专利名称：制造内燃机燃料混合物的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种制造含燃料、水和乳化剂的内燃机用的燃料混合物的方法和设备。本发明还涉及一种制造含燃料、水和乳化剂的燃料混合物的成套装置，它适用于事后安装在内燃机已有的燃料回路内。
一些时间以来已知，内燃机的有机燃料尤其柴油，为了降低燃油消耗量和达到更有利的废气值添加水。为了改善水与燃料的可混性，可除此之外再添加乳化剂，它减小在水滴与燃料小滴之间的界面张力。
由US5904121已知一种制造柴油和水混合物的方法，其中，柴油和水被燃料泵从柴油箱和水箱吸出并在一混合器内互相混合。此燃料混合物进入燃料回路内，一个燃料集流器从燃料回路取出部分混合物并供入内燃机。留下的其余部分混合物中间储存在一个设在燃料集流器下游的余量罐内。控制器根据多个发动机参数如转速和发动机温度控制燃料泵和截止阀，后者设在通向水箱的抽吸管中。柴油和水的混合比决定性地通过混合器的几何尺寸确定。然而两种成分直正混合成一种均匀的混合物只有在设在燃料回路中的燃料泵内才发生。
由WO98/13596已知一种方法，其中，储存在一个箱内的由燃料和水组成的混合物中水的份额通过添加水进一步提高。在此方法中，泵将混合物从此箱输送到燃料回路内。在那里此混合物再次在混合器中混合，然后供给内燃机，内燃机从燃料回路提取它所需要的燃料混合物量。由水箱将附加的水供入通向燃料回路的燃料管。以此方式加入的水的量根据一定的发动机参数和/或按照泵的输送量决定。
本发明的目的是提供一种方法和一种设备，用于制造内燃机用的含燃料、水和乳化剂的燃料混合物，它们在结构上和在控制技术方面能方便地实现。本发明的另一个目的是提供一种成套装置，用于制造含燃料、水和乳化剂的燃料混合物，它适用于事后装入内燃机已有的燃料回路内，在燃料回路内设有一台用于使燃料在燃料回路内循环产生恒定的燃料体积流量的燃料泵和一个用于从燃料回路提取燃料并将提取的燃料供给消耗器的提取装置。成套装置同样应设计为结构简单的。此外应保证，内燃机即使添加了水和乳化剂也能无故障地工作。
在方法方面为达到上述目的采取的措施是，使燃料混合物在燃料回路内借助混合泵循环，混合泵优选地造成一个恒定的燃料混合物体积流量。在一个提取装置处从燃料回路提取燃料混合物并供入一消耗器。在一个沿流动方向看设在提取装置后和混合泵前的供给装置处，由于在那里通过提取燃料混合物形成的负压，从一个与供给装置连接的燃料箱抽吸燃料并供入燃料回路。从燃料箱抽吸并供入燃料回路的燃料体积流量由一测量装置测量。在混合器内根据测量装置测得的燃料体积流量，向供入的燃料或向在燃料回路中循环的燃料混合物添加水和乳化剂。
在设备方面为达到上述目的采取的措施是，设置一个燃料混合物的燃料回路，其中设有— 一台产生优选地恒定的燃料混合物体积流量的用于使燃料混合物在燃料回路内循环的混合泵；— 一个用于从燃料回路提取燃料混合物并将提取的燃料混合物供给消耗器的提取装置；— 一个沿流动方向看设在提取装置后和混合泵前的供给装置，用于将燃料从一个与供给装置连接的燃料箱供入燃料回路；— 一个用于测量从燃料箱供入燃料回路的燃料体积流量的测量装置。此设备还包括— 一个用于混合水和乳化剂的混合器；以及— 一个控制器，用于根据测量装置测得的燃料体积流量控制在混合器中添加的水和乳化剂量。
在成套装置方面通过一种设备达到上述目的，它包括— 一个用于混合燃料、水和乳化剂的混合器；— 一个水箱，水可以从水箱供入混合器；— 一个乳化剂箱，乳化剂可以从乳化剂箱供入混合器；— 一个沿流动方向看设在提取装置后和混合泵前的供给装置，用于将燃料从一个与供给装置连接的燃料箱供入燃料回路；— 一个用于测量从燃料箱供入燃料回路的燃料体积流量的测量装置；— 一个控制器，用于根据由测量装置测得的燃料体积流量控制添加在混合器中的水和乳化剂的量。
按本发明的方法允许使供入燃料回路中的燃料、水和乳化剂的量与在提取装置处提取的燃料混合物的量相适应。这种平衡完全自动调整，亦即没有外部控制。也就是说，若只是重新补充一部分被取走的燃料混合物，则逐渐导致排空燃料回路。然而，一台产生恒定的燃料混合物体积流量的混合泵便不允许有这样的结果。
