DE10334042A1 - Einrichtung zum Erzeugen eines Unterdrucks an einer Brennkraftmaschine - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Erzeugen eines Unterdrucks an einer Brennkraftmaschine zum Ableiten von insbesondere Wasser aus einem Kraftstofffilter. Der Unterdruck wird durch die Pulsation im Abgasstrom der Brennkraftmaschine erzeugt, und zwar derart, dass ein Ventil vorgesehen ist, welches bei einem anstehenden Unterdruck im Abgasstrom geöffnet und bei Umgebungsdruck bzw. Überdruck schließt. Das Unterdrucksystem ist unmittelbar oder mittelbar an dem Wassersammelraum des Kraftstofffilters angeschlossen.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Erzeugen eines Unterdrucks an einer Brennkraftmaschine.
  • Aus der DE 44 09 570 ist ein Verfahren zum Entsorgen von Wasser aus der Kraftstoffanlage einer Brennkraftmaschine bekannt. Dieses Verfahren dient bei einem Dieselmotor dazu, das im Kraftstoff vorhandene Wasser in einem in der Kraftstoffzuleitung zum Motor angeordneten Abscheider abzuscheiden und das abgeschiedene Wasser der dem Motor zugeführten Verbrennungsluft beizumischen. Die Abscheideeinrichtung weist ein Wassersammelreservoir auf und ist in dem Kraftstofffilter integriert. Zum Zumischen des Wassers wird der Systemdruck in dem Kraftstoffkreislauf genutzt. Ein Nachteil dieser Einrichtung ist darin zu sehen, dass unter Umständen die Brennkraftmaschine unkontrollierte Betriebszustände einnimmt, wenn nicht nur Wasser, sondern auch Kraftstoff der Verbrennungsluft beigemischt wird.
  • Gerade bei dem Ableiten von Wasser aus Dieselkraftstoff in eine Filtereinrichtung ist keine klare Trennung zwischen Wasser und Kraftstoff möglich. Das Wasser setzt sich zwar normalerweise im geodätisch unteren Bereich des Filtergehäuses ab, sollte jedoch kein Wasser vorhanden sein und das Ablassventil sich öffnen, wird Kraftstoff abgesaugt und der Verbrennungsluft zugeführt. Dies ist auf jeden Fall zu unterbinden.
  • Die Ansaugluft für eine Brennkraftmaschine weist im allgemeinen Umgebungstemperatur auf. Teilweise wird die Ansaugluft zusätzlich noch gekühlt, wodurch sich auch fein zerstäubte Wassertropfen in dem Ansaugsystem anlagern und größere Tropfen bilden. Diese Tropfen können sich in dem Ansaugsystem ansammeln, wodurch dann Wasser in unverdampfter Form in die Brennkraftmaschine gelangen kann. Dies kann zu indefinierten Zuständen der Brennkraftmaschine führe und sollte vermieden werden.
    •
  • Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Einrichtung, welche zuverlässig das von dem Kraftstoff abgeschiedene Wasser entsorgt und große Belastungen für die Brennkraftmaschine verhindert.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Die Grundvoraussetzungen für die Entsorgung der Flüssigkeit bzw. Wasser ist eine Einrichtung, die einen bestimmten Druck oder Unterdruck erzeugt, damit die Flüssigkeit einem Leitungssystem zugeführt werden kann.
