the invention 10 for providing a water-fuel emulsion shown.

Die Vorrichtung 10 umfasst eine Hochdruckpumpe 12. An einen Kraftstoffeingang 14 der Hochdruckpumpe 12 ist ein Kraftstofftank 16 und an einen Wassereingang 18 der Hochdruckpumpe 12 ein Wassertank 20 angeschlossen.The device 10 includes a high pressure pump 12 . To a fuel inlet 14th the high pressure pump 12 is a fuel tank 16 and to a water inlet 18th the high pressure pump 12 a water tank 20th connected.

Die Hochdruckpumpe 12 steht über einen Ausgang 22 mittels einer Zufuhrleitung 24 mit einer Druckkammer 26 in Strömungsverbindung, wobei die Zufuhrleitung 24 an einen Einlass 28 der Druckkammer 26 angeschlossen ist.The high pressure pump 12 stands over an exit 22nd by means of a supply line 24 with a pressure chamber 26th in flow connection, the supply line 24 to an inlet 28 the pressure chamber 26th connected.

Die Druckkammer 26 ist zudem an mehrere Injektionsdüsen 30 angeschlossen, die mit einer Verbrennungskraftmaschine 32 in Strömungsverbindung stehen. Bei der Druckkammer 26 handelt es sich entsprechend um eine sogenannte Common-Rail.The pressure chamber 26th is also connected to several injection nozzles 30th connected to an internal combustion engine 32 are in flow connection. At the pressure chamber 26th it is accordingly a so-called common rail.

Die Verbrennungskraftmaschine 32 ist insbesondere ein Motor eines Kraftfahrzeugs.The internal combustion engine 32 is in particular an engine of a motor vehicle.

Innerhalb der Druckkammer 26 ist eine Ultraschalleinheit 34 angeordnet, die Schallwellen in einem innerhalb der Druckkammer 26 vorliegenden Medium erzeugen kann.Inside the pressure chamber 26th is an ultrasound unit 34 arranged the sound waves in one inside the pressure chamber 26th present medium can generate.

Die Druckkammer 26 hat eine längliche Bauform. Demnach weist die Druckkammer 26 eine Längsrichtung L auf, die größer ist als eine zur Längsrichtung L senkrechte Querrichtung Q.The pressure chamber 26th has an elongated shape. Accordingly, the pressure chamber 26th a longitudinal direction L which is greater than a transverse direction Q perpendicular to the longitudinal direction L.

Die Ultraschalleinheit 34 ist einer sich in Querrichtung Q erstreckenden Seite 36 der Druckkammer 26 angeordnet und ragt in das Innere der Druckkammer 26 hinein, wie aus 1 bereits deutlich wird.The ultrasound unit 34 is a side extending in the transverse direction Q. 36 the pressure chamber 26th arranged and protrudes into the interior of the pressure chamber 26th in, as out 1 already becomes clear.

In 2 ist eine Seitenansicht und in 3 ist eine Draufsicht einer ersten Ausführungsform der Druckkammer 26 dargestellt.In 2 Figure 13 is a side view and in 3 Figure 3 is a top plan view of a first embodiment of the pressure chamber 26th shown.

Die Druckkammer 26 weist neben dem Einlass 28 mehrere Anschlussstutzen 40 auf. Die Anschlussstutzen 40 dienen beispielsweise zum Anschluss von Drucksensoren, über die der in der Druckkammer 26 vorhandene Druck an eine (nicht dargestellte) Steuer- und/oder Regelungseinheit übermittelt werden kann.The pressure chamber 26th points next to the inlet 28 several connecting pieces 40 on. The connecting pieces 40 are used, for example, to connect pressure sensors via which the in the pressure chamber 26th existing pressure can be transmitted to a (not shown) control and / or regulating unit.

In der gezeigten Ausführungsform sind insgesamt vier Auslassstutzen 42 vorgesehen, die jeweils mit einer der Injektionsdüsen 30 (1) verbunden sind. Grundsätzlich können jedoch auch weniger oder mehr Auslassstutzen 42 und Injektionsdüsen 30 vorgesehen sein.In the embodiment shown, there are a total of four outlet nozzles 42 provided, each with one of the injection nozzles 30th ( 1 ) are connected. In principle, however, fewer or more outlet nozzles can also be used 42 and injection nozzles 30th be provided.