通过根据测得的被供入的燃料体积流量控制水和乳化剂，以非常简单的方式保证，燃料、水和乳化剂的供入始终按期望的混合比进行。
因此，被供入的混合物总量的自动调整最终是归因于在混合泵抽吸侧造成的负压，而与测量装置配合作用的控制器则负责保持被供入的混合物所期望的混合比。
按本发明的方法的优点是，它可以以现有的燃料回路为基础实施，通过装入一个成套装置对此燃料回路进行修改。在装入时现有的燃料回路只是在三处断开并在那里与成套装置相应的连接点连接。成套装置的控制器至少在期望恒定的混合比时是必要的，绝无数据来自现有燃料回路的控制装置或内燃机中央控制装置。因此免除了对现有的控制系统复杂和易出故障的干预。
按本发明的方法在下列情况下无疑是有利的，即，此方法不是借助于一个扩展一个成套装置的燃料回路，而是此燃料回路从开始起就按本发明设计和制造。于是此控制器便可以例如是内燃机中央控制装置的组成部分。由于测量真正供入燃料回路的燃料，所以可以用特别简单的方法导出，应添加多少量的乳化剂和水才能获得燃料混合物所期望的混合比。在这种类型的已知的方法中则相反，所供入的水的量始终以另一些参数为基础确定，例如混合泵的功率或某些内燃机的运行参数如转速、温度等。这样做不仅麻烦，而且还不准确并因而不可能保证恒定的混合比。
当然，按本发明的方法并不排除这种可能性，即混合比作为另一些参数的函数加以改变。例如此控制器可设温度传感器。以此方式混合比可根据内燃机环境内的温度改变，这例如在内燃机冷起动时应是恰当的。尤其当控制器是内燃机中央控制装置的组成部分时，例如建议为此目的以通常反正要测量的冷却水温度为出发点。除此以外，除混合比与温度相关外，当然毫无疑问也可以有其他的相关性。
按本发明的方法和按本发明的设备允许添加约达50体积％的水内燃机仍能无故障运行，当添加约30体积％水时实际上对功率不产生影响。
在本发明的一项有利的设计中，每单位时间添加的水和乳化剂的体积与测得的燃料体积流量成比例，所以在燃料回路内燃料、水和乳化剂的比例是常数。这样一种成比例地添加水和乳化剂，允许非常简单地设计控制器以及完全省略对现存的控制系统进行干预。试验证明，恒定的混合比基本上与内燃机负荷无关地导致有利的油耗和废气值。
按有利的进一步发展，每单位体积供入的燃料中添加在约0.2与约0.4单位体积之间的水和在约0.05与约0.15单位体积之间的乳化剂。业已证实，在通常所采用的内燃机中按这样的值可以实现无故障运行以及获得特别低的油耗值和有利的废气性质。
在本发明另一项有利的设计中，水和乳化剂的添加各通过一个注射阀进行，在这里至少在超过一个最低温度时，在每一个注射过程，在混合器内注入事先一次性确定的液体体积。这种添加方式与连续式添加相比带来的优点是，可以应用简单的定时控制取代复杂的模拟式阀控制。低于最低温度注入的液体体积可以彼此不同，因为水和乳化剂的粘度有不同的温度相关性。
按一种有利的进一步发展，在每一个注射过程注入的液体体积在约0.4ml与约0.8ml之间。业已证实，注入的体积在此范围时可以采用足够坚固耐用的注射阀，而且尽管如此仍能达到足够精确的计量。
在采用注射阀时，若每单位时间注射过程的数量与测得的燃料体积流量成比例则是优选的。这样一种比例控制导致在燃料回路内燃料、水和乳化剂恒定的比值，而且在控制技术上能非常容易实现。
优选地分别通过一个产生恒定压力的泵将水和乳化剂供给注射阀。由于压力不变，所以保证在每一次打开注射阀时实际上注入相同的液体量。
试验表明，若由水和乳化剂的泵分别产生的压力至少1.5bar，优选地在约7与约9bar之间，则能获得特别有利的注射特性。
按照一项有利的进一步发展，当在两个注射过程之间间隔的时间超过一个可预定的值时，总是至少关闭水和乳化剂的泵之一。以此方式保证泵不产生不必要的压力，要不然在有的情况下会过热。在这种情况下泵和注射阀设计为，在一个新的注射过程前相关的泵及时重新起动并产生要求的压力。
按本发明另一项有利的设计，在燃料回路内所含有的燃料混合物量的波动通过将燃料混合物中间储存在一平衡罐内平衡，沿流动方向看，平衡罐设在提取装置之后和供给装置之前。燃料混合物量的这种波动可例如由于在压力调整期间的延迟形成。
