ES2564754T3 - Método y dispositivo para el funcionamiento de un motor diésel con combustibles en emulsión de composición variable - Google Patents

Abstract

Método para el funcionamiento de un motor diésel (1) con una emulsión de agua-combustible diésel, en el que se modifica o se adapta la proporción de agua de la emulsión de agua-combustible diésel dependiendo del punto de funcionamiento del motor, caracterizado por que el combustible diésel y el agua se suministran a un canal principal (30, 139) en una relación cuantitativa predeterminada por el punto de funcionamiento y se mezclan previamente según la mecánica de fluidos, succionándose la mezcla de agua-diésel desde este canal principal (30, 139) hasta un primer espacio de bomba (33, 142) y transportándola simultáneamente a través de un diafragma o estrangulador de emulsificación (28, 137) para devolverla al canal principal (36, 145) desde un segundo espacio de bomba (30, 139).

Description

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DESCRIPCION

Metodo y dispositivo para el funcionamiento de un motor diesel con combustibles en emulsion de composicion variable

La invention concierne a un metodo para el funcionamiento de un motor diesel con una emulsion de agua- combustible diesel segun el preambulo de la reivindicacion 1. La presente invencion concierne ademas a un dispositivo de emulsification segun el preambulo de la reivindicacion 8.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION

La combustion del motor diesel se caracteriza por que un combustible apto para autoencendido se inyecta a presion muy elevada por medio de una tobera de inyeccion en una cavidad del espacio de combustion dispuesta en el piston. Despues de la atomizacion y vaporizacion del combustible en el aire de combustion calentado a altas temperaturas por efecto de la compresion, tiene lugar una mezcla de los componentes de combustible ya evaporados con el aire de combustion. Esta formation de la mezcla se logra, por un lado, por efecto de una distribution del combustible por medio de toberas de inyeccion de 6 a 8 agujeros y, por otro lado, por efecto de un vortice de aire generado en los canales de entrada. A continuation, tienen lugar la preparation qulmica de la mezcla de combustible-aire por medio de procesos de craqueo de las moleculas de combustible relativamente grandes, as! como la formacion de radicales activos. Si la concentration de radicales activos es suficientemente alta, comienza el autoencendido de la mezcla de combustible-aire en forma de una reaction en cadena. El tiempo necesario para los procesos flsicos y qulmicos de formacion de mezcla se designa como tiempo de retardo de encendido. Debido a la inyeccion directa del combustible y al corto tiempo as! disponible para la formacion de la mezcla, la combustion adicional se desarrolla en una mezcla de combustible-aire con una distribucion de combustible localmente no homogenea. La fase de inflamacion de esta mezcla de combustible-aire “no homogenea” se caracteriza por la aparicion de “germenes de encendido” en zonas de la mezcla ya inflamables. En el desarrollo ulterior de la combustion reaccionan primero las gotitas de combustible que han llegado al comienzo de la inyeccion de combustible al aire de combustion caliente comprimido y para las que esta disponible as! un tiempo relativamente largo para la preparacion de la mezcla. Esta fase de combustion denominada tambien combustion de mezcla “premezclada” se caracteriza, debido a reacciones de combustion que se desarrollan con relativa rapidez, por temperaturas de combustion mas altas y, por tanto, una mayor formacion termica de oxidos de nitrogeno y una menor formacion de hollln. Sin embargo, durante esta primera fase de combustion se quema solamente una parte de la mezcla de combustible-aire determinada por la duration del tiempo de retardo de combustion. La cantidad de mezcla restante dependiente de la carga requerida del motor, la cual no es todavla inflamable en el momento del comienzo de la combustion, se prepara primero en el trascurso ulterior del proceso de combustion por medio de temperaturas del gas fuertemente crecientes y un intenso movimiento de la carga, y se quema entonces en parte bajo deficiencia de aire con una velocidad de combustion relativamente baja. Esta fase de combustion denominada tambien combustion de “difusion controlada” se caracteriza por una formacion de hollln que se presenta primeramente en caso de deficiencia de aire local y por una oxidation adicional subsiguiente no completa de hollln junto con una simultanea formacion menor de oxidos de nitrogeno.

De las diferentes fases del proceso de combustion y los correspondientes mecanismos de la formacion de contaminantes resulta una correlation tlpica para la combustion de motor diesel entre las emisiones de oxidos de nitrogeno y hollln, que se designa tambien compromiso (trade-off) de partlculas de NOx. Esta correlacion de partlculas de NOx significa que, durante la sintonizacion de los parametros de funcionamiento de motor, por ejemplo del momento de inyeccion, con bajas emisiones de NOx bajas es inevitable simultaneamente un aumento de las emisiones de hollln/partlculas.

Para mantener las emisiones de contaminantes legalmente prescritas de los motores diesel se utilizan tanto medidas internas al motor como tambien metodos de tratamiento posterior de gas de escape. A las medidas internas a motor pertenecen como medidas mas importantes para mejorar la formacion de mezcla de combustible-aire el uso de sistemas de inyeccion de alta presion, que hacen posibles presiones de inyeccion de mas de 200 MPa. La fragmentation mejorada as! lograda del ahorro de inyeccion en gotitas de combustible mas pequenas conduce a un mezclado mejorado del combustible con el aire de combustion y, por tanto, a zonas de mezcla menos superengrasadas y, de manera correspondiente, a emisiones de hollln y partlculas claramente menores. La formacion de mezcla as! intensificada tiene como consecuencia, debido a temperaturas de combustion mas altas, unas emisiones de NOx correspondientemente mas altas que deben evitarse mediante un exceso de aire incrementado a traves de presiones de alimentation elevada y evoluciones optimizadas de las cantidades de inyeccion. Una medida adicional consiste en el retorno de gas de escape (AGR) esencialmente utilizado tambien en motores pesados de vehlculos comerciales. No obstante, mediante emisiones de hollln o partlculas nuevamente crecientes se fijan llmites a la tasa de retorno de gas de escape y, por tanto, tambien a la posible reduction de NOx debido a un contenido de oxlgeno decreciente en el aire de combustion.

Dado que las medidas descritas internas al motor para la reduccion de contaminantes no son suficientes para quedar por debajo de los valores llmite del gas de escape, en motores de vehlculos industriales recien matriculados,

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que deben cumplir las clases de contaminantes Euro 5 y Euro 6, se utilizan sistemas de catalizador DeNOX con urea como medio de reduction y sistemas de filtro de partlculas conocidos aisladamente de motores diesel para su uso en automoviles de turismo. Para conseguir los tiempos de emision, el comportamiento de emision en bruto del motor diesel debe adaptarse a los sistemas de tratamiento posterior del gas de escape utilizados. Asl, en motores diesel tlpicos Euro 5, se reduce a los valores llmites correspondientes la emision de partlculas a traves de sistemas de inyeccion de rail comun (CR) flexiblemente sintonizables con una presion de inyeccion de 160 a 180 MPa, mientras que la emision de oxidos de nitrogeno se reduce lo suficiente casi siempre por el uso de sistemas DeNOx basados en urea. Se reduce parcialmente la emision de NOx tambien por medio de una combination de retorno de gas de escape y sistema DeNOx propuesto. La combinacion de metodos tolerable que se aplique economicamente depende sustancialmente de la emision en bruto de un motor diesel. En motores diesel del escalon de emision Euro 6 son necesarios la aplicacion de sistemas de inyeccion mas optimizados con presiones de inyeccion de 200 MPa y mas para la reduccion adicional de partlculas, asl como combinaciones mas eficientes de sistemas AGR-DeNOx. En particular, es necesaria la utilization de sistemas AGR con tasas AGR claramente mas elevadas y sistemas DeNOx con tasas de conversion de NOx de hasta el 90 por ciento. Si los valores llmite de emision de NOx no se cumplen debido al uso descrito de sistemas AGR y DeNOx, es inevitable el uso adicional de un sistema de filtro de partlculas con la sintonizacion correspondientemente adaptada de los sistemas AGR y DeNOx.

Por tanto, se puede constatar que el escalon de emision Euro 5 y, especialmente, Euro 6, valido para motores de vehlculos industriales pesados puede alcanzarse solamente con un aumento de gasto tecnico y economico considerable. En todas las combinaciones de metodos para la reduccion de las emisiones de NOx y partlculas hay que contar con un empeoramiento del comportamiento de consumo del combustible debido a una contrapresion de gas de escape elevada condicionada por el catalizador y a medidas de adaptation eventualmente necesarias del proceso de combustion. No obstante, en este caso se persigue basicamente una emision en bruto de NOx y partlculas del motor lo mas pequena posible, dado que asl el coste resulta mas reducido en el lado de tratamiento posterior del gas de escape.

