專利名稱：用于生成柴油-水微乳液并將該乳液噴射入柴油機的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于生成柴油/水微乳液并將所述乳液噴射入柴油 機的設(shè)備。
背景技術(shù)：
嘗試著采用柴油/水的混合物來驅(qū)動柴油機并進行測試。已經(jīng)證明， 與釆用純柴油作為燃料相比，用所述類型的乳液可實現(xiàn)更加清潔的燃燒。能根據(jù)乳液中水的比例而將尾氣中的諸如顆粒物、煤煙顆粒和N0,、的污染 物降低到最小值。然而，柴油/水乳液的缺點在于不是非常穩(wěn)定。如果不 通過添加劑(即所謂的乳化劑)使該兩相物保持穩(wěn)定，那么它們會在非 常短的時間后分離。為了廣泛地使用柴油/水乳液作為燃料，必須在大型設(shè)施中通過添加 乳化劑而預(yù)先制成穩(wěn)定的乳液，并將其存放在大的容器設(shè)施內(nèi)。此外， 加油站必須配備附加的裝填裝置。其投資成本巨大，在當前經(jīng)濟狀況下 是不可行的。從DE 696 03 823 T2公知一種用于柴油內(nèi)燃機的液體燃料供應(yīng)設(shè)備， 所述液體燃料供應(yīng)設(shè)備具有混合器，燃料和水被供應(yīng)到該混合器內(nèi)，這 樣形成的燃料/水的混合物隨后輸送到發(fā)動機的噴射泵。盡管所述設(shè)備能 直接安裝在機動車輛上，但是不能通過這樣的設(shè)備獲得穩(wěn)定的柴油/水乳 液。從DD 228 594 Al公知一種用于兩種不可混合的燃料(例如柴油燃 料和酒精)的燃料系統(tǒng)。燃料被保持在兩個分開的燃料容器內(nèi)，并被供應(yīng)到混合計量泵以進行混合和計量，然后從該處輸送到燃料供給泵。 從DE 199 48 464 Al公知一種用于內(nèi)燃機的共軌式燃料噴射系統(tǒng)，所述共軌式燃料噴射系統(tǒng)具有為多個噴射器供應(yīng)燃料的高壓燃料儲存器，所述多個噴射器用來將燃料噴射入內(nèi)燃機的燃燒室。這里，該高壓 燃料儲存器通過液壓助力裝置液壓聯(lián)接到低壓儲存器上。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種解決方案以在機動車輛自身內(nèi)制備用于 柴油機的柴油/水乳液。通過介紹中所述類型的設(shè)備實現(xiàn)所述目的，所述設(shè)備具有三個高壓 缸，第一高壓缸和第二高壓缸的進口連接到水/柴油原乳液的預(yù)混合系 統(tǒng)，第一高壓缸和第二高壓缸的出口連接到均質(zhì)閥，而第三高壓缸的進 口連接到該均質(zhì)閥的出口，第三高壓缸的出口連接到柴油機，所述三個 高壓缸的三個活塞是增壓器的組成部件，該增壓器的驅(qū)動活塞在連接至 液壓驅(qū)動單元的驅(qū)動缸內(nèi)被引導(dǎo)。通過根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備，可在機動車輛自身內(nèi)制備柴油/水乳液。這 里，僅僅需要具有計量泵的小型輔助水箱，所述計量泵以受控方式根據(jù) 密度對進入柴油箱和所述設(shè)備之間的柴油供應(yīng)線路中的水進行計量，所 述兩種液體在供應(yīng)線路內(nèi)的靜態(tài)混合器中進行混合，從而形成水/柴油原 乳液。高壓均質(zhì)化(壓力大小在2000bar的量級)可簡單描述為通過降壓 使兩種液體均勻混合。通過首先從所述兩種液體生成原乳液，然后在高 壓下迫使所述原乳液通過狹窄的間隙，這導(dǎo)致壓能轉(zhuǎn)化為流動能，從而 提供降壓。剪切和空化效應(yīng)產(chǎn)生非常小的液滴，在高均質(zhì)化的壓力作用 下，液滴的大小在nm范圍內(nèi)。