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Die
Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, insbesondere selbstzündende
Brennkraftmaschine, die wechselweise mit einem dünnflüssigen
Kraftstoff, insbesondere Diesel, und einem dickflüssigen Kraftstoff,
insbesondere Rapsöl, betrieben wird, wobei ein den dünnflüssigen
Kraftstoff aufnehmender Zusatztank über eine Filtereinrichtung
und eine Fördereinrichtung sowie ein den dickflüssigen
Kraftstoff aufnehmender Haupttank über eine Filteranordnung und
eine Förderanordnung über Zuführungen
mit einer gemeinsamen Hochdruckpumpeneinrichtung verschaltet sind
und ein Niederdruckausgang der Hochdruckpumpeneinrichtung über
ein Rücklaufleitungssystem schaltbar mit dem Haupttank
und dem Zusatztank verbunden ist.
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Eine
derartige Brennkraftmaschine ist aus der
DE 38 00 585 A1 bekannt.
Bei dieser Brennkraftmaschine wird eine Reiheneinspritzpumpe wahlweise
mit Dieselkraftstoff oder Rapsölkraftstoff versorgt. Dabei
ist das Hauptanliegen der dargestellten Umschaltvorrichtung, einen
einfachen und robusten Aufbau zu gewährleisten, eine einfache
Bedienung zu ermöglichen und eine unkomplizierte Nachrüstung
zu gewährleisten. Dazu weist die Umschaltvorrichtung ein
einziges Umschaltventil auf, während die weitere Schaltung
nur druckgesteuert über entsprechende Rückschlagventile
vorgenommen wird. Angaben über den Anbau an einer Brennkraftmaschine
oder im Motorraum eines entsprechenden Fahrzeugs sind nicht gegeben.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine für
den wahlweisen Betrieb mit einem dünnflüssigen
Kraftstoff und einem dickflüssigen Kraftstoff anzugeben,
die aus einer serienmäßig für Einstoffbetrieb
hergestellten Brennkraftmaschine mit möglichst geringen Änderungen
hergeleitet ist.
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Diese
Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Filteranordnung und
Förderanordnung zusammen mit der Hochdruckpumpeneinrichtung
im Bereich einer Längsseite der Brennkraftmaschine angeordnet sind.
Bei dieser Ausgestaltung wird zunächst einmal davon ausgegangen,
soweit wie möglich vom Einstoffbetrieb, also dem normalen
Dieselbetrieb, vorhandene Teile des Einspritzsystems unverändert
zu übernehmen und weiter benötigte Teile möglichst kompakt
direkt an der Brennkraftmaschine zu montieren. Ausgehend von der Überlegung,
dass die mit einem dickflüssigen Kraftstoff, insbesondere
Rapsöl betriebene Brennkraftmaschine abgesehen zum Starten
und Abstellen der Brennkraftmaschine und bei Teillast ansonsten
ausschließlich mit Rapsöl betrieben werden soll,
ist es sinnvoll und erfindungsgemäß vorgesehen,
die vom Einstoffbetrieb vorhandene Filteranordnung und Förderanordnung
unverändert an der Brennkraftmaschine zu belassen und für die
Förderung und Filterung des dickflüssigen Kraftstoffs
zu übernehmen. Dabei sind diese Bauteile für möglichst
kurze Leitungsverbindungen im Bereich einer Längsseite
der Brennkraftmaschine angeordnet. Da die maximal geförderte
Menge des dickflüssigen Kraftstoffs in einer Größenordnung ähnlich
der geförderten Menge beim Einstoffbetrieb, also reinem
Dieselbetrieb, liegt, können die Filteranordnung und die Förderanordnung
unverändert übernommen werden, wobei gegebenenfalls
lediglich der Filtereinsatz ausgetauscht werden muss.
