Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, insbesondere einen Grossdieselmotor, mit einem Brennstoffzuführsystem, das wenigstens eine mit Anschlüssen für zugeordnete Verbraucher versehene Zirkulationsleitung besitzt, die mittels einer Versorgungseinrichtung, die mehrere Tanks für alternativ verwendbare Brennstoffe aufweist, mit Brennstoff versorgbar ist, und mit einer einem Vorlaufast der Zirkulationsleitung zugeordneten Konditioniereinrichtung zur Konditionierung der Brennstofftemperatur.
Insbesondere als Schiffsantriebe Verwendung findende Brennkraftmaschinen eingangs erwähnter Art sind alternativ mit Brennstoffen unterschiedlicher Qualität, beispielsweise Schweröl und Leichtöl, betreibbar. Auf hoher See findet Schweröl Verwendung. In Küstennähe oder im Hafen muss Leichtöl verwendet werden. Es sind daher häufige Umsteuervorgänge von einer Brennstoffart auf die andere erforderlich, die bisher manuell durchgeführt werden.
Der den Einspritzpumpen zugeführte Brennstoff wird zur Erzielung einer guten Zerstäubung mittels der im Bereich der Zirkulationsleitung vorgesehenen Konditioniereinrichtung erwärmt, wobei Schweröl auf eine wesentlich höhere Temperatur erwärmt werden muss als leichtes Dieselöl, um die gewünscht Viskosität zu erreichen. Dies erschwert jedoch die Durchführung der Umsteuerung, da im Falle einer zu hohen Viskosität der Volumendurchsatz ungenau wird und da im Falle einer zu niedrigen Viskosität eine hohe Verschleissgefahr mit der Folge, dass die Pumpenkolben blockieren, besteht. Auch eine schnelle Temperaturänderung ist unerwünscht, da die Einspritzpumpen ebenso wie gegen Viskositätsunterschreitungen auch gegen zu schnelle Temperaturänderungen sehr anfällig sind.
Die manuelle Umsteuerung von einer Brennstoffart auf die andere nimmt daher viel Zeit in Anspruch und erfordert ein erfahrenes Personal. Beides ist auf modernen Schiffen nicht mehr vorhanden. Es besteht daher die Gefahr, dass es zu den genannten Verschleisserscheinungen und Zerstörungen der Brennstoffpumpen kommt.
Hiervon ausgehend ist es daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Brennkraftmaschine eingangs erwähnter Art unter Vermeidung der genannten Nachteile so zu verbessern, dass eine hohe Betriebssicherheit gewährleistet wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass bei einer gattungsgemässen Brennkraftmaschine der Konditioniereinrichtung eine programmierbare, bei jedem Wechsel von einer Brennstoffart zu einer anderen aktivierbare Kontrolleinrichtung zugeordnet ist, mittels der die Brennstofftemperatur bei jedem Wechsel nach einem für den betreffenden Wechsel jeweils vorgegebenen Programm entlang einer in diesem enthaltenen Rampenfunktion vom der alten Brennstoffart zugeordneten Niveau an ein der neuen Brennstoffart zugeordnetes Niveau heranführbar ist, wobei der gemäss der zugeordneten Rampenfunktion erfolgenden Temperaturänderung eine Überwachung und Regelung der Brennstoffviskosität und des Temperaturgradienten überlagert sind.
Diese Massnahmen ermöglichen in vorteilhafter Weise eine automatische, beaufsichtigungslose Umsteuerung von einer Brennstoffart auf eine andere. Durch den automatischen Ablauf der Umsteuerung werden vergleichsweise kurze Umsteuerzeiten erreicht, ohne die Sicherheitsgrenzen zu verlassen. Da der die Temperaturänderung steuernden Rampenfunktion eine Überwachung und Regelung der Viskosität und des Temperaturgradienten überlagert sind, wird zuverlässig sichergestellt, dass trotz kurzer Umsteuerzeiten Verschleisserscheinungen und Beschädigungen im Bereich der Einspritzeinrichtungen vermieden werden. Mit den erfindungsgemässen Massnahmen wird daher die eingangs geschilderte Problematik zuverlässig beseitigt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmässige Fortbildungen der übergeordneten Massnahmen sind in den abhängigen Patentansprüchen umschrieben.
So kann die Kontrolleinrichtung vorteilhaft einen die Stellsignale zur Beeinflussung der Energiezufuhr zur Konditioniereinrichtung erzeugenden, zweckmässig als Rechner ausgebildeten Regler enthalten, dem eine Programmspeichereinrichtung, in der die Programme zur Temperaturführung einschliesslich der zugeordneten Rampenfunktionen und die Sollwerte für die Viskosität und den Temperaturgradienten ablegbar sind, sowie ein Temperaturfühler mit zugeordneter Differenziereinrichtung und eine Viskositätsmesseinrichtung zugeordnet sind. Hierdurch wird erreicht, dass eine Anpassung der erfindungsgemässen Anordnung an unterschiedliche Verhältnisse, beispielsweise an unterschiedliche Brennstoffarten, lediglich Änderungen auf der Softwareseite notwendig macht. Derartige Anpassungen sind daher vergleichsweise einfach durchführbar.