Aparte de las medidas internas al motor y al uso de sistemas de tratamiento posterior de gas de escape, los combustibles modificados en su composition representan en principio tambien una interesante posibilidad para reducir las emisiones de contaminantes en motores diesel. En este caso, existe ya desde hace tiempo un interes especial en la adicion de agua y oros componentes, como alcoholes, a combustible diesel, dado que de esta forma se puede influir favorablemente sobre el compromiso de oxidos de nitrogeno-hollln; vease Bach, F., Luft, M., Bartosch, S., Spicher, U: Influencia de combustibles en emulsion de diesel-etanol-agua sobre las emisiones de un motor diesel. MTZ 05/2011, paginas 408-414.

Cuando se usa una emulsion de agua en combustible diesel, se inyecta en el espacio de combustion por el sistema de inyeccion existente en lugar del combustible diesel puro, una emulsion agua-diesel ya preparada utilizando un aditivo de emulsification o una emulsion generada a bordo de un vehlculo. La production de la emulsion en el vehlculo tiene la ventaja de que puede elegirse de una manera relativamente libre la proportion de agua en el combustible mixto habida cuenta de los llmites tecnicos de la combustion con respecto a una reduccion de contaminantes lo mas elevada posible.

Aparte del uso de emulsiones de agua en combustible diesel, existe basicamente tambien la posibilidad de aplicar las propiedades ventajosas del agua para reducir las temperaturas de combustion mediante la inyeccion de agua en el aire de aspiration y la inyeccion directa del agua en el espacio de combustion. Debido a la elevada entalpla de evaporation del agua se tiene que, con la adicion en el tubo de aspiracion y, especialmente con la inyeccion directa, se consigue un enfriamiento considerable del aire de aspiracion o del aire de combustion en el cilindro y, por tanto, tambien de las emisiones de oxidos de nitrogeno de hasta el 50 por ciento. No obstante, la reduccion de las emisiones de hollln resulta menor debido a la mezcla relativamente pequena del combustible diesel con agua en el espacio de combustion y a la homogeneizacion asl menor del combustible diesel en el espacio de combustion en comparacion con los combustibles en emulsion; vease el documento DE 10 2009 048 223 A1. Por tanto, los combustibles en emulsion ofrecen, junto a una utilizacion mas sencilla en motores de serie, un alto potencial para reducir los componentes contaminantes crlticos en gas de escape de motores diesel.

Las emisiones de agua-diesel pueden considerarse como sistemas dispersos de varias fases de al menos dos llquidos insolubles en una mezcla, en los que se considera el agua como fase dispersa interior. El combustible diesel representa de manera correspondiente la fase exterior, el medio dispersante. Las emulsiones de agua-diesel no son termodinamicamente estables y se disocian tras una vida util relativamente corta. Gracias al uso de materiales auxiliares de emulsificacion, los denominados emulgentes, es basicamente posible transformar una emulsion de agua-diesel en una forma termodinamicamente estable. Un criterio importante para la adecuacion de una emulsion como combustible para motores diesel lo representa en este caso la distribution mas fina posible de las gotitas de agua en el combustible diesel. Para el uso movil son adecuadas las emulsiones generadas en el vehlculo utilizando un emulgente o, cuando no se utilice ningun emulgente, un dispositivo de mezcla correspondiente. El uso de emulsiones generadas fuera de un vehlculo, que, por ejemplo, estan disponibles en las gasolineras, presenta una composicion constante que no se adapta a los requisitos del funcionamiento del motor y, por tanto, no hace viable el

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potencial posible con respecto a la reduccion de emisiones y consumo.

La accion de las emulsiones de agua-diesel consiste, por un lado, en un descenso de temperatura que surge con la evaporation de agua y, por otro, en temperaturas de combustion reducidas debido a la elevada proportion de gas inerte en forma de vapor de agua. Ambas cosas llevan a un alargamiento del retardo de encendido tlpico que conduce a una distribution mas uniforme (mas homogenea) del combustible en el espacio de combustion y, por tanto, a una proporcion mayor de la combustion “premezclada”. La homogeneizacion as! reforzada de la mezcla en union con las gotitas de agua finamente distribuidas en la emulsion conduce a una reduccion de zonas de mezcla muy ricas en combustible y, por tanto, superengrasadas que son sustancialmente responsables de la production de hollln durante el proceso de combustion. La reduccion de las emisiones de oxidos de nitrogeno puede atribuirse a una disminucion clara de la temperatura de la llama debido tanto a la elevada entalpla de evaporacion del agua como tambien a la liberacion de calor especifica local mas reducida, condicionada por el agua, en la zona de combustion; vease Pittermann, R., Hinz, M., Kauert, L: Influencia del retorno de gas de escape y la emulsion de combustible-agua sobre el desarrollo de la combustion y la formation de contaminantes en el motor diesel. MTZ 60(1999)12, paginas 812-818. El retorno de gas de escape (AGR) utilizado cada vez mas para reducir las emisiones de NOx provoca tambien temperaturas de llama reducidas de manera correspondiente a la proporcion de gas inerte elevada. No obstante, a tasas AGR mas elevadas surgen emisiones de hollln fuertemente incrementadas que pueden evitarse en la combination con combustibles en emulsion de agua-diesel. Por tanto, se incrementan el uso de combustibles en emulsion de agua-diesel, la tolerancia AGR y, por tanto, el potencial para la reduccion de NOx y hollln.

Una premisa adicional para el uso optimo de un combustible en emulsion consiste en la necesidad de una adaptation del componente de agua en la emulsion a los diferentes estados de funcionamiento del motor, la desconexion y el arranque del motor incluso despues de una parada bastante larga.

En la fase de puesta en marcha del motor diesel pueden lograrse un arranque seguro y rapido y un calentamiento rapido del motor solamente en el funcionamiento con combustible diesel puro, dado que ya tras algunos ciclos de trabajo se consigue una combustion estable. Cuando se usa una emision de agua-diesel, se eleva tambien en la fase de arranque, debido a la capacidad de autoencendido empeorada de la emulsion, el numero de ciclos de trabajo sin combustion con emisiones correspondientemente elevadas de combustible no quemado. En la fase de calentamiento puede elevarse la proporcion de agua en la emulsion de manera correspondiente al calentamiento del motor.

Con un funcionamiento del motor en gran medida estacionario y con una alta potencia se tiene que, debido a las temperaturas mas elevadas del espacio de combustion, puede estar contenida una proporcion mayor de agua en la emulsion para lograr as! un proceso de combustion de rendimiento lo mas optimo posible junto con una reduccion simultaneamente elevada de las emisiones de NOx y partlculas. En estados de carga mas baja y con temperaturas correspondientemente menores del espacio de combustion, es necesaria una reduccion de la proporcion de agua en la emulsion para evitar un enfriamiento demasiado intenso de las zonas de la llama con emisiones elevadas de combustible no quemado. El funcionamiento del motor en su mayor parte estacionario con modificaciones tan solo relativamente lentas de carga y numero de revoluciones del motor no requiere instalaciones de emulsification dinamica.

El uso de todo el potencial de una emulsion de agua-diesel para la reduccion de NOx y hollln es basicamente posible solo cuando la proporcion de agua, dependiendo del punto de funcionamiento, esta lo mas cerca posible del correspondiente llmite tecnico de combustion. Para el funcionamiento dinamico que sucede tlpicamente en el sector de los vehlculos, esto significa que es absolutamente necesaria una adaptacion muy rapida de la proporcion de agua a las temperaturas momentaneas del espacio de combustion y al contenido de oxlgeno disponible para la combustion cuando se usa el retorno de gas de escape. Cuanto mas rapidamente se realice la adaptacion de la proporcion de agua al estado de funcionamiento momentaneo del motor, tanto mas alta sera la reduccion de emisiones. Estos es tanto mas importantes cuanto que la determination del comportamiento de emision de los motores diesel para vehlculos industriales y maquinas de trabajo moviles se realiza aplicando ciclos de prueba de gas de escape transitorios.

ESTADO DE LA TECNICA

En el documento DE 10 2009 048 223 A1 se describe un metodo para producir una microemulsion en el que combustible diesel y agua se separan por medio de dos sistemas de inyeccion de rail comun y se suministran a alta presion a una camara de mezclado dispuesta entre los acumuladores de alta presion para diesel y agua y la tobera de inyeccion. En esta camara de mezclado se realiza la formacion de una microemulsion por efecto del emulgente ya contenido en el combustible diesel. Gracias a esta disposition de la camara de mezclado relativamente pequena a corta distancia delante del inyector y a los pequenos volumenes de la camara de mezclado y del conducto de inyeccion as! posibles debe ser factible una adaptacion rapida entre la proporcion de agua en la emulsion suministrada al inyector, que dure solo unos pocos ciclos de trabajo, y el punto de funcionamiento del motor diesel. Este metodo requiere el uso de emulgentes especiales que hagan posible una formacion de emulsion agua-diesel

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muy rapida.

