WO2009030213A1 - Verfahren zum schutz vor motorschäden von mit emulsionsskraftstoffen betriebenen motoren - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method for controlling the fuel / water ratio in a fuel / water or water / fuel emulsion for an internal combustion engine operated with the fuel / water or water / fuel emulsion.
- Thermodynamically stable fuel / water microemulsions for example water-containing diesel emulsions, have the advantage over conventional fuels of lower soot and NO x formation.
- fuel emulsions Unlike marine heavy fuel oil (HFO) and marine diesel oil (MDO), fuel emulsions have significantly different physical properties than pure non-water mixed fuel. In particular, here is the difference compared to conventional fuels viscosity of emulsions that cause large problems during operation u.a. of large diesel engines.
- HFO marine heavy fuel oil
- MDO marine diesel oil
- the object of the invention is therefore to provide a method for controlling the fuel / water ratio in a fuel / water emulsion for an operated with the fuel / water emulsion engine, the risk of damaging the engine by injecting an emulsion fuel with for the engine unsuitable viscosity prevented.
- the basic idea of the invention is to design the method for protection against engine damage of engines operated with emulsion fuels such that a change in the fuel / water ratio from a first fuel / water ratio to a second fuel / water ratio provides a ramp function, in that the respective fuel / water emulsion is adjusted to a predetermined temperature as a function of its fuel / water ratio, so that an engine-compatible viscosity of the emulsion fuel is achieved, which lies in the harmless (ie compatible) working range of the engine.
- the first fuel / water ratio may be a preset fuel / water ratio at the start of the engine, which according to a preferred exemplary embodiment may be 1: 0 (ie 100% fuel, 0% water), ie would consist of pure fuel. If a second fuel / water ratio is selected manually or automatically after the engine has been put into operation, there is no sudden change in the emulsion fuel composition, but instead the fuel / water ratio is adjusted according to a preset, preferably programmable ramp function (in favor of water or in favor of fuel ) changed constantly.
- each fuel / water ratio ie, each point of the ramp function, is assigned a temperature value of the emulsion fuel which is necessary for achieving an engine-compatible viscosity.
- the assignment can be made, for example, in tabular form and / or in a database.
- the ramp function is preferably carried out in subsections, whereby a subsection adjoining an executed subsection is only executed when a predetermined, measured temperature and / or viscosity value is reached.
- an alarm signal is output and / or the engine is switched off or automatically switched to an engine-compatible setting.
- the temperature control of the fuel / water emulsion or water / fuel emulsion takes place as a function of the ratio of measured viscosity to the viscosity of the fuel / water emulsion assigned to the ramp function. By calculating this ratio, it is possible to regulate the power of the at least one heat exchanger in an energy-saving manner or, for example, when required.
- a heat engine with an internal combustion engine a fuel tank, a water tank, an emulsion generator for producing a fuel / water emulsion or a water / fuel emulsion, at least one heat exchanger for controlling the temperature of the fuel / water emulsion or Water / fuel emulsion and a connecting the internal combustion engine with the emulsion generator fuel line.
- a control unit acting on the emulsion generator and the heat exchanger using a ramp function which determines the temperature of the respective one Fuel / water emulsion or water / fuel emulsion depending on their fuel / water ratio to achieve an engine-compatible viscosity regulated.
- the ramp function is traversed in sections and sensors ensure monitoring of the setting process, which enables automatic or manual intervention in the event of a malfunction.
- the at least one heat exchanger in the fuel line and / or the emulsion generator, particularly preferably acting on the control unit, the viscosity of the fuel / water emulsion or water / Fuel emulsion detecting, for example, arranged in the fuel line sensors for controlling the performance of the at least one heat exchanger can be provided.
- the internal combustion engine is preferably designed as a diesel and / or diesel water burning diesel engine.
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Abstract
Verfahren zur Steuerung des Kraftstoff/Wasser-Verhältnisses in einer Kraftstoff/Wasser- oder Wasser/Kraftstoff-Emulsion für einen mit der Kraftstoff/Wasser- oder Wasser/Kraftstoff-Emulsion betriebenen Verbrennungsmotor, gekennzeichnet durch die Schritte: Betreiben des Verbrennungsmotors mit einem ersten Kraftstoff/Wasser-Verhältnis, Auswählen eines vom ersten Kraftstoff/Wasser-Verhältnis abweichenden zweiten Kraftstoff/Wasser-Verhältnisses und Ändern des Kraftstoff/Wasser-Verhältnisses vom ersten Kraftstoff/Wasser-Verhältnis zum zweiten Kraftstoff/Wasser-Verhältnis mittels einer Rampenfunktion, wobei die jeweilige Kraftstoff/Wasser- oder Wasser/Kraftstoff-Emulsion in Abhängigkeit von ihrem Kraftstoff/Wasser-Verhältnis zum Erreichen einer motorverträglichen Viskosität temperiert wird.