In weiterer Fortbildung der übergeordneten Massnahmen kann die Programmspeichereinrichtung zumindest für eine Wechselmöglichkeit mehrere lastabhängige Rampenfunktionen enthalten, welche in Abhängigkeit von einem der Kontrolleinrichtung zuführbaren Lastsignal auswählbar sind. Hierdurch wird sichergestellt, dass zumindest ein Umsteuervorgang, beispielsweise von Schweröl zu Leichtöl, sowohl bei voller Fahrt als auch bei Stillstand ohne Verzögerungen durchgeführt werden kann.
Zweckmässig können auch den Brennstofftanks zugeordnete Heizeinrichtungen mittels der Kontrolleinrichtung ansteuerbar sein. Dies ermöglicht eine Vorkonditionierung des Brennstoffs, wodurch die im Bereich der Zirkulationsleitung vorgesehene Konditioniereinrichtung entlastet wird.
Eine weitere, besonders zu bevorzugende Massnahme kann darin bestehen, dass die Versorgungseinrichtung ein Mischventil aufweist, dessen Eingänge mit den Brennstofftanks verbunden sind und das mittels der Kontrolleinrichtung so steuerbar ist, dass der Anteil des bisherigen Brennstoffs an der der Zirkulationsleitung zugeführten Gesamtmenge graduell abnimmt, während der Anteil des neuen Brennstoffs entsprechend zunimmt. Da das der Zirkulationsleitung zugeführte Brennstoffgemisch bereits eine Mischtemperatur aufweist, lassen sich besonders kurze Umsteuerzeiten erreichen, das heisst die zugeordnete Rampenfunktion kann vergleichsweise schnell abgefahren werden. Da die Anteile graduell von 0 bis 100% bzw. von 100% bis 0 verändert werden, lassen sich dennoch die gewünschten Grenzwerte für die Viskosität und den Temperturgradienten vergleichsweise einfach einhalten.
Zweckmässig kann dem Mischventil ein Mischgefäss nachgeordnet sein. Diese Massnahme gewährleistet eine besonders gute Mischung, da hier viel Zeit für den Mischvorgang zur Verfügung steht.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmässige Fortbildungen der übergeordneten Massnahmen sind in den restlichen abhängigen Patentansprüchen umschrieben und aus der nachstehenden Beispielsbeschreibung anhand der Zeichnung näher entnehmbar.
Die nachstehend beschriebene einzige Zeichnung enthält eine schematische Darstellung eines Zweitakt-Grossdieselmotors mit zugeordnetem Brennstoffzuführsystem.
Der grundsätzliche Aufbau und die Wirkungsweise von Dieselmotoren, insbesondere Grossdieselmotoren, sind an sich bekannt und bedürfen daher im vorliegenden Zusammenhang keiner näheren Erläuterung mehr. Dem in der Zeichnung dargestellten Beispiel liegt ein Zweitakt-Grossdieselmotor 1 zu Grunde. Motoren dieser Art finden in der Regel als Schiffsantriebe Verwendung. Jedem Zylinder 2 des Motors 1 ist eine aus Einspritzpumpe 3 und Einspritzdüse 4 bestehende Einspritzeinrichtung zugeordnet. Sämtliche Einspritzpumpen 3 werden über ein gemeinsames Brennstoff-Zuführsystem mit Brennstoff versorgt.
Das Brennstoff-Zuführsystem enthält eine einen Vorlaufast 5a und einen Rücklaufast 5b aufweisende Zirkulationsleitung 5, an die alle Einspritzeinrichtungen vor- und rücklaufseitig angeschlossen sind, wie durch die Anschlüsse 6a, 6b angedeutet ist. Im Vorlaufast 5a sind eine Zirkulationspumpenanordnung 7, eine Konditioniereinrichtung 8 und eine Filtereinrichtung 9 vorgesehen. Die Zirkulationspumpeneinrichtung 7 enthält zwei parallel geschaltete Pumpen, die alternativ in Betrieb nehmbar sind, was die Wartung erleichtert.
Die Konditioniereinrichtung 8 dient zur Konditionierung der Temperatur des den Vorlaufast 5a durchströmenden Brennstoffs. Dieser ist mithilfe der Konditioniereinrichtung heizbar und in besonderen Fällen auch kühlbar. Dementsprechend ist die Konditioniereinrichtung 8 wahlweise mit einem Heiz- bzw. Kühlmittel beaufschlagbar. Die Konditioniereinrichtung 8 ist praktisch als Wärmetauscher ausgebildet, der von einer vom Vorlaufast 5a abzweigenden Brennstoffschleife 10 und einer mit Heiz- bzw. Kühlmittel beaufschlagbaren Konditioniermittelschleife 11 durchsetzt wird. Im normalen Betrieb ist lediglich eine Beheizung des den Vorlaufast 5a durchströmenden Brennstoffs erforderlich.