Por el documento DE 10 2005 044 046 B4 se conoce un metodo que suministra agua y combustible diesel con una presion de hasta 200 MPa a una tobera de emulsificacion de alta presion a contracorriente por medio de un piston escalonado hidraulicamente accionado. La emulsion de agua-diesel generada se mantiene en varios acumuladores intermedios cargados por resorte, que tienen tambien una funcion amortiguadores, y, segun la demanda, se conduce a los inyectores a traves de un tubo de distribucion. Por tanto, este dispositivo representa en principio, una bomba emulsificadora y de alta presion combinada comparable con la bomba de alta presion de diesel de un sistema de inyeccion de rail comun usual. Los volumenes de acumulador de combustible relativamente grandes en la bomba de alta presion y en el conducto distribuidor que va a los inyectores no admiten una adaptation rapida de la composition en emulsion dentro de unos pocos ciclos de trabajo. En particular, el funcionamiento diesel puro o el funcionamiento con proporciones de agua reducidas, necesario durante el arranque del motor y la fase de calentamiento, requiere un almacenamiento previo correspondiente del combustible, por ejemplo en union de un dispositivo de barrido para el conducto distribuidor de alta presion y los conductores de inyeccion, lo que no esta previsto en el dispositivo publicado.

Otro problema podrla ser el peligro de la coalescencia y, por tanto, de la separation de fases de la emulsion de agua-diesel, que surge debido a una duration de permanencia relativamente larga de la emulsion en los acumuladores y los conductos de inyeccion, en particular con una carga reducida del motor.

Por el documento DE 44 12 965 A1 se conocen un metodo y un dispositivo para controlar el suministro de combustible diesel y de emulsion de agua-diesel en bombas de inyeccion en serie, en los que, en funcion del estado de carga del motor, se generan emulsiones de composicion diferente en una instalacion de mezclado y se suministran estas a continuation a la bomba de inyeccion, o bien existe exclusivamente un funcionamiento diesel. Para acortar el tiempo de reaction entre la generation de una emulsion modificada y la inyeccion de esta emulsion, se barre correspondientemente el denominado espacio de bomba de baja presion segun el aumento o la reduction deseados de la proportion de agua en la emulsion procedente de un acumulador de emulsion o de diesel. Asimismo, se presenta una conmutacion realizada en funcion del modo de funcionamiento para pasar del funcionamiento de emulsion al funcionamiento diesel puro. En particular, el motor debe hacerse funcionar al ralentl con combustible diesel puro, mientras que con carga mas alta se le conmuta al funcionamiento de emulsion. La repercusion de este tiempo muerto existente entre la formation de la emulsion y la provision al inyector sobre el comportamiento de funcionamiento y emision depende sustancialmente del volumen del sistema en la zona de la generacion de emulsion y del volumen de combustible que se ha de intercambiar en la zona de alta presion del sistema de inyeccion. En cualquier caso, la adaptacion a las condiciones de funcionamiento dinamicas puede realizarse de una manera tan solo relativamente lenta.

Ninguno de los metodos y dispositivos anteriormente presentados ofrece una solution para el barrido de toda la zona de alta presion de los dispositivos de inyeccion con combustible diesel tras la desconexion del motor para evitar, por un lado, problemas de encendido y, por tanto, de emision al volver a arrancar el motor y para prevenir la corrosion eventualmente producida y/o el desgaste producido en el sistema de inyeccion.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

El problema de la presente invention consiste en proporcionar un metodo y un dispositivo para hacer funcionar un motor diesel con una emulsion de combustible diesel-agua generada en el vehlculo, que presenta una proporcion de agua dinamicamente modificable y dependiente de la carga y del numero de revoluciones.

SOLUCION DEL PROBLEMA SEGUN LA INVENCION

El problema mencionado se resuelve con un metodo segun la reivindicacion 1 o un dispositivo segun la reivindicacion 8. Perfeccionamientos ventajosos son objeto de las reivindicaciones subordinadas.

En particular, la generacion de una mezcla de combustible-agua, de manera especialmente preferida una emulsion de agua-combustible diesel, se realiza segun la invencion por un dispositivo de emulsificacion mecanico dispuesto preferiblemente en la parte de alta presion de un sistema de inyeccion y/o entre un acumulador de combustible y una tobera de inyeccion o una valvula de inyeccion o inyector.

Ademas, la invencion concierne a un dispositivo de mezclado apropiado para disponerlo como medio de adicion de agua en la parte de alta presion de un sistema de inyeccion de combustible de rail comun y dotado de un sistema de emulsificacion de alta presion hidraulicamente accionado, en el que los medios suministrados por separado, combustible diesel y agua, se mezclan primero en un mezclador previo mecanico y, a continuacion, se conducen a un clrculo de recirculation o circuito de recirculation interior para generar una emulsion de agua-diesel suficientemente homogenea y estable.

La generacion de la emulsion se realiza de preferencia - particularmente a traves de un dispositivo de emulsificacion mecanico -sin utilizar emulgentes.

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En el metodo realizado segun la invencion unos sistemas de emulsificacion de alta presion mecanicos, preferiblemente compactos, dispuestos en el conducto de inyeccion entre el acumulador de alta presion de combustible diesel de un sistema de inyeccion de diesel de rail comun convencional y el correspondiente inyector, estan dispuestos lo mas cerca posible delante de los inyectores, habida cuenta de las condiciones de montaje en los motores diesel de rail comun actuales. En caso de modificacion del punto de funcionamiento del motor, se tiene que, debido a los volumenes del conducto de inyeccion as! minimizados, una adaptation correspondiente de la proportion de agua en la emulsion lleva ya, pocos ciclos de trabajo mas tarde, a una inyeccion de la correspondiente emulsion (figura 1). El tiempo de reaction muy corte as! conseguido con cargas de motor mas altas entre la modificacion de la composicion en emulsion y la inyeccion de esta emulsion es una premisa importante para una proporcion de agua dosificada incluso durante el funcionamiento dinamico del motor lo mas cerca posible del llmite tecnico de combustion. Por tanto, se consigue una reduction lo mayor posible de las emisiones de NOx y hollln.

Ademas, la invencion hace posible el intercambio de la emulsion por un combustible diesel puro al desconectar el motor, de modo que tenga lugar el proceso de arranque con un combustible diesel puro. Por tanto, las emisiones de arranque en frlo y calentamiento relevantes para el gas de escape se mantienen al nivel del motor diesel convencional y se impiden procesos de corrosion en el sistema de inyeccion incluso en paradas bastante mas largas.

En particular, se propone un dispositivo de emulsificacion de alta presion compacto e integrable en un sistema de inyeccion de diesel de rail comun o de acumulador existente para generar una microemulsion de agua-diesel estable, habida cuenta de los volumenes de acumulador lo mas reducidos posible necesarios para el funcionamiento dinamico.

La disposition representada de los sistemas de emulsificacion asociados por cilindros es especialmente ventajosa para reducir los volumenes de los conductos de inyeccion entre el dispositivo de emulsificacion y el inyector. En motores que, debido a una longitud de construction mas pequena y a un tendido del conducto de inyeccion mas favorables, presentan volumen de conducto de inyeccion mas cortos entre el dispositivo de emulsificacion y el inyector, es en principio posible tambien reducir el numero de los dispositivos de emulsificacion de manera que un dispositivo de emulsificacion abastezca dos o mas inyectores.

Los sistemas de emulsificacion se abastecen a traves de un tubo de distribution de agua de alta presion con combustible diesel del acumulador de combustible y con la cantidad de agua, necesaria para la composition en emulsion dependiente del punto de funcionamiento, que es facilitada por una bomba de dosificacion de alta presion hidraulicamente accionada. La dosificacion de agua se realiza sobre la base del consumo de combustible diesel determinado por contadores de medida, en particular contadores de medida de volumen, en recorrido de ida del combustible y en el de retorno, para lo cual se calculan valores de campo caracterlsticos de las proporciones de agua en la emulsion, archivados por campos caracterlsticos en un aparato de control adicional, teniendo en cuenta la temperatura del agua de enfriamiento y/o la presion medida por un sensor de presion en el acumulador de combustible del motor, y se suministran dichos valores como senal de control a la bomba de dosificacion de alta presion.