  • Gemäß der Erfindung wird eine Einrichtung zum Erzeugen eines Unterdrucks über ein Ventil geschaffen, welches im Abgasstrom einer Brennkraftmaschine angeordnet ist. Bei einem anstehenden Unterdruck im Abgasstrom öffnet dieses Ventil bei Umgebungsdruck bzw. einem Überdruck schließt dieses Ventil. Dieser Unterdruck setzt sich über ein Leitungssystem fort und dient zum Ableiten von Flüssigkeiten. Die Pulsation im Abgasstrang kann grundsätzlich zum Erzeugen eines Unterdrucks für beliebige Systeme genutzt werden. So kann ein Unterdruckspeicher vorgesehen sein, der zum Bedienen verschiedener Komponenten mit Unterdruck genutzt wird. Es besteht beispielsweise die Möglichkeit, den Unterdruck für ein servounterstütztes System heranzuziehen oder auch, um Flüssigkeit zu pumpen oder zu transportieren.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung steht das Leitungssystem mit einem Kraftstofffilter in Verbindung, und der Unterdruck dient zum Absaugen des im Kraftstoff enthaltenen und angesammelten Wassers über ein Ablassventil.
  • Weiterbildungsgemäß weist der Kraftstofffilter einen Wassersammelbehälter auf, so dass größere Mengen von Wasser innerhalb kurzer Zeit entfernt werden können. Dieses Wasser wird aufgrund des Unterdrucks direkt dem Abgasstrom zugeführt. Dies bedeutet, dass die Brennkraftmaschine nicht mit dem abgeleiteten Wasser belastet wird. Auch ein Fehlleiten von Brennkraftstoff kann nicht zum Verändern der Leistung der Brennkraftmaschine führen.
  • Die Zuführung in den Abgasstrom erfolgt im Bereich zwischen Auslassventil der Brennkraftmaschine und einem Katalysator. Sollten sich in dem Wasser noch geringe Anteile von Diesel oder Kraftstoff befinden, so werden die Kohlenwasserstoffe im Katalysator verbrannt, und wirken sich nicht schädlich auf das Verhalten der Brennkraftmaschine aus. Damit das Absaugen von Kraftstoff aus dem Kraftstofffilter vermieden wird, dient in diesem Gehäuse ein Flüssigkeitssensor zum Sensieren des abzuscheidenden Wassers.
  • Solche Sensoren sind handelsübliche elektrische Komponenten und stellen zuverlässig die Anwesenheit von Wasser innerhalb des Kraftstofffilters fest.
  • Weiterbildungsgemäß kann das aus dem Kraftstofffilter abgesaugte Wasser einem Zwischen- oder Speicherbehälter zugeführt werden, wobei dieser Behälter eine größere Menge an Wasser aufnehmen kann und eine Entsorgung des Wassers je nach Betriebszustand des Motors erfolgt, d.h. eine Zuführung von Wasser in das Abgas, beispielsweise in der Kaltstartphase, wird unterbunden.
  • Diese und weitere Merkmale von bevorzugten Weiterbildungen der Erfindung gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und der Zeichnung hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei der Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird.
    •
  • Zeichnung
  • Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Hierbei zeigen
  • 1 eine Brennkraftmaschine in schematischer Darstellung,
  • 2 die Detaildarstellung eines Unterdruckventils, und
  • 3 den Druckverlauf im Abgasstrang einer Brennkraftmaschine.
  • Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • In 1 ist ein Brennkraftmaschinensystem in schematischer Darstellung abgebildet. Das Brennkraftmaschinensystem weist eine Brennkraftmaschine 10, ein Ansaugsystem 11, ein Kraftstoffsystem 12 sowie ein Abgassystem 13 auf. Das Ansaugsystem 11 verfügt über einen Lufteinlass 15, welcher an einer zur Luftansaugung vorteilhaften Stellung angeordnet ist. Bei einem Kraftfahrzeug (nicht dargestellt) ist eine solche Stelle beispielsweise im Frontbereich des Kraftfahrzeuges angeordnet. Der Lufteinlass 15 schließt an eine Luftleitung 16 an. In der Luftleitung 16 wird die Luft in Richtung Brennkraftmaschine 10 geleitet, wobei in der Luftleitung 16 diverse Bauteile, z.B. ein Luftfilter (nicht dargestellt) angeordnet sein können. Die Luftleitung 16 mündet in einer Ansaugluftverteilung 17, welche über mehrere Luftauslässe (nicht dargestellt) verfügt. Jede Brennkammer ist mit einem Luftauslass verbunden. Das Kraftstoffsystem 12 verfügt über eine Tankleitung 18, welche einerseits mit einem Kraftstofftank (nicht dargestellt) und andererseits mit einem Kraftstofffilter 19 verbunden ist. In der Tankleitung 18 kann eine Kraftstoffförderpumpe angeordnet sein, welche den Kraftstoff von dem Kraftstofftank in Richtung der Brennkraftmaschine 10 fördert. An den Kraftstofffilter 12 schließt eine Kraftstoffleitung 20 an, welche an dem den Kraftstofffilter 19 gegenüberliegenden Ende mit der Brennkraftmaschine 10 verbunden ist. Die Kraftstoffleitung 20 ist durch den Kraftstofffilter 19 dichtend von der Tankleitung 18 getrennt, wodurch nur gereinigter Kraftstoff der Brennkraftmaschine 10 zugeführt wird.