按照此设计的一项有利的进一步发展，燃料混合物在平衡罐内通风，所以在从平衡罐流出的燃料混合物与混合泵之间的压力连系中断。因此除了通风外还由此规定了一个确定的压力计量基准点，它使得与现已存在的燃油回路的既定条件无关。
按照另一项进一步发展，平衡罐可设调整装置，它通过调整由平衡罐流出的燃料混合物量调整在平衡罐内的一个可预定的燃料混合物体积。这样一种调整一方面保证始终储存足够的液体量，以便向下平衡波动，另一方面防止平衡罐填满并因而使得不可能向上波动。
按本发明的另一项设计，混合器设在供给装置与混合泵之间。在燃料回路内部的这种布局，保证循环的燃料混合物总是再次重新在混合器内搅拌，由此防止燃料和水逐渐离析。
按本发明的另一项进一步发展，混合器基本上有空心圆筒的形状，其中两个前后排列的混合腔被一流动阻力板彼此隔开。为每一个混合腔配设一个注射阀，水或乳化剂可通过注射阀沿径向注入相关的混合腔内。在这种情况下优选地沿流动方向看乳化剂混合腔设在水混合腔前面。业已证明，两个注射腔采用这样一种布局，可以达到燃料与水特别良好和长期充分的混合。
在本发明另一项有利的设计中，用于测量供入燃料回路中的燃料体积流量的测量装置设计为旋转活塞计数器。这种已知的旋转活塞计数器的优点是由此产生计数脉冲，它们可借助简单的电路直接换算成注射阀相应的循环脉冲。这种旋转活塞计数器还允许在小流动阻力的情况下非常精确地测量。
按本发明另一项有利的设计，供给装置基本上设计为有进口端和出口端的连续通道，在此通道中从侧面有一个角度地通入一接管，此角度小于90°。在这里，进口端与测量装置连接，出口端与混合泵的抽吸侧连接，以及，接管与混合泵压力侧连接。
按本发明另一项有利的设计，设一加热器，借助它可加热至少一部分燃料回路和/或规定用于储存水和乳化剂的箱。加热器可以在低的环境温度的情况下，在内燃机起动前就已经预热燃料回路和/或箱，并因而保证无故障运行和冷起动。可以接通加热器，直至达到燃油回路的最佳运行温度。
由下面参见附图对优选实施例的说明可以看出本发明的其他特征和优点。附图中
图1按本发明的成套装置在装入位于其下方的传统的燃料回路前的示意图；图2图1中的燃料回路装入成套装置后；图3表示注入循环的数量与旋转活塞计数器产生的计数脉冲的数量之间的关系图；图4通过按本发明的混合器的垂直剖面简化图；图5a通过按本发明的平衡罐的垂直剖面简化图；图5b图5a所示的平衡罐有更高的充填水平；图6供给装置示意剖面图，它是按本发明设备的组成部分。
图1下半部表示内燃机用的传统的燃料回路，它在总体上用10表示。燃料在燃料箱12内，燃料可例如是柴油或汽油。燃料被燃料泵14经燃料管16从燃料箱12泵出，并通过燃料滤18供入提取装置20。
提取装置20从燃料回路10取出部分循环的燃料并将其供往消耗器22。提取装置20可涉及简单的T形段，但它也可以与燃料滤18组成一个部件。取决于内燃机24的类型，消耗器22例如可设计为化油器或喷油泵。在提取装置20处提取后余留的燃料通过再循环流回燃料箱12内。提取的和流回燃料箱12内的燃料体积流量之比取决于内燃机24瞬时的消耗量。
燃料泵14通常设计为产生恒定的燃料混合物体积流量。所以即使当内燃机24的燃料消耗量由于负荷增大在短时间内提高到其最大值，也会无延迟地将足够的燃料供消耗器22使用。在低负荷，尤其在内燃机空转时，提取装置20从燃料回路10只提取小量燃料。于是通过回流管26的体积流量大到近似于通过燃料管16的体积流量。
在图1上部表示的并用30标示的成套装置包括三个连接点32、34和36，它们可例如涉及软管和管段。连接点32规定用于与燃料回路18的燃料管16连接。在连接点32连接用于测量体积流量的测量装置38，它例如可涉及已知结构方式的旋转活塞计数器。测量装置38通过供给装置40与混合器42连接，混合器的出口与连接点36连接。
混合器42(它的结构后面还要详述)有两个混合腔，乳化剂和水可注入其中。为此目的设一乳化剂箱44，它通过乳化剂泵46与乳化剂注射阀48连接。借助于乳化剂注射阀48，可将一个可准确规定的量的乳化剂注射在沿流动方向看混合器42的第一个腔内。为了储存水设一水箱50，它通过水泵52与一水注射阀54连接。借助于水注射阀54，可将水注入混合器42第二个混合腔内。两个注射阀48和54以及泵46和52分别通过控制线56与控制器58连接。此外，通过另一根控制线60可将测量装置38的测量信号传输给控制器58。
