DE102006026076A1

DE102006026076A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Abscheiden und Abführen von in flüssigen Kraftstoffen enthaltendem Wasser, insbesondere von Wasser aus Dieselöl

Info

Publication number: DE102006026076A1
Application number: DE102006026076A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr. Hanmann; Rudolf Kunz
Original assignee: Hydac Filtertechnik GmbH
Current assignee: Hydac Filtertechnik GmbH
Priority date: 2006-06-03
Filing date: 2006-06-03
Publication date: 2007-12-06

Abstract

Ein Verfahren zum Abscheiden und Abführen von in flüssigen Kraftstoffen enthaltenem Wasser, insbesondere von Wasser aus Dieselöl, wobei der Kraftstoff zur Versorgung einer Verbrennungsmaschine aus einem Tank (1) entnommen und über ein Leitungssystem einer Einspritzanlage (21) zugeführt wird, wobei das Leitungssystem eine Vorfilteranordnung (5), die eingangsseitig mit dem Tank (1) und ausgangsseitig mit der Saugseite (11) einer Kraftstoffförderpumpe (12) verbunden ist, sowie eine Feinfilteranordnung (17) aufweist, die eingangsseitig mit der Druckseite (13) der Kraftstoffförderpumpe (12) und ausgangsseitig mit der Einspritzanlage (21) verbunden ist, wobei an einer der Filteranordnungen Wasser abgeschieden und in einem dieser Filteranordnung zugehörigen Sammelraum (10) angesammelt wird und wobei in Abhängigkeit von der Ansammlung einer vorgegebenen Menge Wassers ein an einer Abflussöffnung des Sammelraumes (10) befindliches Ablassventil (27) zum Abführen von Wasser geöffnet wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass Wasser an der mit der Druckseite (13) der Kraftstoffförderpumpe (12) verbundenen Feinfilteranordnung (17) abgeschieden wird und dass zur Abscheidung ein Coalescer-Material benutzt wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Abscheiden und Abführen von in flüssigen Kraftstoffen enthaltenem Wasser, insbesondere von Wasser aus Dieselöl, wobei der Kraftstoff zur Versorgung einer Verbrennungsmaschine aus einem Tank entnommen und über ein Leitungssystem einer Einspritzanlage zugeführt wird, wobei das Leitungssystem eine Vorfilteranordnung, die eingangsseitig mit dem Tank und ausgangsseitig mit der Saugseite einer Kraftstoffförderpumpe verbunden ist, sowie eine Feinfilteranordnung aufweist, die eingangsseitig mit der Druckseite der Kraftstoffförderpumpe und ausgangsseitig mit der Einspritzanlage verbunden ist, wobei an einer der Filteranordnungen Wasser abgeschieden und in einem dieser Filteranordnung zugehörigen Sammelraum angesammelt wird und wobei in Abhängigkeit von der Ansammlung einer vorgegebenen Menge Wassers ein an einer Abflussöffnung des Sammelraumes befindliches Ablassventil zum Abführen von Wasser geöffnet wird. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zum Durchführen eines solchen Verfahrens.
Das Ablassen von Wasser, wobei die vorstehend angegebenen Maßnahmen durchgeführt werden, ist allgemein üblich und insbesondere dann unum gänglich, wenn schwere Dieselmaschinen unter rauhen Einsatzbedingungen betrieben werden. So ist es beispielsweise bei einem Einsatz von Arbeitsmaschinen mit schweren Dieselmotoren in weniger hoch entwickelten Ländern schwierig, Kraftstoff von mitteleuropäischer Qualität zu erhalten. Vielmehr muss in Ländern mit schwierigen klimatischen Bedingungen und schlechter Infrastruktur damit gerechnet werden, dass der erhältliche Kraftstoff starke Verunreinigungen, insbesondere einen hohen Wassergehalt, aufweist. So werden oftmals Bau- und Landmaschinen aus Fässern betankt, die des öfteren nur mit geringer oder gar ohne jegliche Abdeckung gelagert und transportiert werden, so dass sie einwirkenden Witterungsbedingungen, beispielsweise Regen, ungeschützt ausgesetzt sind.
Erfahrungsgemäß kann von einem maximalen Wasseranteil in Dieselöl von bis zu 10% ausgegangen werden, wobei auch Vandalismus und korrupte Handlungsweisen Ursachen für diese hohen Wassergehalte sein können.
