DE19631981A1 - Cooler for closed fuel circuit of vehicle Diesel engine - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung sowie eine Vorrichtung zum kühlen eines geschlossenen Kraftstoffversorgungskreislaufes eines Dieselaggregats insbesondere in einem Kraftfahrzeug, mit einem Kühlwasserkreislauf, wobei dem Kraftstoffversorgungskreislauf ein Wärmetauscher mit einem vom Kraftstoffversorgungskreislauf getrennten Kühlkreislauf zugeordnet ist, und ein Verfahren zur Kühlung eines geschlossenen Kraftstoffversorgungskreislaufes eines Dieselaggregats, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, mit einem Kühlwasserkreislauf.The invention relates to an arrangement and a device for cooling a closed fuel supply circuit of a diesel engine, in particular in a motor vehicle with a cooling water circuit, the Fuel supply circuit a heat exchanger with one of the Fuel supply circuit is assigned separate cooling circuit, and a method for Cooling of a closed fuel supply circuit of a diesel unit, especially in a motor vehicle, with a cooling water circuit.
In verbrauchs- und emissionsoptimierten Dieselaggregaten werden neu entwickelte Hochdruck-Kraftstoffversorgungssysteme eingesetzt, bei denen es zu extremen Aufheizungen und dementsprechend hohen Temperaturen des zur Systemkühlung herangezogenen Dieselkraftstoffes kommt. Bei Versuchen wurden im Rücklauf bereits Kraftstofftemperaturen von 100°C und mehr gemessen. Die maximal zulässige Dauerbetriebstemperatur von tankseitigen Dieselfördersystemen, Kraftstoffleitungen und Kraftstoffbehälter liegt jedoch deutlich niedriger.Newly developed diesel engines are used to optimize consumption and emissions High pressure fuel supply systems are used where it is too extreme Heating and correspondingly high temperatures for system cooling used diesel fuel comes. Attempts have already been made to return Fuel temperatures of 100 ° C and more measured. The maximum allowable Continuous operating temperature of tank-side diesel delivery systems, fuel lines and However, the fuel tank is significantly lower.
In der DE-31 07 141 wird zur Kühlung des geschlossenen Kraftstoffversorgungskreislaufs vorgeschlagen, dem Kraftstoffversorgungskreislauf einen Wärmetauscher zuzuordnen, in welchem ein vom Kraftstoffversorgungskreislauf fluidisch entkoppelter und aus dem Kraftstofftank über eine zusätzliche Förderpumpe gespeister Kühlkreislauf wirksam ist.DE-31 07 141 is used to cool the closed fuel supply circuit proposed to assign a heat exchanger to the fuel supply circuit, in which is a fluidically decoupled from the fuel supply circuit and from the Fuel tank via an additional feed pump-fed cooling circuit is effective.
Dieses System hat jedoch den Nachteil, daß zusätzliche Komponenten, wie eine zusätzliche Förderpumpe benötigt werden. Außerdem ist ein Nachrüsten nur mit baulichen und aufwendigen Veränderung am Kraftstofftank möglich. Weiterhin kann der Kraftstoff nur begrenzt Wärmeenergie aufnehmen, da die zulässigen Dauerbetriebstemperaturen von Kraftstoffleitungen und Kraftstofftank nicht Überschriften werden dürfen. Zusätzlich ist dieses System thermisch mit sich selbst gekoppelt, da der zur Kühlung verwendete und so erwärmte Kraftstoff aus dem Tank dem Kraftstoffversorgungskreislauf zugeführt wird. Auf diese Weise ergibt sich ein gefährlicher positiver Temperaturkoeffizient, d. h. mit zunehmender Aufheizung des Kraftstoffversorgungskreislaufes, wird diesem zunehmend erwärmter Kraftstoff zugeführt und die Kühlungseigenschaften durch den bereits stark erwärmten Kraftstoff im Kraftstofftank verschlechtern sich, so daß sich der Kraftstoffversorgungskreislauf weiter erwärmt.However, this system has the disadvantage that additional components, such as an additional one Feed pump are required. In addition, retrofitting is only possible with structural and complex changes to the fuel tank possible. Furthermore, the fuel can only limited heat absorption, since the permissible continuous operating temperatures of Fuel lines and fuel tanks must not be headings. In addition, this is System thermally coupled with itself, because the one used for cooling and such heated fuel from the tank is supplied to the fuel supply circuit. On this results in a dangerous positive temperature coefficient, i. H. With increasing heating of the fuel supply circuit, this is increasing heated fuel and the cooling properties due to the already strong heated fuel in the fuel tank deteriorate, so that the Fuel supply circuit further heated.