连接点34通过平衡罐62(它的结构和功能后面还要详述)与供给装置40连接。在简单的情况下供给装置是一简单的T形段，两个来自连接点32和34的体积流量按90°角共同流入。但优选的是，供给装置40按图6设计为一连续通道64，在其进口端65连接来自测量装置38的管道，而在其出口端66连接混合器42，在这里来自平衡罐62的管道通过一个有角度α的接管67侧向通入，角度α优选地小于90°而且可例如在约60°与89°之间的范围内。无论是连续通道还是侧向通入的接管均优选地有相同的横截面。
在将成套装置30安装在现有的燃料回路18中时，首先在燃料泵14前不远处将燃料管16断开。此与燃料箱12连接的燃料管16开口端被连接在成套装置的连接点32上，所以从现在起燃料箱12与测量装置38连接。燃料管16另一个与燃料泵14连接的开口端连接在连接点36上。此外，断开回流管26并将与提取装置20连接的开口端连接在连接点34上。
采取了这些措施后将燃料箱12从燃料回路18取出，而平衡罐62、供给装置40以及混合器42现在成为燃料回路的组成部分。按此方式修改后的燃料回路下面用68表示并画在图2中。
按本发明的方法的功能现在在下列假设的条件下说明，即，在燃料回路68内已经存在由燃料、水和乳化剂按期望的混合比组成的混合物，其中，在起始状态可以在燃料回路中从纯粹的燃料出发。
下面也称为混合泵的燃料泵14使燃料混合物在燃料回路68内循环。如同也在迄今的燃料回路18内那样，混合泵14产生恒定的燃料混合物体积流量。混合泵14将燃料混合物泵送通过燃料滤18，它优选地应涉及一种金属滤，因为基于混合物内水的成分纸滤湿胀并因而不能使用。也就是说，如果在迄今的燃料回路18内使用了纸滤，则在安装成套装置30时应将它换成金属滤。
完全如在迄今的燃料回路18中那样，在提取装置20处从燃料回路68提取消耗器22所需的燃料混合物体积流量。此体积流量通常取决于多个发动机参数，如转速、发动机温度等，而这些控制器58并不知道。留下的，亦即未被提取装置20取出的体积流量通过连接点34去往供给装置40，在此连接点为了简单起见，对于此方法的基本原理非关键性的平衡罐62可考虑用一直的软管段代替。
由于在提取装置20处取出了燃料混合物，所以在供给装置40处不再提供与曾供给混合泵14抽吸侧的相同量的燃料混合物。但由于混合泵14继续力图产生一恒定的燃料混合物体积流量，所以在燃料回路68内混合泵14的抽吸侧形成负压。此负压促使经燃料管16和测量装置38从燃料箱12抽吸燃料，并通过供给装置40进入燃料回路68内。在此过程中测量装置38测量通过它流动的燃料体积流量。
由测量装置38发出的测量信号经控制线60到控制器58。现在控制器58控制阀48和54，由此使乳化剂和水进入混合器42的混合腔。在供入燃料回路68的燃料、注入的乳化剂以及注入的水的量之间的比例，在这里与在燃料回路内三种成分所期望的混合比相同。此比例通常采用固定不变的，所以控制器只须知道实际上所供入的燃料量，以便能确定乳化剂和水应供入的量。
因为在每一个注射过程注入的液体量的体积是常数，所以阀48和54的控制可以周期性地进行。为此只需要在控制器58内储存对于规定的燃料体积流量要求有多少个水或乳化剂的注入循环数。
图3表示在注入循环数量与测量燃料体积流量的旋转活塞计数器产生的计数脉冲数量之间的关系图。因为旋转活塞计数器产生不连续的计数脉冲，所以对于循环数得出阶梯函数。在此图中用虚线所画的线表示，在循环数与计数脉冲之间是比例关系，也就是说计数脉冲的倍增始终导致循环数对应的倍增。在燃料混合物内水与乳化剂之间的混合比与虚线所画的线的斜率相应，以及由于所论及的比例性因而与计数脉冲的数量并因而与供入的燃料量无关。
通过在供给装置40处供给燃料以及在混合器42内供入乳化剂和水，在混合泵14的抽吸侧减少了压降。在这种情况下正好自动调整了从燃料箱12抽取的燃料量，此燃料量与注入的乳化剂和水一起，等于以前在提取装置20处所提取的燃料混合物量。