Die Auslassstutzen 42 sind verteilt entlang der Längsrichtung L der Druckkammer 26 angebracht.The outlet ports 42 are distributed along the longitudinal direction L of the pressure chamber 26th appropriate.

Die Druckkammer 26 weist zudem an der in 2 links dargestellten Seite 36 eine Verbreiterung 44 auf, die zur Aufnahme der Ultraschalleinheit 34 dient.The pressure chamber 26th also indicates at the in 2 page shown on the left 36 a broadening 44 on that to accommodate the ultrasound unit 34 serves.

Dies wird in 4 verdeutlicht, die eine Schnittansicht entlang einer Ebene der in 3 eingezeichneten Linie A-A zeigt.This is done in 4th illustrates, which is a sectional view along a plane of the in 3 indicated line AA shows.

Die Ultraschalleinheit 34 füllt den durch die Verbreiterung 44 geschaffenen Aufnahmeraum (im Wesentlichen) vollständig aus und erstreckt sich entlang der Längsrichtung L in das Innere der Druckkammer 26 hinein. Dabei verjüngt sich die Ultraschalleinheit 34 hin zu einer Frontfläche 46. Die Frontfläche 46 ist an der Stirnseite der Ultraschalleinheit 34 vorgesehen, die dem Inneren der Druckkammer 26 zugewandt ist.The ultrasound unit 34 fills that by widening 44 created receiving space (substantially) completely and extends along the longitudinal direction L into the interior of the pressure chamber 26th inside. The ultrasound unit tapers in the process 34 towards a front surface 46 . The front surface 46 is on the front of the ultrasound unit 34 provided to the interior of the pressure chamber 26th is facing.

In der gezeigten Ausführungsform weist die Ultraschalleinheit 34 ferner einen zylindrischen Querschnitt auf, insbesondere einen über ihre Längserstreckung gestuften zylindrischen Querschnitt. Mit anderen Worten verjüngt sich die Ultraschalleinheit 34 zur Frontfläche 46 hin nicht kontinuierlich, sondern auch zumindest teilweise stufenförmig, wie aus den Figuren deutlich wird.In the embodiment shown, the ultrasound unit 34 furthermore a cylindrical cross section, in particular a cylindrical cross section stepped over its longitudinal extension. In other words, the ultrasound unit is tapered 34 to the front surface 46 not continuously, but also at least partially in steps, as is clear from the figures.

Ausgehend von der Frontfläche 46 kann die Ultraschalleinheit 34 Schallwellen 48 im Inneren der Druckkammer 26 erzeugen, wie in 5 verdeutlicht.Starting from the front surface 46 can the ultrasound unit 34 Sound waves 48 inside the pressure chamber 26th generate, as in 5 clarified.

In 6 ist eine alternative Ausführungsform der Ultraschalleinheit 34 dargestellt, bei der die Frontfläche 46 eine Verdickung 49 aufweist. Durch die Verdickung 49 verbreitert sich der Querschnitt der Ultraschalleinheit 34. Mit anderen Worten ist die Stirnseite der Ultraschalleinheit 34 verbreitert. Dadurch kann eine noch bessere Durchmischung innerhalb der Druckkammer 26 erzielt werden.In 6th is an alternative embodiment of the ultrasound unit 34 shown in which the front surface 46 a thickening 49 having. By the thickening 49 the cross-section of the ultrasound unit widens 34 . In other words, it is the face of the ultrasound unit 34 widened. This enables even better mixing within the pressure chamber 26th be achieved.

Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren zum Bereitstellen einer Wasser-Kraftstoff-Emulsion erläutert.The method according to the invention for providing a water-fuel emulsion is explained below.

Zunächst wird die Vorrichtung 10 bereitgestellt, wie sie beispielsweise in den 1 bis 5 dargestellt ist (Schritt S1 in 7), wobei die Ultraschalleinheit 34 wie in 6 gezeigt ausgebildet sein kann.First the device 10 provided, for example, in the 1 to 5 is shown (step S1 in 7th ), the ultrasound unit 34 as in 6th may be formed shown.