Bei der Durchführung einer Umsteuerung von einer Brennstoffart auf eine andere kann eine Unterbrechung der Heizung bzw. eine Kühlung erforderlich sein, wie weiter unten noch näher beschrieben werden wird.
Der Rücklaufast 5b führt über einen Überdruckbehälter 12 zurück vom Vorlaufast 5a. Der Überdruckbehälter 12 ist mit einem Überdruckventil 13 versehen, das mit einer weiter unter noch näher beschriebenen, unter Deck angeordneten Tankanordnung verbunden ist.
Die Zirkulationsleitung 5 wird mittels einer insgesamt mit 14 bezeichneten Versorgungseinrichtung mit Brennstoff versorgt. Die Versorgungseinrichtung 14 umfasst die oben bereits erwähnte Tankanordnung, die hier einen Tank 15 für Schweröl und einen Tank 16 für Leichtöl sowie eine mit den Tankausgängen verbindbare Versorgungspumpenanordnung 17 enthält, die wiederum zwei wahlweise in Betrieb nehmbare Pumpen besitzt. Die Versorgungseinrichtung 14 mündet mit dem Druckstutzen der Versorgungspumpenanordnung 17 in einen der Zirkulationspumpenanordnung 7 vorgeordneten Ast der Zirkulationsleitung 5 ein.
Die Versorgungseinrichtung 14 enthält hier ein Dreiwege-Mischventil 18, dessen Eingänge mit den Ausgängen der Tanks 15, 16 und dessen Ausgang mit der Saugseite der Versorgungspumpenanordnung 17 verbunden sind. Mithilfe des Dreiwege-Mischventils 18 ist es möglich, der Zirkulationsleitung 5 wahlweise den einen oder den anderen Brennstoff oder eine Mischung beider Brennstoffe zuzuführen.
Der dem Schweröl zugeordnete Tank 15 ist mit einer Heizeinrichtung 19 versehen. Ebenso ist der dem Leichtöl zugeordnete Tank 16 mit einer Heizeinrichtung 20 versehen. Mithilfe der Heizeinrichtungen 19, 20 ist der Inhalt des jeweils zugeordneten Tank 15 bzw. 16 bereits vorheizbar, wodurch die Konditioniereinrichtung 8 sowohl bei Normalbetrieb als auch im Falle einer Umsteuerung von einer Brennstoffart auf die andere entlastet wird.
Je nach Standort des mittels des Motors 1 antreibbaren Schiffs wird der Motor 1 mit Schweröl oder Leichtöl betrieben. Schweröl wird der Einspritzeinrichtung mit einer Temperatur von etwa 150 DEG C, Leichtöl mit einer Temperatur von etwa 50 DEG C zugeführt. Eine gewisse Grundtemperatur wird mithilfe der Heizeinrichtungen 19 bzw. 20 bewerkstelligt. Die exakte Temperierung erfolgt mithilfe der Konditioniereinrichtung 8. Bei längerem Normalbetrieb nehmen auch die Brennstoffleitungen und die Einspritzeinrichtungen die Brennstofftemperatur an. Wenn von einer Brennstoffart auf die andere umgesteuert wird, muss die Temperatur des den Einspritzeinrichtungen zugeführten Brennstoffs vom dem bisherigen Brennstoff zugeordneten Niveau an das dem neuen Brennstoff zugeordnete Niveau herangeführt werden. Dabei sind gewisse Randbedingungen einzuhalten.
So soll die Temperaturänderung nicht grösser als 2 DEG C / Min sein. Die Viskosität soll nicht unter 2 cSt sinken.
Um den Umsteuervorgang beaufsichtigungslos durchführen zu können, ist der Konditioniereinrichtung 8 eine als Ganzes mit 19 bezeichnete Kontrolleinrichtung zugeordnet, die so programmierbar ist, dass bei jedem Wechsel von einer Brennstoffart auf die andere die Brennstofftemperatur nach einem für den betreffenden Wechsel jeweils vorgegebenen Programm entlang einer in diesem enthaltenen, mathematischen Rampenfunktion vom der bisherigen Brennstoffart zugeordneten Temperaturniveau an das der neuen Brennstoffart zugeordnete Temperaturniveau herangeführt wird und dass gleichzeitig die Viskosität und der Temperaturgradient innerhalb zulässiger Grenzen gehalten werden.
Hierzu enthält die Kontrolleinrichtung 19 einen zweckmässig als Rechner ausgebildeten Regler 21, der die Stellsignale für die Energiezufuhr zur Konditionierschleife 11 der Konditioniereinrichtung 8 erzeugt, wie durch eine Signalleitung 22 angedeutet ist. Mithilfe dieser Signale kann mehr oder weniger Heiz- bzw. Kühlmittel durch die Konditionierschleife 11 durchgeleitet bzw. deren Beaufschlagung ganz abgeschaltet werden. Dem zweckmässig als Rechner ausgebildeten Regler 21 ist ein Programmspeicher 23 zugeordnet, in welchem die den Ablauf der einzelnen Umsteuervorgänge sowie die hierzu gehörenden Rampenfunktionen enthaltenden Programme zur Temperaturführung bei der Durchführung einer Umsteuerung von einer Brennstoffart auf die andere sowie die Sollwerte für die Viskosität und den Temperaturgradienten ablegbar sind.
