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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Additivieren einer in einem
Tank befindlichen Flüssigkeit mit einem in dieser löslichen
Feststoff. Insbesondere betrifft die Erfindung die Additivierung
von Dieselkraftstoff an Bord eines Fahrzeugs mit einem die Verbrennung
verbessernden Additiv, beispielsweise Ferrocen.
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Aus
der
DE-OS-1 927 765 ist
eine Dosiervorrichtung zum Auflösen eines Feststoffes in
einem Nebenstrom einer Flüssigkeit bekannt. Allerdings
ist diese Erfindung aufgabengemäß auf eine Dosiervorrichtung
gerichtet, die zur Wasseraufbereitung von im Schwimmbecken fließendem
Wasser mit einem Chlor enthaltenden Stoff festgelegter Mengen, der
sich zunächst in fester Form befindet (Granulat), geeignet
ist. Wesentlicher Bestandteil dieser Vorrichtung ist ein Behältnis
mit einer relativ großen Vorratsmenge an Feststoff, der
mit Flüssigkeit überschichtet ist. Dabei wird
davon ausgegangen, dass die Konzentration des gelösten
Feststoffes in dieser Flüssigkeit gleich bleibend ist.
Diese wird dann entsprechend abgezogen und dem Hauptstrom zudosiert
während Frischflüssigkeit in dem Behälter
nachgefüllt wird.
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Die
Patentschrift
US 40 226 673 beschreibt
das Auflösen eines in fester Form vorliegenden Düngers in
Wasser und das Zudosieren der entstehenden Lösung in einen
Hauptstrom von Wasser zum gleichzeitigen Bewässern und
Düngen größerer Grünflächen,
beispielsweise Golfplätze. Der feste Dünger wird
von oben über eine Art Duschkopf mit Wasser berieselt,
die entstehende Lösung unterhalb des flüssigkeitsdurchlässigen Behältnisses
für den Dünger aufgefangen und dann dem Hauptstrom
zugeleitet. Beim Berieseln des Düngers sind z. B. Verklumpungen
desselben zu befürchten.
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Die
DE-OS-43 090 65 offenbart
ein Dosiersystem zum Einbringen eines Feststoffes in eine Flüssigkeit, die
diesen Feststoff zu lösen vermag. Dieses Dosiersystem besteht
im Wesentlichen aus einem Behälter zur Aufnahme von Flüssigkeit,
einen über ein Ventil regelbaren Zulauf, ein flüssigkeitsdurchlässiges,
in die Flüssigkeit eintauchendes Behältnis für
den Feststoff, eine einem Ablauf Nachgeschaltete Dosierpumpe sowie
ggf. weitere Aggregate oder Regeleinrichtungen zur Temperatur- und
Füllstandskontrolle. Verwendung sollte dieses Dosiersystem
an Bord hochseetauglicher Schiffe zur Additivierung von Schiffsdiesel
finden. Hier spielt der weiter unten erläuterte Kältefaktor
keine Rolle, in Maschinenräumen von Großschiffen
immer eine gleich bleibend hohe Temperatur herrscht. In PKWs könnte
ein solches System jedoch nicht eingesetzt werden. Das Dosiersystem
ist außerdem ausdrücklich so konzipiert, dass
ein gelegentliches Nachfüllen des Additivs notwendig ist.
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Die
beschriebenen, aus dem Stand der Technik bekannten Systeme sind
jedoch nicht tauglich als Dosiereinrichtungen mit life-time-Füllungen
für beispielsweise mit Dieselkraftstoff betriebene Personenkraftwagen
und Ferrocen als Additiv, unter anderem aus folgenden Gründen:
Ferrocen
hat den Nachteil, dass es leicht sublimiert und seine Löslichkeit
im Kraftstoff bei niedrigen Temperaturen relativ gering ist. Dies
führt in der Praxis dazu, dass das Ferrocen in den über
der Lösung oder dem Depot befindlichen Gasraum sublimiert
und an unerwünschten Stellen re-sublimiert In der Kälte
kristallisiert Ferrocen leicht aus der Lösung aus. Beides
kann zur Verstopfung von Leitungen und Funktionsstörungen
bei Pumpen und Ventilen führen.