  • Die Abgaseinheit 13 besteht aus einem schematisch dargestellten Abgaskrümmer 14, einem nachfolgenden Katalysator 27 und einem oder mehreren nachfolgend angeordneten Abgasschalldämpfer 28 sowie dem Endrohr 29. In dem Kraftstofffilter 19 wird das im Kraftstoff enthaltene Wasser zu einem Großteil abgeschieden. Ein minimaler Wasserrest verbleibt im Kraftstoff, wodurch jedoch keine Beeinträchtigung oder Beschädigung der Brennkraftmaschine 10 bzw. deren Bauteile, wie z.B. Einspritzdüsen, verursacht wird. Das durch den Kraftstofffilter 19 abgeschiedene Wasser wird in einem unteren Bereich in einem Wassersammelraum 22, welcher direkt mit dem Kraftstofffilter verbunden ist, gesammelt. In dem Wassersammelraum 22 ist ein Wassersensor 23 angeordnet, welcher den Wasserfüllstand des gespeicherten Wassers erfasst. In einem Bodenbereich des Wasserspeichers 22 ist eine Verbindungsleitung 24 angeordnet. Diese Verbindungsleitung 24 verläuft von dem Wassersammelraum 22 bis zu der Abgaseinheit 13, wo das Wasser in das Abgas eingeleitet wird. Um die Wassereinleitung zu kontrollieren, ist ein Verschlusselement 25 in der Verbindungsleitung 24 angeordnet. Das Verschlusselement 25 ist über eine Steuerleitung 26 mit dem Wassersensor 23 verbunden. Sobald der Wassersensor 23 einen Wasserpegel erfasst, welcher über einem maximalen Wasserpegel liegt, sendet er ein Signal aus, durch welches das Verschlusselement 25 die Verbindungsleitung 24 öffnet. Der Maximalwasserpegel ist derart definiert, dass kein Wasser in die Kraftstoffleitung 20 gelangen kann.
  • Das von dem Wassersensor ausgegebene Signal kann bei anderen Ausgestaltungen durch einen Signalverstärker (nicht dargestellt) derart verstärkt werden, dass das Signal selbst zum Öffnen des Verschlusselementes 25 genutzt wird. Bei anderen Ausgestaltungen ist ein zusätzliches Bewegungselement zum Öffnen oder Schließen des Verschlusselementes 25 vorgesehen. Sobald der Wasserpegel unter einen Minimalwasserpegel sinkt, sendet der Wassersensor 23 ein Signal zum Verschließen der Verbindungsleitung 24 aus. Der Mindestwasserpegel ist derart definiert, dass kein Kraftstoff in die Verbin dungsleitung eintreten kann. Die Verbindungsleitung 24 ist zusätzlich mit einem Wasserreservoir 30 versehen, welches eine größere Menge an abgeschiedenem Wasser aufnehmen kann. Von diesem Wasserreservoir führt die Verbindungsleitung über ein Ventil 31 zu der Abgaseinheit 13.