Die praktisch als Regelkreis ausgebildete Kontrolleinrichtung 19 enthält auch dem Regler 21 zugeordnete Istwert-Aufnehmer in Form einer im Bereich des motorseitigen Endes des Vorlaufasts 5a der Zirkulationsleitung 5 angeordneten Viskositätsmesseinrichtung 24 und eines Temperaturfühlers 25, dem eine Differenziereinrichtung zugeordnet ist. Die Differenzierung erfolgt hier zweckmässig in dem den Regler 21 bildenden Rechner. Der Temperaturfühler 25 kann in die Viskositätsmesseinrichtung 24 integriert sein, deren Ausgang über die Signalleitung 26 mit dem Regler 21 verbunden ist. Es wäre auch denkbar, auch den Regler 21 und die Programmspeichereinrichtung 23 mit der Viskositätsmesseinrichtung 24 zu kombinieren.
Die Überwachung und Regelung der Viskosität und des Temperturgradienten sind der Steuerung durch die der gewünschten Temperaturänderung jeweils zugeordnete Rampenfunktion überlagert.
Die Anzahl der im Programmspeicher 23 abgelegten Programme richtet sich nach der Anzahl der möglichen Konstellationen bei der Durchführung eines Brennstoffwechsels. Bei zwei Brennstoffarten, wie im vorliegenden Fall, sind mindestens zwei Programme vorhanden. Da die Umsteuerung unter verschiedenen Lastzuständen von Vollast bis Stillstand erfolgen kann, kann jedes Programm mehrere, lastabhängige Rampenfunktionen enthalten, die in Abhängigkeit von der momentanen Last ausgewählt und aktiviert werden. Der Regler 21 erhält daher auch ein Lastsignal, wie durch eine Signalleitung 27 angedeutet ist, die im dargestellten Beispiel wie der Ausgang des Temperaturfühlers 25 an einem geeigneten Eingang der über die Signalleitung 26 mit dem Regler 21 verbundenen Viskositätsmesseinrichtung 24 anliegt.
In einfachen Fällen kann es genügen, wenn nur für den Wechsel von Schweröl zu Leichtöl mehrere, lastabhängige Rampenfunktionen vorgesehen sind, da ein Wechsel von Leichtöl zu Schweröl immer bei einer vorgegebenen Last, beispielsweise einer Teillast von 75%, erfolgen kann.
Mittels des Reglers 21 ist im Falle einer Umsteuerung von einer Brennstoffart auf eine andere auch die Temperatur in den Tanks 15 bzw. 16 überwachbar. Der Regler 21 erzeugt hierzu die Stellsignale zur Beeinflussung der Energiezufuhr zu den Heizeinrichtungen 19 bzw. 20, wie durch die Signalleitungen 28, 29 angedeutet ist, und erhält die am Ausgang von den Tanks 15, 16 zugeordneten Temperaturfühlern 30, 31 anstehenden Signale als entsprechende Istwerte wie durch die Signalleitungen 32, 33 angedeutet ist. Der Brennstoffwechsel kann durch ein über eine Fernbedienungseinrichtung der Kontrolleinrichtung 19 zuführbares Signal von der Kommandobrücke bzw. vom Maschinenraum aus eingeleitet werden. Dies ist im dargestellten Beispiel durch einen dem Regler 21 zugeordneten, weiteren Signaleingang 34 angedeutet.
Für den Fall eines Wechsels von Leichtöl zu Schweröl sieht das entsprechende Programm vor, dass der Regler 21 zunächst die Temperatur im Tank 15 für Schweröl kontrolliert und die Heizeinrichtung 19 so einstellt, dass die Temperatur im Tank 15 auf je nach Art des vorhandenen Schweröls 50 DEG C bis 100 DEG C ansteigt und auf diesem Niveau gehalten wird. Sofern die Temperatur höher sein sollte, muss sie entsprechend abgesenkt werden. Der Regler 21 kontrolliert ferner die momentane Lastsituation. Sofern diese über 75% der Vollast liegen sollte, erfolgt eine Reduzierung auf eine Teillast von 75%. Entsprechend wird auch die der Teillast von 75% zugeordnete Rampenfunktion aktiviert. Oberhalb einer Teillast von 75% findet kein Umsteuervorgang statt.
Sofern die Signalleitung 27 kein Lastsignal liefern sollte, wird sicherheitshalber eine Teillast von 50% angenommen und die dieser Teillast zugeordnete Rampenfunktion ausgewählt. Zur Einstellung der genannten Teillasten ist die Last mittels des Reglers 21 verstellbar, wie durch eine Signalleitung 35 angedeutet ist.