Bei manchen Dieselaggregaten kommt es zu extremer Wärmeeinbringung über die Rücklaufmenge in das Dieselfödersystem. Dabei werden die Dauerbetriebstemperaturbereiche der bisher eingesetzten Kunststoffmaterialien deutlich überschritten. Auf der anderen Seite ist die vom Motor an das konventionelle Motorkühlsystem abgeführte Wärmemenge speziell im Winter so gering, daß von dem damit gekoppelten Heizungssystem keine ausreichende Wärmeversorgung der Fahrgastzelle sichergestellt werden kann.With some diesel gensets there is extreme heat input via the Return quantity in the diesel conveyor system. The Continuous operating temperature ranges of the previously used plastic materials clearly exceeded. On the other hand, the one from the engine to the conventional one Engine cooling system, the amount of heat dissipated, especially in winter, is so low that it can coupled heating system insufficient heat supply to the passenger compartment can be ensured.
Infolge dessen müssen elektrisch- oder Kraftstoffbetriebene Zuheizer bzw. Standheizungen zusätzlich im Fahrzeug vorgesehen werden, um dieses Defizit auszugleichen. Dies bedingt höhere Herstellungskosten, höheres Gewicht, mehr Bauraum und somit zusätzlichen Kraftstoffbedarf im Betrieb.As a result, electric or fuel-operated auxiliary heaters or auxiliary heaters can also be provided in the vehicle to compensate for this deficit. This requires higher manufacturing costs, higher weight, more space and thus additional Fuel requirement in operation.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung, eine Vorrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, die bzw. das eine sichere Kühlung des Kraftstoffversorgungskreislaufs auch bei erhöhter Wärmeerzeugung in letzterem erlaubt.The present invention is therefore based on the object of an arrangement To provide device and a method of the type mentioned, the or that a safe cooling of the fuel supply circuit even with increased Heat generation allowed in the latter.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Anordnung der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1, bei einem Verfahren der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 11, und bei einer Vorrichtung der Eingangs genannten Art durch die im Patentanspruch 12 gekennzeichneten Merkmale gelöst.This object is achieved with an arrangement of the type mentioned at the beginning the characterizing features of claim 1, in a method of the beginning mentioned type with the characterizing features of claim 11, and in one Device of the type mentioned by the characterized in claim 12 Features resolved.