Zum Betrieb der Vorrichtung 10 wird über die Hochdruckpumpe 12 eine Wasser-Kraftstoff-Emulsion durch Vermischen von Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 16 und Wasser aus dem Wassertank 20 erzeugt.To operate the device 10 is via the high pressure pump 12 a water-fuel emulsion by mixing fuel from the fuel tank 16 and water from the water tank 20th generated.

Diese wird von der Hochdruckpumpe 12 über die Zufuhrleitung 24 in die Druckkammer 26 eingespeist (Schritt S2 in 7).This is done by the high pressure pump 12 via the supply line 24 into the pressure chamber 26th fed in (step S2 in 7th ).

Wird die eingespeiste Wasser-Kraftstoff-Emulsion nicht direkt über eine der Injektionsdüsen 30 in die Verbrennungskraftmaschine 32 eingespritzt, kann es zum teilweisen oder vollständigen Entmischen der Wasser-Kraftstoff-Emulsion kommen, beispielsweise nach einem Zeitraum von mehr als 30 Sekunden, insbesondere nach einem Zeitraum von mehr als 5 Minuten.If the water-fuel emulsion is not fed in directly via one of the injection nozzles 30th in the internal combustion engine 32 injected, partial or complete separation of the water-fuel emulsion can occur, for example after a period of more than 30 seconds, in particular after a period of more than 5 minutes.

Ein solcher Fall ist in 4 dargestellt, in der innerhalb der Druckkammer 26 ein Gemisch 50 aus Wasser und Kraftstoff vorliegt.One such case is in 4th shown in the inside of the pressure chamber 26th a mixture 50 consists of water and fuel.

In dem gezeigten Beispiel bildet das Wasser größere, kreisförmige Kugeln, die sich innerhalb des Kraftstoffs beziehungsweise innerhalb der restlichen Wasser-Kraftstoff-Emulsion verteilen. Dieses Verhalten ist auch unter dem Begriff Flockung bekannt.In the example shown, the water forms larger, circular spheres that are distributed within the fuel or within the remaining water-fuel emulsion. This behavior is also known as flocculation.

Je nach Ausmaß der ursprünglichen Durchmischung der Wasser-Kraftstoff-Emulsion, Standzeit sowie Temperaturen, kann es auch zur vollständigen Entmischung der zwei Komponenten Kraftstoff und Wasser kommen. Das Wasser sammelt sich in diesem Fall aufgrund seiner im Vergleich zum Kraftstoff höheren Dichte unten und der Kraftstoff oben an, sodass sich eine horizontale Grenzfläche ausbildet. Dieser Vorgang wird auch als „Brechen“ der Emulsion bezeichnet.Depending on the extent of the original mixing of the water-fuel emulsion, the service life and temperatures, the two components fuel and water can also completely separate. In this case, due to its higher density than fuel, the water collects at the bottom and the fuel at the top, so that a horizontal interface is formed. This process is also known as “breaking” the emulsion.

Eine vollständige Entmischung ist vor allem bei langen Verzögerungen zwischen Einspeisen und Entfernen der Wasser-Kraftstoff-Emulsion aus der Druckkammer 26 zu erwarten. Ein solcher Fall kann auftreten, wenn die Verbrennungskraftmaschine 32 nach längerem Stillstand erneut gestartet wird oder bereits bei einer Start- und Stopp-Automatik und einer entsprechend langen Stillstandphase, beispielsweise im Stau oder an einer langen Rotphase einer Lichtzeichenanlage.Complete segregation is particularly important in the case of long delays between feeding in and removing the water-fuel emulsion from the pressure chamber 26th expected. Such a case can occur when the internal combustion engine 32 is restarted after a longer standstill or already with an automatic start and stop and a correspondingly long standstill phase, for example in a traffic jam or at a long red phase of a traffic light system.

Weist die Wasser-Kraftstoff-Emulsion zusätzlich Ethanol auf kann es vorkommen, dass sich die Wasser-Kraftstoff-Emulsion auch nach längerer Zeit nicht vollständig entmischt. Nichtsdestotrotz kann es innerhalb dieser Wasser-Kraftstoff-Emulsion zu ungleichmäßigen Verteilungen kommen, beispielsweise durch Dichteunterschiede der Komponenten der Wasser-Kraftstoff-Emulsion. In diesem Fall ist eine erneute Durchmischung der Wasser-Kraftstoff-Emulsion wünschenswert, um eine ausreichende Emulsionsgüte zu gewährleisten.If the water-fuel emulsion also has ethanol, it can happen that the water-fuel emulsion does not separate completely even after a long period of time. Nonetheless, uneven distributions can occur within this water-fuel emulsion, for example due to differences in density of the components of the water-fuel emulsion. In this case, it is desirable to mix the water-fuel emulsion again in order to ensure a sufficient quality of the emulsion.