Debido al poder calorlfico del combustible en emulsion que disminuye al aumentar la proporcion de agua, debe prolongarse la duration de la inyeccion de combustible en el espacio de combustion del motor para conseguir un comportamiento de potencia correspondiente al funcionamiento diesel de base. Para ello es necesaria de forma ideal una adaptacion del campo caracterlstico de la cantidad de inyeccion en el aparato de control del sistema de inyeccion. No obstante, alternativamente, pueden prolongarse tambien correspondientemente las senales de inyeccion para los inyectores a traves del aparato de control adicional. No obstante, se fijan llmites a una prolongation de la duracion de inyeccion para la adaptacion al poder calorlfico reducido de la emulsion mediante un retardo del proceso de combustion en el tiempo de expansion y al empeoramiento ligado a ello en el rendimiento termico del motor. En caso de que la prolongacion de la duracion de inyeccion no sea suficiente para representar la potencia nominal del motor, en sistemas de inyeccion de rail comun existe la posibilidad de adaptar de manera correspondiente la cantidad de inyeccion mediante una elevation de la presion en el acumulador diesel.

Una caracterlstica adicional del metodo segun la invencion consiste en que, dependiendo del estado de funcionamiento del motor, se hace posible un modo de funcionamiento de emulsion o de diesel, en particular un modo de funcionamiento de diesel puro.

El motor caliente en funcionamiento se hace funcionar en general con una emulsion de agua-diesel en la composicion adaptada al estado de carga. En este caso, con cargas de motor elevadas y temperaturas de combustion y de motor correspondientemente altas se pretende una reduccion lo mas intensa posible de las emisiones de NOx y hollln mediante una proporcion de agua elevada en la emulsion de hasta 50 por ciento. La magnitud de la proporcion de agua se limita por un empeoramiento del rendimiento termico debido a un proceso de combustion retardado, as! como a emisiones de monoxido de carbono y hollln crecientes. Gracias a los volumenes

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del conducto de combustible sintonizados con tiempos muertos reducidos entre la formacion de una emulsion de agua-diesel predeterminada segun un campo caracterlstico y la provision de esta emulsion al inyector se consigue una adaptation de la proportion de agua a la carga momentanea del motor suficientemente rapida tambien para el funcionamiento dinamico del motor.

Con carga decreciente y temperaturas del espacio de combustion correspondientemente mas bajas es necesaria una reduction de la proporcion de agua en la emulsion para cumplir con el proceso de combustion termodinamicamente favorable. Esto puede significar una transition al funcionamiento de combustible diesel puro incluso para un funcionamiento al ralentl estable y pobre en emisiones. En este caso, ya no se suministra agua al dispositivo de emulsification, por ejemplo mediante la desconexion de la bomba de dosificacion, y la emulsion aun presente en el conducto de inyeccion se consume dentro de 5 a 10 segundos.

En la fase de puesta en marcha del motor diesel es posible un arranque rapido y en la primera fase del calentamiento es posible un calentamiento rapido del motor solamente durante el funcionamiento de combustible diesel, ya que, durante el uso de una emulsion de agua-diesel, se presenta, debido al enfriamiento de la carga de los cilindros un claro empeoramiento de las condiciones de encendido durante el arranque en frlo, ligado a unas emisiones fuertemente elevadas de combustible no quemado. Por tanto, ya al desconectar el motor es necesario sustituir por combustible diesel la emulsion de combustible contenida en el dispositivo de emulsificacion y en las correspondientes secciones del conducto de inyeccion. Esto puede lograrse por medio de una valvula de barrido dispuesta entre el dispositivo de emulsificacion y el inyector, la cual abre una union al retorno de fugas al efectuar la desconexion del motor, de modo que el combustible diesel que sigue fluyendo desde el acumulador de diesel a alta presion a traves del dispositivo de emulsificacion desaloja a emulsion. La apertura de la valvula de barrido es posible durante las ultimas revoluciones del ciguenal antes de la parada. La duration de la apertura de la valvula de barrido se calcula de modo que se barra y se expulse completamente el volumen de emulsion en las condiciones de presion existentes en el acumulador de diesel a presion.

Para realizar el metodo descrito con miras a hacer funcionar un motor diesel con una emulsion de agua-diesel es necesario integrar un dispositivo de production del combustible en emulsion dentro del sistema de inyeccion de rail comun diesel o de acumulador.

En el dispositivo de emulsificacion segun la invention se suministran a un taladro de paso combustible diesel que se encuentra al nivel de presion del acumulador de diesel, as! como la proporcion de agua necesaria para una emulsion procedente de una bomba de dosificacion de alta presion y se mezclan previamente ambos componentes por medio de un tubo de mezcla y/o un mezclador de turbulencia. En este taladro de paso se extrae entonces, con ayuda de un piston hidraulicamente accionado, una parte de la mezcla existente, y durante la carrera de transporte siguiente se la suministra de nuevo al canal de paso o al canal principal a traves de un diafragma de emulsificacion o un estrangulador de emulsificacion. El piston se solicita por ambos lados. Por tanto, durante la carrera de extraction se realiza tambien simultaneamente un desalojo de la mezcla a traves del estrangulador de emulsificacion.

Es tambien posible de manera especialmente preferida adaptar la circulation de los volumenes de emulsion a la cantidad de emulsion necesaria para el funcionamiento del motor mediante el control de la frecuencia de carrera del piston de emulsificacion. Asimismo, la circulacion de los volumenes de emulsion se elige entonces mayor en el factor 2 a 3 que el volumen de emulsion consumido en el mismo intervalo de tiempo por el motor.

El combustible a emulsificar se conduce a un circuito de recirculation lo mas pequeno posible en volumen. En el funcionamiento a plena carga, el espacio de trabajo, en particular el segundo espacio de bomba, del cilindro de emulsificacion se llena con 2 a 3 veces la cantidad maxima de inyeccion, lo que es suficiente a una frecuencia de carrera maxima del piston de emulsificacion de 5 s-1 para abastecer al motor continuamente con una emulsion fina prealmacenada en el taladro de paso o en el canal principal.

En una configuration muy especialmente preferida del sistema de recirculacion esta previsto que el volumen de combustible mixto extraldo del taladro principal por el piston de emulsificacion se elija mayor en el factor 2 a 3 que la cantidad de emulsion inyectada por el inyector para asegurar as! el suministro de emulsion al inyector junto con un tiempo de reaction simultaneamente pequeno a las variaciones de las composiciones en emulsion. Esta adaptacion del volumen de carrera del cilindro de emulsificacion es posible por medio de una modification de la carrera del piston. De manera correspondiente, el piston escalonado esta provisto, en el lado hidraulico, de un sistema codificador de recorrido para la regulation de la position del piston. Otra configuracion preferida del sistema de recirculacion preve que la cantidad de emulsion extralda del canal principal por unidad de tiempo y suministrada de nuevo a este se realice a traves de la frecuencia de carrera o de movimiento del piston o del piston de emulsificacion. Por ejemplo, con una carga del motor mas reducida se extrae una cantidad de emulsion mas pequena del canal principal por unidad de tiempo y se la suministra de nuevo a este, a cuyo fin se reduce la frecuencia de carrera o de movimiento del piston. En este caso, el volumen de emulsion circulante, es decir, extraldo del canal principal por unidad de tiempo y suministrado de nuevo a este, se elige preferiblemente mayor en el factor 2 a 3 que la cantidad de emulsion inyectada en el mismo intervalo de tiempo. De esta manera, se asegura el

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suministro al inyector de una calidad suficientemente buena de la emulsion.

Con la homogeneizacion de alta presion aqui utilizada tiene lugar la formacion de una mezcla homogenea de dos liquidos no miscibles junto con una compensacion de presion muy rapida, por ejemplo mediante tensiones de cizalladura y cavitacion a traves de un estrangulador. En la configuracion que aqui se presenta se genera una diferencia de presion de mas de 100 MPa por medio del piston de emulsificacion. La microemulsion generada en este caso presenta una distribucion muy fina de gotitas de agua muy pequenas con una distribucion de diametro hasta el rango de nm. Las emulsiones con una distribucion correspondientemente homogenea de la fase de agua son ventajosas para el proceso de combustion con una proportion lo mas elevada posible de zonas de mezcla premezcladas y, por tanto, homogeneas con emisiones de NOx y hollm correspondientemente reducidas.

Las altas presiones necesarias para la emulsificacion delante del estrangulador de emulsificacion se generan por un piston escalonado configurado como multiplicador de presion, que esta disenado de manera compensada en presion con respecto a la presion del rail diesel reinante en el taladro principal, es decir, la presion del combustible diesel en el rail o el acumulador. El accionamiento del piston se realiza en este caso por el piston hidraulico en el lado de baja presion del piston escalonado. Debido a la compensacion de presion en el lado de alta presion del piston de emulsificacion, la fuerza a aplicar a traves del piston hidraulico es necesaria solamente para la generacion de la presion de emulsificacion.