Sobald die vorstehend genannten Bedingungen vorliegen, wird die Temperatur des die Zirkulationsleitung 5 durchströmenden Leichtöls gemäss der ausgewählten Rampenfunktion durch entsprechende Ansteuerung der Konditioniereinrichtung 8 auf 60 DEG bis 80 DEG C erhöht. Der Temperatursteuerung durch die ausgewählte Rampenfunktion wird dabei eine Überwachung und Regelung der Viskosität und des Temperaturgradienten überlagert. Die Konditioniereinrichtung 8 wird dementsprechend so angesteuert, dass die Viskosität nicht unter 2 cst abfällt und der Temperaturgradient nicht über 29C/Min ansteigt. Die entsprechenden Istwerte für die Viskosität und die Temperatur werden durch die Viskositätsmesseinrichtung und den Temperaturfühler 25 geliefert. Aus aufeinander folgenden Temperatursignalen bildet der den Regler 21 bildende Rechner den Temperaturgradienten.
Das erwähnte Programm sieht ferner vor, dass die Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur im Tank 15 und im Vorlaufast 5a der Zirkulationsleitung 5 überwacht wird. Sobald diese Temperaturdifferenz nicht mehr grösser als 25 DEG C ist, beispielsweise, wenn die Temperatur im Tank 15, 95 DEG C und die Temperatur im Vorlaufast 5a der Zirkulationsleitung 5 70 DEG C beträgt, gibt der Regler 21 das Umsteuersignal, wie durch eine Signalleitung 36 angedeutet ist. Die Umsteuerung von Leichtöl auf Schweröl erfolgt dann dadurch, dass der Ausgang des Tanks 16 geschlossen und der Ausgang des Tanks 15 geöffnet werden.
Sofern von Schweröl auf Leichtöl umgesteuert werden soll, sieht das entsprechende Programm vor, dass zunächst die Temperatur im Tank 16 für Leichtöl kontrolliert und die zugeordnete Heizeinrichtung 20 so angesteuert wird, dass diese Temperatur auf etwa 50 DEG C gebracht und gehalten wird. Gleichzeitig wird die Zufuhr von Heizmittel zur Konditioniermittelschleife 11 der Konditioniereinrichtung 8 gestoppt und gegebenenfalls die Zufuhr eines Kühlmittels aktiviert. In der Praxis kommt man vielfach damit aus, wenn lediglich der Heizmitteldurchfluss gestoppt werden kann. Eine Zufuhrmöglichkeit für Kühlmittel ist nur für besonders komfortable Anordnungen erforderlich.
Sofern das über die Signalleitung 27 ankommende Lastsignal eine Last oberhalb von 75% der Normallast angibt, erfolgt über die Signalleitung 35 eine Reduzierung der Last auf eine Teillast von 75% sowie die Auswahl der zugeordneten Rampenfunktion. Sofern kein Lastsignal vorliegt, erfolgt eine Einstellung auf eine Teillast von 50% und Auswahl der entsprechenden Rampenfunktion. Insofern gilt dasselbe wie vorher.
Gleichzeitig wird die Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur im Tank 16 und im Vorlaufast 5a der Zirkulationsleitung 5 überwacht. Das über die Signalleitung 36 laufende Umsteuersignal wird gegeben, wenn diese Temperaturdifferenz nicht mehr grösser als 25 DEG C ist, wobei die Schweröltemperatur, also die Temperatur im Vorlaufast 5a der Zirkulationsleitung 5, vor der Umsteuerung nicht kleiner als 75 DEG C sein soll.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Versorgungseinrichtung 14 mit dem weiter oben bereits erwähnten Mischventil 18 versehen, dessen Eingänge mit den Tanks 15, 16 und dessen Ausgang mit der Saugseite der Versorgungspumpenanordnung 17 verbunden sind. Mithilfe des Mischventils 18 können beim Umsteuervorgang der zunächst verwendete Brennstoff mit dem neuen Brennstoff gemischt werden. Das Mischungsverhältnis ist durch den Regler 21 steuerbar, wie durch die Signalleitung 37 angedeutet ist. Hierdurch ist es möglich, bei der Umsteuerung den Anteil des bisherigen Brennstoffs langsam zu senken und den Anteil des neuen Brennstoffs im gleichem Masse langsam zu erhöhen.
Die Änderung des Mischungsverhältnisses erfolgt zweckmässig graduell in Schritten von etwa 20%. Mithilfe dieser Mischung kann die Zeit, die für die Durchführung eines Umsteuervorgangs benötigt wird, abgekürzt werden, da sich durch die Mischung eine vergleichsweise hohe Viskosität und Temperatur des Leichtöls ergibt. Andererseits wird das Schweröl verdünnt. Auf Grund dieser Massnahmen können eine Lastreduzierung bzw. eine Beheizung der Konditioniereinrichtung 8 unter Umständen entfallen bzw. in vergleichsweise engen Grenzen gehalten werden.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist dem Mischventil 18 ein Mischgefäss 38 nachgeordnet. Hierdurch lässt sich die Mischung intensivieren.