  • Dieses Ventil ist in 2 näher beschrieben. Das Ventil 31 ist direkt an dem Abgasrohr 32 befestigt. Selbstverständlich besteht auch die Möglichkeit, das Ventil in einem vorgelagerten Rohr anzuordnen. Das Ventil besteht aus einer Ventilplatte 33, die eine Öffnung 34 im Abgasrohr 32 verschließt. An der Ventilplatte 33 ist in Richtung der Verbindungsleitung 24 ein Trägerstift 35 angeordnet, welcher eine Halteplatte 36 trägt. Zwischen Halteplatte 36 und Auflagefläche 37 am Abgasrohr 32 befindet sich eine Druckfeder 38, die für ein Verschließen des Ventils 31 im Ruhezustand sorgt. Sobald im Abgasrohr 32 ein Unterdruck herrscht, der größer ist als die Verschlusskraft der Druckfeder 38, wird das Ventil 31 öffnen und die Öffnung 34 kurzfristig freigeben. Über diese Öffnung 34 gelangt dann Wasser gemäß dem Pfeil 39 in das Abgasrohr 32 und wird dort im Abgas verdampft und über den Katalysator 27 und den Abgasschalldämpfer 28 sowie das Endrohr 29 abgeführt. Sollten sich in dem Wasser noch Kohlenwasserstoffe befinden, werden diese im Katalysator 27 restlos verbrannt.
  • 3 zeigt den Druckverlauf im Abgasstrom einer Brennkraftmaschine. Das Diagramm zeigt auf der X-Achse den Kurbelwinkel der Brennkraftmaschine und auf der Y-Achse den Druck im Abgasstrang im Bereich des Ventils 31. Die Kurve A stellt den Druck im Einlasstrakt der Brennkraftmaschine dar, die Kurve B den Druck im Auslasstrakt, d.h., wie bereits erwähnt, vor dem Katalysator 27. Die gekennzeichneten Flächen 40, 41, 42 stellen Bereiche dar, innerhalb derer ein Unterdruck im Abgasrohr herrscht und innerhalb derer das Ventil 31 sich öffnet und damit das zu entsorgende Wasser in das Abgasrohr einströmen lässt.

Claims (8)

  1. Einrichtung zum Erzeugen eines Unterdrucks an einer Brennkraftmaschine zum Ableiten von Flüssigkeiten, wobei der Unterdruck durch die Pulsation im Abgasstrom der Brennkraftmaschine erzeugt wird derart, dass ein Ventil vorgesehen ist, welches bei einem anstehenden Unterdruck im Abgasstrom öffnet und bei Umgebungsdruck bzw. und/oder Überdruck schließt, und wobei der Unterdruck sich über ein Leitungssystem fortsetzt.
  2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitungssystem mit einem Kraftstofffilter in Verbindung steht und der Unterdruck ein Absaugen des im Kraftstoff enthaltenen und angesammelten Wassers über ein Ablassventil bewirkt.
  3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstofffilter einen Wassersammelbehälter aufweist und das darin befindliche Wasser durch den Unterdruck absaugbar ist.
  4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das abgesaugte Wasser aufgrund des Unterdrucks über das Ventil dem Abgasstrom zuleitbar ist.
  5. Einrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil im Abgasstrom im Bereich zwischen Auslassventile der Brennkraftmaschine und einem Katalysator der Brennkraftmaschine angeordnet ist.
  6. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstofffilter wenigstens einen Flüssigkeitssensor zum Sensieren des abzuscheidenden Wassers aufweist.
  7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das aus dem Kraftstofffilter abgesaugte Wasser einem Zwischen- oder Speicherbehälter zuführbar ist, wobei der Speicherbehälter im Leitungssystem angeordnet ist.
  8. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung des Ablassventils von dem Betriebszustand des Motors und/oder weiteren Bedienungen abhängig ist.
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