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In
weiterer Ausgestaltung sind ein erstes Umschaltventil zur wechselweisen
Zuführumschaltung von dünnflüssigem Kraftstoff
und dickflüssigem Kraftstoff zu der Hochdruckpumpeneinrichtung
und ein zweites und ein drittes Umschaltventil zum wechselweisen
Rückführumschaltung von aus der Hochdruckpumpeneinrichtung
abgesteuertem dünnflüssigen Kraftstoff und/oder
dickflüssigem Kraftstoff in den Zusatztank oder den Haupttank
vorhanden und die Umschaltventile ebenfalls auf der Längsseite
der Brennkraftmaschine angeordnet. Zunächst einmal ist aufgrund
der Tatsache, dass heutige Brennkraftmaschinen fast ausnahmslos
durch elektronische Steuergeräte gesteuert werden, erfindungsgemäß vorgesehen,
alle vorzunehmenden Umschaltvorgänge soweit wie möglich
durch elektrisch angesteuerte Umschaltventile vorzunehmen, um eine
möglichst präzise und an die jeweiligen Betriebsverhältnisse
angepasste optimale Umschaltung zu erreichen. Dem entsprechend können
diese auch unkompliziert an die gegebenenfalls entsprechend ergänzte
vorhandene Verkabelung angeschlossen werden.
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In
Weiterbildung der Erfindung ist ein viertes Umschaltventil in eine
Kurzschlussleitung zur Rückführung von dickflüssigem
Kraftstoff ausgangsseitig der Filteranordnung in den Haupttank auf
der Längsseite angeordnet. Mit Hilfe dieser insgesamt vier
Umschaltventile lassen sich alle darzustellen Umschaltvorgänge
optimal steuern und insbesondere können die bei den Umschaltvorgängen
notwendigen Spülvorgänge optimal beherrscht werden.
Hierbei ist insbesondere zu berücksichtigen, dass bei dem
Umschaltvorgang von Rapsölbetrieb auf Dieselbetrieb möglichst
kein Rapsöl in den den Dieselkraftstoff aufnehmenden Zusatztank
gelangen soll. Der Grund hierfür sind die schlechten Kaltstarteigenschaften des
Rapsöls, die sich bei einer Zumischung zu dem Dieselkraftstoff
unter anderem infolge der geringen gespeicherten Mengen Dieselkraftstoff
negativ auf die Betriebseigenschaften insbesondere auf die Starteigenschaften
der Brennkraftmaschine, auswirken können.
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In
weiterer Ausgestaltung bildet zumindest das erste Umschaltventil
eine erste Baueinheit und das zweite Umschaltventil und das dritte Umschaltventil
oder ein zusammengefasstes zweites und drittes Umschaltventil bilden
eine zweite Baueinheit. Ist ein viertes Umschaltventil vorhanden,
sind das erste Umschaltventil und das vierte Umschaltventil zu der ersten
Baueinheit zusammengefasst. Dabei werden das erste Umschaltventil
und das vierte Umschaltventil der ersten Baueinheit von getrennten
Betätigungsmagneten angesteuert, während das zweite Umschaltventil
und das dritte Umschaltventil der zweiten Baueinheit von einem gemeinsamen
Betätigungsmagneten geschaltet werden können.