Wenn ein stark verunreinigtes Dieselöl beispielsweise im Tank eines leistungsstarken Common-Rail-Dieselmotors mit einem Verbrauch von ca. 400 l/Tag benutzt wird, so beträgt die Menge des abzulassenden Wassers knapp 40 l/Tag. Bei handelsüblichen Filter/Wasserabscheidern beträgt jedoch das Fassungsvermögen im Wassersammelbehälter höchsten 0,5 l. Angesichts dieses Standes der Technik bedeutet dies, dass der Fahrer das eingangs erwähnte, übliche Ablassverfahren während eines Arbeitstages rund 80 Mal durchführen muss. Das Abscheiden des Wassers wird üblicherweise an der Vorfilteranordnung vorgenommen, weil hier, stromaufwärts der Kraftstoffförderpumpe, der Kraftstoff noch nicht durch die Tätigkeit der Pumpe zu einer Öl/Wasser-Emulsion vermischt ist. Da die Vorfilteranordnung jedoch unter der Saugwirkung der Kraftstoffförderpumpe steht, muss für jeden Ablassvorgang der Motor abgestellt werden, um die das Abfließen des Wassers aus dem Sammelraum verhindernde Saugwirkung der laufenden Kraftstoffförderpumpe zu unterbinden. Danach muss die Bedienungsperson die Abflussöffnung des Wasser-Sammelraums öffnen, um das angesammelte Wasser abfließen zu lassen. Falls die Bedienungsperson diesen Erfordernissen nicht Rechnung trägt, kommt es nach einiger Zeit zu einem Durchschlagen von Wasser durch die Filteranordnung hindurch zum Einspritzsystem und damit zu dessen Beschädigung, wodurch sehr hohe Instandsetzungskosten und ein entsprechend langer Ausfall des betreffenden Gerätes verursacht werden.
Im Hinblick auf diese Problematik stellt sich die Erfindung die Aufgabe, ein Verfahren anzugeben, das den Anforderungen, die sich beim Betrieb von Verbrennungsmaschinen, insbesondere von schweren Dieselmotoren, ergeben, in besonders gutem Maße gerecht wird.
Ausgehend von dem üblichen Verfahren der eingangs genannten Art ist diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass Wasser an der mit der Druckseite der Kraftstoffförderpumpe verbundenen Feinfilteranordnung abgeschieden wird und dass zur Abscheidung ein Coalescer-Material benutzt wird.
Es wurde gefunden, dass überraschenderweise bei Benutzung eines leistungsfähigen Coalscer-Materials eine Wasserabscheidung aus einem Kraftstoff/Wasser-Gemisch auch dann erreichbar ist, wenn es sich um eine stärkere Emulsion handelt, wie sie durch die Tätigkeit einer Förderpumpe erzeugt wird. Somit eröffnet sich die vorteilhafte Möglichkeit, Wasser an einer solchen Stelle des Leitungssystems abzuscheiden und anzusammeln, an der die Kraftstoffförderpumpe keine Saugwirkung entfaltet, so dass abgeschiedenes Wasser ohne weiteres abfließen kann, d. h. ohne dass die Kraftstoff förderpumpe abgeschaltet werden und damit die betreffende Anlage stillgesetzt werden müßte. Vielmehr kann das erfindungsgemäße Verfahren auf besonders einfache Weise durchgeführt werden, indem bei Ansammlung einer vorgegebenen Menge Wassers lediglich das Ablassventil in die geöffnete Stellung überführt wird, um das Wasser abfließen zu lassen, wonach, um den Vorgang abzuschließen, lediglich das Ablassventil wieder geschlossen zu werden braucht.
Das erfindungsgemäße Verfahren eröffnet die besonders vorteilhafte Möglichkeit der vollständigen Automatisierung. Diesbezüglich kann so vorgegangen werden, dass durch eine die Ansammlung der vorgegebenen Menge des Wassers im Sammelraum sowie das Abfließen des Wassers erkennende Wasser-Sensoreinrichtung ein Signal erzeugt wird, welches das Ablassventil steuert.
Vorzugsweise wird das Signal der Wasser-Sensoreinrichtung durch eine Steuerelektronik verarbeitet, um Ablasszeiträume festzulegen und entsprechende Steuersignale für das Öffnen und Schließen des Ablassventils zu erzeugen. Hierbei kann so vorgegangen werden, dass mittels der Steuerelektronik ein Steuersignal zum Steuern eines als Ablassventil vorgesehenen 2/2 Wegeventil erzeugt wird.
