NL2017311B1 - Krachtbron, doseer-mengsysteem en brandstofmengsel daarvoor - Google Patents

Abstract

Een krachtbron voor een aandrijving, omvat een verbrandingsmotor (CE) met een verbrandingskamer die aan een brandstofreservoir (FT3) voor een vloeibare brandstof is gekoppeld. Een doseer-mengsysteem daarvoor omvat een mengkamer (MC) tussen het brandstofreservoir (FT3) en de verbrandingskamer om daarin brandstof te ontvangen vooraleer deze in de verbrandingskamer te leiden. De mengkamer (MC) is gekoppeld aan ten minste één verder reservoir (FT2) voor een onbrandbare vloeistof en ten minste één verder reservoir (FT1) voor een additief dat in staat en bestemd is om een ontmenging van de brandstof en het onbrandbare fluïdum tegen te gaan. Doseermiddelen zijn voorzien om de brandstof, het onbrandbare fluïdum en het additief in een voorafbepaalde onderlinge verhouding als mengsel in de mengkamer (MC) te introduceren. Daarbij is de mengkamer voorzien van evacuatiemiddelen (P7) om het genoemde mengsel onder druk naar de verbrandingskamer te leiden.

Description

Krachtbron, doseer-mengsysteem en brandstofinengsel daarvoor

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een krachtbron voor een aandrijving, omvattende een verbrandingsmotor met ten minste één verbrandingskamer die aan een brandstofreservoir voor een ontbrandbaar fluïdum (brandstof) is gekoppeld, en omvattende een mengkamer tussen het brandstofreservoir en de ten minste ene verbrandingskamer om daarin brandstof te ontvangen vooraleer deze in de ten minste ene verbrandingskamer te leiden.

Een dergelijke krachtbron vindt op grote schaal toepassing bijvoorbeeld voor de aandrijving van allerhande vormen van aggregaten en voertuigen, zoals personenwagens en vrachtwagens, en in de scheepvaart. De daarin toegepaste brandstof omvat gewoonlijk diesel of vloeibaar gas (LNG, LPG) dan wel benzine, waarbij daarvoor uiteenlopende octaangehaltes en variëteiten worden aangeboden. Een bezwaar aan de verbranding van dergelijke en ander fossiele brandstoffen is dat deze onvermijdelijk gepaard gaat met de uitstoot van fïjnstof (roet) en gassen die schadelijk zijn voor het milieu, zoals met name broeikasgassen zoals kooldioxide en zure gassen zoals stikstofoxiden (NOX). Daarom is er een voortdurende zucht naar een verdere optimalisatie van het verbrandingsproces van een dergelijke krachtbron teneinde dergelijke schadelijke uitstoot te beperken.

Met de onderhavige uitvinding wordt dan ook onder meer beoogd te voorzien in een krachtbron waarmee met name een uitstoot aan fïjnstof en schadelijke verbrandingsgassen althans in belangrijke mate kan worden terug gedrongen.

Om het beoogde doel te bereiken heeft een krachtbron van de in de aanhef beschreven soort volgens de uitvinding als kenmerk dat de mengkamer is gekoppeld aan ten minste één verder reservoir voor een onbrandbaar fluïdum en ten minste één verder reservoir voor een additioneel fluïdum (additief) dat in staat en bestemd is om een ontmenging van de brandstof en het onbrandbare fluïdum tegen te gaan, dat de mengkamer is voorzien van doseermiddelen om daarin de brandstof, het onbrandbare fluïdum en het additief in een voorafbepaalde onderlinge verhouding als mengsel te introduceren, en dat de mengkamer is voorzien van evacuatiemiddelen om het genoemde mengsel onder druk naar de ten minste ene verbrandingskamer te leiden. De uitvinding berust daarbij op het basisprincipe van het mengen van drie vloeistoffen die samen een nieuwe brandstof volgens de uitvinding vormen, te weten een oorspronkelijk ontbrandbaar fluïdum (brandstof) in combinatie met een op zichzelf onbrandbaar fluïdum en een additief, dat in staat en bestemd is om een ontmenging van het ontbrandbare fluïdum en het onbrandbare fluïdum tegen te gaan. De uitvinding heeft dan ook tevens betrekking op dit brandstofinengsel als nieuwe brandstof, welke bruikbaar is met zowel bestaande verbrandingsmotoren als nieuwe.

