DE19635220A1

DE19635220A1 - Steuerungseinheit für Dieselmotoren, die mit Fetten und Ölen von Pflanze und Tier betrieben werden

Info

Publication number: DE19635220A1
Application number: DE19635220A
Authority: DE
Inventors: Georg Lohmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-08-30
Filing date: 1996-08-30
Publication date: 1998-05-14

Description

Biologische Kraftstoffe (Öle und Fette von Pflanze und Tier) haben gemeinsam, daß sie wegen ihres hohen Flammpunktes, wegen ihrer Zähigkeit oder wegen ihrer Eigenschaft, bei Raumtemperatur fest zu sein, in herkömmlichen Dieselmotoren für Fahrzeuge bisher kaum Anwendung finden. Lediglich bei den Patenten DE 38 00 585 und DE 44 33 500 sind gangbare Wege vorgezeichnet worden, die aber im Praxisbetrieb Mängel zeigten.

Bei beiden Erfindungen findet unvermeidbar eine Vermischung der beiden Kraftstoffarten statt, die bei DE 38 00 585 als nur geringfügig beschrieben wird. In der Praxis kann eine wiederholte geringfügige Vermischung des Startkraftstoffes mit dem Betriebs kraftstoff dazu führen, daß der Tank mit dem Startkraftstoff überwiegend Betriebskraftstoff enthält, z. B. wenn er fast leer ist. Das führt dann zu Startproblemen, deren Ursache nicht sofort erkennbar ist.

Bei der Erfindung DE 44 33 500, die auch den Einsatz von Fetten als Treibstoff ermöglicht, treten die gleichen Probleme auf und sie verstärken sich dadurch, daß Fette schwerer sind als die Startkraftstoffe Diesel und RME (Rapsölmethylester) und diese schweren Bestandteile der Kraftstoffmischung im Tank beim Startvorgang im ruhenden Fahrzeug von der Pumpe zuerst angesaugt werden. Dies führt wieder zu Startproblemen.

Die beschriebenen Betriebsstörungen wurzeln hauptsächlich in den Spülvorgängen, bei denen die Einspritzpumpe vom biologischen Kraftstoff befreit werden soll. Bekanntermaßen springen kalte Dieselmotoren nicht an, wenn ihnen zu kaltes Pflanzenöl oder Fett eingespritzt wird. Das ist immer dann der Fall, wenn der Spülvorgang nicht ausreichend lang war und die Außentemperaturen niedrig sind (unter 10°).

Beim Fettbetrieb bei DE 44 33 500 tritt der Fehler nach nicht ausreichender Spülung auf, daß in der Rücklaufleitung zwischen Pumpe und Tank erkaltete Fettreste in den Tiefpunkten der Leitung erstarren und beim Kaltstart das Zurückfließen des Startkraft stoffes behindern.

Eine weitere Schwäche der Erfindung DE 44 33 500 ist, daß das Umschalten auf den Fahrkraftstoff manuell und durch Probieren ermittelt werden muß. Das führt zwangsläufig zu einem höheren Verbrauch an Startkraftstoff als zwingend notwendig, weil der präzise Zeitpunkt nicht zufällig gefunden werden kann.

Die vorliegende Erfindung hat das Ziel, die genannten Schwachstellen zu beseitigen und den Betrieb von Fahrzeugen mit biologischen Kraftstoffalternativen sicherer und anwenderfreundlicher zu gestalten.

Ziel der Erfindung ist es, die Mängel und Betriebsstörungen beim Betrieb von Fahrzeugen mit biologischen Kraftstoffen (Fetten und Ölen von Pflanze und Tier) weiter zu reduzieren. Dieses Ziel wird durch die nachfolgend beschriebenen Verbesserungen erreicht.