狹窄的間隙可由閥門形成，或布置在相應(yīng) 的噴嘴內(nèi)。所產(chǎn)生的兩種液體的nm尺寸的液滴混合物稱之為微乳液。微 乳液整體上具有相對較大的液滴表面積，活性相對較高，從而能確保高 效的燃燒。僅僅需要一簡單的增壓器來獲得所需的高壓，在該增壓器內(nèi)，高壓 缸內(nèi)的三個直徑相對較小的活塞被具有相對較大活塞直徑的液壓驅(qū)動缸 同時同步地線性驅(qū)動，先前生成的水/柴油原乳液以大約相等的量被泵送 到第一高壓缸和第二高壓缸的均質(zhì)閥。第三缸構(gòu)成噴射泵，所形成的柴油/水乳液通過該噴射泵被供給到柴油機的高壓配送器。在特別優(yōu)選的實施方式中，設(shè)置了三個高壓缸，這三個高壓缸呈排 串聯(lián)布置，并與驅(qū)動缸共用公共的單部件或多部件活塞桿。從而所述設(shè) 備的所有缸布置成一排或一行。它們同步地升高或降低。結(jié)果，在合適 的情況下，如果活塞和缸之間的游隙足夠狹窄，且壓力從一個缸到下一 缸僅略微下降，則甚至可以省去活塞密封件。這里，從一個缸到另一缸 的微小泄露是可接受的，這是因為總是要形成混合物，所以液體的摻混 并不重要。而且可選的是，所述三個高壓缸彼此相鄰地并聯(lián)布置。然后所述增 壓器具有一類板，所述三個高壓缸的三個并聯(lián)活塞桿布置在所述板的一 側(cè)，而所述驅(qū)動缸的活塞桿布置在所述板的另 一側(cè)。為了能以特別簡單的方式在所述三個高壓缸內(nèi)提供大約2000bar的 所需高壓，將所述驅(qū)動活塞的橫截面設(shè)置成顯著大于所述三個高壓缸的 活塞的橫截面之和。例如，所述三個高壓缸的活塞直徑可為12.6mm、 17.8ran和21.8mm，而驅(qū)動活塞的直徑為70mm。于是驅(qū)動活塞和從動活塞 之間的活塞面積或環(huán)形面積的比值約為1: 8.0。于是為了在所述三個高 壓缸內(nèi)獲得約2000bar的所需壓力，液壓驅(qū)動單元僅僅需要提供約250bar 的壓力。在另一實施方式中，在所述均質(zhì)閥的出口和所述第三高壓缸的進口 之間布置第一緩沖儲存器。所述緩沖儲存器用于緩存在均質(zhì)閥內(nèi)生成的 乳液，并旨在均衡任何壓力波動。還設(shè)置了連接到第三高壓缸的出口的第二緩沖儲存器，該第二緩沖 儲存器用作對在從噴射泵(第三高壓缸)輸送到發(fā)動機配送器時已經(jīng)處 在約2000bar高壓下的乳液進行緩存，并均衡系統(tǒng)的壓力波動。優(yōu)選的是，借助于所述柴油機的加速器踏板在調(diào)節(jié)閥的作用下通過 所述液壓驅(qū)動單元流向所述驅(qū)動缸的液壓油的質(zhì)量流量而實現(xiàn)對所述驅(qū) 動活塞的控制。為了驅(qū)動液壓單元，優(yōu)選將液壓驅(qū)動單元設(shè)置成具有用于提供至機 動車輛曲軸的連接的力矩傳遞元件。因而可省去用于液壓單元的單獨驅(qū)動器。在另一特別有利的實施方式中，將均質(zhì)閥實施為逆流閥。這里，從 液壓缸1和2供應(yīng)的兩種原乳液流在逆流中進行混合和均質(zhì)化。每個闊 側(cè)優(yōu)選由具有圓錐形閥錐的主軸構(gòu)成，所述閥錐都插入到中央的尖緣筒 形座內(nèi)。以液壓方式調(diào)節(jié)主軸。所述座縮入到塊中。所述主軸形成在連接到 液壓缸的開口管道內(nèi)。液壓調(diào)節(jié)缸的活塞連接到閥的主軸上，通過彈簧 擠壓所述主軸，使錐體進入座的筒形孔腔內(nèi)。由增壓器增大的壓力壓靠 活塞的底側(cè)，該活塞壓靠預(yù)加載彈簧。這里，錐體從閥座提升一定程度， 使得不管質(zhì)量流量如何總是在同樣的壓力下進行均質(zhì)化。所述兩種液體 通過閥錐和座邊緣之間的狹窄間隙而分層高速反向流動。壓力迅速從2000bar降低到約100bar，通過剪切和空化效應(yīng)而減少的液滴以高湍流 度混合。為了盡可能地使所述設(shè)備的安裝尺寸最小，特別優(yōu)選的是所述三個 高壓缸、驅(qū)動缸和/或所述兩個緩沖儲存器實施為公共外殼塊(housing block)內(nèi)的孔腔。