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Es
gibt zwar spezielle Lösungsmittel in denen die Löslichkeit
von Ferrocen – auch in der Kälte – besser ist,
jedoch führt auch dieser Angang zu immer noch zu großen
Volumina bei einem Einsatz als life-time-Füllung. Bei kleineren
Volumina des Vorratsbehälters für die Additivlösung
wäre keine life-time-Füllung möglich und
man müsste relativ kurze Wartungsintervalle für
das Additivierungssystem einführen, was ebenfalls unerwünscht
ist. Eine Alternative ist der Einsatz besser in der Kälte
löslicher Ferrocenderivate, die aber den Nachteil aufweisen,
wesentlich teurer zu sein als Ferrocen.
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Ausgangspunkt
der Erfindung ist der Wunsch, mit einer gesättigten Ferrocenlösung
eine im Volumen kleine, technisch einfache, kostengünstige
und wartungsfreie life-time Additivierungsmöglichkeit für
den universellen Einsatz an dieselbetriebenen Motoren zu schaffen.
Dabei sollte ein Depot von festem Ferrocen die Grundlage für
eine life-time-Füllung bilden. Des Weiteren sollte Dieselkraftstoff
als Lösungsmittel verwendet werden, so dass ein separates
Lösungsmittel nicht benötigt wird.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Dosiersystem zur Verfügung zu
stellen, das die geschilderten Nachteile des Stands der Technik
nicht aufweist und für die genannten Anwendungsbereiche
einsetzbar ist. Dabei sollte das System relativ einfach und robust
sein, um unter den genannten Bedingungen störungs- und
wartungsfrei arbeiten zu können. Der Fahrer bzw. Besitzer
eines PKWs beispielsweise soll sich im Idealfall während
der gesamten Lebensdauer seines Fahrzeugs nicht um das Dosiersystem
kümmern brauchen. Es sollen weder eine Wartung noch das
Nachfüllen von Additiv notwendig sein.
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Gelöst
wurde die Aufgabe durch eine Vorrichtung zum Additivieren einer
in einem Tank (1) befindlichen Flüssigkeit (2)
mit einem in dieser löslichen Feststoff (3), mit
folgenden Merkmalen genannter Vorrichtung:
- – ein
Behälter (4) für den Feststoff (3),
- – eine Leitung (5) zwischen Behälter
(4) und Tank (1),
- – eine Pumpe (6), die über Leitung
(5) Flüssigkeit vom Tank (1) in den Behälter
(4) und umgekehrt fördern kann,
- – eine Steuereinheit (7), die die Pumpe (6)
steuert,
- – eine Messvorrichtung (8), welche die Menge
der in den Tank (1) nachgefüllten, nicht additivierten
Flüssigkeit (2) erfasst,
wobei Behälter
(4) ein variables Volumen aufweist, das zu einem Teil mit
Feststoff (3) und der übrige Teil mit einer Flüssigkeit
(9) ausgefüllt ist, die eine konzentrierte Lösung
aus Feststoff (3) in der Flüssigkeit (2)
darstellt.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Dosiersystem lässt
sich eine ausreichend gleich bleibende Additivierung einer Flüssigkeit – beispielsweise
eines Kraftstoffs – erzielen.
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Tank
(1) ist ein für die jeweilige Anwendung und aufzunehmende
Flüssigkeit (2) üblicher Behälter
aus einem der Flüssigkeit gegenüber inerten Material.
Es kann sich z. B. um einen stationären Tank für
eine stationäre Anlage, z. B. eine Feuerungsanlage oder
auch ein verbrennungsmotorbetriebenes Stromaggregat handeln. Im
Falle der bevorzugten Anwendung der Erfindung für Fahrzeuge
ist Tank (1) der produktionsübliche Treibstofftank
dieser Fahrzeuge. In diesem Fall besitzt er einen Einfüllstutzen
zu seiner Befüllung sowie eine abgehende Leitung zum Motor
bzw. zur Kraftstoffpumpe.