Die erfindungsgemäße Anordnung und das erfindungsgemäße Verfahren haben den Vorteil, daß die im Kraftstoffversorgungskreislauf erzeugte Wärme über den kühlkreislauf im Fahrzeugheizungssystem nutzbar ist, so daß gegebenenfalls erforderliche Zuheizer wegen der geringen Abwärme des Dieselaggregats nicht notwendig sind. Weiterhin ist ein einfaches Nachrüstung bestehender Systeme möglich, da lediglich ein Wärmetauscher in den Kühlwasserkreislauf einzuschleifen ist, ohne bauliche Veränderungen oder Eingriffe beispielsweise am Kraftstofftank. Schließlich sorgt der Kühlwasserkreislauf mit seinen bereits vorhandenen Mitteln dafür, daß die Abwärme an die Umgebung abgeführt wird, sofern kein Wärmebedarf im Fahrzeugheizungssystem vorhanden ist. Sofern diese Art der Wärmeabführung nicht mehr ausreichend ist, wenn also der Kühlkreislauf seine Betriebs temperatur erreicht hat, kann die Kraftstoffkühlung über einen zusätzlichen kühler durch Wärmeabführen an die Umgebungsluft erfolgen.The arrangement according to the invention and the method according to the invention have the advantage that the heat generated in the fuel supply circuit via the cooling circuit in Vehicle heating system is usable, so that possibly required auxiliary heater the low waste heat of the diesel generator are not necessary. Furthermore, it is a simple one Retrofitting of existing systems possible, since only one heat exchanger in the The cooling water circuit can be looped in without structural changes or interventions for example on the fuel tank. Finally, the cooling water circuit with its existing means for the waste heat to be dissipated to the environment, if there is no heat requirement in the vehicle heating system. Unless this type of Heat dissipation is no longer sufficient, so when the cooling circuit is operating temperature has reached, the fuel cooling can be carried out by an additional cooler Heat dissipation to the ambient air.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil, daß die vom Rücklauf aufgenommenen Wärmemenge zu Heizzwecken im Winter gezielt an das Kühlwasser, oder aber, wenn keine Heizleistung benötigt wird, an die Umgebungsluft abgegeben werden kann.The device according to the invention has the advantage that those picked up by the return Amount of heat for heating purposes targeted to the cooling water in winter, or if none Heating power is required, can be given to the ambient air.
In vorteilhafter Weise wird dabei ein Zweigventil im Rücklauf entsprechend von einer Regelelektronik angesteuert.Advantageously, a branch valve in the return line is correspondingly one Control electronics controlled.
Insbesondere für extreme Kaltstartbedingungen, wo auch die Aufheizung der Rücklaufmenge im Dieselfördersystem nicht ausreichend schnell ist, um z. B. zur Scheibenentfrostung beizutragen, ist in vorteilhafter Weise ein elektrischer Zuheizer im kühlkreislauf vorgesehen.Especially for extreme cold start conditions, where the heating of the Return flow in the diesel delivery system is not fast enough to e.g. B. for Contributing to defrosting the window is an electric auxiliary heater in an advantageous manner cooling circuit provided.
Die einzelnen Komponenten Zweigleitungen, Luftkühler, Wärmetauscher und Zuheizelement sind vorzugsweise in einem Modul angeordnet. Dies ist platzsparend, kostengünstig und montage- sowie funktionsgerecht.The individual components of branch lines, air coolers, heat exchangers and auxiliary heating elements are preferably arranged in a module. This is space saving, inexpensive and suitable for installation and function.
Für eine ausreichende Heizleistung des Heizsystems in bestimmten Betriebssituationen, beispielsweise im Winter zum Scheibenentfrosten nach einem Kaltstart, ist in vorteilhafter Weise dem Wärmetauscher ein Heizelement zugeordnet. Dieses ist in besonders vorteilhafter Weise ein elektrisches oder kraftstoffbetriebenes Heizelement.For a sufficient heating output of the heating system in certain operating situations, for example, in winter for defrosting windows after a cold start, is advantageous Assigned a heating element to the heat exchanger. This is special advantageously an electrical or fuel-operated heating element.
Weitere Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, sowie aus der nachstehenden Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung an Hand der beigefügten Zeichnungen. Diese zeigen in:Further features, advantages and advantageous configurations of the invention result from the dependent claims, as well as from the description below of a Embodiment of the invention with reference to the accompanying drawings. These show in:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Kühlung eines geschlossenen Kraftstoffversorgungskreislaufes eines Dieselaggregats. Fig. 1 is a block diagram of an arrangement according to the invention for cooling a closed fuel supply circuit of a diesel unit.