Durch Erzeugung von Schallwellen 48 mittels der Ultraschalleinheit 34 ist es möglich, aus dem Gemisch 50 oder aus einer Wasser-Kraftstoff-Emulsion geringer Emulsionsgüte eine gleichmäßige Wasser-Kraftstoff-Emulsion 52 mit hoher Emulsionsgüte herzustellen. Dies ist in 5 beispielhaft gezeigt.By generating sound waves 48 by means of the ultrasound unit 34 it is possible from the mixture 50 or from a water-fuel emulsion of poor emulsion quality a uniform water-fuel emulsion 52 with high emulsion quality. This is in 5 shown as an example.

Es werden insbesondere Schallwellen 48 in einem Frequenzbereich von 10 bis 20 kHz eingesetzt, wobei das genaue Frequenzband sowie die Amplitude der Schallwellen 48 in Abhängigkeit der Zusammensetzung, der Dichte und/oder der Temperatur des Gemischs 50 oder der Wasser-Kraftstoff-Emulsion geringer Emulsionsgüte gewählt wird.In particular, there are sound waves 48 used in a frequency range of 10 to 20 kHz, the exact frequency band and the amplitude of the sound waves 48 depending on the composition, the density and / or the temperature of the mixture 50 or the water-fuel emulsion of low emulsion quality is selected.

Die Emulsionsgüte der Wasser-Kraftstoff-Emulsion 52 kann dabei so hoch sein, dass unabhängig davon, über welchen Auslassstutzen 42 die Wasser-Kraftstoff-Emulsion 52 aus der Druckkammer 26 entfernt wird, die Emulsionsgüte gleich ist. Insofern liegt eine gleichmäßige Emulsionsgüte über die gesamte Druckkammer 26 vor.The emulsion quality of the water-fuel emulsion 52 can be so high that regardless of which outlet port 42 the water-fuel emulsion 52 from the pressure chamber 26th is removed, the emulsion quality is the same. In this respect, there is a uniform emulsion quality over the entire pressure chamber 26th in front.

Die Ultraschalleinheit 34 kann auch dazu dienen, die über den Einlass 28 eingespeiste Wasser-Kraftstoff-Emulsion innerhalb der Druckkammer 26 gleichmäßig zu verteilen.The ultrasound unit 34 can also be used to pass through the inlet 28 water-fuel emulsion fed into the pressure chamber 26th to distribute evenly.

In den 8 bis 11 ist eine zweite Ausführungsform der Druckkammer 26 dargestellt. Die zweite Ausführungsform der Druckkammer 26 entspricht im Wesentlichen der ersten Ausführungsform, sodass im Folgenden lediglich auf die Unterschiede eingegangen wird. Gleiche und funktionsgleiche Teile sind mit denselben Bezugszeichen versehen.In the 8th to 11 is a second embodiment of the pressure chamber 26th shown. The second embodiment of the pressure chamber 26th corresponds essentially to the first embodiment, so that only the differences will be discussed below. Identical and functionally identical parts are provided with the same reference symbols.

In der zweiten Ausführungsform weist die Druckkammer 26 an beiden Enden, d. h. sowohl an der Seite 36 als auch an der gegenüberliegenden Seite 43 jeweils eine Verbreiterung 44 auf. Dies dient dazu, an beiden Seiten 36, 43 jeweils eine Ultraschalleinheit 34, 54 innerhalb der Druckkammer 26 anzubringen, wobei die zweite Ultraschalleinheit 54 an der zur ersten Ultraschalleinheit 34 gegenüberliegenden Seite der Druckkammer 26 angebracht ist. Die Stirnseiten bzw. Frontflächen 46 der beiden Ultraschalleinheiten 34, 54 liegen sich also gegenüber bzw. sind zueinander gewandt.In the second embodiment, the pressure chamber 26th at both ends, ie both on the side 36 as well as on the opposite side 43 each one widening 44 on. This is done on both sides 36 , 43 one ultrasonic unit each 34 , 54 inside the pressure chamber 26th to attach, the second ultrasound unit 54 on the one to the first ultrasound unit 34 opposite side of the pressure chamber 26th is appropriate. The front sides or front surfaces 46 of the two ultrasound units 34 , 54 are facing each other or are facing each other.