El control del movimiento de carrera del piston de emulsificacion se realiza mediante la solicitation alternativa del piston hidraulico con un fluido hidraulico que se facilita por un grupo hidraulico que presenta preferiblemente una bomba de ajuste. El grupo hidraulico se acciona directamente por el motor para mejorar el rendimiento total. La regulation de carrera del piston de emulsificacion se realiza para todos los sistemas de emulsificacion mediante una activation correspondiente de la valvula de varias vias para el accionamiento del piston. La activation de la valvula de varias vias se realiza en este caso, preferiblemente, por el aparato de control.

Para lograr el rozamiento de las juntas de sellado de piston en el cilindro de emulsion y, por tanto, el mismo movimiento de carrera del piston de emulsion y mantener tan pequena como sea posible la potencia de accionamiento hidraulico, el tubo del cilindro esta provisto de un revestimiento CLD que presenta coeficientes de rozamiento muy pequenos en union con juntas de sellado de anillo deslizante especiales. La junta de sellado de anillo deslizante es preferiblemente una junta de sellado de anillo deslizante de PTFE. Una configuracion de este tipo del cilindro de emulsion trae consigo la ventaja de hacer posible un buen sellado del piston frente a la pared del cilindro o el tubo del cilindro con un desgaste simultaneamente reducido de las juntas de sellado de piston y las guias.

Las ventajas del metodo segun la invention para el funcionamiento de un motor diesel consisten en que con la integration del sistema de emulsificacion mecanico en un sistema de inyeccion de diesel de rail comun o acumulador puede generarse de manera sencilla y barata una emulsion de agua-diesel con una proporcion de agua dinamicamente modificable. No son necesarios emulgentes en este caso, dado que la emulsificacion de alta presion realizada en un metodo de circulation o recirculation utilizando un diafragma de emulsificacion a presiones de emulsificacion de mas de 100 MPa da como resultado una microemulsion suficientemente estable. La cantidad del combustible emulsionado se determina de forma correspondiente al consumo de emulsion mediante la adaptation del volumen de carrera del cilindro de emulsificacion y/o mediante la frecuencia de carrera del piston de bomba en el dispositivo de emulsificacion. Por consiguiente, resulta una adaptacion ventajosa de la demanda de energia para el proceso de emulsificacion al consumo de combustible real.

Una ventaja adicional del metodo propuesto consiste en la posibilidad de representar en estados de funcionamiento criticos del motor, como el ralenti reducido y la fase de calentamiento tras el arranque en frio, un funcionamiento con combustible diesel libre de agua mediante una simple interruption de la dosificacion de agua. Como complemento de la interrupcion de la dosificacion de agua, puede desconectarse ventajosamente el movimiento del piston de emulsificacion. Debido a la desconexion del movimiento del piston de emulsificacion ya no son recorridos por el combustible los espacios de bomba primero y segundo ni el canal de derivation del canal principal al primer espacio de bomba, ni tampoco el canal de union entre los dos espacios de bomba. Esto lleva a una aceleracion de la reduccion de la proporcion de agua en el combustible diesel.

El funcionamiento de combustible diesel necesario para el proceso de arranque en frio, sin emisiones incrementadas de hidrocarburos no quemados en comparacion con el funcionamiento diesel de base, se consigue por medio de un dispositivo de barrido a traves de un intercambio - que tiene lugar durante el proceso de desconexion precedente - del combustible de emulsion aun presente en el sistema de conducto y en el dispositivo de emulsificacion. La emulsion barrida y expulsada se suministra de nuevo al tanque de diesel o de agua por medio del sistema de fugas con una separation posterior de agua-diesel en un separador de agua. Por tanto, no es necesario otro acumulador intermedio de emulsion.

El metodo segun la invencion y el dispositivo de emulsificacion segun la invencion pueden utilizarse junto con

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sistemas de inyeccion de diesel de rail comun o acumulador incluso en sistemas de bomba-conducto-tobera convencionales. Por sistemas de bomba-conducto-tobera se entienden tambien a continuacion aquellos sistemas de bomba-tobera en los que bomba y tobera estan alojadas en una misma carcasa.

En sistemas de bomba-conducto-tobera de este tipo (a continuacion tambien sistema PLD) es ventajoso integrar el sistema de emulsificacion en el circuito de abastecimiento de baja presion de la bomba de inyeccion.

La posibilidad de la modificacion rapida de la concentracion de agua en la emulsion de agua-diesel se mantiene al menos en gran medida. El funcionamiento diesel puro ventajoso para el proceso de desconexion y arranque puede materializarse por medio de procesos de barrido en la zona de baja presion del sistema.

En este caso, los motores diesel que estan equipados con un dispositivo de emulsificacion segun la invencion y/o los dispositivos de emulsificacion segun la invencion se pueden hacer funcionar tambien con otros combustibles en emulsion. En el combustible en emulsion puede estar contenido entonces combustible diesel, biodiesel y/o combustible diesel sintetico. Como componente adicional del combustible en emulsion puede estar contenido entonces en el combustible en emulsion un componente adicional no miscible con el componente o componentes antes citados. El componente adicional puede ser preferiblemente agua o mezclas de agua-alcohol.

Preferiblemente, la proporcion de agua en la emulsion de agua-diesel es regulada por un aparato de control. En este caso, se trata preferiblemente de un aparato de control adicional para controlar el dispositivo de emulsificacion. La regulacion se realiza entonces preferiblemente en funcion de la carga del motor, el numero de revoluciones y/o la temperatura del agua de refrigeracion. Ademas, como complemento o alternativa a la regulacion de la proporcion de agua en la emulsion de agua-diesel puede regularse por el aparato de control la sustitucion de la emulsion de agua- combustible diesel por combustible diesel, por ejemplo como proceso de barrido durante la desconexion del motor.

EJEMPLO DE REALIZACION

La invencion se explica a modo de ejemplo a continuacion con ayuda del dibujo. En el dibujo muestran:

La figura 1, un esquema de sistema para un motor de 6 cilindros con los respectivos dispositivos de emulsificacion asociados a los cilindros individuales;

La figura 2, un esquema de sistema para un motor de 6 cilindros con los dispositivos de emulsificacion asociados a cada dos cilindros,

La figura 3, una representacion de principio de un dispositivo de emulsificacion segun la invencion,

La figura 4, una representacion de principio de otro dispositivo de emulsificacion segun la invencion para sistemas de inyeccion segun el principio de bomba-conducto-tobera, y

La figura 5, un esquema de sistema para un sistema de inyeccion segun el principio de bomba-conducto- tobera.

En la figuras, para componentes y elementos iguales o equivalentes se utilizan los mismos slmbolos de referencia, obteniendose propiedades y ventajas correspondientes aun cuando se suprima una descripcion reiterada por motivos de simplificacion.

La figura 1 muestra en una representacion esquematica un motor diesel 1 segun lo propuesto con, particularmente, varios dispositivos de emulsificacion 2 segun lo propuesto, que estan integrados aqul preferiblemente en un sistema de inyeccion 3 del motor diesel 1 o asociados a este.

En particular, los dispositivos de emulsificacion 2 estan dispuestos o integrados particularmente en los conductos de alta presion o de inyeccion 4 entre un rail de diesel o carril colector 5 y toberas de inyeccion, valvulas de inyeccion o inyectores 6. El motor 1 segun lo propuesto puede accionarse con una emulsion de agua y diesel con composition variable hasta obtener un combustible diesel.

El motor 1 o el sistema de inyeccion 3 presenta preferiblemente un tanque de diesel 7, una bomba de presion previa de diesel 8, un filtro de diesel 9, un contador de combustible 10, en particular un contador de volumen de combustible, y/o una bomba de alta presion de diesel 11 en el conducto de alimentation al carril colector 5. En este caso, la bomba de alta presion de diesel 11 y/o el carril colector 5 pueden presentar preferiblemente una regulacion de alta presion 112 y/o un retorno de combustible 113 al tanque de diesel 7. Ventajosamente, en el rail de diesel esta integrado un sensor de presion 111 que envla senales de medicion al aparato de control 22 sobre la presion de combustible diesel actualmente reinante en el acumulador.

Un conducto de fugas o de retorno 12 retorna desde el carril colector 5 y/o desde la bomba de alta presion de diesel 11 al tanque de diesel 7 a traves de un contador de combustible 13.

Los dispositivos de emulsificacion 2 pueden alimentarse respectivamente de preferencia con combustible, en particular combustible diesel, y un componente a mezclar, aqul agua.