De toevoeging van het onbrandbare fluïdum beoogt het verbrandingsproces efficiënter en schoner te laten verlopen. Wanneer het mengsel in de verbrandingskamer tot ontbranding wordt gebracht, komt er een grote hoeveelheid warmte vrij. Deze warmte verhit het onbrandbare fluïdum waardoor deze vrijwel instantaan in de gasfase zal overgaan. De daarmee gepaard gaande uitzetting draagt bij aan een arbeidsslag van de motor hetgeen in de praktijk meer dan blijkt te compenseren voor het naar verhouding lagere gehalte aan brandbare brandstof in het mengsel vergeleken met normale, commercieel verkrijgbare brandstof.

De toevoeging van het additief heeft als doel de moleculen van beide andere componenten tot een homogeen brandstofinengsel te vormen. Het brandstofinengsel wordt in een dergelijke homogene toestand in de mengkamer aangemaakt en van daaruit in de verbrandingskamer(s) van de verbrandingsmotor ingebracht. Indien het mengsel reeds in een grotere hoeveelheid zou zijn voorgemaakt en gedurende langere tijd stil zou staan, zou ontmenging kunnen optreden. Om dit te vermijden omvat de krachtbron volgens de uitvinding een mengkamer waarin, tijdens bedrijf van de motor, naar verhouding steeds slechts een geringe hoeveelheid aan mengsel wordt aangemaakt, welke hoeveelheid vervolgens door de verbrandingskamer kan worden afgenomen na verbruik van een voorgaande hoeveelheid. De doseermiddelen zorgen daarbij voor een juiste onderlinge verhouding van de verschillende componenten van het mengsel die vanuit hun respectieve reservoirs in de mengkamer worden ingelaten.

De uitvinding heeft tevens betrekking op een doseer-mengsysteem omvattende de doseermiddelen, de mengkamer en de evacuatiemiddelen zoals toegepast in de krachtbron volgens de uitvinding. Door dit doseer- en mengsysteem aan een bestaande verbrandingsmotor toe te voegen, kan een bestaande verbrandingsmotor voor gebruik conform de uitvinding worden gemodificeerd. In de praktijk is aldus bij een bestaande dieselmotor zelfs een geringe vermogenstoename realiseerbaar bij een gelijkblijvende brandstof(mengsel)-consumptie. Het aandeel van het onbrandbare fluïdum daarin leidt evenwel rechtstreeks tot een evenredige brandstofbesparing en bovendien tot een reductie aan uitstoot van verbrandingsgassen, zoals kooldioxide en stikstofoxide (Nox). De uitstoot van fijnstof bleek daarbij van de orde van meer dan 60% lager dan die van dezelfde motor voorafgaand aan deze modificatie. Naast de vloeistofreservoirs voor de verschillende vloeistoffen, vereist het doseer- en mengsysteem volgens de uitvinding niet meer dan de orde van 20x20x30 centimeter aan plaatsruimte voor een verbrandingsmotor met een uitgaand vermogen van de orde van 300 kW.

In een voorkeursuitvoeringsvorm zijn de krachtbron en een brandstofmengsel volgens de uitvinding gekenmerkt doordat de brandstof is gekozen uit een groep omvattende benzine, vloeibaar gas en diesel en dat het onbrandbare fluïdum water omvat. Water is in vrijwel onuitputtelijke hoeveelheid tegen lage kostprijs wereldwijd voorhanden en blijkt in de praktijk een bijzonder goede kandidaat als onbrandbare component in combinatie met diesel, benzine of gas als brandstof en een geschikt additief om dit mengsel in een homogene vorm te brengen.

De toevoeging van het additief heeft als doel de moleculen van de andere componenten van het mengsel, te weten het onbrandbare fluïdum en de brandbare brandstof, te binden en tot een homogeen brandstofmengsel te verenigen. In dat opzicht zijn goede ervaringen opgedaan met een bijzondere uitvoeringsvorm van de krachtbron en het brandstofmengsel volgens de uitvinding welke zijn gekenmerkt doordat het additief een mengsel van geëthoxyleerd C9-C11 alcohol en quarternair Cl2-04 alkylmethylamine ethoxylaat methyl chloride of een chemisch equivalent van elk daarvan omvat, en meer in het bijzonder doordat het additief 5-15% C9-C11 alcohol omvat en minder dan 5% C12-C14 alkylmethylamine ethoxylaat methyl chloride.