Diese zweite Baueinheit ist dann als (zusammengefasstes) sogenanntes
3/2-Wegeventil ausgebildet. Das vierte Umschaltventil wird – wie
ausgeführt – eingesetzt, um beim Betrieb der Brennkraftmaschine
mit dünnflüssigem Kraftstoff den von der dauernd
betriebenen Förderanordnung geförderten dickflüssigen
Kraftstoff über entsprechende Rückführleitungen
in den Haupttank zurückzuführen. Soll nun die
Brennkraftmaschine auf Betrieb mit dickflüssigem Kraftstoff
umgestellt werden, wird vor der Betätigung des ersten Umschaltventils
das vierte Umschaltventil in eine Sperrposition umgeschaltet, so
dass sich in der Zuführleitung von dickflüssigem
Kraftstoff zu dem ersten Umschaltventil ein genügend hoher
Kraftstoffdruck aufbaut, so dass beim Umschalten des ersten Umschaltventils
die Brennkraftmaschine ohne feststellbaren Leistungsabfall kontinuierlich
betrieben wird. Wird nun das erste Umschaltventil als 3/2-Wegeventil
in der Form ausgebildet, dass in der Schaltposition, bei der die
Brennkraftmaschine mit dickflüssigem Kraftstoff betrieben
wird, gleichzeitig dieses Umschaltventil den von der Förderanordnung
geförderten dickflüssigen Kraftstoff direkt in
die Rückführleitung zu dem Haupttank abfördert,
kann auf das vierte Umschaltventil verzichtet werden. Damit bei
einem Umschaltvorgang zu einem Betrieb der Brennkraftmaschine mit
dickflüssigem Kraftstoff einen hinreichend hohen Kraftstoffdruck
zur Verfügung zu haben, kann in die Rückführleitung
eine entsprechende, den gewünschten Kraftstoffdruck festlegende
Drosseleinrichtung vorgesehen sein. Gleichzeitig mündet
dann die Dieselkraftstoffzuführleitung über ein Rückschlagventil direkt
in die Kraftstoffzuführleitung zu der Kraftstoffzumesseinrichtung.
Diese Funktionen sind dabei in der ersten Baueinheit zusammengefasst.
Weiterhin sind die erste Baueinheit und die zweite Baueinheit fest
an der Brennkraftmaschine montiert. Diese Ausgestaltungen tragen
zu einem besonders kompakten Anbau an der Längsseite der
Brennkraftmaschine bei. Hinzu kommt, dass durch die angegebene Zusammenfassung
von den Umschaltventilen zu zwei Baueinheiten weitere externe Leitungsverbindungen eingespart
werden können.
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In
Weiterbildung der Erfindung sind die Filteranordnung und Förderanordnung
zusammen mit der Hochdruckpumpeneinrichtung im Bereich einer Längsseite
der Brennkraftmaschine angeordnet. Diese Einrichtungen zur Förderung
und Filterung können aufgrund der geringen benötigten
Mengen an dünnflüssigem Kraftstoff erheblich kompakter
als die entsprechenden Anordnungen für den dickflüssigen Kraftstoff
ausgestaltet sein. Hinzu kommt, dass die Fördereinrichtung
bevorzugt elektrisch betrieben wird und daher keine mechanischen Änderungen
an der Brennkraftmaschine für einen denkbaren mechanischen
Antrieb vorgenommen werden müssen. Zudem lässt
sich der elektrische Antrieb problemlos – falls er nicht
benötigt wird – abschalten. Um bei einer Umschaltung
vom Betrieb der Brennkraftmaschine mit dickflüssigem Kraftstoff
auf dünnflüssigen Kraftstoff auch hier einen hinreichend
hohen Kraftstoffdruck an dem ersten Umschaltventil anstehen zu haben,
kann dieser elektrische Antrieb dann um eine vorbestimmte Zeit vor
dem eigentlichen Umschaltvorgang eingeschaltet werden.
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In
weiterer Ausgestaltung ist die Baugruppe, bestehend aus Filteranordnung
und Förderanordnung auf einer Konsolenplatte befestigt,
die seitlich unterhalb der Filteranordnung angebracht ist. Alternativ
ist die Baugruppe fahrzeug- oder gerätespezifisch einbaubar.
Hier wird eine Auswahl entsprechend der jeweiligen Einbaubedingungen
getroffen.
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In
Weiterbildung der Erfindung sind ein Wärmetauscher und
eine Vorfiltereinrichtung für den dickflüssigen
Kraftstoff fahrzeug- oder gerätespezifisch einbaubar. Der
mit dem Kühlreislauf der Brennkraftmaschine verschaltete
Wärmetauscher ist zur Erwärmung des dickflüssigen
Kraftstoffs auf eine Temperatur von ca. 60°C bis 70°C
vorgesehen.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung
zu entnehmen, in der ein in den Zeichnungen beschriebenes Ausführungsbeispiel
der Erfindung näher beschrieben ist.