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Flüssigkeit
(2) ist die Flüssigkeit im Tank (1),
die einen bestimmten vorgegebenen Gehalt an gelöstem Feststoff
(3) aufweisen soll. Bei der beim Nachfüllen frisch
in den Tank eingebrachten Flüssigkeit ist dieser Gehalt üblicherweise
gleich null. Grundsätzlich gibt es hinsichtlich der Art
der Flüssigkeit keine Einschränkungen. Voraussetzung
ist natürlich, dass die Flüssigkeit den Feststoff
mindestens in der Menge des gewünschten Endgehalts zu lösen
vermag. Bei der bevorzugten Verwendung der Erfindung für
verbrennungsmotorbetriebene Fahrzeuge ist die Flüssigkeit
selbstverständlich der Treibstoff, bevorzugt Dieselkraftstoff
(DK), wie er an jeder Tankstelle erhältlich ist. Dieser
Dieselkraftstoff ist üblicherweise ein Mineralölprodukt,
kann aber auch ein – ggfs. umgeestertes – natives Öl,
oder ein synthetisches Öl, z. B. ein gas-to-liquid-Produkt,
oder ein Gemisch der genannten Öle sein. An Tankstellen
vertriebener Dieselkraftstoff ist in den meisten Ländern
spezifiziert, z. B. nach DIN/ISO.
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Feststoff
(3) muss in ausreichendem Maße in der Flüssigkeit
löslich sein. Er soll die Eigenschaften der Flüssigkeit
entsprechend ihrem Bestimmungszweck in erwünschter Weise
beeinflussen. Der Feststoff kann vorzugsweise in unterschiedlicher
zerkleinerter Form vorliegen. Dabei sind alle Zwischenstufen zwischen grobstückigem
bis fein gemahlenem Feststoff möglich. Dies umfasst auch
andere Formen wie Granulate, Pellets, Schuppen oder so genannte
Cushions. Letztere sind wegen ihrer einfachen Handhabbarkeit ein
bevorzugtes Marktprodukt. Diese Form ist daher vielfach Standard
in der Produktion.
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Hinsichtlich
der Art der Flüssigkeit, des Feststoffs und des Bestimmungszwecks
sei exemplarisch auf den eingangs abgehandelten Stand der Technik
verwiesen.
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Bei
der hier bevorzugten Anwendung der Erfindung ist der Feststoff ein
verbrennungsförderndes Additiv, insbesondere Ferrocen.
Besonders bevorzugt ist die Anwendung bei Fahrzeugen mit Dieselpartikelfilter, wodurch
die Regeneration dieses Filters ermöglicht wird.
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Ferrocen
ist in Dieselkraftstoff nicht uneingeschränkt löslich.
Je nach Temperatur des Dieselkraftstoffes ergeben sind unterschiedlich
hohe Ferrocenkonzentrationen der gesättigten Lösung.
In Tab. 1 ist zur Verdeutlichung die Löslichkeit von Ferrocen
in Dieselkraftstoff bei verschiedenen Temperaturen dargestellt.
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Behälter
(4) ist der Vorratsbehälter für den Feststoff
(3) bzw. das Additiv. Bei der bevorzugten Anwendung soll
die Menge an Additiv bzw. Ferrocen ausreichend sein, um das Fahrzeug
bzw. dessen Motor während seiner gesamten Lebensdauer mit
additiviertem Treibstoff versorgen zu können. Die notwendige
Menge lässt sich aus Treibstoffverbrauch, max. Laufleistung
des Motors und Additivgehalt des Treibstoffs einfach berechnen.
Behälter (4) ist also mit dieser Menge Feststoff
bzw. Additiv gefüllt. Der restliche Teil des Volumens des Behälters
ist mit Flüssigkeit (9) ausgefüllt. Diese
ist eine konzentrierte, im Idealfall gesättigte Lösung
aus Feststoff (3) in der Flüssigkeit (2).