De doseermiddelen, waarmee de componenten van het brandstofmengsel vanuit hun respectieve reservoirs in een correcte onderlinge verhouding in het brandstofmengsel worden gebracht, kunnen op uiteenlopende wijze gestalte worden gegeven en daarbij eventueel tevens per vloeistof andersoortig zijn. In een eerste verdere bijzondere uitvoeringsvorm heeft de krachtbron volgens de uitvinding in dat opzicht als kenmerk dat de doseermiddelen voor ten minste één van de reservoirs een volumetrische pomp omvatten. Volumetrische pompen zijn commercieel verkrijgbaar in diverse maten en uitvoeringen en worden elektronisch aangestuurd ten behoeve van een zeer nauwkeurige volumetrische afgifte van een daardoor gevoede vloeistof. Dit maakt een dergelijke pomp bijzonder geschikt, met name voor de dosering van het additief die slechts in een naar verhouding kleine mate in het mengsel volgens de uitvinding aanwezig is.

Binnen het kader van de uitvinding heeft een tweede verdere bijzondere uitvoeringsvorm van de krachtbron als kenmerk dat de doseermiddelen voor ten minste één van de reservoirs een actuator omvatten met een doseerkamer om daarin een vloeistof vanuit ten minste één van de reservoirs te ontvangen, waarbij in de doseerkamer een verdrijvingslichaam gangbaar is dat met de actuator is gekoppeld om daarvan een gecontroleerde slag te ontvangen teneinde een gecontroleerd volume aan vloeistof uit de doseerkamer te verdrijven. Ook een dergelijke actuator laat zich elektronisch aansturen om een nauwkeurig bepaalde slag aan het verdrijvingslichaam op te leggen. Vermenigvuldigd met een doorsnede-oppervlak van de doseerkamer geeft dit een nauwkeurig bepaald volume aan verdreven vloeistof die zich als zodanig nauwkeurig laat doseren.

In een verdere bijzonder uitvoeringsvorm is de krachtbron volgens de uitvinding gekenmerkt doordat de doseermiddelen voor elk van de reservoirs een volumetrische pomp omvatten. De volumetrische pompen kunnen aldus ieder voor zich afzonderlijk worden aangestuurd, bij voorbeeld vanuit een programmeerbare logische aansturing (PLC), om op ieder moment een juiste dosering van de betreffende component te geven. Als alternatief is dit ook mogelijk met een alternatieve uitvoeringsvorm van de krachtbron volgens de uitvinding, waarbij de doseermiddelen voor elk van de reservoirs een actuator met een doseerkamer omvatten.

Een verdere voorkeursuitvoeringsvorm van de krachtbron heeft daarentegen volgens de uitvinding als kenmerk dat de doseermiddelen voor de reservoirs een actuator met een gemeenschappelijke doseerkamer omvatten om daarin een vloeistof vanuit elk van de reservoirs in hun onderlinge verhouding te ontvangen. Aldus wordt de doseerkamer van de actuator vanuit verschillende reservoirs gevoed gedurende opeenvolgende slagen van het verdrijvingslichaam. De verschillende componenten mengen zich aldus reeds in de doseerkamer in hun correcte onderlinge verhouding. De doseerkamer doet aldus tevens dienst als mengkamer voor een voor-menging van de componenten of eventueel als de uiteindelijke mengkamer van waaruit het mengsel naar de motor wordt gedreven.

Om een ontmenging in het mengsel tegen te gaan, blijkt in de praktijk slechts een kleine hoeveelheid additief te volstaan. Een bijzondere uitvoeringsvorm van het brandstofmengsel volgens de uitvinding heeft als kenmerk dat het mengsel tot 40 vol.% aan onbrandbare fluïdum omvat, in het bijzonder zuiver water, in combinatie met tot 2 vol.% aan additief. Goede ervaringen zijn in dit verband opgedaan met een verdere bijzondere uitvoeringsvorm van het brandstofmengsel volgens de uitvinding welke is gekenmerkt doordat het mengsel tussen 15 en 25 vol.% aan onbrandbaar fluïdum omvat, in het bijzonder circa 18-22 vol.% water en meer in het bijzonder circa 20 Vol.% water, en dat daarin circa 1 vol.% aan additief is toegepast.