Wenn die Anordnung so getroffen wird, dass mittels eines die Temperatur abgeschiedenen Wassers im Sammelraum erkennenden Temperatursensors ein Heizungs-Steuerungssignal erzeugt wird, das bei ermittelter Gefriertemperatur ein dem Sammelraum zugehöriges Heizelement aktiviert, dann ist in vorteilhafter Weise auch ein betriebssicherer Verfahrensablauf bei Arbeiten in kalten Klimazonen oder im Winterbetrieb sichergestellt, wobei das Verfahren selbsttätig und ohne Überwachung durch Bedienungspersonal ablaufen kann.
Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens, welche die Merkmale des Patentanspruches 6 in seiner Gesamtheit aufweist.
Weitere Merkmale der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Patentansprüchen 7 bis 10 angegeben.
Nachstehend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles im einzelnen erläutert. Es zeigen:
1 ein vereinfacht gezeichnetes Schaltschema zur Verdeutlichung des einschlägigen Standes der Technik und
2 eine der 1 ähnliche Darstellung eines Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung.
1 zeigt ein schematisiertes Blockschaltbild des Kraftstoffversorgungssystems eines Dieselmotors mit Common-Rail-Einspritzung, wobei das Kraftstoffversorgungssystem mit einer Einrichtung zur Wasserabscheidung entsprechend dem Stand der Technik versehen ist. Das Leitungssystems des Kraftstoffversorgungssystems weist, ausgehend von einem Kraftstofftank 1, eine Tankleitung 3 auf, die zu einem Eingang 6 eines Vorfilters 5 führt. Der Vorfilter 5 mit einer Feinheit von etwa 30 μ weist einen Wasserabscheider 7 und einen Wasser-Sammelraum 10 für die Ansammlung abgeschiedenen Wassers auf. An den Ausgang 8 des Vorfilters 5 schließt sich eine Saugleitung 9 an, die zur Saugseite 11 einer Kraftstoffförderpumpe 12 führt. Deren Druckleitung 13 ist mit dem Eingang 15 eines Feinfilters 17 verbunden, der eine Feinheit von etwa 2–5 μ besitzt. Der Ausgang 19 des Feinfilters 17 ist mit einem Common-Rail-Einspritzsystem 21 verbunden. Von dessen mit 23 bezeichneten Einspritzdüsen führt eine Rezirkulationsleitung 25 zum Tank 1 zurück.
Wasser, das aus dem den Vorfilter 5 durchströmenden Kraftstoff mittels des Wasserabscheiders 7 abgesondert wird, sammelt sich im Sammelraum 10 an, der sich im Bodenbereich des Vorfilters 5 befindet. An der Abflussöffnung des Sammelraumes 10 befindet sich ein Ablassventil 27 in Form eines Absperrventiles, das manuell betätigbar ist und von einer Bedienungsperson geöffnet werden kann, um Wasser aus dem Sammelraum 10 in einen Auffangbehälter 29 abfließen zu lassen.
Dem Stand der Technik entsprechend ist der Wasserabscheider 7 am Vorfilter 5 vorgesehen, weil sich dieser an einer Stelle des Leitungssystems befindet, die stromaufwärts der Förderpumpe 12 gelegen ist, also an einer Stelle, an der der Kraftstoff durch die Tätigkeit der Pumpe 12 noch nicht derart durchmischt und verwirbelt ist, dass mit dem im Kraftstoff befindlichen Wasser eine Öl/Wasser-Emulsion gebildet wird. Dementsprechend steht der Vorfilter 5 mit dem Wasser-Sammelraum 10 unter der Saugwirkung der laufenden Kraftstoffförderpumpe 12, so dass das Öffnen des Ablassventils 27 nicht zu einem Abfließen von angesammelten Wasser führt, sondern lediglich ein Einsaugen von Falschluft in das System verursacht. Um einen Ablassvorgang einzuleiten, ist die Bedienungsperson daher nicht nur gezwungen, das Ablassventil 27 zu öffnen, sondern muss zuvor den Motor abschalten, um die Kraftstoffförderpumpe 12 stillzulegen. Nach dem nunmehr ermöglichten Abfließen des abgeschiedenen Wassers muss die Bedienungs person wieder darauf achten, dass das Absperrventil 27 wieder geschlossen wird, bevor die Anlage wieder in Betrieb genommen wird.