The invention relates to an internal combustion engine, in particular a large diesel engine, with a fuel supply system which has at least one circulation line provided with connections for assigned consumers, which can be supplied with fuel by means of a supply device which has a plurality of tanks for fuels which can be used alternatively, and with a forward load the conditioning device assigned to the circulation line for conditioning the fuel temperature.
Internal combustion engines of the type mentioned at the outset, in particular as ship propulsion systems, can alternatively be operated with fuels of different quality, for example heavy oil and light oil. Heavy oil is used on the high seas. Light oil must be used near the coast or in the port. Frequent switching operations from one type of fuel to the other are therefore required, which have hitherto been carried out manually.
The fuel supplied to the injection pumps is heated to achieve good atomization by means of the conditioning device provided in the area of the circulation line, heavy oil having to be heated to a much higher temperature than light diesel oil in order to achieve the desired viscosity. However, this makes it difficult to carry out the reversal, since if the viscosity is too high, the volume throughput becomes imprecise and, if the viscosity is too low, there is a high risk of wear, with the result that the pump pistons block. A rapid change in temperature is also undesirable, since the injection pumps, like falling below viscosity, are also very susceptible to changes in temperature that are too rapid.
Manual switching from one type of fuel to another therefore takes a lot of time and requires experienced staff. Both are no longer available on modern ships. There is therefore a risk of the above-mentioned wear and tear and destruction of the fuel pumps.
Proceeding from this, it is therefore the object of the present invention to improve an internal combustion engine of the type mentioned at the outset, avoiding the disadvantages mentioned, in such a way that high operational reliability is ensured.
This object is achieved according to the invention in that, in the case of a generic internal combustion engine, the conditioning device is assigned a programmable control device which can be activated with each change from one type of fuel to another, by means of which the fuel temperature with each change according to a program specified for the change in question along a line in this contained ramp function can be brought up from the level assigned to the old fuel type to a level assigned to the new fuel type, monitoring and regulation of the fuel viscosity and the temperature gradient being superimposed on the temperature change taking place according to the assigned ramp function.
These measures advantageously enable automatic, unattended switching from one type of fuel to another. Due to the automatic reversal process, comparatively short changeover times are achieved without leaving the safety limits. Since the ramp function controlling the temperature change is superimposed on monitoring and regulating the viscosity and the temperature gradient, it is reliably ensured that, despite short reversing times, signs of wear and damage in the area of the injection devices are avoided. With the measures according to the invention, the problem described at the outset is therefore reliably eliminated.
Advantageous refinements and appropriate further training of the higher-level measures are described in the dependent patent claims.
For example, the control device can advantageously contain a controller which generates the control signals for influencing the energy supply to the conditioning device and is expediently designed as a computer, a program storage device in which the programs for temperature control including the assigned ramp functions and the setpoints for the viscosity and the temperature gradient can be stored, and a temperature sensor with assigned differentiating device and a viscosity measuring device are assigned. It is thereby achieved that an adaptation of the arrangement according to the invention to different conditions, for example to different types of fuel, only requires changes on the software side. Such adjustments are therefore comparatively easy to carry out.
In a further development of the higher-level measures, the program storage device can contain at least one load-dependent ramp function, which can be selected as a function of a load signal that can be fed to the control device, at least for one change option. This ensures that at least one changeover process, for example from heavy oil to light oil, can be carried out without delay both at full speed and at a standstill.
Heating devices assigned to the fuel tanks can expediently also be controllable by means of the control device. This enables the fuel to be preconditioned, thereby relieving the load on the conditioning device provided in the area of the circulation line.
A further, particularly preferred measure can consist in the supply device having a mixing valve, the inputs of which are connected to the fuel tanks and which can be controlled by means of the control device in such a way that the proportion of the previous fuel in the total amount supplied to the circulation line gradually decreases while the proportion of new fuel increases accordingly. Since the fuel mixture supplied to the circulation line already has a mixing temperature, particularly short changeover times can be achieved, that is to say the assigned ramp function can be carried out comparatively quickly. Since the proportions are gradually changed from 0 to 100% or from 100% to 0, the desired limit values for the viscosity and the temperature gradient can still be maintained comparatively easily.
A mixing vessel can expediently be arranged downstream of the mixing valve. This measure ensures a particularly good mixing, since there is a lot of time available for the mixing process.
Further advantageous refinements and expedient further developments of the superordinate measures are described in the remaining dependent patent claims and can be found in more detail in the following description of the examples with reference to the drawing.
The single drawing described below contains a schematic representation of a large two-stroke diesel engine with an associated fuel supply system.
The basic structure and mode of operation of diesel engines, in particular large diesel engines, are known per se and therefore require no further explanation in the present context. The example shown in the drawing is based on a two-stroke large diesel engine 1. Motors of this type are usually used as ship drives. An injection device consisting of injection pump 3 and injection nozzle 4 is assigned to each cylinder 2 of engine 1. All injection pumps 3 are supplied with fuel via a common fuel supply system.