Uit praktijkproeven is dit mengsel als bijzonder geschikte kandidaat naar voren gekomen waarbij een significante fijnstof reductie van meer dat 60% werd gerealiseerd bij een licht toegenomen motorvermogen (1-3%), terwijl tevens de uitstoot van kooldioxide en stikstofoxiden belangrijk werd beperkt in vergelijking met conventionele verbrandingsmotoren waarin uitsluiten de brandbare component van het mengsel werd toegepast.

De uitvinding zal thans nader worden toegelicht aan de hand van een aantal uitvoeringsvoorbeelden en een bijbehorende tekening. In de tekening toont: figuur 1 schematisch een opzet van een eerste uitvoeringsvorm van een krachtbron volgens de uitvinding; figuur 2 schematisch een opzet van een tweede uitvoeringsvorm van een krachtbron volgens de uitvinding; en figuur 3 schematisch een opzet van een derde uitvoeringsvorm van een krachtbron volgens de uitvinding.

De figuren zijn zuiver schematische en niet op schaal getekend. Met name kunnen terwille van de duidelijkheid sommige dimensies in meer of minder mate overdreven zijn weergegeven. Overeenkomstige delen zijn in de figuren met eenzelfde verwijzingscijfer aangeduid.

Figuur 1 geeft een eerste uitvoeringsvoorbeeld van een krachtbron volgens de uitvinding. Hierin worden met behulp van volumetrische pompen, voor elk van de componenten van het uiteindelijke brandstofmengsel één, water, diesel en een additief in een correcte en software-matig stuurbare onderlinge verhouding tot een verrassend nieuw brandstofmengsel gemengd. Figuur 1 geeft een overzicht van het mechanische deel van het doseer-mengsysteem FMS dat daarbij is toegepast. Alle pompen en kleppen worden aangestuurd door een programmeerbare logische eenheid (PLC) en tevens wordt een aantal druksensoren door dezelfde PLC uitgelezen. Eventueel kan de PLC desgewenst vervangen worden door een printplaat met daarop de benodigde onderdelen om de aansturing van het mengsysteem te verzorgen.

Ter rechterzijde toont figuur 1 het oorspronkelijke motorsysteem van bijvoorbeeld een aandrijfmotor van een motorvoertuig, zoals een personenwagen, locomotief of vrachtwagen, of van een luchtvaartuig of een schip of de krachtbron van een aggregaat. In dit voorbeeld gaat het om een diesel motor CE met een vermogen van de orde van 300kW (400Pk) die wordt gevoed vanuit een oorspronkelijke dieseltank FT3. Om een bestaande installatie voor gebruik met de uitvinding te modificeren, worden in het bestaande brandstofleidingsysteem twee driewegkleppen VI,V2 respectievelijk in de aanvoer en retour van de motor CE geplaatst. Deze worden vanuit de PLC aangestuurd. Door tussenkomst van deze driewegkleppen VI,V2 kan vervolgens het doseer-mengsysteem volgens de uitvinding als zelfstandige en additionele module aan het oorspronkelijke motorsysteem CE van het voortuig worden gekoppeld. In de praktijk zijn alle componenten van het getoonde doseer-mengsysteem FMS tezamen met de aansturingselektronica (PLC, printplaat en voeding) ondergebracht in een box van 20x20x30 centimeter en daardoor goed integreerbaar en plaatsbaar in of bij een motorruim. Dit doseer-mengsysteem FMS is in staat om de verbrandingsmotor voortdurend met het brandstofmengsel te voeden. Al naar gelang het specifieke vermogen en daarmee het brandstof-verbruik van de toegepaste verbrandingsmotor CE zal het systeem in de praktijk groter of kleiner kunnen zijn uitgevoerd.

Naast de dieseltank FT3 omvat de krachtbron een reservoir FT2 voor een onbrandbare vloeistof, waarvoor in dit voorbeeld is uitgegaan van zuiver water, alsmede een reservoir FT1 voor een additief. Het additief omvat in dit voorbeeld een mengsel van geëthoxyleerd C9-C11 alcohol en quarternair C12-C14 alkylmethylamine ethoxylaat methyl chloride. Daarbij omvat het additief 5-15% C9-C11 alcohol en minder dan 5% C12-04 alkylmethylamine ethoxylaat methyl chloride. Deze component wordt slechts in een zeer geringe mate in het brandstofmengsel gemengd zodat daarvoor een relatief bescheiden voorraad reservoir FT1 volstaat. Uit oogpunt van gebruiksgemak kan daarbij met voordeel worden gekozen voor een cartridge-systeem opdat de gebruiker niet met deze vloeistof in contact behoeft te komen. De cartridge vormt in dat geval het betreffende reservoir FT2 en wordt in een daartoe bestemde invoerholte gestoken.