Die 2 verdeutlicht die wesentlichen Unterschiede des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber dem Stand der Technik anhand eines der 1 ähnlichen, schematisierten Blockschaltbildes eines Kraftstoffversorgungssystems, wobei Komponenten, die solchen des in 1 gezeigten Systemes entsprechen, mit den gleichen Bezugszahlen wie in 1 bezeichnet sind. Im wesentlichen Unterschied zum Stand der Technik ist der Wasserabscheider 7 nicht am Vorfilter 5 sondern am Feinfilter 17 vorgesehen. Da sich der Feinfilter 17 stromabwärts der Förderpumpe 12 befindet, wo durch die Tätigkeit der Pumpe 12 das im Kraftstoff enthaltene Wasser mit dem Dieselöl zu einer Öl/Wasser-Emulsion vermischt ist, ist am Feinfilter 17 der Wasserabscheider 7 durch ein leistungsfähiges Coalescer-Material gebildet, wodurch erreicht wird, dass trotz Vorliegen einer starken Emulsion eine sichere Abscheidung des enthaltenen Wassers erfolgt, welches sich im Sammelraum 10 ansammelt.
Da sich der Feinfilter 17 mit Wasserabscheider 7 und Sammelraum 10 auf der Druckseite der Kraftstoffförderpumpe befindet, führt ein Öffnen des Ablassventils 27 ohne weiteres zu einem Abfließen angesammelten Wassers, so dass sich der Vorteil ergibt, dass keinerlei Eingriff in den Betriebsablauf des Systemes vorgenommen werden muss, um einen Ablassvorgang durchzuführen, dass insbesondere der Motor nicht abgestellt zu werden braucht. Des weiteren ermöglicht das vorliegende Ausführungsbeispiel einen voll automatisierten Vorgang der Wasserabscheidung und des Wasserablasses. Diesbezüglich ist der Sammelraum 10 mit einer Wasser-Sensoreinrichtung 30 versehen, die die Pegelhöhe angesammelten Wassers im Sammelbehälter 10 erkennt und mit einer Steuerelektronik 31 in Signalverbindung steht.
Diese verarbeitet das Signal der Sensoreinrichtung 30 und legt in Abhängigkeit hiervon Ablasszeiträume fest, während denen über eine Steuerleitung 32 das Ablassventil 27 gesteuert wird, bei dem es sich um ein 2/2 Wegeventil handelt. Abhängig vom durch die Sensoreinrichtung ermittelten Pegelstand wird das Ventil 27 geöffnet bis die Sensoreinrichtung 30 erkennt, dass der Wasserpegel so weit abgesunken ist, dass im wesentlichen keine Ansammlung mehr im Sammelraum 10 vorhanden ist, wonach das Ventil 27 wieder geschlossen wird.
Die Steuerelektronik 31 verarbeitet nicht nur das Signal der Sensoreinrichtung 30, sondern auch eines Temperaturfühlers 33, der bei ermittelter Gefriertemperatur des im Sammelraum 10 angesammelten Wassers ein Heizelement 35 als Gefrierschutz im Sammelraum 10 aktiviert. Damit ist sichergestellt, dass auch bei einem Einsatz in kalten Klimazonen und/oder im Winterbetrieb ein selbsttätiger betriebssicherer Funktionsablauf des erfindungsgemäßen Wasserabscheidungsverfahrens gewährleistet ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist mit sehr geringem konstruktivem Aufwand durchführbar, da im Grundsatz lediglich die Steuerung eines am Feinfilter 17 angeschlossenen 2/2 Wegeventils erforderlich ist. Die Hinzunahme eines 2/2 Wegeventils zu einem vorhandenen System bedeutet, dass lediglich eine geringe zusätzliche Masse am Filtertopf des Feinfilters 17 angeschraubt zu werden braucht und der Feinfilter mit einem leistungsfähigen Coalescer-Material ausgerüstet sein muss. Die Erfindung eignet sich nicht nur für eine Nachrüstung bestehender Systeme, sondern kann in Form einer integrierten Systemkomponente realisiert werden, wobei der mit entsprechendem Coalescer-Material ausgerüstete Feinfilter 17 mit dem Sammelraum 10, dem Ablassventil 27, der Steuerelektronik 31, dem Heizelement 35 und gegebenenfalls weiterer Komponenten in einem einheitlichen Gehäuse zusammengefaßt ist.