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Es
zeigt:
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1 die
schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäß ausgestaltete
Brennkraftmaschine.
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Die
Brennkraftmaschine ist bevorzugt von einer serienmäßig
gebauten Dieselbrennkraftmaschine hergeleitet und beispielsweise
als Reihen-Brennkraftmaschine mit vier oder sechs Zylindern ausgebildet.
Die Brennkraftmaschine weist ein Kurbelgehäuse 1 auf,
in dem in bekannter Ausbildung eine Kurbelwelle drehbar gelagert
ist, an der in innerhalb des Kurbelgehäuses 1 angeordneten
Zylindern bewegbaren Kolben über entsprechende Pleuel angelenkt sind.
Das Kurbelgehäuse 1 wird von einem Zylinderkopf 2 abgedeckt,
in dem ebenfalls in bekannter Bauart Gaswechseleinrichtungen in
Form von Ein- und Auslassventilen angeordnet sind. Die Ein- und
Auslassventile sind über entsprechende Einlassleitungen und
Auslassleitungen mit an dem Zylinderkopf 2 jeweils befestigten
Frischgasleitungen und Abgassammelleitungen verbunden. Weiterhin
sind in den Zylinderkopf 2 Kraftstoffeinspritzventile eingesetzt,
die von einem elektronischen Steuergerät für die
Brennkraftmaschinensteuerung geschaltet werden. Diese Einspritzventile
sind über entsprechende Kraftstoffhoch druckleitungen mit
einem Kraftstoffhochdruckspeicher 3 verschaltet. Dieser
Kraftstoffhochdruckspeicher wird über zwei Hochdruckkraftstoffförderpumpen 4a, 4b mit
Kraftstoff befüllt. Um den Kraftstoffdruck in dem Kraftstoffhochdruckspeicher 3 unabhängig
von dem durch die Kraftstoffeinspritzventile entnommenen Kraftstoffmengen
möglichst konstant zu halten, ist eingangsseitig zu den
Hochdruckförderpumpen 4a, 4b eine Kraftstoffzumesseinrichtung 5 vorgesehen,
die in Abhängigkeit von dem Kraftstoffdruck in den Kraftstoffhochdruckspeicher 3 die
den Hochdruckförderpumpen 4a, 4b zugeführte
Kraftstoffmenge steuert. Die Kraftstoffzumesseinrichtung ist dementsprechend über
kurze Leitungen mit den Hochdruckförderpumpen 4a, 4b verschaltet
und weist einen Einlass auf, der mit einer Kraftstoffzuführleitung 6 verschaltet
ist und weiterhin einen Auslass auf, der mit einer Kraftstoffabführleitung 7 verschaltet ist.
Von einer über die Kraftstoffzuführleitung 6 weitgehend
konstant geförderten Kraftstoffmenge wird entsprechend
dem in dem Kraftstoffhochdruckspeicher 3 herrschenden Druck
eine bestimmte Menge Kraftstoff über die Kraftstoffabführleitung 7 abgesteuert.
Die Hochdruckförderpumpen 4a, 4b sind
im Übrigen als Steckpumpen ausgebildet, die direkt in das Kurbelgehäuse 1 der
Brennkraftmaschine eingebaut sind. Diese Steckpumpen weisen jeweils
einen Pumpenkolben auf, der von einer in dem Kurbelgehäuse 1 der
Brennkraftmaschine angeordneten Nockenwelle über entsprechende
Nocken betätigt wird. Dabei weist die Nockenwelle bei einer
4-zylindrigen Brennkraftmaschine vorzugsweise jeweils zwei Nocken
je Steckpumpe und bei einer 6-zylindrigen Brennkraftmaschine jeweils
drei Nocken je Steckpumpe auf. Weiterhin ist die Nockenwelle mit
weiteren Gaswechselnocken zur Betätigung der Gaswechselventile
versehen. Im Übrigen bilden die zuvor beschriebenen Teile
der Kraftstoffeinrichtung die Hochdruckpumpeneinrichtung.