Description
Verfahren zum Schutz vor Motorschäden von mit Emulsionskraftstoffen betriebenen Motoren
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung des Kraftstoff/Wasser- Verhältnisses in einer Kraftstoff/Wasser- oder Wasser/Kraftstoff-Emulsion für einen mit der Kraftstoff/Wasser- oder Wasser/Kraftstoff-Emulsion betriebenen Verbrennungsmotor.
Thermodynamisch stabile Kraftstoff/Wasser-Mikroemulsionen, beispielsweise wasserhaltige Diesel-Emulsionen, haben gegenüber herkömmlichen Kraftstoffen den Vorteil geringerer Ruß- und NOx-Bildung. Im Zuge der weltweit strenger werdenden Anforderungen an Emissionswerte, insbesondere auch für die Werte für Ruß und NOx, wird immer häufiger der Einsatz von Emulsionskraftstoffen im Bereich der Großdieselmotoren, z.B. bei Schiffen, notwendig.
Im Gegensatz zum beispielsweise bei Schiffen heute hauptsächlich verwendeten Schweröl (HFO; Heavy Fuel OiI) und Dieselöl (MDO; Marine Diesel OiI) haben Kraftstoffemulsionen erheblich andere physikalische Eigenschaften als der reine nicht mit Wasser vermengte Kraftstoff. Insbesondere ist hier die gegenüber herkömmlichen Kraftstoffen unterschiedliche Viskosität von Emulsionen zu nennen, die zu großen Problemen beim Betrieb u.a. von Großdie- selmotoren führen kann.
Um einen Großdieselmotor beispielsweise mit HFO zu betreiben, ist es erforderlich, den Kraftstoff auf Temperaturen von ca. 130 bis 145 °C aufzuheizen, um die erforderliche Einspritzviskosität zu erhalten. Dieser Wert richtet sich nach der gerade zur Verfügung stehenden Kraftstoffqualität und wird automatisch über Viskositätsregelanlagen eingestellt. Beim Betrieb mit Emulsionen hingegen kann ein Aufheizen auf höhere Temperaturen, heute bis hin zu 170 0C notwendig werden, um die erforderliche Einspritzviskosität zu erhalten. Es kann jedoch auch eine niedrigere Temperatur als normal erforderlich sein.
Ein zu schnelles Verändern der Kraftstoffqualität, d.h. der Anteile an Kraftstoff und Wasser kann zu großen Motorschäden bis hin zum Totalausfall führen. So hätte ein Aufheizen auf zu hohe Temperaturen aufgrund der im überhöhten Temperaturbereich zu niedrigen Viskosität
Motorschäden zur Folge, ebenso wie eine zu geringe Temperatur eine zu hohe Viskosität mit sich bringen würde. Die Umstellung der Kraftstoffqualitäten ist somit mit einem Temperatursprung von bis zu über 100 °C verbunden, wenn beispielsweise gleichzeitig auch die Kraftstoffqualität von HFO auf z.B. schwefelarmen MDO Kraftstoff geändert wird.
Bei den bekannten Anlagen besteht daher die Gefahr, dass bei Änderung des Wasseranteils im Emulsionskraftstoff oder bei Umstellung vom reinen Kraftstoff betrieb auf Kraftstoffemulsionen eine sprunghafte Veränderung des Wassergehaltes, d.h. innerhalb einer Zeitspanne von wenigen Sekunden, zu erheblichen Motorschäden führen kann. Insbesondere besteht im Fall einer an sich notwendigen schnellen Reduzierung der Kraftstofftemperatur das Problem, das die erforderlichen Temperaturen nicht schnell genug eingestellt werden können, da die Wärmetauscher ausschließlich zum Heizen, nicht aber zum Kühlen des Emulsionskraftstoffs ausgelegt sind.
Aufgabe der Erfindung ist es daher ein Verfahren zur Steuerung des Kraftstoff/Wasser- Verhältnisses in einer Kraftstoff/Wasser-Emulsion für einen mit der Kraftstoff/Wasser- Emulsion betriebenen Verbrennungsmotor bereit zu stellen, das die Gefahr einer Beschädigung des Motors durch Einspritzen eines Emulsionskraftstoffs mit für den Motor ungeeigneter Viskosität verhindert.
Die Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wieder.