Bei der bevorzugten Anwendung ist die Flüssigkeit also
eine konzentrierte Lösung des Additivs im Treibstoff, bevorzugt
des Ferrocens im Dieselkraftstoff.
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Behälter
(4) ist vollständig mit Feststoff und Flüssigkeit
ausgefüllt, enthält also keinen Gasraum. Dies ist
wichtig, damit keine Sublimation des Ferrocens erfolgen kann. Damit
aus dem Behälter Flüssigkeit zwecks Additivierung
der Flüssigkeit im Tank entnommen werden kann, ohne dass
sich ein Gasraum in Behälter (4) bildet, ist dieser
konstruktiv so gestaltet, dass er ein variables Volumen aufweist.
Dem Fachmann sind geeignete konstruktive Maßnahmen und
Materialien zur Gestaltung eines solchen Behälters mit
variablem Volumen bekannt.
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Beispielsweise
kann der Behälter eine dehnbare Membran (10) oder
einen Balg aufweisen.
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Behälter
(4) weist bevorzugt eine Heizung (12) auf, mit
dem sein Inhalt erwärmt werden kann. Die Heizung kann unterschiedlich
ausgestaltet sein. Sie kann beispielsweise elektrisch, etwa in Form
von um den Behälter gewickelten Heizdrähten, sein
oder sich im Behälter in Form einer Art elektrischen betriebenen
Tauchsieders befinden. Gleichfalls können PTC-Elemente
verwendet werden, die den Vorzug aufweisen, dass sie selbstregelnd
sind. Eine zusätzliche Steuerelektronik ist daher nicht
unbedingt erforderlich. Der Behälter kann aber z. B. auch
durch das Kühlwasser eines Motors, durch einen am Motorkühler
erwärmten Luftstrom oder durch heißes Abgas beheizt
werden. Dies kann beispielsweise durch Heizschlangen erfolgen, die
sich im oder am Behälter (4) befinden und ständig
vom Heizmedium durchspült werden. Geeignet ist aber auch
ein doppelwandiger Behälter (4), zwischen dessen
beiden Wände Heizmedien (z. B. Dampf) durchgeleitet werden.
Der Fachmann wird die dem Anwendungszweck am besten gerecht werdende
Heizung ohne weiteres aus den gegebenen Möglichkeiten auswählen.
Vorzugsweise ist Behälter (4) zusätzlich
mit einer Isolierung versehen.
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Des
Weiteren ist bevorzugt, dass der Behälter (4)
ein Messelement (13) zur Messung seiner Innentemperatur
aufweist. Auch hier können dem Zweck entsprechende übliche
Temperaturmesselemente verwendet werden, beispielsweise Thermoelemente,
PT-100 oder NTC.
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Damit
aus dem Behälter (4) Flüssigkeit zwecks
Additivierung der Flüssigkeit (2) im Tank entnommen werden
kann, sind Behälter und Tank über eine Leitung
(5) miteinander verbunden. Dimensionierung und Material
der Leitung entsprechen ihrem Zweck.
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Pumpe
(6) übernimmt die Förderung der Flüssigkeit über
Leitung (5). Der Fachmann wird eine dem Zweck entsprechende
Pumpe leicht aus dem Sortiment handelsüblicher Pumpen auswählen
können. Voraussetzung ist allerdings, dass die Förderrichtung
der Pumpe umkehrbar ist.
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Steuereinheit
(7) dient zur Steuerung von Pumpe (6). Die Steuereinheit
bestimmt die Pumprichtung und die jeweils geförderte Menge
Flüssigkeit. Geeignete Steuereinheiten enthalten üblicherweise
einen Mikroprozessor und sind am Markt erhältlich.
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Messvorrichtung
(8) erfasst die Menge der in den Tank (1) nachgefüllten,
nicht additivierten Flüssigkeit (2). Zu diesem
Zweck können verschiedene Ausführungsformen der
Vorrichtung (8) Anwendung finden, beispielsweise optische
Systeme, Flüssigkeitsstandsanzeigen, Durchflussmessgeräte
usw. Geeignete Messvorrichtungen sind dem Fachmann bekannt. Die
meisten Tanks sind bereits mit einer so genannten Füllstandsanzeige
ausgestattet. Aus der Differenz des Füllstands vor und
nach dem Betanken lässt sich die Menge der nachgefüllten
Flüssigkeit ermitteln.