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Über
die Kraftstoffzuführleitung 6 wird der Kraftstoffzumesseinrichtung 5 entweder
dünnflüssiger Kraftstoff, im Ausführungsbeispiel Diesel,
oder dickflüssiger Kraftstoff, im Ausführungsbeispiel Rapsöl,
zugeführt. Die entsprechende Umschaltung wird von einem
ersten Umschaltventil 8 vorgenommen, das Bestandteil einer
ersten Baueinheit 9 ist. Die Baueinheit 9 beinhaltet
neben dem Umschaltventil(magneten) 8 den eigentlichen Ventilkörper
interne Leitungsverbindungen und gegebenenfalls Rückschlagventile.
Dieser ersten Baueinheit 9 und insbesondere dem Ventilkörper
des ersten Umschaltventils 8 wird über eine Dieselkraftstoffzuführleitung 10 Dieselkraftstoff
zugeführt. In die Dieselkraftstoffzuführleitung 10 ist
eine Fördereinrichtung in Form einer elektrischen Förderpumpe
sowie eine Filtereinrichtung in Form zumindest eines Dieselkraftstofffilters
eingeschaltet. Diese nicht dargestellten Bauteile können
als Baugruppe zusammengefasst wahlweise fahrzeug- oder gerätespezifisch
an dem Fahrzeug bzw. dem Gerät oder aber an der Brennkraftmaschine,
bevorzugt unterhalb der ersten Baueinheit 9, montiert werden.
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Über
eine Rapsölzuführleitung 11 wird der ersten
Baueinheit 9 und insbesondere dem Ventilkörper
des ersten Umschaltventils 8 Rapsöl zugeführt. Das
Rapsöl wird von einer mechanisch betriebenen, die Förderanordnung
bildenden Kraftstoffpumpe 12 über eine Rapsölleitung 13,
zumindest einem die Filteranordnung bildenden Rapsölfilter 14 und
weiter über die Rapsölzuführleitung 11 der
ersten Baueinheit 9 zugeführt. Die Kraftstoffpumpe 12 ist
beispielsweise über einen Riementrieb 15 mit der
Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verschaltet und fördert
folglich bei Betrieb der Brennkraftmaschine kontinuierlich Kraftstoff.
Wird die Brennkraftmaschine mit Dieselkraftstoff betrieben, muss
das kontinuierlich geförderte Rapsöl aus der ersten
Baueinheit 9 über eine Rapsölabführleitung 16 abgesteuert
werden. Dieser Absteuervorgang wird von einem vierten Umschaltventil 17 gesteuert
oder aber bei entsprechender Ausgestaltung auch von dem ersten Umschaltventil 8.
Dies wird später detaillierter erläutert.
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Je
nach dem, ob über die Kraftstoffabführleitung 7, 7a,
wobei die Kraftstoffabführleitung 7a mit dem Überdruckventil
des Kraftstoffhochdruckspeichers 3 und weiterhin dem Leckagesystem
der Einspritzventile verschaltet ist, Rapsöl oder Diesel
abgesteuert wird, muss dieser Kraftstoff entweder in einen mit Rapsöl
befüllten Haupttank oder einen mit Diesel befüllten
Zusatztank geleitet werden. Dieser Umschaltvorgang wird von einem
zweiten Umschaltventil 18 und einem dritten Umschaltventil 19,
die in einer zweiten Baueinheit 20 zusammengefasst sind,
gesteuert. Das zweite Umschaltventil 18 und das dritte Umschaltventil 19 können
auch zu einem gemeinsam betätigten, beide Schaltfunktionen
ausführenden Umschaltventil zusammengefasst sein. Je nach Schaltstellung
wird also der über die Kraftstoffabführleitung 7, 7a der
zweiten Baueinheit 20 zugeführte Kraftstoff in
eine Rapsölabführleitung 16a, die mit
einer weiteren mit dem Rapsölfilter 14 verschalteten Rapsölabführleitung 16b und
der Rapsölabführleitung 16 verschaltet
ist, abgeführt oder in eine Dieselkraftstoffabführleitung 21.