Grundgedanke der Erfindung ist es, das Verfahren zum Schutz vor Motorschäden von mit Emulsionskraftstoffen betriebenen Motoren derart auszugestalten, dass bei Veränderung des Kraftstoff/Wasser- Verhältnisses von einem ersten Kraftstoff/Wasser- Verhältnis zu einem zweiten Kraftstoff/Wasser- Verhältnis eine Rampenfunktion dafür sorgt, dass die jeweilige Kraftstoff/Wasser-Emulsion in Abhängigkeit von ihrem Kraftstoff/Wasser- Verhältnis auf eine vorbestimmte Temperatur eingestellt wird, sodass eine motorverträgliche Viskosität des E- mulsionskraftstoffs erreicht wird, die im unschädlichen (d.h. verträglichen) Arbeitsbereich des Motors liegt.
Dabei kann das erste Kraftstoff/Wasser- Verhältnis ein beim Start des Motors voreingestelltes Kraftstoff/Wasser- Verhältnis sein, das nach einem bevorzugten Ausfuhrungsbeispiel 1 :0 (i.e. 100 % Kraftstoff, 0 % Wasser) betragen kann, also aus reinem Kraftstoff bestehen würde. Wird nun manuell oder automatisch nach Inbetriebnahme des Motors ein zweites Kraftstoff/Wasser- Verhältnis ausgewählt, erfolgt keine sprunghafte Änderung der Emulsionskraftstoffzusammensetzung, sondern wird das Kraftstoff/Wasser- Verhältnis gemäß einer voreingestellten, bevorzugt programmierbaren Rampenfunktion (zu Gunsten von Wasser oder zu Gunsten von Kraftstoff) stetig verändert. Dabei ist aufgrund von aus Vorversuchen ermittelten bekannten Werten jedem Kraftstoff/Wasser- Verhältnis, d.h. jedem Punkt der Rampenfunktion, ein Temperaturwert des Emulsionskraftstoffs zugeordnet, der zum Erreichen einer motorverträglichen Viskosität notwendig ist. Die Zuordnung kann beispielsweise tabellarisch und/oder in einer Datenbank erfolgen.
Dabei wird die Rampenfunktion bevorzugt in Teilabschnitten ausgeführt wird, wobei ein sich an einen ausgeführten Teilabschnitt anschließender Teilabschnitt erst bei Erreichen eines vorbestimmten, gemessenen Temperatur- und/oder Viskositätswerts ausgeführt wird. Damit wird sichergestellt, dass die Rampenfunktion, die besonders bevorzugt programmierbar ausgestaltet ist, nicht unkontrolliert durchlaufen wird, sondern anhand von Temperatur-, Viskositäts- und/oder Wassersensoren überprüft werden kann, ob die durch die Rampenfunktion vorgegebenen Werte auch tatsächlich erreicht werden. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass, falls diese Werte nicht oder nicht innerhalb eines vorbestimmten Zeitintervalls erreicht werden, ein Alarmsignal ausgegeben wird und/oder der Motor abgeschaltet oder automatisch auf eine motorverträgliche Einstellung umgeschaltet wird.
Besonders vorteilhaft ist es auch, wenn die Temperierung der Kraftstoff/Wasser-Emulsion oder Wasser/Kraftstoff Emulsion in Abhängigkeit des Verhältnisses von gemessener Viskosität zu der der Rampenfunktion zugeordneten Viskosität der Kraftstoff/Wasser-Emulsion erfolgt. Durch Berechnung dieses Verhältnisses ist es nämlich möglich, die Leistung des we- nigstens einen Wärmetauschers energiesparend zu regulieren oder beispielsweise bei benötig-
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ter hoher Temperatur zu dem einen bereits verwendeten Wärmetauscher einen weiteren Wärmetauscher hinzuzuschalten.
Zur Umsetzung des Verfahrens ist erfϊndungsgemäß auch eine Wärmekraftmaschine mit ei- nem Verbrennungsmotor, einem Kraftstofftank, einem Wassertank, einem Emulsionserzeuger zur Erzeugung einer Kraftstoff/Wasser-Emulsion oder einer Wasser/Kraftstoff Emulsion, wenigstens einem Wärmetauscher zur Temperierung der Kraftstoff/Wasser-Emulsion oder Wasser/Kraftstoff Emulsion und einer den Verbrennungsmotor mit dem Emulsionserzeuger verbindenden Kraftstoffleitung vorgesehen.
Für eine automatische oder manuelle Veränderung des Kraftstoff/Wasser- Verhältnisses von einem ersten Kraftstoff/Wasser-Verhältnis zu einem zweiten Kraftstoff/Wasser- Verhältnis ist eine unter Verwendung einer Rampenfunktion derart auf den Emulsionserzeuger und den Wärmetauscher wirkende Steuereinheit vorgesehen, die die Temperatur der jeweiligen Kraft- stoff/Wasser-Emulsion oder Wasser/Kraftstoff Emulsion in Abhängigkeit von ihrem Kraftstoff/Wasser-Verhältnis zum Erreichen einer motorverträglichen Viskosität reguliert.