Beschreibung der Erfindung Umschaltvorgang vom Start- auf den Fahrtkraftstoff

Beim Kaltstart der Anlage gemäß Beschreibung besteht jetzt die Möglichkeit, ohne Zutun des Fahrers vom Startkraftstoff auf den Fahrkraftstoff umzuschalten. Dieser Vorgang wird durch einen Unterdruckschalter (UDR) gesteuert. Ausgangspunkt hierzu ist die Tatsache, daß alle biologischen Kraftstoffe in kaltem Zustand zäher sind, oder sogar fest (Fett). Soll nach dem Kaltstart mit Fett gefahren werden, kann man das Fahrzeug schon in Fettstellung starten. Die ansaugende Einspritzpumpe fordert gemäß der Schalterstellung Fett. Weil beim kalten Motor fließendes, förderbares Fett nicht zur Verfügung steht, wird nach dem Auslösen des Füllvorgangs durch den kontaktgebenden Schwimmer der Sog auf der Saugseite der Pumpe soweit anwachsen, bis über den UDR das Magnetventil Zulauf Startkraftstoff kurzzeitig geöffnet. Danach sinkt der Unterdruck wieder ab und der UDR macht dasselbe Magnetventil wieder stromlos. Dieser Vorgang wiederholt sich solang, bis der Kraftstoff Fett flüssig geworden ist, und sich der auslösende Sog nicht mehr aufbauen kann. Von diesem Moment an, (die Pumpe saugt erstmals verflüssigtes Fett) läuft der Motor solang mit Fett, wie die Schalterstellung "Fett" erhalten bleibt. In der Fahrpraxis bedeutet dieser selbsttätig ablaufende Vorgang einen Gewinn an Fahrkomfort, denn der Zeitpunkt der Fettschmelze muß nicht beobachtet oder abgewartet werden. Die Steuerung ermöglicht den naht losen Übergang vom Startkraftstoff zum Fahrkraftstoff. Im Prinzip kann diese Art der Steuerung bei jedem Biokraftstoff Anwendung finden, lediglich der auslösende Sog wird am UDR der Viskosität entsprechend eingestellt.

Kraftstoffrückleitung über den Zwischenbehälter

Die Steuerungseinheit macht die Rücklaufleitung zu den Tanks überflüssig. Der aus der Einspritzpumpe abfließende Kraftstoff wird jetzt über eine möglichst kurze Leitung in einen Zwischenbehälter (ZWB) geführt. Dieser ZWB hat eine Zuleitung und eine Ableitung am Boden des Behälters und er enthält einen Schwimmer, der am Tiefpunkt Kontakt gibt. Die Ableitung führt zum Magnetventil Umlauf und danach in den Pumpeneingang. Ist das Magnetventil Umlauf geöffnet, flieht der Kraftstoff im Kreislauf zwischen Pumpe, ZWB und Magnetventil Umlauf. Dabei sinkt das Kraftstoffniveau im ZWB langsam weiter ab, entsprechend dem Verbrauch des Motors. Bei diesem Vorgang können ständig Luft und Gase über den ZWB abgegeben werden.

Gibt der Schwimmer am Tiefpunkt Kontakt, löst der Taktgeber (TG) einen zeitlich einstellbaren Stromfluß zum Relais (SR) aus. Dieses Relais macht beim Schaltvorgang das Magnetventil Umlauf stromlos und öffnet das vorgewählte Magnetventil Kraftstoffzulauf vom Tank. Während der einstellbaren Taktzeit (z. B. 4 sek) saugt die Einspritzpumpe Kraftstoff aus dem Tank und füllt über die kurze Rücklaufleitung den ZWB wieder auf. Nach Ablauf der Taktzeit wird das Relais SR wieder stromlos und öffnet dadurch das Magnetventil Umlauf. Dieser Ablauf wiederholt sich, solang der Motor läuft. Die Öffnung des eingestellten Magnetventils Kraftstoff Zulauf wird dem Fahrer optisch angezeigt. Das hat deutliche Vorteile. Aus der Dauer der Taktzeit und den Pausen dazwischen sind Funktionieren und Fehler ablesbar. Beispielsweise muß bei gleichbleibendem Kraftstoffverbrauch die Pause zwischen den Taktzeiten immer gleich sein (Niveau im ZWB sinkt langsam ab entsprechend der Förderung in die Zylinder). Werden die Pausen bei gleicher Ausgangslage kürzer, kann an folgende Störungen gedacht werden: Sieb am Pumpenausgang ist verstopft, Kraftstoffilter sind verschmutzt, es wird Luft angesaugt, die Beheizung des Tanks mit dem biologischen Kraftstoff stimmt nicht, was die förderbare Menge reduzieren würde.

Die Taktzeit (=Füllzeit) ist so bemessen, daß bei Höchstdrehzahl der ZWB befüllt werden kann ohne überzulaufen. Die Größe des ZWB ist bestimmt durch den Verbrauch des Motors, die vorgesehenen Taktzeiten und die Pausen dazwischen. Der ZWB soll aber möglichst klein sein. Beim Spülvorgang, also dem Übergang zwischen Fahrkraftstoff und Startkraftstoff muß auch diese Kraftstoffmenge verbraucht bzw. entmischt werden, damit der Motor ausgekühlt sicher anspringt.