以下將基于附圖以實施例的方式更加詳細地描述本發(fā)明。在單幅圖 中，所述附圖是對根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的圖示說明。
具體實施方式
首先，根據(jù)本發(fā)明的用于生成柴油/水微乳液并用于將所述乳液噴射 到柴油機內(nèi)的設(shè)備具有三個高壓缸，具體為用于水/柴油原乳液的第一高 壓缸1、第二高壓缸2以及用于水/柴油微乳液的第三高壓缸3。還設(shè)置 有雙重作用的驅(qū)動缸4。在所示出的特別優(yōu)選的實施方式中，所述三個高壓缸1、 2、 3和驅(qū) 動缸4成排串聯(lián)布置，并實施為增壓器。此外，在示出的實施方式中， 所有三個高壓缸l、 2、 3和驅(qū)動缸4共用公共的單部件或多部件活塞桿，為2KS、 1KS、 3KS和4KS。例如，第一高壓缸1的活塞直徑為17. 8mm，活塞桿的直徑為12. 6mm， 從而環(huán)形面積為124. 16mm2，第二高壓缸2的活塞直徑為12. 6mm，橫截面 為124.69腿2，第三高壓缸3的活塞直徑為21.8mm，活塞桿的直徑為 17.8鵬，從而環(huán)形面積為124. 40mm2。因此三個高壓缸1、 2、 3的全部橫 截面為373. 25mm2。驅(qū)動缸4的活塞直徑例如為70mm，活塞桿4KS的直徑為21. 8mm，從 而環(huán)形面積為2996. 30mm2。這樣使得驅(qū)動缸4與從動高壓缸1、 2、 3之間的面積比為8. 0。 因此為了能在三個高壓缸1、 2、 3中的每個缸內(nèi)獲得2000bar的高 壓，在驅(qū)動缸4內(nèi)需產(chǎn)生大約250bar的壓力。所述四個缸的單部件或多部件的公共活塞桿呈階梯狀，也就是說， 直徑從缸2經(jīng)由缸1到缸3到缸4逐漸增加。如所示的那樣，所述公共 活塞桿在較小高壓缸2和1內(nèi)優(yōu)選同時用作高壓缸1和2的活塞，同時 在相對較大的缸內(nèi)，活塞桿3KS支撐附加活塞3K，而在驅(qū)動缸內(nèi)，活塞 桿4KS支撐附加活塞4K。在各個缸內(nèi)，該活塞桿在具有密封件的套筒B 內(nèi)被引導(dǎo)。所有的缸l、 2、 3、 4都優(yōu)選實施為公共外殼塊內(nèi)的孔腔。 驅(qū)動缸4經(jīng)由液壓線路5、 6連接到液壓驅(qū)動單元7，具體而言，在 它們之間連接有調(diào)節(jié)閥8和伺服閥9。驅(qū)動單元7和/或液壓泵優(yōu)選通過 帶驅(qū)動器(未示出)連接到將要配備本設(shè)備的車輛的曲軸上。 高壓缸l、 2、 3的連接如下實施所述兩個高壓缸1和2的進口經(jīng)由線路26和27，并分別通過止回 閥連接到用于生成原乳液的靜態(tài)混合器(28MI)上。所述兩個高壓缸1 和2的用于原乳液高壓供應(yīng)的出口經(jīng)由高壓線路12和25并分別通過另 一止回閥R連接到均質(zhì)閥13。柴油箱11經(jīng)由線路10連接到靜態(tài)混合器28MI。用于生成原乳液的 水由計量泵29PI從水箱15計量出，并經(jīng)由線路14流入靜態(tài)混合器上游 的線路10中。計量泵29PI是可控制的，并根據(jù)所測量的柴油密度和預(yù)定的混合比來計量水量。由于例如在釋放安全閥33SV的壓力時或在從發(fā) 動機區(qū)域回收過量的微乳液時將乳液回收到柴油箱內(nèi)，使柴油內(nèi)水的比 例增加，從而所述柴油的密度發(fā)生變化。