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En el ejemplo de representacion, el motor 1 o el sistema de inyeccion 3 presenta preferiblemente un tanque de agua 14, una bomba de presion previa de agua 15, un filtro de agua 16 y/o una unidad de dosificacion 17, en particular una bomba de dosificacion y/o una bomba de alta presion, para alimentar o conducir agua a los dispositivos de dosificacion 2.

El motor 1 o el sistema de inyeccion 3 o el correspondiente dispositivo de emulsificacion 2 y/o la unidad de dosificacion 17 presentan preferiblemente un accionamiento hidraulico, en particular con una bomba de ajuste 18 y/o una valvula 19, en particular para solicitarlos o alimentarlos con agua u otro fluido hidraulico a presion variable o ajustable.

De manera especialmente preferida, los dispositivos de emulsificacion se alimentan en paralelo con agua o se conectan en paralelo a la unidad de dosificacion 17.

En el ejemplo de representacion, a cada cilindro o a cada inyector 6 esta asociado preferiblemente un dispositivo de emulsificacion 2 separado o propio. No obstante, varias valvulas de inyeccion o inyectores 6 pueden conectarse tambien conjuntamente a un dispositivo de emulsificacion 2, lo que se explica con mas detalle posteriormente con ayuda de otra variante de realizacion segun la figura 2.

El motor 1 o el sistema de inyeccion 3 presenta preferiblemente unas valvulas de barrido 20 que estan asociadas a los respectivos dispositivos de emulsificacion 2 y, en particular, estan dispuestas en los conductos de inyeccion 4 entre el respectivo dispositivo de emulsificacion asociado 2 y el correspondiente inyector 6.

Las valvulas de barrido 20 y/o los conductos de fuga 38 de los inyectores 6 estan conectados preferiblemente a un separador de agua 21. Estando abiertas las valvulas de barrido abiertas 20, los dispositivos de emulsificacion 2 y los conductos de inyeccion 4 pueden barrerse con combustible diesel, evacuandose las cantidades restantes de combustible diesel y agua a traves del separador de agua 21 y separandolas, por un lado, en combustible diesel y, por otro lado, en agua. El combustible diesel separado se devuelve al tanque de diesel 7 a traves del conducto de retorno 12. El agua separada se devuelve al tanque de agua 14 a traves de un conducto de retorno correspondiente.

El motor 1 presenta ademas preferiblemente un aparato de control 22, preferiblemente para el funcionamiento en emulsion, que controla o regula la proporcion de agua particularmente en funcion de los parametros de funcionamiento y/o del punto de funcionamiento del motor, de manera especialmente preferida en funcion de la carga del motor M, el numero de revoluciones D y/o la temperatura del agua de enfriamiento K, cuya proporcion de agua se mezcla con el combustible diesel por medio de los dispositivos de emulsificacion 2.

En particular, la proporcion de agua de la respectiva emulsion de agua-combustible diesel proporcionada por el dispositivo de emulsificacion 2 se modifica o varla o se adapta as! en funcion del punto de funcionamiento del motor.

En la figura 1 las correspondientes conexiones de senal, llneas de control y similares del aparato de control 22, preferidas y/u opcionales, con los componentes correspondientes, estan representadas en llneas discontinuas.

Los dispositivos de emulsificacion 2 trabajan preferiblemente de manera mecanica.

La figura 2 muestra en una representacion similar el motor diesel 1 segun otra variante de realizacion, en donde los inyectores 6 se conectan por parejas a un dispositivo de emulsificacion comun 2. Por lo demas, los comentarios y explicaciones sobre la forma de realizacion segun la figura 1 se aplican de manera correspondiente o complementaria.

La figura 3 muestra en una representacion en seccion esquematica una construccion preferida del dispositivo de emulsificacion 2 segun lo propuesto.

El dispositivo de emulsificacion 2 presenta preferiblemente una entrada 23 para combustible diesel y una entrada 24 para agua, as! como una salida 25 para la emulsion de agua-combustible diesel.

El dispositivo de emulsificacion 2 presenta preferiblemente un preemulsificador mecanico 26. No obstante, este esta previsto unicamente de manera opcional. El preemulsificador es preferiblemente un mezclador de turbulencia.

El dispositivo de emulsificacion 2 presenta preferiblemente un aparato de mezcla, en particular un piston 27 accionado o movil especialmente de forma hidraulica y/o un estrangulador de emulsificacion 28 para realizar una emulsificacion mecanica.

El dispositivo de emulsificacion 2 presenta opcionalmente un amortiguador 29 delante de la salida 25. Gracias al amortiguador 29 se reducen las oscilaciones de presion delante del inyector que puedan ser provocadas por el

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piston 27.

El dispositivo de emulsificacion 2 presenta un canal principal 30 a traves del cual el combustible diesel y el agua, alimentados por las entradas 23 y 24, circulan hasta la salida 25 a traves del preemulsificador opcional 26 y el amortiguador opcional 29.

El piston 27 y el estrangulador de emulsificacion 28 asociado forman un dispositivo de mezclado mecanico para mezclar agua y combustible diesel. Este dispositivo de mezclado esta conectado particularmente al canal 30, de manera especialmente preferida entre el preemulsificador 26 y el amortiguador 29.

El dispositivo de mezclado trabaja preferiblemente de forma mecanica y es accionado especialmente de manera hidraulica.

En particular, el piston 27 forma una bomba de piston que hace circular o bombea el agua y el combustible diesel para su mezclado a traves del estrangulador de emulsificacion 28 - en particular una abertura con una seccion transversal pequena de, preferiblemente, alrededor de 0,2 mm -. Preferiblemente, el estrangulador de emulsificacion 28 presenta un taladro de estrangulacion con un diametro de 0,15 mm a 0,25 mm. Preferiblemente, la diferencia de presion en el estrangulador asciende a al menos 100 MPa.

De preferencia, el dispositivo de emulsificacion 2 o el dispositivo de mezclado presenta un canal de derivacion 31, una valvula de retencion 32 dispuesta en el canal de derivacion 31, un primer espacio de bomba 33, un canal de union 34, una valvula de retencion 35 dispuesta en el canal de union 34 y/o un segundo espacio de bomba 36.

El canal de derivacion 31 sale del canal principal 30 y une el canal principal 30 con el primer espacio de bomba 33.

El canal de union 34 une el primer espacio de bomba 33 con el segundo espacio de bomba 36.

El piston 27, conformado preferiblemente como un piston escalonado, esta configurado de tal modo que pueda ser movido en vaiven por un accionamiento correspondiente, aqul preferiblemente un accionamiento hidraulico, en particular por una solicitacion correspondiente en un cilindro de trabajo 37, con lo que el piston 27 agranda y reduce alternativamente los dos espacios de trabajo 33 y 36 para derivar el combustible diesel y el agua desde el canal principal 30 a traves del canal de derivacion 31 y, finalmente, bombearlos de nuevo para que vuelvan al canal principal 30 a traves del estrangulador de emulsificacion 28. Por tanto, se forma un sistema de circulacion en el que el volumen de mezcla extraldo por el canal de derivacion 31 por unidad de tiempo corresponde exactamente al volumen de emulsion suministrado de nuevo al canal principal 30 en la misma unidad de tiempo por medio del estrangulador de emulsificacion 28.

El cilindro de trabajo 37 se solicita de preferencia correspondientemente por la bomba de ajuste 18 con fluido hidraulico sometido a presion, tal como aceite hidraulico o agua, para material el accionamiento deseado del piston 27. No obstante, son posibles tambien otras soluciones constructivas.

La proporcion de agua de la emulsion de agua-combustible diesel entregada por el dispositivo de emulsificacion 2 depende particularmente de la cantidad de agua que se anada a traves de la entrada 24. Esta proporcion de agua se determina por la bomba de dosificacion o la unidad de dosificacion 17. Esta es accionada tambien de preferencia hidraulicamente y/o se controla preferiblemente por el aparato de control 22.

La frecuencia de los movimientos del piston 27 se vigila preferiblemente con el aparato de control 22. De preferencia, esta previsto ademas un sistema 150 de medicion de recorrido del piston. Gracias a la medicion de la frecuencia del movimiento del piston 27 y/o del recorrido del piston es posible vigilar y/o controlar el volumen de emulsion aportado al canal principal 30 a traves del estrangulador de emulsificacion 28.

Ventajosamente, gracias al control o la vigilancia de la frecuencia del piston 27 y/o del recorrido del piston 27 puede asegurarse que, durante un proceso de barrido del canal principal 30 y/o del conducto de inyeccion 4 que lleva al inyector, no puede llegar ninguna emulsion de los espacios de bomba 33 y 36 y de los canales 31 y 34 al canal principal 30 y, por tanto, al inyector 6. Esta vigilancia y control ventajosos del piston 27 durante los procesos de barrido del canal principal 30 es ventajoso especialmente durante la desconexion del motor y/o durante el proceso de arranque del motor.