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Zur
Vermeidung von Konzentrationsunterschieden innerhalb der Flüssigkeit
in Tank (1) und/oder Behälter (4) weisen
diese bevorzugt eine Vorrichtung zum Durchmischen ihres flüssigen
Inhalts auf. Für diese Vorrichtung sind verschiedene Ausführungsformen
geeignet. So kann z. B. die Flüssigkeit im Tank (1)
und/oder Behälter (4) durch eine Pumpe umgewälzt
werden. Bevorzugt wird jedoch ein Rühren eingesetzt. Die
Gestaltung des Rührers (z. B. Propellerrührer),
seine Dimensionierung, Drehzahl sowie sein Antrieb sind frei wählbar und
abhängig von der Form und Größe des Tanks
bzw. Behälters, der Viskosität der Flüssigkeit
usw. Der Fachmann weiß jedoch, welchen Rührer
er unter welchen Rahmenbedingungen am besten einsetzen kann. Bei Fahrzeugen
kann auf eine solche Vorrichtung zum Durchmischen verzichtet werden,
wenn der übliche Fahrbetrieb und die damit verbundenen
Erschütterungen für eine Durchmischung ausreichend
sind.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Additivieren
mittels mindestens einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen
der erfindunggemäßen Vorrichtung dadurch gekennzeichnet,
dass die Messvorrichtung (8) die erfasste Menge der in
den Tank (1) nachgefüllten, nicht additivierten Flüssigkeit
(2) der Steuereinheit (7) meldet und diese die
Pumpe (6) so ansteuert, dass eine solche Menge Flüssigkeit
(9) aus Behälter (4) in den Tank (1)
gepumpt wird, dass die Flüssigkeit (2) im Tank
(1) anschließend einen vorher der Steuereinheit
(7) vorgegebenen Gehalt an gelöstem Feststoff
(3) aufweist.
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Der
Steuereinheit wird ein optimaler Gehalt für das Additiv
in der Flüssigkeit vorgegeben. Dieser Wert kann fest voreingestellt
sein oder auch individuell und manuell eingegeben werden. Bei der
genannten bevorzugten Anwendung der Erfindung wird eine feste Voreinstellung
durch den Fahrzeug- bzw. Motorenhersteller bevorzugt sein. Für
Ferrocen in Dieselkraftstoff liegt ein solcher Wert beispielsweise
bei 30 ppm. Wird Behälter (4) z. B. durch eine
Heizung auf einer konstanten, vorgegebenen Temperatur gehalten,
so ist der Wert für die Löslichkeit des Feststoffs
(3) in der Flüssigkeit bei dieser Temperatur ebenfalls
in die Steuereinheit eingegeben, z. B. durch den Hersteller. Aus
diesem Grunde ist es bevorzugt, dass Behälter (4)
nötigenfalls auf eine vorgegebene Temperatur aufgeheizt
wird. Die Mindesttemperatur sollte um 20 Grad C liegen. Mittels
eines ebenfalls vorgegebenen Algorithmus berechnet die Steuereinheit
aus den vorgegebenen Werten und dem von der Messeinheit gemeldeten
Wert über die Menge der nachgefüllten, nicht additivierten
Flüssigkeit die Menge an Flüssigkeit aus Behälter
(4), die in Tank (1) eingebracht werden muss,
damit die in Tank (1) befindliche Flüssigkeit
auf den vorgegebenen Gehalt an gelöstem Feststoff gebracht
wird. Korrigierend wird dabei das Volumen von Leitung (5)
berücksichtigt. Vorzugsweise wird die Additiviervorrichtung
so konstruiert sein, dass Leitung (5) möglichst
kurz ist.
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Der
Steuereinheit (7) können weitere Aufgaben zukommen.