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer weiteren erfindungsgemäßen Anordnung zur Kühlung eines geschlossenen Kraftstoffversorgungskreislaufes eines Dieselaggregats mit einem Kombiwärmetauscher. Fig. 2 is a block diagram of another arrangement according to the invention for cooling a closed fuel supply circuit of a diesel unit with a combination heat exchanger.
Die schematisierte Darstellung Fig. 1 zeigt im einzelnen einen Kraftstofftank 18, eine tankseitig offene Saugleitung 38, in der ein Vorfilter 20 und ein Rückschlagventil 22 eingeschaltet sind, sowie einen als Kraftstoffversorgungskreislauf bezeichneten, geschlossenen Kraftstoffkreislauf 10 in dem in bekannter Weise eine bestimmte Kraftstoffmenge von einer Kraftstoff-Förderpumpe 24 über ein Hauptfilter 26, eine Kraftstoffversorgungspumpe 28, einen Wärmetauscher 14, sowie ein Wiedereinspeisventil 40 in Umlauf gehalten wird.The schematic illustration of Fig. 1 shows in detail a fuel tank 18, a tank side open suction pipe 38 in which a pre-filter 20 and a check valve are turned on 22, and a referred to as the fuel supply circuit, a closed fuel circuit 10 in which in known manner, a certain quantity of fuel from a Fuel feed pump 24 is kept in circulation via a main filter 26 , a fuel supply pump 28 , a heat exchanger 14 , and a feed valve 40 .
Ein Kühlkreislauf 16 ist dem Wärmetauscher getrennt von dem Kraftstoffversorgungskreislauf 10 zugeordnet.A cooling circuit 16 is assigned to the heat exchanger separately from the fuel supply circuit 10 .
Weiterhin ist ein Kühlwasserkreislauf 12 vorhanden, in dem Kühlwasser über einen Wasserkühler 36, ein Fahrzeugheizsystem 32, ein Dieselaggregat 30 und eine Kühlwasserpumpe 42 zirkuliert.Furthermore, there is a cooling water circuit 12 , in which cooling water circulates via a water cooler 36 , a vehicle heating system 32 , a diesel unit 30 and a cooling water pump 42 .
Der Kühlwasserkreislauf 12 ist mit dem Kühlkreislauf 16 des Wärmetauschers 14 verbunden. Dadurch wird die im Einspritzkreislauf 10 erzeugte Wärme an den Kühlwasserkreislauf 12 abgegeben, wo diese Wärme dann für das Fahrzeugheizungssystem 32 zur Verfügung steht.The cooling water circuit 12 is connected to the cooling circuit 16 of the heat exchanger 14 . As a result, the heat generated in the injection circuit 10 is released to the cooling water circuit 12 , where this heat is then available for the vehicle heating system 32 .
Zwecks ausreichender Wärmeabgabe an das Fahrzeugheizungssystem 32 bei verbrauchsoptimierten Dieselaggregaten kann somit insbesondere im Winterbetrieb auf einen teuren und bezüglich Bauraum, Verschlauchung und Ansteuerung aufwendig zu adaptierenden elektrischen oder Kraftstoffbetriebenen Zuheizer verzichtet werden.In order to give off sufficient heat to the vehicle heating system 32 in the case of consumption-optimized diesel units, an expensive electric heater or fuel heater, which is expensive to adapt in terms of installation space, tubing and control, can thus be dispensed with, particularly in winter operation.
Andererseits sorgt der Kühlwasserkreislauf auch bei erhöhter Wärmeerzeugung im Dieselkraftstoffversorgungskreislauf 10 für eine ausreichende Wärmeabführung an die Umgebung.On the other hand, the cooling water circuit ensures sufficient heat dissipation to the surroundings even with increased heat generation in the diesel fuel supply circuit 10 .