Ventajosamente, las superficies de deslizamiento del cilindro del piston de emulsificacion 27 estan provistas de un revestimiento CLD. Alternativa o adicionalmente, es ventajoso que el piston 27 presente juntas de anillo deslizante 151 de PTFE. Por tanto, son posibles coeficientes de rozamiento pequenos junto con una hermeticidad simultaneamente alta. Ventajosamente, esta previsto un canal de retorno 152 a traves del cual pueden evacuarse del dispositivo de emulsificacion 2 las cantidades de fuga de emulsion, es decir, las cantidades de emulsion que han atravesado las juntas de anillo deslizante 151. Ventajosamente, estas cantidades de fuga de emulsion se

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suministran al separador de agua 21. En este caso, es especialmente ventajoso suministrar las cantidades de fuga de emulsion al separador de agua 21 a traves de un conducto de fugas.

A continuacion, se explica con mas detalle con ayuda de las figuras adicionales otra forma de realization del metodo y del dispositivo de emulsification segun lo propuesto y del motor diesel segun lo propuesto, en donde los comentarios y explicaciones anteriores se aplican particularmente de manera correspondiente o complementaria, si bien esto no se repite expllcitamente. Ademas, las caracterlsticas y aspectos individuales de las diferentes formas de realizacion pueden combinarse tambien discrecionalmente y unos con otros, pero tambien pueden materializarse independientemente unos de otros.

En la figura 4 esta representado otro dispositivo de emulsificacion 101 segun la invention. Este presenta un piston 136. La frecuencia de los movimientos del piston 136 se vigila preferiblemente con el aparato de control 130. Ademas, esta previsto preferiblemente un sistema 150 de medicion de recorrido del piston. Gracias a la medicion de la frecuencia del movimiento del piston 136 y/o del recorrido del piston es posible vigilar y/o controlar el volumen de emulsion aportado al canal principal 139 por medio del estrangulador de emulsion 137.

Ventajosamente, gracias al control o la vigilancia de la frecuencia del piston 136 y/o del recorrido del piston 136 puede asegurarse que, durante un proceso de barrido del canal 139 y/o del conducto de inyeccion 127 que lleva al inyector, no puede llegar ninguna emulsion de los espacios de bomba 142 y 145 y de los canales 140 y 143 al canal principal 139 y, por tanto, al inyector 104. Esta vigilancia y control ventajosos del piston 136 durante los procesos de barrido del canal principal 139 son particularmente ventajosos durante la desconexion del motor y/o durante el proceso de arranque del motor.

Las superficies de deslizamiento del cilindro del piston de emulsificacion 136 estan provistas ventajosamente de un revestimiento CLD. Alternativa o adicionalmente, es ventajoso que el piston 136 presente juntas de anillo deslizante 151 de PTFE. Por tanto, son posibles coeficientes de rozamiento pequenos junto con una hermeticidad simultaneamente alta. Ventajosamente, esta previsto un canal de retorno 152, a traves del cual pueden evacuarse del dispositivo de emulsificacion 101 las cantidades de fuga de emulsion, es decir, las cantidades de emulsion que han atravesado las juntas de anillo deslizante 151. Ventajosamente, estas cantidades de fuga de emulsion se suministran al separador de agua 126. En este caso, es especialmente ventajoso suministrar las cantidades de fuga de emulsion al separador de agua 126 a traves de un conducto de fugas 125 (para la conexion del conducto de fugas 125 y el separador de agua 126, vease la figura 5).

El dispositivo de emulsificacion 101 mostrado en la figura 4 es adecuado particularmente para su uso en sistemas de inyeccion diesel con elementos de bomba accionados por levas. Esto esta representado esquematicamente en la figura 5 para la bomba 157. La bomba 157 abastece al inyector o la tobera de inyeccion 104. La bomba 147 se abastece en este caso a traves del conducto de circulation 155 con combustible o combustible en emulsion. El conducto de circulacion 155 presenta entonces un regulador de presion de abastecimiento 158. En el conducto de circulacion 155 el combustible o el combustible en emulsion es transportado por la bomba de circulacion 154.

Ademas, el conducto de circulacion 155 presenta unos sensores 153 para la vigilancia del contenido de agua del combustible en emulsion. Los sensores 153 sirven tambien para controlar la valvula de barrido 124. Abriendo la valvula de barrido 124, el dispositivo de emulsificacion 101 y/o el conducto de circulacion 155 pueden barrerse con combustible diesel. Esto tiene lugar particularmente durante la desconexion y/o el arranque del motor diesel. El combustible en emulsion que resulta durante un proceso de barrido de este tipo y/o la cantidad reducida del combustible que resulta en el regulador de presion de abastecimiento 158 y/o la cantidad de fuga del inyector 104 pueden suministrarse al separador de agua 126 a traves el conducto de fugas 125. El separador de agua 126 sirve para la separation de combustible diesel y agua. El agua separada del combustible diesel se suministra al tanque de agua 116 a traves del conducto de retorno de agua 129 para agua. El combustible diesel separado del agua se suministra al tanque de diesel 105 a traves del conducto de retorno de diesel 128 para diesel.

Para poder integrarse en el conducto de circulacion 155, el dispositivo de emulsificacion representado

esquematicamente en la figura 4 presenta una entrada adicional 159. Esta entrada adicional 159 se une con el conducto de circulacion 155. La salida 134 del dispositivo de emulsificacion 101 se une tambien con el conducto de circulacion 155. Por tanto, el canal principal 139 del dispositivo de emulsificacion 101 es parte del circuito formado por el conducto de circulacion 155. El dispositivo de emulsificacion 101 presenta ademas una entrada 131 para la admision de combustible diesel y una entrada 132 para la admision de agua. En este caso, las cantidades o caudales suministrados por las entradas 131 y/o 132 se regulan preferiblemente por el aparato de control 130, en particular segun un campo caracterlstico. Preferiblemente, la entrada 132 para la admision de agua presenta una valvula de retention 133 que impide un retroceso de agua.

Se proponen un metodo y un dispositivo de emulsificacion para el funcionamiento de un motor diesel con una

emulsion de agua-combustible diesel, en donde la proportion de agua se modifica en funcion del punto de

funcionamiento del motor y/o el dispositivo de emulsificacion y/o partes del conducto de inyeccion se barren durante

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la desconexion del motor con combustible diesel puro.

Lista de simbolos de referencia

1 Motor diesel

2 Dispositivo de emulsificacion

3 Sistema de inyeccion

4 Conducto de inyeccion

5 Carril colector o rail

6 Inyector

7 Tanque de diesel

8 Bomba de presion previa de diesel

9 Filtro de diesel

10 Contador de combustible (conducto de suministro)

11 Bomba de alta presion de diesel

12 Conducto de retorno

13 Contador de combustible (conducto de retorno)

14 Tanque de agua

15 Bomba de presion previa de agua

16 Filtro de agua

17 Unidad de dosificacion (agua)

18 Bomba de ajuste

19 Valvula

20 Valvula de barrido

21 Separador de agua

22 Aparato de control

23 Entrada (combustible diesel)

24 Entrada (agua)

25 Salida

26 Preemulsificador

27 Piston

28 Estrangulador de emulsificacion

29 Amortiguador

30 Canal principal

31 Canal de derivacion

32 Valvula de retencion

33 Primer espacio de bomba

34 Canal de union

35 Valvula de retencion

36 Segundo espacio de bomba

37 Espacio o cilindro de trabajo

38 Conducto de fugas

101 Dispositivo de emulsificacion

103 Conducto de inyeccion

104 Inyector

105 Tanque de diesel

106 Bomba de presion previa de diesel

107 Filtro de diesel

108 Contador de volumen de diesel (conducto de suministro)

111 Sensor de presion

112 Regulacion de alta presion

113 Retorno de combustible

116 Tanque de agua

117 Bomba de presion previa de agua

118 Filtro de agua

119 Unidad de dosificacion (agua)

120 Bomba de ajuste

121 Valvula

122 Hidraulica (unidades de emulsificacion)

123 Hidraulica (unidad de dosificacion)

124 Valvula de barrido

125 Conducto de fugas

126 Separador de agua

128 Conducto de retorno de diesel

129 Conducto de retorno de agua

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Aparato de control Entrada (combustible diesel)

Entrada (agua)

Valvula de retencion (suministro de agua) Salida

Preemulsificador

Piston

Estrangulador de emulsificacion

Amortiguador

Canal principal

Canal de derivacion

Valvula de retencion

Primer espacio de bomba

Canal de union

Valvula de retencion

Segundo espacio de bomba

Piston hidraulico

Espacio de trabajo

Canal de conexion (hidraulica)