Voor elk van de componenten van het uiteindelijke mengsel omvat het systeem een buffervat BT1, BT2,BT3, waarbij het buffervat BT3 voor diesel vanuit de oorspronkelijke dieseltank FT3 wordt gevoed. Een stel pompen P1,P2,P3 zorgt voor het steeds aanvullen van de bijbehorende buffervat. De pompen zijn ingesteld om de buffervaten bij te vullen tot een bepaald vloeistofniveau. Zodra het niveau in het betreffende buffervat onder een zekere waarde zakt, zal de betreffende pomp inschakelen om het niveau weer op het gewenste uitgangsniveau terug te brengen. Een stel druksensoren PS1,PS2,PS3 bewaakt de vloeistofstand in de kolommen. Eventueel kunnen deze druksensoren PS1 ..PS3 en buffervaten BT1 ..BT3 worden vervangen door vloeistoftanks met daarin geïntegreerde vlotters die de vloeistofstand bepalen.

Vlotters FI, F2 en F3 zorgen voor een constante druk op de ingangen van een stel volumetrische pompen P4,P5,P6. Deze pompen P4..P6 zorgen voor een uiterst nauwkeurige dosering van de bijbehorende vloeistof in een mengkamer MC. De mengkamer heeft een relatief geringe inhoud van de orde van hooguit enkele honderden milliliter tot enkele liter, afhankelijk van het vermogen van de motor CE, om een standtijd en daarmee een kans op ontmenging van het mengsel daarin te beperken. In dit voorbeeld worden de volumetrische pompen zodanig aangestuurd dat circa 20% water en van de orde van 1 % van het additief met de brandstof bij elkaar in de mengkamer worden geïnjecteerd en tot een homogeen mengsel wordt gemengd. In de praktijk betekent dit dat additief met een debiet van de orde van enkele microliter per minuut zal worden gedoseerd. Afhankelijk van het geleverde motorvermogen en brandstofverbruik kan dit enkele ordes verschillen.

Wanneer de druk gemeten door een druksensor PS4 aan een uitgang van de mengkamer MC onder een vooraf bepaalde en als zodanig ingestelde drempelwaarde komt, wordt één van de vloeistoffen met een korte puls in de mengkamer ingespoten. Welke vloeistof wordt ingespoten is afhankelijk van de ingestelde verhoudingen van het mengsel en welke vloeistof bij gevoegd moet worden om daarin de correcte verhoudingen te behouden. Aldus biedt de uitvinding een on-demand mengsysteem dat het gewenste brandstofmengsel in een geringe hoeveelheid juist voor inspuiting in de motor CE aanmaakt.

Vanuit de mengkamer MC wordt het brandstofmengsel rechtstreeks naar de motor CE geleid om daarin tot ontbranding te worden gebracht. Omdat het mengsel juist daarvoor in een relatief geringe hoeveelheid werd aangemaakt is de kans op ontmenging gering, mede door de werking van het additief dat een ontmenging van de beide andere componenten tegen gaat. Een hoge-drukpomp P7 brengt het mengsel op een geschikte werkdruk en verzorgt een circulatie van het mengsel door de motor CE en weer terug naar de mengkamer MC. Deze pomp P7 kan worden uitgevoerd met een debiet van tot de orde van 300 liter per uur wat zelfs voor grote aggregaten en scheepsmotoren meer dan toereikend is.

Hoofdkleppen VI,V2 worden geschakeld om te selecteren waar vandaan de brandstof voor de verbrandingsmotor CE zal worden betrokken. Standaard zal deze klep V1 zo staan dat de brandstof vanuit de mengkamer MC wordt gebruikt door de verbrandingsmotor CE. Wanneer zich een noodsituatie of storing voordoet waarbij het doseer-mengsysteem FMS niet meer volledig operationeel is, zullen deze kleppen VI, V2 worden gestuurd om een rechtstreekse circulatie van onvermengde brandstof uit de brandstof tank over de motor te leiden. Hoofdklep V2 heeft eenzelfde taak als klep V1 alleen is deze nu voor de retour van het overschot aan brandstof dat de verbrandingsmotor niet heeft benut. Standaard zal deze klep V2 zo geschakeld zijn dat de retour vanuit de motor weer terug naar de mengkamer MC loopt. Bij een noodtoestand of storing van het doseer-mengsysteem, zal deze klep V2 zodanig schakelen dat een overschot aan brandstof retour wordt geleid naar de brandstof tank.