Sie kann vorteilhafterweise auch die Innentemperatur von Behälter
(4) erfassen. Dazu wird das Messelement (13) die
gemessene Temperatur der Steuereinheit melden. Des Weiteren ist
die Steuereinheit (7) in einer bevorzugten Ausführungsform
in der Lage, die Heizung (12) so anzusteuern, dass die
Innentemperatur von Behälter (4) auf einen vorgegebenen
Wert gebracht wird. Dies ist dann besonders einfach und deshalb
bevorzugt, wenn die Heizung elektrisch betrieben wird.
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Es
ist aber nicht zwingend notwendig, dass die Innentemperatur von
Behälter (4) auf einen vorgegebenen Wert gebracht
und dort gehalten wird. Es ist zumindest in Ländern mit
gemäßigtem Klima auch möglich, gänzlich
auf eine Temperierung von Behälter (4) zu verzichten.
Vielmehr werden stattdessen die Daten für die temperaturabhängige
Löslichkeitskurve des Feststoffs (3) in der nicht
additivierten Flüssigkeit (2) in die Steuereinheit
(7), alternativ in die Standard-blackbox des Fahrzeugs
einprogrammiert. Damit hat die Steuereinheit (7) nicht
nur einen Wert für die Löslichkeit des Feststoffs
(3) in der Flüssigkeit bei einer bestimmten Temperatur, sondern
die Werte für einen größeren Temperaturbereich
gespeichert. Notwendig ist jedoch, die Innentemperatur von Behälter
(4) erfassen. Dazu wird das Messelement (13) die
gemessene Temperatur der Steuereinheit (7) melden. Die
Steuereinheit (7) kann den dazu gehörigen Wert
für die Löslichkeit ermitteln und dann in der bereits
beschriebenen Weise mittels des vorgegebenen Algorithmus aus den
vorgegebenen Werten und den gemessenen Werten die Menge an Flüssigkeit
berechnen, die aus Behälter (4) in Tank (1)
eingebracht werden muss. Die Steuereinheit (7) wird somit
die Pumpe (6) entsprechend der temperaturabhängigen
Konzentration von Flüssigkeit (9) in Behälter
(4) ansteuert. Bei der bevorzugten Anwendung ist zu beachten,
dass unterschiedliche Dieselqualitäten auch eine unterschiedliche
Löslichkeit des Additivs aufweisen können. Entweder wird
eine bestimmte Dieselqualität vorgegeben, die dann auch
immer getankt werden sollte, oder es sind Löslichkeitswerte
für diese verschiedenen Qualitäten in die Steuereinheit
(7) einzuspeisen. Dann könnte manuell eingegeben
werden, welche Qualität getankt wurde. In vielen Ländern
sind an der Tankstelle erhältliche Dieseltreibstoffe genormt.
Bei Kraftstoffen, die einer bestimmten Norm genügen, kann
davon ausgegangen werden, dass die Schwankungen im Löslichkeitsvermögen
vernachlässigbar gering sind.
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Beim
Pumpen von Flüssigkeit von Behälter (4)
nach Tank (1) Verringert sich das Volumen von Behälter (4),
was durch eine geeignete Bauweise, z. B. Membran (10) möglich
ist. Eine Volumenveränderung durch Temperaturerhöhung
oder -erniedrigung wird ebenfalls kompensiert. Damit wird die Bildung
eines Gasraums im Behälter vermieden, so dass keine Sublimation
stattfinden kann.
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Leitung
(5) ist an geeigneter Stelle an Tank (1) angeschlossen.
