DE4139782A1 - Emulgiervorrichtung zum emulgieren von dieselkraftstoff und wasser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Emulgiervorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Mit solchen Vorrichtungen hergestellte Emulsionen aus Dieselöl und Leitungswasser werden dem Motor eines Kraft­ fahrzeuges über bereits vorhandene Einspritzanlagen zuge­ führt. Der Vorteil solcher Vorrichtungen liegt in deren einfachen Aufbau. Das Tanken ist nicht komplizierter als bei Einspritzen von nicht-emulgiertem Dieselkraftstoff. Das Mischungsverhältnis wird im allgemeinen elektronisch geregelt. Hierdurch lassen sich Emulsionen variablen Wassergehaltes herstellen und entsprechend der momentanen Belastung und Drehzahl dem Motor zuführen.

Ein ganz entscheidender Vorteil der Verwendung von Dieselkraftstoff-Wasser-Emulsionen liegt in der Verringe­ rung der Stickoxide sowie der Rußemissionen. Außerdem besteht aufgrund der Rußverringerung die Möglichkeit des Einbaus eines Katalysators.

Ganz allgemein sind an Emulgiervorrichtungen der eingangs genannten Art die folgenden Anforderungen zu stellen:
die zum Herstellen der Emulsion erforderliche Verwirbe­ lung sollte ohne Zuhilfenahme mechanischer (rotierender) Elemente vonstatten gehen;
eine Schaumbildung sollte vermieden werden;
die Emulsion sollte dort erzeugt werden, wo sie tatsäch­ lich benötigt wird, d. h. möglichst unmittelbar im Bereich der Einspritzpumpe;
die Menge der Emulsion sollte dem Verbrauch des Motors anpaßbar sein;
die Emulsion sollte entsprechend der Motorleistung fett oder mager sein; hierzu ist es vor allem erforderlich, den Wassergehalt entsprechend den jeweiligen Betriebsbe­ dingungen in feinfühliger Weise zu steuern;
der bauliche Aufwand der Vorrichtung sollte möglichst gering gehalten werden, um die Herstellungskosten klein zu halten.

Diese Anforderungen werden von bekannten Emulgiervorrich­ tungen nur ungenügend erfüllt. Insbesondere haben die bekannten Geräte zum Erzeugen der Verwirbelung rotierende Teile in der Wirbelkammer. Deshalb läßt sich eine Schaum­ bildung nicht vermeiden. Diese ist jedoch besonders nach­ teilig, weil hierdurch der Flammpunkt erhöht und damit die Selbstzündung verzögert wird.

Außerden ist das Volumen der mit bekannten Vorrichtungen erzeugten Emulsion relativ groß, was bei häufigem Wechsel der Lastbereiche zu Ungenauigkeiten der dosierten Menge führt. Schließlich muß die benötigte Menge an Emulgat auf Vorrat erzeugt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Emulgier­ vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 derart zu gestalten, daß die Vermischung von Dieselkraftstoff und Wasser so perfekt wie möglich wird. Insbesondere soll die Tropfengröße verringert werden, jegliche Schaumbil­ dung unterbleiben, jegliche sich bewegende Einbauten ver­ mieden werden und der konstruktive Aufbau und damit auch die Herstellungskosten gegenüber bekannten Vorrichtungen verringert werden.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst.

Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt:

Fig. 1 zeigt eine Emulgiervorrichtung in einer Schnitt­ ansicht.

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf die linksseitige Stirn­ seite der Vorrichtung.

Fig. 3 zeigt in vergrößertem Maßstab den rechten der bei­ den Hohlkörper, der sich in der Mischkammer der Vorrich­ tung befindet.

Fig. 4 zeigt eine Ansicht gemäß der Schnittlinie A-A in Fig. 3.

Die Emulgiervorrichtung weist im einzelnen ein Gehäuse 1 auf. Dieses ist in zwei Teilgehäuse 1.1, 1.2 unterteilt. Das Gehäuse umschließt eine Mischkammer mit inneren Wand­ flächen 2. Gehäuseteil 1.1 weist eine Anschlußbohrung 3 auf, die eine Wassereinspritzdüse 4 aufnimmt. Außerdem ist im Gehäuseteil 1.1 ein Anschluß 5.1 zum Zuführen von Dieselkraftstoff vorgesehen. Gehäuseteil 1.2 weist eine Gewindebohrung 7 auf. In diese ist ein Fitting 8 zum Ab­ führen von Dieselkraftstoff-Wasser-Gemisch eingeschraubt. Man erkennt ferner einen Anschluß 5.2 für den Rücklauf von der hier nicht dargestellten Einspritzpumpe.