Claims

Verfahren zum Abscheiden und Abführen von in flüssigen Kraftstoffen enthaltenem Wasser, insbesondere von Wasser aus Dieselöl, wobei der Kraftstoff zur Versorgung einer Verbrennungsmaschine aus einem Tank (1) entnommen und über ein Leitungssystem einer Einspritzanlage (21) zugeführt wird, wobei das Leitungssystem eine Vorfilteranordnung (5), die eingangsseitig mit dem Tank (1) und ausgangsseitig mit der Saugseite (11) einer Kraftstoffförderpumpe (12) verbunden ist, sowie eine Feinfilteranordnung (17) aufweist, die eingangsseitig mit der Druckseite (13) der Kraftstoffförderpumpe (12) und ausgangsseitig mit der Einspritzanlage (21) verbunden ist, wobei an einer der Filteranordnungen Wasser abgeschieden und in einem dieser Filteranordnung zugehörigen Sammelraum (10) angesammelt wird und wobei in Abhängigkeit von der Ansammlung einer vorgegebenen Menge Wassers ein an einer Abflussöffnung des Sammelraumes (10) befindliches Ablassventil (27) zum Abführen von Wasser geöffnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass Wasser an der mit der Druckseite (13) der Kraftstoffförderpumpe (12) verbundenen Feinfilteranordnung (17) abgeschieden wird und dass zur Abscheidung ein Coalescer-Material benutzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine die Ansammlung der vorgegebenen Menge des Wassers im Sammelraum (10) sowie das Abfließen des Wasser erkennende Wasser-Sensoreinrichtung (30) ein Signal erzeugt wird, welches das Ablassventil (27) steuert.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal der Wasser-Sensoreinrichtung (30) durch eine Steuerelektronik (31) verarbeitet wird, um Ablasszeiträume festzulegen und entsprechende Steuersignale (32) für das Öffnen und Schließen des Ablassventils (27) zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Steuerelektronik (31) ein Steuersignal (32) zum Steuern eines als Ablassventil vorgesehenen 2/2 Wegeventils (27) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines die Temperatur abgeschiedenen Wassers im Sammelraum (10) erkennenden Temperatursensors (33) ein Heizungs-Steuerungssignal erzeugt wird, das bei ermittelter Gefriertemperatur ein dem Sammelraum (10) zugehöriges Heizelement (35) aktiviert.
Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit einem Leitungssystem, über das Kraftstoff aus einem Tank (1) entnommen und einer Einspritzanlage (21) zugeführt wird, wobei das Leitungssystem eine Vorfilteranordnung (5), die eingangsseitig mit dem Tank (1) und ausgangsseitig mit der Saugseite (11) einer Kraftstoffförderpumpe (12) verbunden ist, sowie eine Feinfilteranordnung (17) aufweist, die eingangsseitig mit der Druckseite (13) der Kraftstoffförderpumpe (12) und ausgangsseitig mit der Einspritzanlage (21) verbunden ist, wobei an einer der Filteranordnungen Wasser abgeschieden und in einem dieser Filteranordnung zugehörigen Sammelraum (10) angesammelt wird, und wobei an einer Abflussöffnung des Sammelraumes (10) ein Ablassventil (27) vorgesehen ist, das zum Abführen von Wasser in eine geöffnete Stellung überführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammelraum (10) der Feinfilteranordnung (17) zugehörig ist und dass diese ein Coalescer-Material zur Wasserabscheidung aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine die Ansammlung der vorgegebenen Menge des Wassers sowie deren Abfliesen erkennende Wasser-Sensoreinrichtung (30) vorhanden ist, die ein Signal (32) erzeugt, welches das Ablassventil (27) ansteuert.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerelektronik (31) vorhanden ist, die das Signal der Wasser-Sensoreinrichtung (30) verarbeitet, um Ablasszeiträume zu ermitteln und die Steuersignale (32) für das Ablassventil (27) zu erzeugen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Ablassventil ein in die Schließstellung vorgespanntes 2/2 Wegeventil (27) vorgesehen ist, das durch das Steuersignal (32) der Elektronik (31) in die Offenstellung steuerbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Sammelraum (10) ein Heizelement (35) vorgesehen ist, das durch ein Heizungs-Steuerungssignal aktivierbar ist, das die Steuerelektronik (31) in Abhängigkeit von einem Signal eines Temperatursensors erzeugt.