Wie oben bereits beschrieben kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Rampenfunktion abschnittsweise durchfahren wird und Sensoren eine Überwachung des Einstellvorgangs ge- währleisten, die ein automatisches oder manuelles Eingreifen bei Auftreten einer Fehlfunktion ermöglichen.
Um eine möglichst exakte Steuerung des oben beschriebenen Verfahrens zu erreichen, ist es vorteilhaft, den wenigstens einen Wärmetauscher im Bereich der Kraftstoff leitung und/oder des Emulsionserzeugers anzuordnen, wobei besonders bevorzugt auf die Steuereinheit wirkende, die Viskosität der Kraftstoff/Wasser-Emulsion oder Wasser/Kraftstoff Emulsion erfassende, beispielsweise in der Kraftstoffleitung angeordnete Sensoren zur Regelung der Leistung des wenigstens einen Wärmetauschers vorgesehen sein können.
Schließlich ist der Verbrennungsmotor bevorzugt als Diesel und/oder Dieselwasser verbrennender Dieselmotor ausgebildet.
Claims
1. Verfahren zur Steuerung des KraftstoffTWasser-Verhältnisses in einer Kraftstoff/Wasser- oder Wasser/Kraftstoff-Emulsion für einen mit der Kraftstoff/Wasseroder Wasser/Kraftstoff-Emulsion betriebenen Verbrennungsmotor,
gekennzeichnet durch die Schritte:
- Betreiben des Verbrennungsmotors mit einem ersten Kraftstoff/Wasser- Verhältnis,
- Auswählen eines vom ersten Kraftstoff/Wasser- Verhältnis abweichenden zwei- ten Kraftstoff/Wasser- Verhältnisses und
- Ändern des Kraftstoff/Wasser-Verhältnisses vom ersten Kraftstoff/Wasser- Verhältnis zum zweiten Kraftstoff/Wasser- Verhältnis mittels einer Rampenfunktion,
wobei die jeweilige Kraftstoff/Wasser- oder Wasser/Kraftstoff-Emulsion in Abhängigkeit von ihrem Kraftstoff/Wasser- Verhältnis zum Erreichen einer motorverträglichen Viskosität temperiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rampenfunktion in Teilabschnitten ausgeführt wird, wobei ein sich an einen ausgeführten Teilabschnitt anschließender Teilabschnitt erst bei Erreichen eines vorbestimmten, gemessenen Temperatur- und/oder Viskositätswerts ausgeführt wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperierung der Kraftstoff/Wasser- oder Wasser/Kraftstoff-Emulsion in Abhän- gigkeit des Verhältnisses von gemessener Viskosität zu der der Rampenfύnktion zugeordneten Viskosität der Kraftstoff/Wasser- oder Wasser/Kraftstoff-Emulsion erfolgt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rampenfunktion programmierbar ist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoff Diesel und der Verbrennungsmotor ein Dieselmotor ist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kraftstoff/Wasser- Verhältnis 1 :0 beträgt.
7. Wärmekraftmaschine mit einem Verbrennungsmotor, einem Kraftstofftank, einem
Wassertank, einem Emulsionserzeuger zur Erzeugung einer Kraftstoff/Wasser- oder Wasser/Kraftstoff-Emulsion, wenigstens einem Wärmetauscher zur Temperierung der
Kraftstoff/Wasser- oder Wasser/Kraftstoff-Emulsion und einer den Verbrennungsmotor mit dem Emulsionserzeuger verbindenden Kraftstoffleitung,
gekennzeichnet durch
eine bei Veränderung des Kraftstoff/Wasser- Verhältnisses von einem ersten Kraftstoff/Wasser-Verhältnis zu einem zweiten Kraftstoff/Wasser- Verhältnis unter Verwendung einer Rampenfunktion auf den Emulsionserzeuger und den Wärmetauscher wirkende Steuereinheit zur Anpassung der Temperatur der jeweiligen Kraft- stoff/Wasser- oder Wasser/Kraftstoff-Emulsion in Abhängigkeit von ihrem Kraftstoff/Wasser-Verhältnis zum Erreichen einer motorverträglichen Viskosität.
8. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoff Diesel und der Verbrennungsmotor ein Dieselmotor ist.
9. Wärmekraftmaschine nach einem der Ansprüche 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Wärmetauscher im Bereich der Kraftstoffleitung und/oder des Emulsionserzeugers angeordnet ist.
10. Wärmekraftmaschine nach einem der Ansprüche 7 bis 9, gekennzeichnet durch auf die Steuereinheit wirkende, die Viskosität der Kraftstoff/Wasser- oder Wasser/Kraftstoff- Emulsion erfassende Sensoren zur Regelung der Leistung des wenigstens einen Wär- metauschers.
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Legal Events
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121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
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122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
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