为了能更好地说明上面所介绍的功能，下面按互相影响的各个步骤的顺序说明。但在此设备实际运行时这些过程几乎是同时进行的，所以即使在提取装置处提取的体积流量波动，仍总是立即向燃料回路添加相应量的燃料、乳化剂和水，无需外部的调整。由于混合泵14在燃料回路68内产生恒定的燃料混合物体积流量，所以必须始终向燃料回路供入能补偿如所提取的燃料混合物量那么多的燃料、乳化剂和水。在这种情况下供入的燃料、乳化剂和水之间的比例按本发明这样确定，即，测量供入的燃料量并使供入的乳化剂和水的量有意识地与之相匹配。
为了保证即使在低的环境温度下也能无故障地工作，附加地设一加热器，它包括多个载热体69，它们例如可以装在乳化剂箱44、水箱50附近和燃料回路68内部。载热体69通过在图2中没有表示的控制线与控制器58连接，控制器根据周围环境和/或燃料混合物的温度控制载热体69。
图4在简化的示意剖面图中表示混合器42的结构。混合器42基本上有空心圆筒的形状，在其沿纵向的相对端各设接管70，通过它们可将混合器42连接在相应的软管或管道72上。在混合器42内部垂直于纵向设一隔板74，它将空心圆筒的内部再分为两个混合腔76和78。隔板74制有许多孔并因而起在图4中用箭头表示的液体流的流动阻力板的作用。试验证明，混合腔76和78应当有尽可能小的容积，因为这样可以达到特别均匀的混合。另一方面混合腔76和78又必须足够大，以便能容纳乳化剂和水的量，它们从设在两个混合腔76和78的圆柱形壁上的注射阀80和82注入混合腔76和78中。
两个注射阀80和82可通过控制线88和90彼此分开控制，它们分别设计为在每一个注射过程向相关的混合腔76和78注入相同的液体量，只要该液体通过输入管84和86以恒定的压力供给阀。
为产生压力，在两个注射阀80和82上游连接泵46和52，它们产生确定的恒定的压力。在这种情况下原则上在每个注射过程前不久相关的泵起动并建立必要的压力就够了。在注射过程后，有关的泵立即重新关闭。通过泵的这种接通和关闭，防止泵经过一段时间后过热并受损。
泵的接通和关闭可如上所述按这样的方式进行，即为每个注射过程泵被接通和重新关闭。但这样做在注射过程一个紧跟一个地进行时，将导致大数量的开和关过程。为避免发生这种情况，这两台泵可连续运行，在这种情况下只有在两个注射过程之间的间隔时刻超过一个可预定的量时才关闭。以此方式保证，至少在小的燃料混合物提取量时，例如在内燃机空转时，泵至少基本关闭。
平衡罐62允许储存一定量的燃料混合物和平衡暂时的压力波动。具有基本上恒定的较低压力的燃料混合物从平衡罐排出，所以排出的混合物可通过供给装置40与来自燃料箱的燃料聚合。作用在混合器42进口处的负压，由于这种恒定的压力，所以在供给装置40处始终正好从燃料箱供给部分燃料，它与按比例添加的水和乳化剂一起等于被消耗器22消耗的体积。平衡罐还保证燃料回路的通风。
在图5a和5b中表示了平衡罐可能的结构。平衡罐62基本上由一个圆柱形容器构成，它在其上侧设一沿径向向外延伸的接管100。来自提取装置20的燃料混合物通过此接管100流入平衡罐62中。从平衡罐62底面的中央引出一个出口102，燃料可通过出口102从平衡罐流出并去供给装置40。
在平衡罐62内有一浮子104，它随液位在罐内升和降。在罐的内表面与浮子之间留有一间隙，所以燃料混合物可以在浮子旁流过。在浮子下侧，浮子104设一延伸段106，它在其末端过渡成杆106，杆的直径明显地小于出口102的内径。
在图5a中表示的第一个浮子位置下，延伸段落106插入出口102中并基本上完全关闭了出口。因此，通过接管100供入的燃料混合物实际上不能径出口102流出并因此收集在平衡罐62内。随着在平衡罐62内液位增加浮子104上升，直至最终延伸段106释放了出口102。在此第二个浮子位置，仍如终插在出口102中的杆108保证浮子不可能在罐内倾斜或只能微量地倾斜。现在燃料混合物可从出口102排出，因此浮子104重新逐渐下降，直至它重新回到第一个浮子位置并关闭出口102。
在平衡罐62上端，平衡罐设一通风出口110，如图2所示，它可以引回燃料箱12内。在燃料混合物循环时形成的气泡，可通过通风出口110向外排出。此外，借助通风出口110实现压力平衡，所以经出口102流出的燃料混合物只受到平衡罐62内建立起来的流体静压力。