Al met al is het doseer-mengsysteem volgens de uitvinding daarmee zodanig aan het bestaande motor -managementsysteem gekoppeld dat onder alle omstandigheden een onverminderde werking van het motorsysteem is gewaarborgd. Wanneer er door de aansturing (PLC) een probleem of storing wordt geconstateerd met de toevoer van water of het additief schakelt het systeem over op alleen de ongemengde brandstof (diesel, benzine of vloeibaar gas) uit de brandstoftank FT3. Een probleem met de primaire toevoer van brandstof, water of additief wordt ogenblikkelijk geconstateerd doordat één van de druksensoren PS1 ..PS3 in dat geval door het wegvallen van de betreffende vloeistofdruk zal meten dat er geen vloeistof meer in het betreffende buffervat BT1 ..BT3 aanwezig is en deze niet meer kon worden aangevuld. Ook wanneer ten minste één van de toeslag-vloeistoffen (water en additief) niet meer in de mengkamer MC kan worden ingebracht, wordt dit als storing gesignaleerd en schakelt het doseer-mengsysteem FMS over op het doseren van uitsluitend onvermengde brandstof. Dit wordt bijvoorbeeld geconstateerd door één van de vlotters FI ..F3 die daartoe aan een inlaat van de volumetrische pompen PI ..P3 zijn voorzien.

Een tweede uitvoeringsvorm van een krachtbron met een doseer-mengsysteem FMS volgens de uitvinding is in figuur 2 weergegeven. Deze uitvoeringsvorm is op hoofdlijnen gelijk aan het eerste uitvoeringsvoorbeeld, zij het dat in dit geval in plaats van de volumetrische pompen P4..P6, gebruik is gemaakt van een stelsel van cilinders met daarin een verdrijvingslichaam (zuiger) die door een lineaire actuator een nauwkeurige slag kan worden opgelegd. Deze cilinders LA1..LA3 vervangen de pompen P4..P6 in het eerste systeem. Elke cilinder LA1..LA3 heeft aan beide uiteinden zowel een ingang als uitgang voor vloeistoffen. Deze uitgangen zijn met kleppen V3..V14 af te sluiten, waarbij de kleppen vanuit de PLC elektronisch worden aangestuurd.

De zuiger in een cilinder wordt door de actuator heen en weer bewogen. Wanneer de zuiger naar de linkerzijde wordt bewogen, wordt het volume in de cilinder aan de rechterzijde groter. Tegelijk wordt ter rechter zijde de desbetreffende inlaatklep V4,V8,V12 open gezet terwijl de overeenkomstige uitlaatklep V6,V10,VT4 gesloten blijft. Hierdoor wordt de desbetreffende vloeistof in de rechter kamer van de cilinder aangezogen uit de vlotter F1..F3 waarmee deze nu in een open verbinding verkeert. Met dezelfde beweging wordt het volume aan de linkerzijde van de cilinder kleiner. Hier blijft de inlaatklep V3,V7,V11 gesloten en wordt de uitlaatklep V5,V9,V13 geopend. Via de uitlaatklep V5,V9,V13 wordt aldus de vloeistof aan de linkerzijde van de zuiger uit de cilinder verdreven om naar de mengkamer MC te stromen.

Wanneer de zuiger zijn slag naar de linkerzijde heeft gemaakt, wordt deze naar de rechterzijde bewogen. Tegelijk worden inlaatklep V4,V8,V12 en uitlaatklep V5,V9,V13 gesloten en inlaatklep V3,V7,V11 en uitlaatklep V6,V10,V14 geopend. Hierdoor wordt de linkerzijde van de cilinder LA1..LA3 gevuld met vloeistof en de vloeistof uit de rechterzijde verdreven en naar de mengkamer geleid. Door afwisselend de hiervoor beschreven slagen op te leggen, kan met een uiterst hoge precisie een bepaald volume intermitterend naar de mengkamer worden gebracht. De dimensies van de cilinders LA1..LA3 kunnen daarbij verschillend worden uitgevoerd, afgestemd op het benodigde vloeistofdebiet van de betreffende vloeistof tijdens bedrijf.