結(jié)果，必須連續(xù)地測量從箱中 抽出的柴油的密度，從而為了生成原乳液而調(diào)節(jié)水的供應(yīng)。通過控制器32C0控制計量泵29PI，該控制器32C0接受來自柴油供 應(yīng)線路10內(nèi)的密度傳感器30DS和來自位于均質(zhì)閥下游的微乳液線路17 內(nèi)的密度傳感器31DS的測量值，并且還接受來自發(fā)動機控制器的信號， 而且在串級控制操作中對所述測量值和信號進行處理。在由于排放減少而使原乳液線路26和27內(nèi)壓力增加的情況下，打 幵線路10內(nèi)的安全閥33SV，并經(jīng)由線路34將過量的原乳液引導(dǎo)回柴油 箱ll。均質(zhì)閥13實施為逆流閥，其中從兩個高壓缸1和2供給的處在大約 2000bar的高壓下的兩種原乳液在逆流中進行混合和均質(zhì)化。均質(zhì)閥13 的每一閥側(cè)都具有帶錐形閥錐的主軸，這些閥錐都插入到中央的尖緣筒 形座內(nèi)。通過液壓控制缸16調(diào)節(jié)主軸。該座縮入到塊中。該主軸在連接 到液壓控制缸16的開口管道內(nèi)被引導(dǎo)。液壓筒16的活塞連接到閥的主 軸上，并通過彈簧擠壓主軸，使錐體進入座的筒形孔腔內(nèi)。由增壓器增 大的壓力壓靠活塞的底側(cè)，該活塞壓靠預(yù)加載彈簧。這里，錐體從閥座 提升一定程度，使得不管質(zhì)量流量如何總是在同樣的壓力下進行均質(zhì)化。 柴油和水的兩種液體流通過閥錐和座邊緣之間的狹窄間隙而在超音速下 彼此撞擊。壓力迅速從約2000bar降低到100bar，通過碰撞、剪切和空 化效應(yīng)而減少的液滴以高湍流度混合，從而形成微乳液。所述微乳液經(jīng)由高壓線路17供應(yīng)到緩沖儲存器18。所述緩沖儲存 器18實施為在其內(nèi)引導(dǎo)活塞18K的缸，拉簧18F作用在該活塞18K上。 緩沖儲存器18的出口經(jīng)由兩個高壓管道19并分別經(jīng)由一個止回閥R在 雙重作用的活塞3K的兩側(cè)連接到高壓缸3上。保持止回閥R的孔腔內(nèi)的 塞由S表示。高壓缸3的出口經(jīng)由具有止回閥R的兩個高壓線路20通過高壓線路 22連接到另一緩沖儲存器21上，并連接到高壓配送器23上，該高壓配送器23待連接到車輛的柴油機24上。緩沖儲存器21以與緩沖儲存器18相同的方式構(gòu)造而成。所述緩沖 儲存器21實現(xiàn)為一缸，在該缸內(nèi)，活塞21K在拉簧21F的載荷作用下被 引導(dǎo)。所有三個高壓缸l、 2、 3和緩沖儲存器18、 21優(yōu)選作為非連續(xù)孔腔 一起布置在一個外殼塊內(nèi)。高壓缸1、 2、 3內(nèi)的活塞密封件優(yōu)選由受專 用彈簧擠壓的塑料密封件提供，或由金屬密封件提供。所述密封件通過 壓力螺釘保持在合適位置。設(shè)置在每個高壓缸l、 2、 3的進口和出口處的止回閥R用來防止吸 入的液體在高壓下回流到進口管道內(nèi)，并在吸入沖程的過程中防止已經(jīng) 泵送為高壓的液體回流到缸內(nèi)。來自柴油箱11和水箱15的柴油和水在靜態(tài)混合器內(nèi)混合從而形成 原乳液，然后被供應(yīng)到高壓缸1和2。在吸入沖程中，所述兩種介質(zhì)流入 到缸空間內(nèi)，并在壓力沖程中分別經(jīng)由高壓線路12和25被供給到均質(zhì) 閥13。所述兩種液體經(jīng)由所述閥錐和所述閥座的邊緣之間的狹窄間隙而 彼此反向地高速流動。壓力迅速從2000bar下降到約100bar，由于剪切 和空化效應(yīng)減少的液滴以高湍流度混合。