这样一种方法不受平衡罐62的影响。若例如浮子104处于第二个浮子位置，亦即出口102打开，则燃料混合物被混合泵14从平衡罐吸出，直至浮子104最终回到第一个浮子位置并关闭出口102。只有在供给装置处建立了上面已论及的负压，燃料才由于此负压从燃料箱12被吸出。
按本发明的设备以已有的燃料回路为基础实现，汽车的柴油发动机本来借助它供单纯的柴油。燃料回路10的燃料泵14产生300ml/min燃料体积流量。在装入成套装置30后它的控制器58设计为，使每单位体积供给的燃料中在混合室42内添加约0.3单位体积的水和约0.001单位体积的乳化剂。因此，在燃料回路68内循环的燃料混合物包括约69％的柴油，30％的水和1％的乳化剂。乳化剂由一种由60体积％的Disponil的286和40体积％Rilanit GMO组成的混合物构成。无论Disponil286还是Rilanil286均可从COGNIS公司(40589 Düsseldorf，Henkelstraβe67)买到。为了说明的完整性起见在这里还应指出，对于汽油发动机而言，两种成分的混合比颠到过来是优选的。
由于固定的注入体积为0.6ml，所以，为了注入上述混合比，水注射阀54工作次数是乳化剂注射阀48的30倍。所使用的混合器42的混合腔76和78各有容积为30ml。都连接在注射阀上游的乳化剂泵46以及水泵52分别产生9bar的压力。由于尤其燃料滤18造成的流动阻力，燃料混合物在燃料回路68内加热到约50℃。在柴油机满负荷时由测量装置38测得的最大燃料体积流量为150ml/min，而在柴油机空转时此体积流量降至50ml/min。
在Daimler-Benz190D型试验车中借助于如此设计的成套装置在完全不同的条件下行驶超过15000公里，在此期间完全无故障运行，而且实际上可看到对功率没有影响。
即使经过较长的停车时间仍具有无可指摘的起动特性。这主要归因于在燃料回路中循环的燃料混合物进行了非常强烈的搅拌。尤其是甚至在尽管添加了乳化剂经较长时间的运行中断后会出现燃料混合物一定程度的离析的情况下，仍能保证已经在起动过程就通过混合器42和燃料滤18充分混合，所以在较长时间的运行中断后仍然可以可靠地起动。
显然，上面所说明的实施例可以变换成许多形式。例如，尤其是平衡罐62也可以设在燃料回路68内部的其他位置或必要时完全取消。虽然将混合器42设在供给装置40与混合泵14抽吸侧之间是优选的，但混合器42原则上也可以安置在其他地方，例如在混合泵14与燃料滤18之间。还可设想将混合器42装在测量装置38与供给装置40之间。不过，混合器42设在燃料回路68内部是有利的，这样在燃料回路中循环的燃料混合物总是一次次地重新搅拌，由此防止燃料混合物的成分离析。
混合器42原则上也可以与燃料滤18组成一个部件。乳化剂和水的注入也不是必须在混合器42内实施，而是也可以在燃料回路68内部的其他地方进行。例如水和乳化剂的供给在提取装置20和消耗器22之间也是可能的。然而，若现有的燃料回路应借助于成套装置扩展时，上面提及的大多数变换无法实现或无法毫无困难地实现。但本发明如已在前言中提及的那样不限于装备现有的燃料回路；确切地说，在图2中表示的设备也可以生产成成品部件并例如安装在汽车内。
权利要求
1.制造一种含燃料、水和乳化剂的内燃机(24)用燃料混合物的方法有下列步骤a) 燃料混合物在燃料回路(68)内借助混合泵(14)循环，它优选地造成一个恒定的燃料混合物体积流量；b) 在提取装置(20)处从燃料回路(68)提取燃料混合物并供入消耗器(22)；c) 在一个沿流动方向看设在提取装置(20)后和混合泵(14)前的供给装置(40)处，由于在那里通过提取燃料混合物形成的负压，从一个与供给装置(40)连接的燃料箱(16)抽吸燃料并供入燃料回路(68)；d) 从燃料箱(12)抽吸并供入燃料回路(68)的燃料体积流量由测量装置(38)测量；e) 在混合器(42)内根据测量装置(38)测得的燃料体积流量向供入的燃料或在燃料回路(68)中循环的燃料添加水和乳化剂。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征为，每单位时间添加的水和乳化剂的体积与测得的燃料体积流量成比例，所以燃料、水和乳化剂的比例在燃料回路(68)内是常数。
