DE2520971A1

DE2520971A1 - Verfahren zum betrieb einer verbrennungsmaschine mit druckeinspritzung

Info

Publication number: DE2520971A1
Application number: DE19752520971
Authority: DE
Inventors: Hans-Michael Herzog; Werner Konrad
Original assignee: KONRAD SPEDITION oHG
Current assignee: KONRAD SPEDITION oHG
Priority date: 1975-05-10
Filing date: 1975-05-10
Publication date: 1976-11-18
Also published as: DE2520971B2; DE2520971C3

Description

Verfahren zum Betrieb einer Verbrennungsmaschine mit Druckeinspritzung Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb einer Verbrennungsmaschine mit Druckeinspritzung mit einer einen Emulgator enthaltenden Eraftstoff-Wasseremulsion.
Aus dem deutschen Patent 881 422 ist es bekannt, eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Brennstoff-Wasseremulsion zu betreiben, die bis zu 30 % Wasser enthält. MEn hat ferner zur Erhöhung der leistung von Kolbenmotoren und Gasturbinen bereits vorgesehen, in den Verbrennungsraum Wasser, Wasser-Methanolgemische oder Eraftstoff-Wasseremulsionen einzuspritzen. Die bekannten Maßnahmen haben in der Praxis nicht zu befriedigenden Ergebnissen geführt, da es nicht gelungen ist, eine Reihe von Nägeln zu bewältigen, die dem Zusatz von Wasser zum Kraftstoff anhaften, so daß der Wasserzusatz nur in der Luftfahrt bei einigen Kolbentriebwerken und bei Turbostrahltriebwerken zur Erhöhung der Startleistung zur Anwendung kam.
Die Verwendung von Wasser-Kraftstoffemulsionen ist in der Praxis insbesondere daran gescheitert, daß es nicht gelungen ist, eine Emulsion herzustellen, die den Anforderungen des Motorbetriebs gerecht wird. Die Aufgabe, die der Erfindung zugrundeliegt, besteht darin, diese Nachteile zu beseitigen und eine Kraftstoff-Wasseremulsion herzustellen, die es ermöglicht, ohne daß Veränderungen am Motor vorgenommen werden, Verbrennungskraftmaschinen mit Druckeinspritzung mit einer solchen Emulsion zu betreiben.
An die Kraftstoff-Wasseremulsion müssen daher insbesondere die folgenden Anforderungen gestellt werden: Es muß eine Entmischung der Emulsion vermieden werden, die Zähigkeit soll unter Berücksichtigung bestimmter zulässiger Abweichungen der des reinen Kraftstoffes entsprechen, der Reibwert soll nicht größer sein als der des reinen Kraftstoffes, thixotrope Erscheinungen sollen vermieden und ein bestimmter pH-Wert eingehalten werden.
Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, daß zum Betrieb einer Verbrennungsmaschine mit Druckeinspritzung eine Kraftstoff-Wasseremulsion geeignet ist, die gemäß vorliegender Erfindung als Emulgator einen Alkylarylpolyglykoläther in einer Menge von 0,3 bis 2 %, 2 bis 70 % Wasser und Rest Dieselkraftstoff enthält.
Vorzugsweise werden bei der Herstellung der Kraftstoff-Wasseremulsion die folgenden Zusammensetzungen eingehalten, wobei Zwischenwerte zu interpolieren sind.
Wasser Emulgator Verdünner Dieselkraftstoff Vol.-% Vol.-% Vol.-% Vol.-% 2 2 0 96 5 2 0 93 10 2 0 88 15 1,75 0 83,25 20 1,5 0 78,5 25 1,75 ° 73,25 30 2 0 68 40 0,5 0,5 59 50 0,5 0,5 49 60 0,5 0 39,5 70 0,5 0 29,5 Der Verdünner besteht vorzugsweise aus Butylglykol. Als besonders zweckmäßig hat sich die Verwendung derjenigen Rraftstoff-Wasseremulsion gemäß obiger Tabelle erwiesen, die 10 bis 20 % Wasser enthält.
Versuche mit derartigen Wasser-aft stoff emulsionen haben gezeigt, daß ein einwandfreier Betrieb auch über längere Zeitabschnitte möglich ist. Der Reibwert vorstehender Emulsionen ist geringer als derjenige des reinen Kraftstoffes. Die Zerstäubung des abgespritzten Strahls hinter den Einspritzdüsen wurde nicht wesentlich beeinträchtigt und der pH-Wert war gegenüber dem des reinen Eraftstoffes von sauer nach leicht basisch verändert. Es wurde festgestellt, daß sich die Emulsion auch nach längeren Stillstandszeiten von etwa 6 bis 12 Monaten nicht entmischt hat. Bei der Verbrennung der Emulsion in einem Diese-lmotor ergab sich nach dem Anlassen bei kaltem Motor und dann über den gesamten Drehzahlbereich und bei jeder Last ein umweltfreundliches, rußfreies, geruchfreies und meist unsichtbares Abgas.
Es hat sich ferner ergeben, daß eine Umwälzpumpe zum Durchmischen der Emulsion auch nach längeren Stillstandszeiten entbehrlich ist und der Rücklauf der üblichen Eraftstoffförderpumpe ausreicht, der etwa das 1,5 bis 2,5-fache der Fördermenge ausmacht, die der Motor verbrennt.
Der wesentliche Vorteil, den die Verwendung einer Kraftstoff-Wasseremulsion gemäß vorliegender Erfindung mit sich bringt, ist in der Kraftstoffersparnis und in der Leistungssteigerung zu sehen. Kraftstoff-Wasseremulsionen mit einem Wassergehalt bis zu etwa 5 % ergeben praktisch bei jedem Dieselmotor unabhängig davon, ob der Kraftstoff direkt oder indirekt eingespritzt wird, Leistungssteigerungen infolge des großen spezifischen Volumens und der großen Gaskonstante des eingespritzten Wasserzusatzes. Um die volumenfüllende Eigenschaft voll auszunutzen, sind möglichst hohe Verbrennungstemperaturen erforderlich. Es hat sich daher als zweckmäßig erwiesen, den Leerlaufbereich bis etwa zur Halblast mit normalem Dieselkraftstoff und den Bereich etwa von der Halblast bis zur Vollast mit der Eraftstoff-Wasseremulsion zu fahren.
Bei beladenen Straßenfahrzeugen beträgt der Kraftstoffverbrauch im Fernverkehr im Flachland etwa das 1,35-fache und in Mittelgebirgen etwa das 1,65-fache des Verbrauchs bei Leerfahrten. Legt man im Mittel das 1,5-fache entsprechend 3/5 des Gesamtverbrauchs für Leer- und Lastfahrt zugrunde, so ergibt sich bei Verwendung einer Eraftstoff-Wasseremulsion gemäß vorliegender Erfindung für einen Fuhrpark eine Kraftstoffersparnis, die sich auf 3/5 des Gesamtverbrauchs eines Fuhrparks an reinem Dieselkraftstoff erstreckt. Die Kraftstoffersparnis und die Leistungssteigerung durch Verwendung einer Wasser-Fraftstoffemulsion gemäß vorliegender Erfindung ergeben sich, ohne daß irgendwelche Änderungen am Motor erforderlich sind, d.h. bei unverändertem Fördervolumen der Einspritzpumpe. Hierbei erfolgt die Verbrennung mit steigendem Wasseranteil unter einem zunehmenden Luftüberschuß gegenüber dem Betrieb mit reinem Dieselkraftstoff.
Die Verbesserung des Abgases, die einen weiteren Vorteil darstellt, ist darauf zurückzuführen, daß das dem Brennstoff zugesetzte Wasser den Auspuff als überhitzten Dampf verläßt. Die von den Detonationen der WasseItropfen ausgehenden Druckwellen zerstören durch Crackprozesse oder Zwischenreaktionen bei der Verbrennung der Emulsion entstandene unvollständig verbrannte Kraftstoffteilchen, wie z.B. Ruß, vergrößern die Oberfläche der zerstörten Geilchen für den Sauerstoffangriff und ermöglichen eine vollständige Verbrennung.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