在離開均質(zhì)閥13之后，所形成的柴油/水微乳液經(jīng)由高壓線路17而 流向緩沖儲存器18，乳液在緩沖儲存器18中保持在10bar的壓力下。緩 沖儲存器18經(jīng)由高壓線路19連接到第三高壓缸3。結(jié)果，高壓缸或噴射 缸3的活塞3K為雙重作用，即，從缸的一側(cè)到另一側(cè)分別交替進行吸入 沖程和壓力沖程。在活塞3K的往復(fù)運動中供應(yīng)的乳液量對應(yīng)于從均質(zhì)閥 13供應(yīng)到緩沖儲存器18的量。在吸入沖程的過程中，乳液在lObar的壓 力下被從緩沖儲存器18擠壓到第三高壓缸3內(nèi)。在高壓管道19中，止 回閥R防止高壓乳液在壓力沖程的過程中回流到緩沖儲存器18內(nèi)。 一破 裂板(r邵ture plate)(未詳細示出)具有向外布置到高壓線路17內(nèi)的 幵口，該破裂板旨在當止回閥R發(fā)生故障時在過壓的情況下保護緩沖儲 存器18。在壓力沖程的過程中，乳液在大約2000bar的壓力下通過高壓線路20從第三高壓缸3流向柴油機24。緩沖儲存器21同樣通過線路22連接 至高壓缸3的出口。所述緩沖儲存器21均衡由于機動車輛速度的波動而 產(chǎn)生的壓力波動。同樣在高壓缸3和緩沖儲存器21的連接之間的高壓線路20中設(shè)置 止回閥R，所述止回閥R防止回流從緩沖儲存器21流入高壓缸3。當然，本發(fā)明不限于所示出的示例性實施方式。在不偏離基本概念 的情況下其他實施方式也是可行的。從而，作為所示出的優(yōu)選實施方式 的可選方式，還可將所述三個高壓缸1、 2、 3設(shè)置為不是串聯(lián)布置，而 是彼此并聯(lián)布置。
權(quán)利要求
1.一種用于生成柴油/水微乳液并用于將所述乳液噴射入柴油機的設(shè)備，其特征在于，三個高壓缸(1，2，3)，兩個所述高壓缸(1)和(2)的進口連接到靜態(tài)的原乳液預(yù)混合器(28MI)，所述兩個高壓缸(1)和(2)的出口連接到均質(zhì)閥(13)，所述第三高壓缸(3)的進口連接至所述均質(zhì)閥(13)的出口，而所述第三高壓缸(3)的出口連接至所述柴油機(24)，所述三個高壓缸(1，2，3)的三個活塞為增壓器的組成部件，所述增壓器的驅(qū)動活塞(4K)在連接至液壓驅(qū)動單元(7)的驅(qū)動缸(4)內(nèi)被引導(dǎo)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述三個高壓缸串聯(lián) 布置，并與所述驅(qū)動缸(4)共用公共的單部件或多部件活塞桿(4KS， 3KS， 1KS， 2KS)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述三個高壓缸(1， 2， 3)彼此相鄰地并聯(lián)布置。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l、 2或3所述的設(shè)備，其特征在于，所述驅(qū)動活 塞(4K)的橫截面顯著大于所述三個高壓缸(1， 2， 3)的活塞的橫截面 之和。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中一項所述的設(shè)備，其特征在于，在所述均 質(zhì)閥(13)的出口和所述第三高壓缸(3)的進口之間布置第一緩沖儲存 器(18)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其特征在于，設(shè)置有連接到所述第 三高壓缸(3)的出口的第二緩沖儲存器(21)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6中一項所述的設(shè)備，其特征在于，借助于所 述柴油機的加速器踏板在調(diào)節(jié)閥(8)的作用下通過所述液壓驅(qū)動單元(7) 流向所述驅(qū)動缸(4)的液壓油的質(zhì)量流量而實現(xiàn)對所述驅(qū)動活塞(4K) 的控制。