Canal de conexion (hidraulica)

Sensor de recorrido de piston Juntas de anillo deslizante Canal de retorno Sensores

Bomba (conducto de circulacion) Conducto de circulacion Conducto de fugas Bomba

Regulador de presion de abastecimiento Entrada

Numero de revoluciones Temperatura de agua de refrigeracion Carga de motor

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   REIVINDICACIONES

   1. Metodo para el funcionamiento de un motor diesel (1) con una emulsion de agua-combustible diesel, en el que se modifica o se adapta la proporcion de agua de la emulsion de agua-combustible diesel dependiendo del punto de funcionamiento del motor, caracterizado por que el combustible diesel y el agua se suministran a un canal principal (30, 139) en una relacion cuantitativa predeterminada por el punto de funcionamiento y se mezclan previamente segun la mecanica de fluidos, succionandose la mezcla de agua-diesel desde este canal principal (30, 139) hasta un primer espacio de bomba (33, 142) y transportandola simultaneamente a traves de un diafragma o estrangulador de emulsificacion (28, 137) para devolverla al canal principal (36, 145) desde un segundo espacio de bomba (30, 139).
2. 2. Metodo segun la reivindicacion 1, caracterizado por que se mezclan diesel y agua lo mas cerca posible de un inyector (6, 104) o una valvula de inyeccion o una tobera de inyeccion, preferiblemente en la parte de alta presion del sistema de inyeccion (3), en particular para mejorar o minimizar los tiempos de reaccion entre la modificacion de la proporcion en la emulsion y su provision en el inyector (6, 104) o en la tobera de inyeccion.
3. 3. Metodo segun la reivindicacion 1 o 2, caracterizado por que, al desconectar el motor diesel (1) y durante la fase de marcha por inercia, la emulsion agua-combustible diesel presente en un dispositivo de emulsificacion (2, 101) y/o un conducto de inyeccion, en particular el conducto de inyeccion (4, 103) entre el dispositivo de emulsificacion (2, 101) y un inyector (6, 104), hacia un inyector (6, 104) o una valvula de inyeccion o una tobera de inyeccion, es sustituida por combustible diesel que sigue fluyendo, en particular debido a la apertura de una valvula de barrido (20, 124).
4. 4. Metodo segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que las fugas de combustible, que tienen lugar debido a faltas de hermeticidad en los inyectores (6, 104) o las valvulas de inyeccion o las toberas de inyeccion, y/o el combustible en emulsion que debe evacuarse por el barrido del dispositivo de emulsificacion (2, 101) y los correspondientes conductos de inyeccion (4, 103), se llevan a un conducto de fugas (38, 125, 156), separandose en particular la fuga, por medio de un separador de agua (21, 126), en combustible diesel libre de agua y agua y realimentandola preferiblemente a los correspondientes tanques de reserva (7, 14).
5. 5. Metodo segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que, en motores diesel (1) mayores y/o multicilindros, la emulsion de agua-combustible diesel se genera por medio de un dispositivo de emulsificacion (2, 101) delante de cada inyector (6, 104) o cada valvula de inyeccion o cada tobera de inyeccion, ascendiendo en particular el volumen muerto, especialmente el volumen del conducto de combustible, entre el dispositivo de emulsificacion (2, 101) y el inyector (6, 104) o la valvula de inyeccion o la tobera de inyeccion a menos de la mitad de la cantidad de inyeccion maxima por ciclo de trabajo.
6. 6. Metodo segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la proporcion de agua en la emulsion de agua-diesel, de preferencia en funcion de la composicion de la emulsion de agua- combustible diesel que se encuentra en un conducto de circulacion (155), la carga del motor (M), el numero de revoluciones (D) y/o la temperatura del agua de refrigeration (TK), y/o la sustitucion de la emulsion de agua-diesel por combustible diesel son reguladas por un aparato de control (22, 130) preferiblemente adicional.
7. 7. Metodo segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que en un primer ciclo de trabajo del dispositivo de emulsificacion (2, 101) se aspira la emulsion de agua-diesel hacia el primer espacio de bomba (33, 142) y se la transporta desde el segundo espacio de bomba (36, 145) hasta el canal principal (30, 139), y en un segundo ciclo de trabajo del dispositivo de emulsificacion se transporta emulsion de agua-diesel desde el segundo espacio de bomba (36, 145) hasta el primer espacio de bomba (33, 142).
8. 8. Dispositivo de emulsificacion (2, 101) para producir una emulsion de agua-combustible diesel, en particular para un motor diesel (1), caracterizado por que el dispositivo de emulsificacion (2, 101) esta configurado de tal modo que se suministren combustible diesel y agua a un canal principal (30, 139) y se mezclen estos segun la mecanica de fluidos, aspirandose la mezcla de agua-diesel desde este canal principal (30, 139) hacia un cilindro emulsificador y/o espacio de bomba (33, 142) y haciendola refluir simultaneamente hacia el canal principal (30, 139) a traves de un diafragma y/o estrangulador de emulsificacion (28, 137).
9. 9. Dispositivo segun la reivindicacion 8, caracterizado por que la mezcla de agua-diesel refluye desde un segundo espacio de bomba (36, 145) hasta el canal principal (30, 139), ascendiendo el volumen del segundo espacio de bomba (36, 145) a como maximo el triple y/o al menos el doble del maximo volumen de emulsion agua-diesel inyectable por ciclo de trabajo, y/o por que la frecuencia de ciclos del dispositivo de emulsificacion (2, 101), en particular de un piston accionado hidraulicamente (27, 136), puede regularse en funcion de la cantidad de emulsion de agua-diesel inyectada, ascendiendo particularmente el volumen de emulsion de agua-combustible diesel transportado por unidad de tiempo a traves del estrangulador de emulsificacion (28, 137) a al menos el doble y/o como maximo el triple del volumen de emulsion de agua-combustible diesel inyectado en la misma unidad de tiempo.

   5

   10

   15

   20

   25

   30
10. 10. Dispositivo segun la reivindicacion 8 o 9, caracterizado por que, para la emulsificacion de la mezcla de agua- combustible, se presenta una presion de al menos 100 MPa en el estrangulador de emulsificacion (28, 137).
11. 11. Dispositivo segun una de las reivindicaciones 8 a 10, caracterizado por que el dispositivo de emulsificacion (2, 101), para mejorar los tiempos de reaccion entre la modificacion de la proporcion de agua en la emulsion y su provision, esta dispuesto lo mas cerca posible de un inyector (6, 104) o una valvula de inyeccion o una tobera de inyeccion.
12. 12. Dispositivo segun una de las reivindicaciones 8 a 11, caracterizado por que una valvula de barrido (20, 124) esta dispuesta de preferencia directamente delante de un inyector (6, 104) o una valvula de inyeccion o una tobera de inyeccion y puede abrirse al desconectar el motor (1) durante la fase de marcha por inercia, de modo que la emulsion de agua-diesel presente en el dispositivo de emulsificacion (2, 101) y un conducto de inyeccion (4, 103) se sustituye por combustible diesel que sigue fluyendo.
13. 13. Dispositivo segun una de las reivindicaciones 8 a 12, caracterizado por que el dispositivo de emulsificacion (2, 101) presenta un canal de derivacion (31, 140) para aspirar emulsion de agua-diesel desde el canal principal (30, 139) hacia el primer espacio de bomba (33, 142) y/o un canal de union (34, 143) para transportar emulsion de agua- diesel entre el primer espacio de bomba (33, 142) y el segundo espacio de bomba (36, 145), estando previstas preferiblemente una valvula de retencion (35, 144), por la cual se impide un flujo de retorno de la emulsion de agua- diesel desde el segundo espacio de bomba (36, 145) hasta el primer espacio de bomba (33, 142), y/o una valvula de retencion (32, 141), por la cual se impide un flujo de retorno de la emulsion de agua-diesel desde el primer espacio de bomba (33, 142) hasta el canal principal (30, 139).
14. 14. Dispositivo segun una de las reivindicaciones 8 a 13, caracterizado por que el primer espacio de bomba (33, 142) y el segundo espacio de bomba (36, 145) estan acoplados mecanicamente, de preferencia a traves de un piston (27, 136), de tal modo que la suma de los volumenes del primer espacio de bomba (33, 142) y del segundo espacio de bomba (36, 145) permanezca siempre constante durante el funcionamiento del dispositivo de emulsificacion.
15. 15. Dispositivo segun una de las reivindicaciones 8 a 14, caracterizado por que el piston (27, 136) presenta juntas de anillo deslizante (151) de PTFE y/o las superficies de deslizamiento del cilindro cooperantes con el piston (27, 136) presentan un revestimiento CLD.