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Wie
zuvor erläutert wurde, kann das erste Umschaltventil 8 so
geschaltet sein, dass es zwei Eingänge und einen Ausgang
hat, wobei an einem Eingang Rapsöl und an dem anderen Eingang
Dieselkraftstoff ansteht. Je nach Schaltstellung wird der erste
oder der zweite Eingang mit dem Ausgang verschaltet. Bei dieser
Ausführung ist – wie beschrieben – das
vierte Umschaltventil 17 nötig. Das gleiche erste
Umschaltventil 8 kann aber auch so geschaltet sein, dass
es einen Eingang und zwei Ausgänge hat. Dem Eingang wird
dann Rapsöl zugeführt und entweder mit dem ersten
Ausgang, der dann in die Kraftstoffzuführleitung 6 mündet
oder mit dem zweiten Ausgang, der dann direkt in die Rapsölabführleitung 16 mündet,
verbunden. Bei dieser Ausführung mündet die Dieselzuführleitung 10 über
ein in die erste Baueinheit integriertes Rückschlagventil
den ersten Ausgang beziehungsweise die weiterführende Kraftstoffzuführleitung 6.
In die Rapsölabführleitung 16 kann dann
eine Drosseleinrichtung eingesetzt sein, die das Druckniveau auf
einem vorgegebenen Wert hält. Bei einem Rapsölbetrieb
verhindert das Rückschlagventil, dass Rapsöl bei
ausgeschalteter elektrischer Förderpumpe in den Dieseltank
gelangen kann.
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Das
ganze Kraftstoffsystem ist so ausgebildet, dass es an eine serienmäßig
gebaute, als Dieselkraftstoff-Brennkraftmaschine ausgebildete Brennkraftmaschine
adaptiert werden kann und dabei die bei der Dieselkraftstoff-Brennkraftmaschine vorhandene
Kraftstoffpumpe 12 und der Filter nunmehr als Rapsölfilter 14 weiterverwendet
werden können. Im Wesentlichen werden die beschriebenen Umschaltventile
in Form einer ersten Baueinheit 9 und einer zweiten Baueinheit 20 an
der entsprechenden Brennkraftmaschinenlängsseite zusätzlich
angeordnet und – wie beschrieben – verschaltet.
Für einen möglichst schnellen Umschaltvorgang
von Dieselkraftstoff auf Rapsöl und umgekehrt ist dabei
insbesondere die Kraftstoffzuführleitung 6 möglichst
kurz ausgebildet.
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- 1
- Kurbelgehäuse
- 2
- Zylinderkopf
- 3
- Kraftstoffhochdruckspeicher
- 4a,
4b
- Hochdruckförderpumpe
- 5
- Kraftstoffzumesseinrichtung
- 6
- Kraftstoffzuführleitung
- 7,
7a
- Kraftstoffabführleitung
- 8
- erstes
Umschaltventil
- 9
- erste
Baueinheit
- 10
- Dieselkraftstoffzuführleitung
- 11
- Rapsölzuführleitung
- 12
- Kraftstoffpumpe
- 13
- Rapsölleitung
- 14
- Rapsölfilter
- 15
- Riementrieb
- 16,
16a, 16b
- Rapsölabführleitung
- 17
- viertes
Umschaltventil
- 18
- zweites
Umschaltventil
- 19
- drittes
Umschaltventil
- 20
- zweite
Baueinheit
- 21
- Dieselkraftstoffabführleitung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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