Die zweite Ultraschalleinheit 54 verjüngt sich zur ersten Ultraschalleinheit 34 hin.The second ultrasound unit 54 tapers to the first ultrasound unit 34 down.

Die beiden Ultraschalleinheiten 34, 54 sind in der gezeigten Ausführungsform baugleich ausgeführt. Selbstverständlich könnten sich die beiden Ultraschalleinheiten 54 jedoch auch voneinander unterscheiden.The two ultrasound units 34 , 54 are constructed identically in the embodiment shown. Of course, the two ultrasound units could 54 however also differ from each other.

Die Verwendung von zwei Ultraschalleinheiten 34 sorgt für eine weitere Erhöhung der Emulsionsgüte der innerhalb der Druckkammer 26 mittels Schallwellen 48 hergestellten Wasser-Kraftstoff-Emulsion 52.The use of two ultrasound units 34 ensures a further increase in the emulsion quality within the pressure chamber 26th by means of sound waves 48 produced water-fuel emulsion 52 .

Zudem ist eine Systemredundanz geschaffen, wodurch die Vorrichtung 10 insgesamt ausfallsicherer ist.In addition, a system redundancy is created, whereby the device 10 is more fail-safe overall.

Claims (12)

Vorrichtung zum Bereitstellen einer Wasser-Kraftstoff-Emulsion (52), umfassend eine Hochdruckpumpe (12), eine Druckkammer (26) und zumindest eine der Druckkammer (26) zugeordnete Ultraschalleinheit (34), wobei die Druckkammer (26) der Hochdruckpumpe (12) nachgeschaltet ist, wobei die Hochdruckpumpe (12) einen Kraftstoffeingang (14) und einen Wassereingang (18) sowie einen Ausgang (22) umfasst, der mit der Druckkammer (26) in Strömungsverbindung steht, um die in der Hochdruckpumpe (12) erzeugte Wasser-Kraftstoff-Emulsion (52) und/oder ein Gemisch (50) aus Wasser und Kraftstoff an die Druckkammer (26) zu leiten, wobei die Druckkammer (26) in einer Längsrichtung (L) größer ist als in einer zur Längsrichtung (L) senkrechten Querrichtung (Q), und wobei die zumindest eine Ultraschalleinheit (34) an einer sich in der Querrichtung (Q) erstreckenden Seite (36) der Druckkammer (26) angebracht ist und sich in der Längsrichtung (L) in die Druckkammer (26) hinein erstreckt.Device for providing a water-fuel emulsion (52), comprising a high-pressure pump (12), a pressure chamber (26) and at least one ultrasonic unit (34) assigned to the pressure chamber (26), the pressure chamber (26) of the high-pressure pump (12) is connected downstream, wherein the high pressure pump (12) comprises a fuel inlet (14) and a water inlet (18) and an outlet (22) which is in flow connection with the pressure chamber (26) in order to generate the water generated in the high pressure pump (12) To conduct fuel emulsion (52) and / or a mixture (50) of water and fuel to the pressure chamber (26), the pressure chamber (26) being larger in a longitudinal direction (L) than in a direction perpendicular to the longitudinal direction (L) Transverse direction (Q), and wherein the at least one ultrasound unit (34) is attached to a side (36) of the pressure chamber (26) extending in the transverse direction (Q) and extends in the longitudinal direction (L) into the pressure chamber (26) extends. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckkammer (26) einen Einlass (28) hat, über den die Druckkammer (26) die Wasser-Kraftstoff-Emulsion (52) und/oder das Gemisch (50) aus Wasser und Kraftstoff aus einer Zufuhrleitung (24) der Hochdruckpumpe (12) erhält.Device according to Claim 1 , characterized in that the pressure chamber (26) has an inlet (28) through which the pressure chamber (26) the water-fuel emulsion (52) and / or the mixture (50) of water and fuel from a supply line (24) of the high pressure pump (12). Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckkammer (26) zumindest eine Injektionsdüse (30) zugeordnet ist, die eingerichtet ist, die Wasser-Kraftstoff-Emulsion (52) aus der Druckkammer (26) zu entfernen.Device according to Claim 1 or 2 , characterized in that the pressure chamber (26) is assigned at least one injection nozzle (30) which is set up to remove the water-fuel emulsion (52) from the pressure chamber (26). Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Injektionsdüse (30) einer sich in der Längsrichtung (L) erstreckenden Seite der Druckkammer (26) zugeordnet ist.Device according to Claim 3 , characterized in that the at least one injection nozzle (30) is assigned to a side of the pressure chamber (26) extending in the longitudinal direction (L). Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Ultraschalleinheit (34) sich ausgehend von der Seite (36) der Druckkammer (26) zu einer in das Innere der Druckkammer (26) weisenden Frontfläche (46) verjüngt.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one ultrasonic unit (34) tapers starting from the side (36) of the pressure chamber (26) to a front surface (46) pointing into the interior of the pressure chamber (26). Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass an der Frontfläche (46) der zumindest einen Ultraschalleinheit (34) eine Verdickung (49) ausgebildet ist.Device according to Claim 5 , characterized in that a thickening (49) is formed on the front surface (46) of the at least one ultrasonic unit (34). Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) zwei Ultraschalleinheiten (34, 54) umfasst, wobei eine zweite Ultraschalleinheit (54) an einer zur ersten Ultraschalleinheit (34) gegenüberliegenden Seite (43) der Druckkammer (26) angebracht ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the device (10) comprises two ultrasonic units (34, 54), a second ultrasonic unit (54) on a side (43) of the pressure chamber (26) opposite to the first ultrasonic unit (34). is appropriate. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich die zweite Ultraschalleinheit (54) ausgehend von der der zweiten Ultraschalleinheit (54) zugeordneten Seite (43) der Druckkammer (26) zur ersten Ultraschalleinheit (34) hin verjüngt.Device according to Claim 7 , characterized in that the second ultrasonic unit (54) tapers starting from the side (43) of the pressure chamber (26) assigned to the second ultrasonic unit (54) towards the first ultrasonic unit (34). Verfahren zum Bereitstellen einer Wasser-Kraftstoff-Emulsion (52), umfassend folgende Schritte: a) Bereitstellen einer Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche; b) Einspeisen der Wasser-Kraftstoff-Emulsion (52) und/oder des Gemischs (50) aus Wasser und Kraftstoff in die Druckkammer (26) über die Hochdruckpumpe (12); und c) Herstellen der gleichmäßigen Wasser-Kraftstoff-Emulsion (52) durch Erzeugen von Schallwellen (48) innerhalb der Druckkammer (26) mittels der zumindest einen Ultraschalleinheit (34).A method for providing a water-fuel emulsion (52) comprising the following steps: a) providing a device (10) according to one of the preceding claims; b) feeding the water-fuel emulsion (52) and / or the mixture (50) of water and fuel into the pressure chamber (26) via the high-pressure pump (12); and c) producing the uniform water-fuel emulsion (52) by generating sound waves (48) within the pressure chamber (26) by means of the at least one ultrasonic unit (34). Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schallwellen (48) mit einer Frequenz im Bereich von 10 bis 20 kHz erzeugt werden.Procedure according to Claim 9 , characterized in that the sound waves (48) are generated with a frequency in the range of 10 to 20 kHz. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Amplitude der erzeugten Schallwellen (48) an die Dichte und/oder die Temperatur der Wasser-Kraftstoff-Emulsion (52) und/oder des Gemischs (50) aus Wasser und Kraftstoff angepasst wird.Procedure according to Claim 9 or 10 , characterized in that the amplitude of the generated sound waves (48) is adapted to the density and / or the temperature of the water-fuel emulsion (52) and / or the mixture (50) of water and fuel. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Schritten b) und c) und/oder zwischen dem Schritt c) und einem Einspritzen der Wasser-Kraftstoff-Emulsion (52) ein Zeitraum von mehr als 30 Sekunden liegt.Method according to one of the Claims 9 to 11 , characterized in that between steps b) and c) and / or between step c) and an injection of the water-fuel emulsion (52) there is a period of more than 30 seconds.
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