3.按照权利要求2所述的方法，其特征为，每单位体积供入的燃料中添加约0.2与约0.4单位体积之间的水和约0.05与约0.015单位体积之间的乳化剂。
4.按照前列诸权利要求之一所述的方法，其特征为，水和乳化剂的添加各通过一个注射阀(48，54)进行，在这里至少在超过一个最低温度时，每一个注射过程在混合器(42)内注入事先一次性确定的液体体积。
5.按照权利要求4所述的方法，其特征为，在每一个注射过程注入的液体体积在约0.4ml与约0.8ml之间。
6.按照权利要求2或3之一和按照权利要求4或5之一所述的方法，其特征为，每单位时间注射过程的数量与测得的燃料体积流量成比例。
7.按照权利要求4至6之一所述的方法，其特征为，分别通过一个产生恒定压力的泵(46，52)将水和乳化剂供给水及乳化剂的注射阀(46，52)。
8. 按照权利要求7所述的方法，其特征为，由水和乳化剂的泵(46，52)分别产生的压力至少为1.5bar，优选地在约7bar与约9bar之间。
9.按照权利要求7或8之一所述的方法，其特征为，当在两个注射过程之间的时间间隔超过一个可预定的值时，总是至少关闭水和乳化剂的泵(46，52)之一。
10.按照前列诸权利要求之一所述的方法，其特征为，在燃料回路(68)内所含有的燃料混合物量的波动通过将燃料混合物中间储存在一平衡罐(62)内平衡，沿流动方向看，平衡罐设在提取装置(20)之后和供给装置(40)之前。
11.按照权利要求10所述的方法，其特征为，燃料混合物在平衡罐(62)中通风，所以在从平衡罐(62)流出的燃料混合物与混合泵(14)之间的压力连系中断。
12.按照权利要求10或11之一所述的方法，其特征为，平衡罐(62)的调整装置(102、104、106)通过调整由平衡罐(62)流出的燃料混合物量，调整在平衡罐(62)内为一个可预定的燃料混合物体积。
13.按照前列诸权利要求之一所述的方法，其特征为，沿流动方向看，混合器(42)设在供给装置(40)与混合泵(14)之间。
14.制造一种含燃料、水和乳化剂的内燃机(24)用燃料混合物的设备，此内燃机有一个燃料混合物的燃料回路(68)，在此燃料回路中设有a) 一台产生优选地恒定的燃料混合物体积流量的混合泵(14)，用于使燃料混合物在燃料回路(68)内循环；b) 一个提取装置(20)，用于从燃料回路(68)提取燃料混合物并将提取的燃料混合物供给消耗器(22)；c) 一个沿流动方向看设在提取装置(20)后和混合泵(14)前的供给装置(40)，用于将燃料从一个与供给装置(40)连接的燃料箱(12)供入燃料回路(68)；d) 一个测量装置(38)，用于测量从燃料箱(12)供入燃料回路(68)的燃料的体积流量，其中，此设备还有e) 一个混合器(42)，用于混合水和乳化剂；f) 一个控制器(58)，用于根据测量装置(38)测得的燃料体积流量控制在混合器(42)中添加的水和乳化剂量。
15.按照权利要求14所述的设备，其特征为，控制器(58)设计为，使每单位时间添加的水和乳化剂的体积与测得的燃料体积流量成比例，所以燃料、水和乳化剂的比例在燃料回路(68)内是常数。
16.按照权利要求15所述的设备，其特征为，控制器(58)设计为，每单位体积供入的燃料中可添加约0.2和约0.4单位体积之间的水和约0.005与约0.015单位体积之间的乳化剂。
17.按照权利要求14至16之一所述的设备，其特征为，为了添加水和乳化剂，设置可由控制器(58)控制的注射阀(48，54)，借助它们可在每一个注射过程在混合器(42)内注入事先一次性确定的液体体积。
18.按照权利要求17所述的设备，其特征为，在每一个注射过程可注入的液体体积在约0.4ml与约0.8ml之间。
19.按照权利要求15或16之一和按照权利要求17或18之一所述的设备，其特征为，控制器(58)设计为，它控制每单位时间注射过程的数量，使之与测得的燃料体积流量成比例。
20.按照权利要求17至19之一所述的设备，其特征为，在水和乳化剂注射阀(48，54)上游分别连接一台产生恒定压力的泵(46，52)。
21.按照权利要求20所述的设备，其特征为，由水和乳化剂的泵(46，54)分别产生的压力至少为1.5bar，优选地在约7与约9bar之间。