Dies wird nicht am höchsten Punkt des Tanks sein, weil
dieser möglicherweise nicht immer vollständig
nachgefüllt wird. Vorteilhaft ist daher ein Anschluss im
unteren Bereich. Dort eingebrachte Lösung (9)
wird wegen der höheren Konzentration und der damit verbundenen
höheren Dichte zunächst absinken. Nach erfolgter
Additivierung der Flüssigkeit (2) in Tank (1)
wird bevorzugt dieselbe Menge Flüssigkeit, die aus Behälter
(4) in Tank (1) gepumpt wurde, nun aus Tank (1)
in Behälter (4) gepumpt. Dies kann vorzugsweise
etwas zeitverzögert erfolgen, nachdem sich die Flüssigkeit
in Tank (1) weitgehend durchmischt hat. Die rückgepumpte
Flüssigkeit ist dann lediglich schwach additiviert. Durch
dieses Rückspülen wird verhindert, dass konzentrierte
Additivlösung in Leitung (5) und Pumpe (6) verbleibt,
so dass dort – auch im Fall eines Temperaturrückgangs – kein
Auskristallisieren von Feststoff bzw. Additiv zu befürchten
ist. Die dem Behälter (4) auf diese Weise frisch
zugeführte Flüssigkeit wird den dort vorhandenen
Feststoff zum Teil lösen und sich aufkonzentrieren bis
idealer Weise zur Sättigungsgrenze. Kommt die Additiviervorrichtung
in einem Fahrzeug zum Einsatz, unterstützen die Erschütterungen
der Fahrt den Lösevorgang in Behälter (4)
ebenso wie das Durchmischen der additivierten Flüssigkeit
in Tank (1).
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Ansonsten
können unterstützend die bereits beschrieben Vorrichtungen
zum Durchmischen des jeweiligen Inhalts zur Anwendung gelangen.
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Die
bevorzugten Anwendungen der Erfindung betreffen Automobile, z. B.
LKW aber insbesondere PKW. Weitere Anwendungen finden sich für
mit Dieselmotoren betriebene Baumaschinen. Auch im Marinebereich
kann die Erfindung zum Einsatz kommen, vorzugsweise bei Booten und
Schiffen kleinerer Bauart. In allen genannten Anwendungsbereichen
kann die Erfindung bereits zur Erstausstattung gehören,
kann aber auch in den meisten Fällen ohne größere
Probleme nachgerüstet werden.
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Beispiel für eine Anwendung für
einen PKW mit Dieselmotor:
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Der
Vorratsbehälter (4) der Dosiervorrichtung besteht
bevorzugt aus einem kostengünstigen, handelsüblichen,
dieselkraftstoffverträglichem Kunststoffmaterial. In diesem
Behälter liegt eine vorgegebene Menge an Ferrocen Cushions
permanent unter Dieselkraftstoff. Somit bildet sich automatisch
in dem Behälter eine gesättigte Ferrocenlösung.
Da das System in sich geschlossen ist, wird eine unerwünschte
Sublimation nicht stattfinden. Der Volumenausgleich des Behälters
findet über eine eingebaute Membrane statt.
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Die
genaue Additivdosis ergibt sich aus dem Ferrocengehalt der Lösung
bei verschiedenen Temperaturen und der getankten Dieselmenge. Über
den Füllstandssensor im Fahrzeugtank wird die getankte
Dieselmenge ermittelt und diese Information dem Fahrzeugsteuergerät
zur Verfügung gestellt. Um die Bandbreite des Ferrocengehalts
in der gesättigten Lösung gering zu halten, kann
auf Grund der geringen Baugröße des Additivtankes
dieser mit einer Heizung und einer Isolierung versehen werden. Die
Mindesttemperatur sollte um 20 Grad C liegen.
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In
einer anderen Ausführungsform wird auf eine Beheizung des
Additivbehälters verzichtet, da die Löslichkeit
des Ferrocens bei unterschiedlichen Temperaturen bekannt ist. Diese
Kennlinie wird dann bei der zentralen Steuereinheit hinterlegt.
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Die
Entnahme der Ferrocenlösung und die Auffüllung
mit Dieselkraftstoff erfolgt über nur eine Leitung. Durch
die Einleitungsführung des Systems wird zuerst die vom
Fahrzeugsteuergerät ermittelte Additivmenge in den normalen
Kraftstofftank gepumpt.
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Nachdem
das Additiv in den Fahrzeugtank verpumpt wurde, wird die Förderrichtung
der Pumpe umgestellt. Nun wird durch dieselbe Leitung Dieselkraftstoff
aus dem Fahrzeugtank zurück in den Additivtank gepumpt.