¼ Verfahren zum Betrieb einer Verbrennungsmaschine mit Druckeinspritzung mit einer einen Emulgator enthaltenden Kraftstoff-Wasseremulsion, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß eine Dieselkraftstoff-Wasseremulsion verwendet wird, die als Emulgator einen Alkylarylpolyglykoläther in einer Menge von 0,3 bis 2 %, 2 bis 70 % Wasser, gegebenenfalls einen Verdünner in einer Menge bis zu 0,5 % und Rest Dieselkraftstoff enthält.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Kraftstoff-Wasseremulsionen verwendet werden, - die folgende Zusammensetzungen haben, wobei Zwischenwerte zu interpolieren sind: Wasser Emulgator Verdünner Dieselkraftstoff Vol.-% Vol.-% Vol.-% Vol.-% 2 2 0 96 5 2 0 93 10 2 0 88 15 1,75 0 83,25 20 1,5 ° 25 1,75 0 73,25 30 2 0 68 40 0,5 0,5 59 50 0,5 0,5 49 60 0,5 0 39,5 70 0,5 0 29,5
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdünner aus Butylglykol besteht.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsmaschine bei der Leerfahrt mit reinem Dieselkraftstoff und bei der Lastfahrt mit einer Wasser-Kraftstoffemulsion betrieben wird.