Sollte die im Kühlwasser im Winterbetrieb zugeführte Wärmemenge des Dieselaggregats 30 und des Kraftstoffversorgungskreislaufs 10 für bestimmte Anforderungen, beispielsweise Scheibenentfrosten nach einem Kaltstart, anfangs nicht ausreichen, so ist in vorteilhafter Weise zur Abdeckung dieses Zeitraums ein Heizelement 44 in dem Wärmetauscher 14 integriert. Diese Zusatzheizung arbeitet nur kurzzeitig, bis ausreichende Wärmemengen von der Dieselrücklaufleitung des Dieselkraftstoffversorgungskreislaufs 10 abgegeben werden und ist vorzugsweise als elektrisches Heizelement ausgelegt. If the amount of heat supplied by the diesel unit 30 and the fuel supply circuit 10 in the cooling water in winter operation is initially insufficient for certain requirements, for example defrosting the windscreen after a cold start, then a heating element 44 is advantageously integrated in the heat exchanger 14 to cover this period. This additional heater only works for a short time until sufficient quantities of heat are emitted from the diesel return line of the diesel fuel supply circuit 10 and is preferably designed as an electrical heating element.
In besonders bevorzugter Weise wird eine Vorrichtung zur Kühlung des rücklaufenden Dieselkraftstoffes als Kombiwärmetauscher 56 ausgeführt. Dies ist in Fig. 2 dargestellt. Der Kraftstoff 46 wird über ein Dieseltankgerät 48 aus dem Kraftstoffbehälter 18 abgesaugt und gelangt über eine Vorlaufleitung 52, den Dieselfilter 20 und dem Einspritzsystem, beispielsweise über die Vorlaufpumpe 28 und Pumpe-Düse-Elemente 50, in einen Verbrennungsraum des Motors 30.In a particularly preferred manner, a device for cooling the returning diesel fuel is designed as a combination heat exchanger 56 . This is shown in Fig. 2. The fuel 46 is sucked out of the fuel tank 18 via a diesel tank device 48 and reaches a combustion chamber of the engine 30 via a feed line 52 , the diesel filter 20 and the injection system, for example via the feed pump 28 and pump-nozzle elements 50 .
Da nur eine kleine Menge des angesaugten Dieselkraftstoffes 46 für den eigentlichen Motorbetrieb verbraucht wird, gelangt die verbleibende Überschußmenge, nachdem sie entsprechende Wärme aufgenommen hat und zur Kühlung des Einspritzsystems dient, über eine Rücklaufleitung 54 zurück zum Kraftstoffbehälter 18 mit Dieseltankgerät 48.Since only a small amount of the drawn-in diesel fuel 46 is used for the actual engine operation, the remaining excess amount, after it has absorbed the appropriate heat and is used to cool the injection system, is returned via a return line 54 to the fuel tank 18 with the diesel tank device 48 .
Die Rücklaufleitung 54 weist im Kombiwärmetauscher 56 zwei Zweigleitungen 58 und 60 auf. Der Zweigleitung 60 ist der Wärmetauscher 14 zugeordnet, und der Zweigleitung 58 ist ein zusätzlicher Luftkühler 62 zugeordnet.The return line 54 has two branch lines 58 and 60 in the combination heat exchanger 56 . The heat exchanger 14 is assigned to the branch line 60 and an additional air cooler 62 is assigned to the branch line 58 .
Die Zweigleitungen 58, 60 beginnen mit einem Zweiwegeventil 64, welches elektronisch steuerbar ist. Dies ermöglicht die gezielte Abgabe der von dem rücklaufenden Kraftstoff aufgenommenen Wärmemenge zu Heizzwecken im Winter an das Kühlwasser 68, oder, wenn keine Heizung benötigt wird, zu Kühlzwecken an den Luftkühler 62.The branch lines 58 , 60 begin with a two-way valve 64 , which can be controlled electronically. This enables the targeted delivery of the amount of heat absorbed by the returning fuel to the cooling water 68 for heating purposes in winter or, if no heating is required, to the air cooler 62 for cooling purposes.