Gemäß der Erfindung sind innerhalb der Mischkammer zwei Hohlkörper 9.1, 9.2 angeordnet, die jeweils eine Wirbel­ kammer bilden. Zwischen der inneren Wandfläche 2 der Mischkammer und der Außenfläche eines jeden Hohlkörpers 9.1, 9.2 befindet sich ein erster bzw. ein zweiter Zwischenraum 10.1, 10.2. Der erste Zwischenraum 10.1 steht mit den Anschlüssen für Dieselkraftstoff bzw. für Wasser in leitender Verbindung. Der zweite Zwischenraum 10.2 steht mit dem Anschluß 7, 8 für das fertige Gemisch in leitender Verbindung. Die beiden Wirbelkammern sind durch einen Kanal 12 miteinander verbunden. Man erkennt ferner aus Fig. 1 einen Anschluß 5.3, der Bestandteil eines Bypass zwischen dem ersten Zwischenraum 10.1 und dem zweiten Zwischenraun 10.2 ist.

Die erste Wirbelkammer ist über Bohrungen 14.1 in der Wand des ersten Hohlkörpers 9.1 mit den ersten Zwischen­ raum 10.1 leitend verbunden; die zweite Wirbelkammer ist über Bohrungen 14.2 in der Wand des zweiten Hohlkörpers 9.2 mit dem zweiten Zwischenraum 10.2 verbunden.

Wie man weiterhin sieht, ist der Kanal nach Art einer Venturidüse ausgebildet; er bildet somit einen Doppel­ trichter mit einer Engstelle im mittleren Bereich seiner Längserstreckung. Dabei ist der Kanal 12 aus einem zy­ lindrischen Hohlkörper 15 gebildet. Im mittleren Bereich seiner Längserstreckung ist eine kreisförmige Scheibe 16 an den Körper 15 angesetzt. Die beiden Teile 15 und 16 sind einteilig miteinander und beispielsweise durch Gießen hergestellt.

Die beiden Hohlkörper 9.1 und 9.2 haben wenigstens annä­ hernd die Form von Fingerhüten. Sie sind von beiden Sei­ ten her auf den zylindrischen Körper 15 aufgesetzt. Die Verbindung zwischen dem zylindrischen Körper 15 und den beiden Hohlkörpern 9.1, 9.2 kann beispielsweise durch Aufschrauben geschehen.

Die Scheibe 16 ist zwischen den beiden Gehäuseteilen 1.1 und 1.2 eingespannt. Eine Mehrzahl von Bolzenschrauben 17 dient dem Festspannen. Im übrigen trennt die Scheibe 16 die beiden Zwischenräume 10.1 und 10.2 voneinander. Dich­ tungsringe 18 sorgen für zuverlässige Abdichtung.

Aus den Fig. 3 und 4 erkennt man bauliche Einzelheiten der Hohlkörper 9.1, 9.2. Diese Einzelheiten können ent­ scheidend sein für ein optimales Arbeiten der Emulgier­ vorrichtung. So erkennt man unter anderen, daß die von den Hohlkörpern - hier Hohlkörper 9.1 - umschlossene Wir­ belkammer in dieser Darstellung eine im wesentlichen elliptische Gestalt hat. lnsgesamt gesehen hat die Wir­ belkammer die Gestalt eines Rotationsellipsoids. Ferner erkennt man aus Fig. 4, daß die Bohrungen in der Wand des Hohlkörpers 9.1 gegen die Radialrichtung geneigt sind. Auf die angegebenen Neigungswinkel wird verwiesen. Es versteht sich, daß Hohlkörper 9.2 in gleicher Weise gestaltet ist, und zwar bezüglich der Form der Wirbelkam­ mer als auch bezüglich der Neigung der Bohrungen.

Die Emulgiervorrichtung arbeitet wie folgt: die beiden Flüssigkeiten, die in die Anschlüsse von Gehäuseteil 1 eingeführt werden, gelangen zunächst in den Zwischenraum 10.1. Dort findet eine Vorvermischung statt. Dieses tech­ nologisch noch unvollkonmene Gemisch gelangt sodann durch die Bohrungen 14.1 in die erste Wirbelkammer. Dort findet eine weitere, wesentlich gründlichere Emulgierung statt.

Bei der Strömung durch Kanal 12 wird dieses Gemisch etwa auf der Mitte der Kanallänge einem relativ geringen Druck ausgesetzt, und sodann wieder am Ausgang des Kanals 12 einem höheren Druck. Das Gemisch gelangt sodann in die zweite Wirbelkammer, die aus Hohlkörper 9.2 gebildet ist. Auch hier findet eine weitere Vermischung bei gleichzei­ tiger Verkleinerung der Tropfen der beteiligten Komponen­ ten statt. Schließlich tritt das Gemisch aus der zweiten Wirbelkammer durch die Bohrungen 14.2 aus, gelangt in den zweiten Zwischenraum 10.2 und von dort zu Fitting 8, von wo aus es einem Motor (nicht dargestellt) zugeführt wird.