The fuel supply system contains a circulation line 5, which has a forward branch 5a and a return branch 5b, to which all injection devices are connected on the forward and return sides, as indicated by the connections 6a, 6b. A circulation pump arrangement 7, a conditioning device 8 and a filter device 9 are provided in the forward branch 5a. The circulation pump device 7 contains two pumps connected in parallel, which can alternatively be put into operation, which facilitates maintenance.
The conditioning device 8 is used to condition the temperature of the fuel flowing through the flow branch 5a. This can be heated using the conditioning device and, in special cases, can also be cooled. Accordingly, the conditioning device 8 can be optionally supplied with a heating or cooling agent. The conditioning device 8 is practically designed as a heat exchanger, which is penetrated by a fuel loop 10 branching off from the flow branch 5a and a conditioning agent loop 11 which can be acted upon with heating or cooling agent. In normal operation, it is only necessary to heat the fuel flowing through the flow branch 5a.
When switching from one type of fuel to another, it may be necessary to interrupt the heating or cooling, as will be described in more detail below.
The return load 5b leads back from the supply load 5a via an overpressure container 12. The pressure vessel 12 is provided with a pressure relief valve 13 which is connected to a tank arrangement, which is further described below and is arranged below the deck.
The circulation line 5 is supplied with fuel by means of a supply device designated overall by 14. The supply device 14 comprises the tank arrangement already mentioned above, which here contains a tank 15 for heavy oil and a tank 16 for light oil as well as a supply pump arrangement 17 which can be connected to the tank outlets and which in turn has two pumps which can optionally be put into operation. The supply device 14 opens with the pressure connection of the supply pump arrangement 17 into a branch of the circulation line 5 upstream of the circulation pump arrangement 7.
The supply device 14 here contains a three-way mixing valve 18, the inputs of which are connected to the outputs of the tanks 15, 16 and the output of which is connected to the suction side of the supply pump arrangement 17. With the aid of the three-way mixing valve 18, it is possible to supply one or the other fuel or a mixture of both fuels to the circulation line 5.
The tank 15 assigned to the heavy oil is provided with a heating device 19. Likewise, the tank 16 assigned to the light oil is provided with a heating device 20. With the aid of the heating devices 19, 20, the content of the respectively assigned tank 15 or 16 can already be preheated, as a result of which the conditioning device 8 is relieved both during normal operation and in the event of a changeover from one type of fuel to the other.
Depending on the location of the ship that can be driven by the engine 1, the engine 1 is operated with heavy oil or light oil. Heavy oil is fed to the injection device at a temperature of approximately 150 ° C., light oil at a temperature of approximately 50 ° C. A certain basic temperature is achieved with the help of the heating devices 19 and 20. The exact temperature is controlled using the conditioning device 8. In the case of longer normal operation, the fuel lines and the injection devices also take on the fuel temperature. When switching from one type of fuel to another, the temperature of the fuel supplied to the injectors must be brought up from the level assigned to the previous fuel to the level assigned to the new fuel. Certain boundary conditions must be observed.
The temperature change should not exceed 2 ° C / min. The viscosity should not drop below 2 cSt.
In order to be able to carry out the changeover process without supervision, the conditioning device 8 is assigned a control device, designated as a whole by 19, which is programmable in such a way that with each change from one type of fuel to the other the fuel temperature according to a program specified for the respective change along a line in This contained, mathematical ramp function is brought up from the temperature level assigned to the previous fuel type to the temperature level assigned to the new fuel type and that the viscosity and the temperature gradient are simultaneously kept within permissible limits.
For this purpose, the control device 19 contains a controller 21 which is expediently designed as a computer and which generates the control signals for the energy supply to the conditioning loop 11 of the conditioning device 8, as indicated by a signal line 22. With the aid of these signals, more or less heating or cooling medium can be passed through the conditioning loop 11 or its application can be switched off entirely. The controller 21, which is expediently designed as a computer, is assigned a program memory 23, in which the programs for the temperature control when carrying out the individual reversing processes and the ramp functions associated therewith for carrying out a reversal from one type of fuel to the other and the setpoints for the viscosity and the temperature gradient are discardable.
The control device 19, which is designed practically as a control loop, also contains actual value sensors assigned to the controller 21 in the form of a viscosity measuring device 24 arranged in the region of the motor-side end of the flow branch 5a of the circulation line 5 and a temperature sensor 25 to which a differentiating device is assigned. The differentiation is expediently carried out in the computer forming the controller 21. The temperature sensor 25 can be integrated in the viscosity measuring device 24, the output of which is connected to the controller 21 via the signal line 26. It would also be conceivable to also combine the controller 21 and the program storage device 23 with the viscosity measuring device 24.
The monitoring and regulation of the viscosity and the temperature gradient are superimposed on the control by the ramp function assigned to the desired temperature change.
The number of programs stored in the program memory 23 depends on the number of possible constellations when a fuel change is carried out. With two types of fuel, as in the present case, there are at least two programs. Since the changeover can take place under different load conditions from full load to standstill, each program can contain several load-dependent ramp functions that are selected and activated depending on the current load. The controller 21 therefore also receives a load signal, as indicated by a signal line 27, which in the example shown, like the output of the temperature sensor 25, is present at a suitable input of the viscosity measuring device 24 connected to the controller 21 via the signal line 26.