22.按照权利要求20或21之一所述的设备，其特征为，控制器(58)设计为，水和乳化剂的泵(46，52)当在两个注射过程之间的时间间隔超过一个预定的值时可分别关闭。
23.按照权利要求14至22之一所述的设备，其特征为，在燃料回路(68)内为了平衡在燃料回路内所含有的燃料混合物量的波动设一平衡罐(62)，沿流动方向看它设在提取装置(20)之后和供给装置(40)之前。
24.按照权利要求23所述的设备，其特征为，平衡罐(62)设有一个回引到燃料箱(12)内的通风出口(110)，因此在从平衡罐(62)流出的燃料混合物与混合泵(14)之间的压力连系中断。
25.按照权利要求23或24之一所述的设备，其特征为，它有一个平衡罐(62)的调整装置(102、104、106)，通过调整由平衡罐(62)流出的燃料混合物量，调整装置调整在平衡罐(62)内为一个可预定的燃料混合物体积。
26.按照权利要求14至25之一所述的设备，其特征为，沿流动方向看，混合器(42)在燃料回路(68)内设在供给装置(40)与混合泵(14)之间。
27.按照权利要求26所述的设备，其特征为，混合器(42)基本上有空心圆筒的形状，其中两个前后排列的混合腔(76，78)被一流动阻力板(74)彼此隔开。
28.按照权利要求27和权利要求17至22之一所述的设备，其特征为，为每一个混合腔(76，78)各配设一个注射阀(80，82)，水或乳化剂通过注射阀可沿径向注入相关的混合腔(76，78)内。
29.按照权利要求14至28之一所述的设备，其特征为，用于测量供入燃料回路中的燃料体积流量的测量装置(38)设计为旋转活塞计数器。
30.按照权利要求14至29之一所述的设备，其特征为，供给装置(40)基本上设计为有进口端(65)和出口端(66)的连续通道(64)，在此通道中从侧面有一个角度地通入一接管(67)，此角度小于90°，在这种情况下，进口端(65)与测量装置(38)连接，出口端(66)与混合泵(14)抽吸侧连接，以及，接管(67)与混合泵(14)的压力侧连接。
31.按照权利要求14至30之一所述的设备，其特征为，设一加热器(69)，借助它可加热至少一部分燃料回路(68)和/或规定用于储存水和乳化剂的箱(44，50)。
32.制造一种含燃料、水和乳化剂的燃料混合物的成套装置(30)，它适用于事后安装在内燃机(24)已存在的燃料回路(10)内，在此燃料回路内设有一台用于使燃料在燃料回路(10)内循环的造成一个优选地恒定的燃料体积流量的燃料泵(14)，以及设有一个从燃料回路(10)提取燃料并将提取的燃料供给一消耗器(22)的提取装置(20)，此成套装置(30)包括a) 一个混合器(42)，用于混合燃料、水和乳化剂；b) 一个水箱(50)，水可从水箱供入混合器(42)；c) 一个乳化剂箱(44)，乳化剂可从乳化剂箱供入混合器(42)；d) 一个沿流动方向看设在提取装置(20)后和混合泵(14)前的供给装置(40)，用于将燃料从一个与供给装置(40)连接的燃料箱(12)供入燃料回路(68)；e) 一个测量装置(38)，用于测量从燃料箱(12)供入燃料回路(68)的燃料体积流量；f) 一个控制器(58)，用于根据由测量装置(38)测得的燃料体积流量控制添加在混合器(42)中的水和乳化剂的量。
全文摘要
本发明涉及一种制造由燃料、水和乳化剂组成的用于内燃机的燃料混合物的方法,按此方法,通过一台设在燃料回路(68)内的混合泵(14)保证,被内燃机(24)取用的燃料混合物体积始终由相同体积的燃料、水和乳化剂补充。按照由测量装置(38)测得的通过混合泵(14)从燃料箱(12)抽吸的燃料体积流量,确定被添加的水和乳化剂的量并因而限定在燃料混合物内多种成分的混合比。此方法保证内燃机无故障运行以及不需要在已有的控制系统中作任何改造。实施此方法的设备因而可以简单地通过将一个成套装置(30)装入现有的燃料回路中构成。
文档编号F02M37/00GK1338025SQ99816385
公开日2002年2月27日 申请日期1999年11月29日 优先权日1999年1月28日
发明者鲁多尔夫·塔勒, 卡尔海因茨·马特瑟 申请人:斯普利泰克技术公司