-
Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren 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.
-
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.
-
DE 20 2004 000 300 beschreibt
eine Diesel-Verbrennungskraftmaschine mit einer Direkteinspritzung sowie
eine Diesel-Kraftstoffzusammensetzung zur Direkteinspritzung. Offenbart
wird eine Diesel-Verbrennungskraftmaschine mit einer Direkteinspritzung
mit einer Additiv-Zuführung
in den Treibstoff, wobei die Additiv-Zuführung vor der Direkteinspritzung
angeordnet ist, und wobei eine Vorrichtung zur Konstanthaltung eines Verhältnisses
Additiv zu Treibstoff vorgesehen ist. Mit einer derartigen Vorrichtung
gelingt es, dass ein vorgebbares Verhältnis zwischen Additiv und
Treibstoff in die Direkteinspritzung zugeführt wird.
-
DE 196 29 821 beschreibt
ein Verfahren zum Zusetzen eines Additivs zum Kraftstoff beim Betanken eines
Kraftfahrzeugs mit folgenden Verfahrensschritten: Einfüllen eines
Additivs in ein Additiv-Reservoir an dem Kraftfahrzeug, Messen der
getankten Menge bei jedem Betanken, Berechnen einer Additivmenge
aus der getankten Menge und automatisches Zuführen der berechneten Additivmenge
zu dem Kraftstoff aus dem Additiv-Reservoir. Eine Vorrichtung zur
Durchführung
des Verfahrens enthält
ein Additiv-Reservoir, eine steuerbare Verbindung zwischen dem Additiv-Reservoir
und dem Kraftstofftank, auf den Füllstand des Kraftstofftanks ansprechende
Sensormittel und eine signalverarbeitende Elektronik, welche von
dem Signal der Sensormittel beaufschlagt ist und durch welche die
Verbindung zwischen Additiv-Reservoir und Kraftstofftank zur Zugabe einer
von der Menge des jeweils getankten Kraftstoffs abhängigen Menge
des Additivs aufsteuerbar ist.
-
Die
in der
EP 530 532 beschriebene
Vorrichtung hat ein mit einer Kraftstoffleitung oder einem Kraftstofftank
verbundenes Mahlwerk, das mit feststofförmigem Ferrocen gefüllt ist,
einen mit dem Mahlwerk gekoppelten Schrittmotor und eine Steuerung
für den
Schrittmotor. Verfahrensseitig wird vorgeschlagen, die durch eine
Kraftstoffleitung strömende
Kraftstoffmenge zu messen, die benötigte Ferrocenmenge daraus
zu ermitteln, und die so bestimmte Ferrocenmenge der Kraftstoffmenge
durch ein Betätigen
des Mahlwerks mit der entsprechenden Anzahl der Umdrehungen zuzugeben.
Die Vorrichtung ist vorzugsweise für den Einbau in Kraftfahrzeuge
mit Otto-Motor oder mit Dieselmotor in Verbindung mit einem dem
Dieselmotor nachgeschaltetem Partikelfiltersystem oder in einer
Feuerungsanlage für
leichtes Heizöl
geeignet.
-
Die
Patentschrift
US 4 026 673 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.
-
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, da 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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
Mit
dem erfindungsgemäßen Dosiersystem
lässt sich
eine ausreichend gleich bleibende Additivierung einer Flüssigkeit – beispielsweise
eines Kraftstoffs – erzielen.
-
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.
-
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.
-
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.
-
Hinsichtlich
der Art der Flüssigkeit,
des Feststoffs und des Bestimmungszwecks sei exemplarisch auf den
eingangs abgehandelten Stand der Technik verwiesen.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
Beispielsweise
kann der Behälter
eine dehnbare Membran (10) oder einen Balg aufweisen.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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)
zu 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) ansteuern. 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.
-
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.
-
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).
-
Ansonsten
können
unterstützend
die bereits beschrieben Vorrichtungen zum Durchmischen des jeweiligen
Inhalts zur Anwendung gelangen.
-
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.
-
Beispiel für eine Anwendung für einen
PKW mit Dieselmotor:
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
Beschreibung der 1
-
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 Datentransferleitung
(
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
-
Trägt man die
Werte der Tab. 1 als Graphik auf, lässt sich eine Kennlinie in
Form einer Geraden einzeichnen. Anhand dieser Kennlinien können somit
auch Zwischenwerte interpoliert werden.
-
- 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