Het systeem van figuur 2 kan ook met een enkele cilinder, voorzien van een lineaire actuator, LA worden uitgevoerd. Figuur 3 toont schematisch het mechanische overzicht van een derde uitvoeringsvorm van het systeem waarin slechts één cilinder is toegepast voor de inlaat en dosering van de drie vloeistoffen. Bij deze variant van het systeem worden de afzonderlijke componenten FT1 ..FT3 reeds in de cilinder LA tot het bedoelde brandstofmengsel gemengd. Het gedrag van de cilinder met zuiger LA is hetzelfde als bij het systeem van figuur 2 met meer cilinders. Beide ingangen van de cilinder zijn elk van een meervoudige klep V15,V16 voorzien met een ingang voor elke vloeistof die aangesloten is op de vlotter F1..F3 van de vloeistof. Wanneer de cilinder een slag naar de linkerzijde maakt wordt uitlaatklep VI7 geopend om vloeistof uit de linkerzijde van de cilinder te laten en naar de mengkamer MC te brengen.

Aan de rechterzijde gaan de ingangen van de meervoudige klep VI6 om de beurt open, terwijl de meervoudige klep V15 aan de linkerzijde nu volledig gesloten blijft. De ingang voor additief blijft het ingestelde percentage van de slag, die de zuiger voor een volledige slag moet afleggen, open. Wanneer dit percentage bereikt is sluit deze ingang van de klep VI6 en gaat de ingang van klep voor het water open voor het ingestelde percentage van de slag. Wanneer deze afstand is bereikt, sluit ook de klep voor het water en gaat de klep VI6 voor de brandstof open voor het restant van de slag van de zuiger. Wanneer de zuiger de uiterste stand heeft bereikt, bevindt zich ter rechterzijde van de zuiger aldus het brandstofmengsel met de juiste verhouding van elke vloeistof. Hierna worden inlaatklep VI6 en uitlaatklep VI7 volledig gesloten en maakt de zuiger een slag naar de rechterzijde, waarbij de inlaat-driewegklep VI5 op dezelfde wijze stapsgewijs opeenvolgend opent en de uitlaatklep VI8 in een openstand verkeert om het zojuist ter rechterzijde ingelaten mengsel naar de mengkamer MC te verdrijven. Omdat het mengsel reeds in de bedoelde onderlinge verhouding is gemengd, kan onder omstandigheden de afzonderlijke mengkamer MC ook achterwege worden gelaten, waarbij het mengsel rechtstreeks vanuit de cilinder LA naar de opvoerpomp P7 wordt geleid.

Hoewel de uitvinding hiervoor aan de hand van louter enkele uitvoeringsvoorbeelden nader werd toegelicht, moge het duidelijk zijn dat de uitvinding daartoe geenszins is beperkt. Integendeel zijn binnen het kader van de uitvinding voor een gemiddelde vakman nog vele variaties en verschijningsvormen mogelijk.

Zo kan het doseer-mengsysteem van de krachtbron ook anders zijn opgebouwd en samengesteld, bijvoorbeeld door het gebruik van flow-meters, kleppen en normale pompen in plaats van volumetrische pompen. Verder kunnen in plaats van lineaire actuators ook andere doseermiddelen, in het bijzonder niet-lineaire actuators worden ingezet. Ook zijn binnen het kader van de uitvinding andere additieven en onderlinge verhoudingen in het brandstofmengsel toepasbaar om een homogeen mengsel tussen de onbrandbare vloeistof en de brandstof te bevorderen dat tot een verlaging van de uitstoot aan fijnstof en schadelijke afgassen leidt. Voor een mengsel van water en diesel heeft het beschreven additief met de opgegeven verhoudingen zich evenwel bij uitstek bewezen. Het beschreven voorbeeld ging uit van een normale dieselmotor in de krachtbron, doch de uitvinding is ook toepasbaar bij zogenaamde common-rail dieselmotoren.

Claims (16)

1. Krachtbron voor een aandrijving, omvattende een verbrandingsmotor met ten minste één verbrandingskamer die aan een brandstofreservoir voor een ontbrandbaar fluïdum (brandstof) is gekoppeld, en omvattende een mengkamer tussen het brandstofreservoir en de ten minste ene verbrandingskamer om daarin brandstof te ontvangen vooraleer deze in de ten minste ene verbrandingskamer te leiden, met het kenmerk dat de mengkamer is gekoppeld aan ten minste één verder reservoir voor een onbrandbaar fluïdum en ten minste één verder reservoir voor een additioneel fluïdum (additief) dat in staat en bestemd is om een ontmenging van de brandstof en het onbrandbare fluïdum tegen te gaan, dat de mengkamer is voorzien van doseermiddelen om daarin de brandstof, het onbrandbare fluïdum en het additief in een voorafbepaalde onderlinge verhouding als mengsel te introduceren, en dat de mengkamer is voorzien van evacuatiemiddelen om het genoemde mengsel onder druk naar de ten minste ene verbrandingskamer te leiden.