Das Prinzip der Erfindung nutzt somit einen rapiden Wechsel zwischen Spannen und Entspannen aus.

Es versteht sich, daß die gesamte Anlage alle übrigen, normalerweise verwendeten Bauteile umfaßt, nämlich eine Wasserpumpe, einen Wasser-Druckregler, einen Wasserfil­ ter, einen Wassertank, desgleichen eine Dieselkraftstoff- Pumpe, einen Dieselkraftstoff-Druckregler, einen Diesel­ filter sowie einen Dieseltank. Die gesamte Anlage ist mit der üblichen Elektronik gesteuert. Dies ist jedoch nicht Gegenstand der Erfindung.

Claims (12)

1. Emulgiervorrichtung zum Emulgieren von Dieselkraft­ stoff und Wasser mit den folgenden Merkmalen:

• 1.1 ein Gehäuse (1), das eine Mischkammer mit einer inneren Wandfläche (2) enthält;
• 1.2 einen Anschluß (3) am Gehäuse (1) für eine Wassereinspritzdüse (4);
• 1.3 einen Anschluß am Gehäuse zum Zuführen von Dieselkraftstoff;
• 1.4 einen Anschluß (7, 8) am Gehäuse (1) zum Abfüh­ ren von Gemisch aus Dieselkraftstoff und Wasser;

gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

• 1.5 innerhalb der Mischkammer sind zwei Hohlkörper (9.1, 9.2) angeordnet, die jeweils eine Wirbel­ kammer bilden;
• 1.6 zwischen der inneren Wandfläche (2) der Misch­ kammer und der Außenfläche eines jeden Hohlkör­ pers (9.1, 9.2) befindet sich ein erster bzw. ein zweiter Zwischenraum (10.1, 10.2);
• 1.7 der erste Zwischenraum (10.1) steht mit An­ schlüssen für Dieselkraftstoff bzw. Wasser in leitender Verbindung, der zweite Zwischenraum (10.2) steht mit dem Anschluß für das Gemisch in leitender Verbindung;
• 1.8 die beiden Wirbelkammern sind durch einen Kanal (12) miteinander verbunden;
• 1.9 die erste Wirbelkammer ist über wenigstens eine Bohrung (14.1) in der Wand des ersten Hohlkör­ pers (9.1) mit dem ersten Zwischenraum (10.1) verbunden, und die zweite Wirbelkammer ist über wenigstens eine Bohrung (14.2) in der Wand des zweiten Hohlkörpers (9.2) mit dem zweiten Zwischenraum (10.2) verbunden.

2. Emulgiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kanal (12) nach Art einer Venturi­ düse ausgebildet ist (Doppeltrichter).

3. Emulgiervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Zwischenräume (10.1, 10.2) durch eine scheibenförmige Wand (Ringwand 16) voneinander getrennt sind.

4. Emulgiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischkammer und die beiden Hohlkörper (9.1, 9.2) in bezug auf eine zur Strömungsrichtung im Kanal (12) senkrechte Ebene, die den Kanal (12) in zwei gleiche Längsabschnitte unter­ teilt, symmetrisch angeordnet und gestaltet sind.

5. Emulgiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Hohlkörper (9.1, 9.2) jeweils im wesentlichen die Form eines Fingerhutes haben.

6. Emulgiervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kanal (12) aus einem zylindrischen Körper (15) gebildet ist, und daß die beiden Hohlkör­ per (9.1, 9.2) von beiden Seiten her auf den zylin­ drischen Körper (15) aufgeschoben sind.

7. Emulgiervorrichtung nach Anspruch 3 und 6, sowie nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Körper (15) die Ringwand (16) trägt, bzw. mit dieser einteilig verbunden ist.

8. Emulgiervorrichtung nach einen der Ansprüche 3-7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) in zwei Teilgehäuse (1.1, 1.2) unterteilt und die Ringwand (16) zwischen diesen beiden Teilgehäusen eingespannt ist.

9. Emulgiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1-8, da­ durch gekennzeichnet, daß die Wirbelkammern - in einem in Strömungsrichtung durch den Kanal (12) gelegten Schnitt - eine elliptische Gestalt haben.

10. Emulgiervorrichtung nach einen der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß am Gehäuse ein Anschluß (5.2) vorgesehen ist, zum Anschluß einer Rücklauflei­ tung zwischen einer Einspritzpumpe und dem ersten Zwischenraum (10.1).

11. Emulgiervorrichtung nach einen der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Zwischenräume (10.1 und 10.2) über eine Bypassleitung miteinander verbindbar sind.