Innenbeheizter Fettfilter

Werden bei Raumtemperatur feste Kraftstoffe (Fette) verwendet, wie bei DE 44 33 500 vorgesehen, ist ein anderer Kraftstoffilter notwendig. Versuche mit herkömmlichen Dieselfiltern aus dem Fahrzeugbau haben gezeigt, daß die gebräuchlichen Heizungen des Sockels mit Kühlwasser oder Elektrizität nicht ausreichen. Da die Wärmeübertragung vom Sockel in die gebräuchliche Filterpatrone wegen ihres Volumens und der Dichtungen sehr mangelhaft ist, dauert es bei niedrigen Temperaturen (unter 0°) bis zu einer Stunde, bis das Fett in der Filterpatrone so dünnflüssig ist, daß es teilweise passieren kann. Das ist unbefriedigend, den bis dahin muß mit Startkraftstoff gefahren werden.

Der innenbeheizte Fettfilter ist gekennzeichnet durch die größtmögliche Nähe zwischen Wärmequelle, Zu- und Abfluß und dem auswechselbaren Filtervlies. Der Wärmetauscher, hier ein Wendel aus Kupferrohr, geht durch den Mantel des Filtergehäuses bis auf einige Millimeter an die Zu-und Abflußstellen heran. Die aufsteigende Wärme verflüssigt schon nach Sekunden einen kleinen Bereich des darüberliegenden Filtervlieses. Weil in der Anordnung gemäß der vorliegenden Beschreibung nur soviel Kraftstoff fließt, wie tatsächlich verbraucht wird, (einige Liter/Stunde) kann die wirksame Filteroberfläche viel kleiner sein.

Der innenbeheizte Fettfilter hat auf der Oberseite ein Sichtfenster, das den Kontrollblick auf das Filtervlies zuläßt und ohne Werkzeug bei Bedarf geöffnet werden kann. (Flügelmuttern) Am Filtergehäuse angebracht ist ein Wärmefühler, der zu einem verstellbaren Thermostat führt. Der Thermostat steuert die Wärmezufuhr zu den beheizten Teilen der Anlage. In der Erfindung DE 44 33 500 gibt es eine statische oder manuell steuerbare Wärmezufuhr, die aber den Anforderungen der unterschiedlichen Bio-Kraftstoffe Öle und Fette in der Praxis nicht gerecht wird. Es hat sich gezeigt, daß beim Einsatz von dünnflüssigen Ölen bis hin zu sehr harten Fetten der optimale Temperaturbereich gut 40 Grad Celsius breit ist. Dem kann man sich nur durch einen verstellbaren Thermostat nähern.

Isolierendes Gehäuse für die wärmeliebenden Komponenten

In der Praxis hat sich gezeigt, daß die erwärmten Teile der Anlage, das sind jene, die mit dem Treibstoff Fett in Kontakt sind, in einem Gehäuse untergebracht werden sollten.

So sind sie vor dem Fahrtwind geschützt und kühlen ohne Wärmezufuhr langsamer aus, was den Verbrauch von Startkraftstoff wieder reduziert.

Bezugszeichenliste

1

. Isolierendes und schützendes Gehäuse

2

Innenbeheizter Fettfilter mit Sichtfenster und abnehmbaren Verschlußdeckel

3

Zwischenbehälter mit kontaktgebendem Schwimmer

4

Unterdruckschalter mit Leitungsanschluß an die Fettleitung zum Pumpeneingang

5

Magnetventil Fettzulauf

6

Magnetventil Kraftstoffumlauf

7

Heizwasser Ein/Ausgang und Fettleitung vom Tank

8

Fettleitung zum Pumpeneingang

9

Umlaufleitung zum Pumpeneingang

10

Umlaufleitung vom Pumpenausgang

Claims

1. Steuerungseinheit für Dieselmotoren, die mit Fetten und Ölen von Pflanze und Tier betrieben werden.

2. Steuerungseinheit nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß sich die erfindungsgemäßen Teile in einem Isolierenden und schützenden Gehäuse befinden.

3. Steuerungseinheit nach Anspruch 2 gekennzeichnet dadurch, daß diese Teile durch eine Abzweigung des umlaufenden Kühlmittels erwärmt werden.

4. Steuerungseinheit nach Anspruch 1 gekennzeichnet dadurch, daß der Umschaltvorgang vom Startkraftstoff auf den Fahrkraftstoff durch einen Unterdruckschalter und die Zähigkeit der Kraftstoffe gesteuert wird.

5. Steuerungseinheit nach Anspruch 1 gekennzeichnet dadurch, daß der zurückfließende Kraftstoff in einen Zwischenbehälter mit kontaktgebendem Schwimmer geführt wird.

6. Steuerungseinheit nach Anspruch 1 gekennzeichnet dadurch, daß die Füllzeiten durch einen einstellbaren Taktgeber geregelt werden können.

7. Steuerungseinheit nach Anspruch 1 gekennzeichnet dadurch, daß sie einen innenbeheizten Kraftstoffilter für den Fettbetrieb enthält, der im Deckel ein Sichtfenster aufweist und der ohne Werkzeug zu öffnen ist.