In simple cases, it may be sufficient if only a number of load-dependent ramp functions are provided for the change from heavy oil to light oil, since a change from light oil to heavy oil can always take place under a predetermined load, for example a partial load of 75%.
In the case of a changeover from one type of fuel to another, the temperature in the tanks 15 and 16 can also be monitored by means of the controller 21. For this purpose, the controller 21 generates the control signals for influencing the energy supply to the heating devices 19 and 20, as indicated by the signal lines 28, 29, and receives the signals present at the outlet from the temperature sensors 30, 31 assigned to the tanks 15, 16 as corresponding actual values as indicated by the signal lines 32, 33. The fuel change can be initiated from the command bridge or from the engine room by means of a signal that can be supplied to the control device 19 via a remote control device. In the example shown, this is indicated by a further signal input 34 assigned to the controller 21.
In the event of a change from light oil to heavy oil, the corresponding program provides that the controller 21 first controls the temperature in the tank 15 for heavy oil and adjusts the heating device 19 so that the temperature in the tank 15 is 50 ° depending on the type of heavy oil present C increases to 100 ° C and is maintained at this level. If the temperature is higher, it must be reduced accordingly. The controller 21 also controls the current load situation. If this should be over 75% of the full load, there is a reduction to a partial load of 75%. The ramp function assigned to the partial load of 75% is also activated accordingly. No reversal process takes place above a partial load of 75%.
If the signal line 27 should not deliver a load signal, a partial load of 50% is assumed for safety reasons and the ramp function assigned to this partial load is selected. To set the partial loads mentioned, the load can be adjusted by means of the controller 21, as indicated by a signal line 35.
As soon as the above-mentioned conditions are met, the temperature of the light oil flowing through the circulation line 5 is increased to 60 ° to 80 ° C. according to the selected ramp function by appropriately controlling the conditioning device 8. Monitoring and regulating the viscosity and the temperature gradient are superimposed on the temperature control by the selected ramp function. The conditioning device 8 is accordingly controlled so that the viscosity does not drop below 2 cst and the temperature gradient does not rise above 29 ° C./min. The corresponding actual values for the viscosity and the temperature are supplied by the viscosity measuring device and the temperature sensor 25. The computer which forms the controller 21 forms the temperature gradient from successive temperature signals.
The program mentioned also provides that the temperature difference between the temperature in the tank 15 and in the flow branch 5a of the circulation line 5 is monitored. As soon as this temperature difference is no more than 25 ° C., for example when the temperature in the tank 15, 95 ° C. and the temperature in the flow line 5 a of the circulation line 5 is 70 ° C., the controller 21 outputs the reversal signal, as through a signal line 36 is indicated. The changeover from light oil to heavy oil then takes place in that the outlet of the tank 16 is closed and the outlet of the tank 15 is opened.
If a switch is made from heavy oil to light oil, the corresponding program provides that the temperature in the tank 16 for light oil is first checked and the associated heating device 20 is controlled so that this temperature is brought to and maintained at about 50 ° C. At the same time, the supply of heating medium to the conditioning medium loop 11 of the conditioning device 8 is stopped and, if necessary, the supply of a coolant is activated. In practice, you can often get by just stopping the heating medium flow. A coolant supply option is only required for particularly convenient arrangements.
If the load signal arriving via the signal line 27 indicates a load above 75% of the normal load, the load is reduced via the signal line 35 to a partial load of 75% and the assigned ramp function is selected. If there is no load signal, it is set to a partial load of 50% and the corresponding ramp function is selected. In this respect, the same applies as before.
At the same time, the temperature difference between the temperature in the tank 16 and in the flow branch 5a of the circulation line 5 is monitored. The changeover signal running via the signal line 36 is given when this temperature difference is no more than 25 ° C., the heavy oil temperature, that is to say the temperature in the flow branch 5a of the circulation line 5, not to be less than 75 ° C. before the changeover.
In the exemplary embodiment shown, the supply device 14 is provided with the mixing valve 18 already mentioned above, the inputs of which are connected to the tanks 15, 16 and the output of which are connected to the suction side of the supply pump arrangement 17. With the help of the mixing valve 18, the fuel initially used can be mixed with the new fuel during the reversal process. The mixing ratio can be controlled by the controller 21, as indicated by the signal line 37. This makes it possible to slowly reduce the proportion of the previous fuel during the reversal and slowly increase the proportion of the new fuel to the same extent.
The mixing ratio is expediently changed gradually in steps of approximately 20%. This mixture can be used to shorten the time required to carry out a reversal process, since the mixture results in a comparatively high viscosity and temperature of the light oil. On the other hand, the heavy oil is diluted. On the basis of these measures, a load reduction or heating of the conditioning device 8 can possibly be omitted or can be kept within comparatively narrow limits.
In the exemplary embodiment shown, a mixing vessel 38 is arranged downstream of the mixing valve 18. This allows the mixture to be intensified.