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至7中一項所述的設(shè)備，其特征在于，所述液壓 驅(qū)動單元(7)具有力矩傳遞元件，用于提供至機動車輛曲軸的連接。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1至8中一項所述的設(shè)備，其特征在于，所述均質(zhì)閥(13)實施為逆流閥。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1至9中一項所述的設(shè)備，其特征在于，所述三 個高壓缸(1， 2， 3)、所述驅(qū)動缸(4)和/或所述兩個緩沖儲存器(18， 21)實施為公共外殼塊內(nèi)的孔腔。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1至10中一項所述的設(shè)備，其特征在于，在所述 柴油箱與所述兩個高壓缸(1)和(2)的進口線路(26， 27)之間的線 路(10)中安裝有用于生成水/柴油原乳液的所述靜態(tài)混合器(28MI)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1至12中一項所述的設(shè)備，其特征在于，在所述 水箱和至所述柴油線路(10)的連接之間的線路(14)中安裝有可控制 的計量泵(29PI)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1至13中一項所述的設(shè)備，其特征在于， 一串級 控制裝置包括控制單元(32C0)和安裝在柴油線路(10)內(nèi)的密度傳感 器(30DS)以及安裝在所述微乳液線路(17)內(nèi)的密度傳感器(31DS)， 該串級控制裝置安裝有在所述傳感器和所述控制單元之間的信號線，以 及在所述控制單元和所述計量泵之間的信號線，用于控制所述計量泵， 并用于調(diào)節(jié)所述微乳液的水/柴油比。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于生成柴油-水微乳液并將所述乳液噴射到柴油機內(nèi)的裝置。本發(fā)明的目的是產(chǎn)生這樣一種裝置，其能在機動車輛內(nèi)制備用于柴油機的柴油燃料-水乳液。所述目的是通過以下事實實現(xiàn)的，即，來自柴油燃料箱(11)的柴油燃料和來自水箱(15)的水在靜態(tài)混合系統(tǒng)(28MI)內(nèi)預(yù)混合，從而獲得原乳液，然后將該原乳液引導(dǎo)到包括三個高壓缸(1，2，3)的裝置內(nèi)。第一高壓缸(1)以及第二高壓缸(2)的進口連接到水/柴油燃料原乳液混合系統(tǒng)(28MI)，第一高壓缸(1)和第二高壓缸(2)的出口連接到均質(zhì)閥(13)，第三高壓缸(3)的進口連接到所述均質(zhì)閥(13)的出口，而第三高壓缸(3)的出口連接到柴油機(24)。所述三個高壓缸(1，2，3)的三個活塞是增壓器的一部分，該增壓器的驅(qū)動活塞(4K)在連接到液壓驅(qū)動單元(7)的驅(qū)動缸(4)內(nèi)被引導(dǎo)。
文檔編號F02M25/022GK101263296SQ200680033835
公開日2008年9月10日 申請日期2006年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月15日
發(fā)明者艾德里安·費斯塔倫 申請人:艾德里安·費斯塔倫