Ein zusätzliches Heizelement 66 im Kühlwasserkreislauf 16 sorgt auch bei extrem niedrigen Umgebungstemperaturen für eine ausreichende Heizleistung des Fahrgastinnenraumes.An additional heating element 66 in the cooling water circuit 16 ensures sufficient heating power of the passenger compartment even at extremely low ambient temperatures.
Die einzelnen oben dargestellten Komponenten des Kombiwärmetauschers sind vorzugsweise in einem Modul angeordnet, wie dies in Fig. 2 durch ein gestricheltes Kästchen 56 angedeutet ist. Es ist jedoch auch möglich einzelne, mehrere oder alle dieser Komponenten 14, 62, 64, 66 dezentral als Einzelkomponenten anzuordnen.The individual components of the combination heat exchanger shown above are preferably arranged in a module, as is indicated in FIG. 2 by a dashed box 56 . However, it is also possible to arrange individual, several or all of these components 14 , 62 , 64 , 66 decentrally as individual components.
In der Fig. 2 ist zusätzlich zur Illustration des Unterschiedes der Erfindung zum Stand der Technik eine konventionelle Rücklaufleitung 70 mittels einer gestrichelten Linie angedeutet.In addition to the illustration of the difference between the invention and the prior art, a conventional return line 70 is indicated in FIG. 2 by means of a dashed line.
Zusammenfassend ist die zweite Ausführungsform, wie in Fig. 2 dargestellt, durch die Kombination zweier Wärmetauscherelemente 62 und 14 in Zweigleitungen 58 und 60 gekennzeichnet. Das Wärmetauscherelement 14 sorgt dabei für einen Wärmeaustausch zwischen Kraftstoff 46 und Kühlwasser 68, wohingegen das Wärmetauscherelement 62 für einen Wärmetausch zwischen Kraftstoff und umgebender Luft sorgt.In summary, the second embodiment, as shown in FIG. 2, is characterized by the combination of two heat exchanger elements 62 and 14 in branch lines 58 and 60 . The heat exchanger element 14 ensures heat exchange between the fuel 46 and cooling water 68 , whereas the heat exchanger element 62 ensures heat exchange between the fuel and the surrounding air.
BezugszeichenlisteReference list
10 Kraftstoffversorgungskreislauf
12 Kühlwasserkreislauf
14 Wärmetauscher
16 Kühlkreislauf
18 Kraftstofftank
20 Vorfilter/Dieselfilter
22 Rückschlagventil
24 Kraftstoff-Förderpumpe
26 Hauptfilter
28 Kraftstoffversorgungspumpe/mech. Vorförderpumpe
30 Dieselaggregat
32 Fahrzeugheizsystem
34 Warmluftkanäle
36 Wasserkühler
38 tankseitig offene Saugleitung
40 Wiedereinspeisventil
42 Kühlwasserpumpe
44 Heizelement
46 Kraftstoff
48 Dieseltankgerät
50 Hochdruckeinspritzpumpe (Pumpe-Düse-Elemente)
52 Vorlaufleitung
54 Rücklaufleitung
56 Kombiwärmetauscher
58, 60 Zweigleitungen für Kraftstoff in Rücklaufleitung
62 zusätzlicher Luftkühler
64 Zweiwegeventil
66 Zuheizelement
68 Kühlwasser
70 konventionelle Rücklaufleitung 10 Fuel supply circuit
12 cooling water circuit
14 heat exchangers
16 cooling circuit
18 fuel tank
20 prefilter / diesel filter
22 check valve
24 Fuel feed pump
26 main filter
28 fuel supply pump / mech. Prefeed pump
30 diesel engine
32 Vehicle heating system
34 hot air ducts
36 water cooler
38 suction line open on the tank side
40 feed valve
42 Cooling water pump
44 heating element
46 fuel
48 Diesel tank device
50 high pressure injection pump (unit injector)
52 supply line
54 return line
56 combination heat exchanger
58 , 60 branch lines for fuel in the return line
62 additional air coolers
64 two-way valve
66 auxiliary heating element
68 cooling water
70 conventional return line
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