Somit werden automatisch die Leitung und die Pumpe gespült
um mögliche Kristallisation zu vermeiden.
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Zur
Ermittlung der Baugröße wurde von folgenden Eckdaten
ausgegangen:
PKW
Verbrauch 10 Liter DK auf 100 km
Füllung
für 200.000 km (max. Laufleistung des Motors = „Lebensdauer")
Dichte
Dieselkraftstoff 850 kg/m3
Verbrauch
DK für 200.000 km = 20.000 Liter DK entsprechend 17 t DK
Additivierung
mit 30 ppm Ferrocen (30 g/t) = 9 ppm Eisen
Verbrauch Ferrocen
für 200.00 km: 17 t × 30 g/t = 510 g
Schüttdichte
von Ferrocen (in Form so genannter cushions) ca. 785 g/Liter
Damit
entsprechen 510 g cushions einem Volumen von 0,65 Liter
Um
den Leerraum zwischen den cushions aufzufüllen und eine
ausreichende
Überschichtung sicher zu stellen, benötigt
man etwa 0,6 Liter DK.
Das notwendige Behältervolumen
beträgt somit ca. 1 Liter.
4 Gew.-% Ferrocen als Ferrocenlösung
in DK = 34 g/Liter (entspricht einer gesättigten Lösung
bei 5°C). Davon benötigt man 31,875 ml, um eine
Tankfüllung von 50 Litern DK zu additivieren.
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Beschreibung der 1
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1 zeigt
Tank (
1) mit der darin befindlichen Flüssigkeit
(
2) sowie Behälter (
4) für den
Feststoff (
3) und Flüssigkeit (
9). Beide
Behältnisse sind verbunden über eine Leitung (
5)
mit Pumpe (
6), die über Leitung (
5) Flüssigkeit
vom Tank (
1) in den Behälter (
4) und
umgekehrt fördern kann. Zwischen der Steuereinheit (
7) und
der Pumpe (
6) besteht eine Verbindung zur Datenübertragung
(z. B. Kabel), so dass die Pumpe (
6) von der Steuereinheit
(
7) gesteuert werden kann. Tank (
1) besitzt eine
Messvorrichtung (
8), welche die Menge der in den Tank (
1)
nachgefüllten, nicht additivierten Flüssigkeit
(
2) erfasst. Behälter (
4) weist zwecks
Volumenänderung eine Membran (
10) oder einen Balg
auf. Des Weiteren kann Behälter (
4) eine Heizung
(
12) und ein Messelement (
13) zur Messung seiner
Innentemperatur aufweisen. Messvorrichtung (
8), Pumpe (
6)
und Heizung (
12) sind jeweils über eine Datentransfereitung
(
11) mit der Steuereinheit (
7) verbunden. Löslichkeit von Ferrocen in Dieselkraftstoff
Temperatur
[°C] | Löslichkeit
[Massen-%] |
80 | 6,75 |
40 | 4,90 |
15 | 3,75 |
5 | 3,40 |
–5 | 3,00 |
Tabelle
1
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Trägt
man die Werte der Tab. 1 als Graphik auf, lässt sich eine
Kennlinie in Form einer Geraden einzeichnen. Anhand dieser Kennlinien
könne somit auch Zwischenwerte interpoliert werden.
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- 1
- Tank,
z. B. Fahrzeugtank
- 2
- Flüssigkeit,
z. B. DK
- 3
- Feststoff,
z. B. Ferrocen
- 4
- Behälter,
z. B. Additivtank
- 5
- Leitung
- 6
- Pumpe
- 7
- Steuereinheit
- 8
- Messvorrichtung
- 9
- Flüssigkeit,
z. B. konzentrierte oder gesättigte Ferrocenlösung
- 10
- Membran
- 11
- Datentransferleitung
- 12
- Heizung
- 13
- Messelement
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 1927765 [0002]
- - US 40226673 [0003]
- - DE 4309065 [0004]