2. Krachtbron volgens conclusie 1 met het kenmerk dat de brandstof is gekozen uit een groep omvattende benzine, vloeibaar gas en diesel en dat het onbrandbare fluïdum water omvat.

3. Krachtbron volgens conclusie 1 of 2 met het kenmerk dat het additief een mengsel van geëthoxyleerd C9-C11 alcohol en quartemair C12-C14 alkylmethylamine ethoxylaat methyl chloride of een chemisch equivalent van elk daarvan omvat.

4. Krachtbron volgens conclusie 3 met het kenmerk dat het additief 5-15% C9-C11 alcohol omvat en minder dan 5% C12-04 alkylmethylamine ethoxylaat methyl chloride.

5. Krachtbron volgens één of meer der voorgaande conclusies met het kenmerk dat de doseermiddelen voor ten minste één van de reservoirs een volumetrische pomp omvatten.

6. Krachtbron volgens één of meer der voorgaande conclusies met het kenmerk dat de doseermiddelen voor ten minste één van de reservoirs een actuator omvatten met een doseerkamer om daarin een vloeistof vanuit ten minste één van de reservoirs te ontvangen, waarbij in de doseerkamer een verdrijvingslichaam gangbaar is dat met de actuator is gekoppeld om daarvan een gecontroleerde slag te ontvangen teneinde een gecontroleerd volume aan vloeistof uit de doseerkamer te verdrijven.

7. Krachtbron volgens conclusie 5 met het kenmerk dat de doseermiddelen voor elk van de reservoirs een volumetrische pomp omvatten.

8. Krachtbron volgens conclusie 6 met het kenmerk dat de doseermiddelen voor elk van de reservoirs een lineaire actuator met een doseerkamer omvatten.

9. Krachtbron volgens conclusie 6 met het kenmerk dat de doseermiddelen voor de reservoirs een actuator met een gemeenschappelijke doseerkamer omvatten om daarin een vloeistof vanuit elk van de reservoirs in hun onderlinge verhouding te ontvangen.

10. Brandstofmengsel voor een verbrandingsmotor omvattende een ontbrandbaar fluïdum (brandstof), een onbrandbaar fluïdum en een additief dat in staat en bestemd is om een ontmenging van het ontbrandbare fluïdum en het onbrandbare fluïdum tegen te gaan.

11. Brandstofmengsel volgens conclusie 10 met het kenmerk dat het ontbrandbare fluïdum is gekozen uit een groep omvattende benzine, diesel en gas, en dat het onbrandbare fluïdum water omvat.

12. Brandstofmengsel volgens conclusie 11 met het kenmerk dat het additief een mengsel van geëthoxyleerd C9-C11 alcohol en quartemair C12-C14 alkylmethylamine ethoxylaat methyl chloride of een chemisch equivalent van elk daarvan omvat.

13. Brandstofmengsel volgens conclusie 12 met het kenmerk dat het additief 5-15 vol.% C9-C11 alcohol omvat en minder dan 5 vol.% Cl2-04 alkylmethylamine ethoxylaat methyl chloride.

14. Brandstofmengsel volgens één of meer der conclusies 10 tot en met 13 met het kenmerk dat het mengsel tot 40 vol.% aan onbrandbare fluïdum omvat, in het bijzonder zuiver water, in combinatie met tot 2 vol.% aan additief.

15. Brandstofmengsel volgens conclusie 14 met het kenmerk dat het mengsel tussen 15 en 25 vol.% aan onbrandbaar fluïdum omvat, in het bijzonder circa 18-22 vol.% water en meer in het bijzonder circa 20 Vol.% water, en dat daarin circa 1 vol.% aan additief is toegepast.

16. Doseer-mengsysteem omvattende de doseermiddelen, de mengkamer en de evacuatiemiddelen zoals toegepast in de krachtbron volgens één of meer der conclusies 1 tot en met 9.