DE19747240A1 - Dieselmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Dieselmotor, insbesondere einen Zweitakt- Großdieselmotor, mit einem seinen Einspritzeinrichtungen zugeordneten Brennstoffzuführsystem, das wenigstens eine mit wenigstens einer Heiz­ einrichtung und mit Anschlüssen für die zugeordneten Einspritzeinrichtungen versehene Zirkulationseinrichtung enthält, der eine aus Wasser und Kraftstoff bestehende Emulsion zuführbar ist, die bei normalem Betrieb einen mittels wenigstens einer vorgeordneten Versorgungspumpe erzeugbaren Bereit­ stellungsdruck aufweist.

Die Zugabe von Wasser zum Brennstoff erleichtert auch bei der Verwendung von Schweröl die Einhaltung strenger NO_x-Grenzwerte, führt aber zu einer Erhöhung der Viskosität. Dieser Viskositätserhöhung wird durch eine vergleichsweise starke Erhöhung der Temperatur entgegengewirkt. Zur Vermeidung von Dampf und damit Kavitation in den Einspritzpumpen muß dabei der Versorgungsdruck so hoch sein, daß trotz einer 100°C bei weitem übersteigenden Temperatur der aus Wasser und Brennstoff bestehenden Emulsion aus dieser kein Wasser abdampft. Dies ist bei den bekannten Anordnungen so lange gewährleistet, solange die Versorgungspumpenanordnung in Betrieb ist. In einer Blackout-Situation fällt jedoch der durch die Versorgungspumpenanordnung erzeugte Bereitstellungsdruck weg. Die Folge davon ist, daß aus der Brennstoff-Emulsion Wasser abdampft und die Emulsion sich in ihre Bestandteile auflöst. Dabei können vergleichsweise große Wassertropfen entstehen, die zu einer so hohen Viskosität führen, so daß beim Versuch, den Motor wieder anzufahren, eine Einspritzung nicht mehr möglich ist. Es ist daher erforderlich, das Brennstoffzuführsystem zumindest teilweise zu entleeren. Dies ist aufwendig und unerwünscht.

Hiervon ausgehend ist es daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung eingangs erwähnter Art mit einfachen und kostengünstigen Mitteln so zu verbessern, daß auch bei einem Ausfall der Versorgungspumpenanordnung eine Auflösung der aus Kraftstoff und Wasser bestehenden Emulsion verhindert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Zirkulationseinrichtung eine Sicherheitseinrichtung zugeordnet ist, durch die bei einem Ausfall der Versorgungspumpenanordnung zumindest im zu den Einspritzeinrichtungen hinführenden Vorlaufast der Zirkulationseinrichtung ein das Abdampfen von Wasser aus der aus Kraftstoff und Wasser bestehenden Emulsion verhindernder Sicherheitsdruck erzeugbar ist.

Mit diesen Maßnahmen lassen sich die eingangs geschilderten Nachteile vollständig vermeiden. Da die Brennstoffemulsion auch im Falle einer Blackout-Situation unter Druck bleibt, kann kein Dampf entstehen. Die Emulsion bleibt vielmehr unverändert erhalten, so daß nach Beendigung der Blackout-Situation im Brennstoffzuführsystem die gewünschte Viskosität vorhanden ist und der Motor schnell und zuverlässig wieder angefahren werden kann. Eine Entleerung des Brennstoffsystems ist in vorteilhafter Weise nicht erforderlich. Dies erleichtert und beschleunigt den Wiederanfahrvorgang, was sich vorteilhaft auf die Wirtschaftlichkeit auswirkt und insbesondere bei als Schiffsantriebe Verwendung findenden Motoren auch zur Erhöhung der Sicherheit beitragen kann.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Fortbildungen der übergeordneten Maßnahmen sind in den Unteransprüchen angegeben. So kann die Sicherheitseinrichtung vorteilhaft zumindest ein in das Brennstoff­ zuführsystem einbezogenes, vorzugsweise im Vorlaufast der Zirkulations­ einrichtung angeordnetes Druckausgleichsgefäß enthalten. Hierbei handelt es sich in vorteilhafter Weise um einen Energiespeicher, der während des normalen Betriebs durch den Bereitstellungsdruck vorgespannt wird und im Falle eines Wegfalls des Bereitstellungsdrucks automatisch den gewünschten Druck im Brennstoffzuführsystem aufrecht erhält. Schalteinrichtungen zum Ein- bzw. Ausschalten der Sicherheitseinrichtung sind hier in vorteilhafter Weise nicht erforderlich, was die Sicherheit erhöht. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß mittels des erfindungsgemäßen Druckausgleichsgefäßes auch Druckschwankungen während des normalen Betriebs ausgeglichen werden, können.

Zweckmäßig kann das Druckausgleichsgefäß eine vorgespannte Inertgasfüllung enthalten. Hierdurch ist sichergestellt, daß chemische Reaktionen der Gasfüllung mit den Komponenten der Kraftstoff-Wasser-Emulsion unterbleiben.

Vorteilhaft kann das Druckausgleichsgefäß eine bewegliche Wand enthalten, die eine mit Inertgas gefüllte Kammer von einer von der Emulsion durchströmten Kammer trennt und damit einen gegenseitigen Kontakt weitestgehend ausschließt.

Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung der übergeordneten Maßnahmen kann darin bestehen, daß die Sicherheitseinrichtung zumindest eine Sicher­ heitspumpe enthält, die mit aus einem bei Normal betrieb geladenen Energiespeicher entnehmbarer Energie antreibbar ist. Diese Ausführung läßt sich in vorteilhafter Weise vergleichsweise einfach nachträglich installieren, da die Sicherheitspumpe einfach parallel zur Versorgungspumpenanordnung angeordnet werden kann.

Zweckmäßig kann die Sicherheitspumpe mit Anlaßluft antreibbar sein. Ein Anlaßluftspeicher ist bei Motoren hier vorliegender Art ohnehin vorhanden, so daß kein zusätzlicher Energiespeicher benötigt wird, was sich besonders vorteilhaft auf die Wirtschaftlichkeit auswirkt.

Eine andere Ausführung kann darin bestehen, daß der Sicherheitspumpe eine Batterie zugeordnet ist. Die hierin gespeicherte elektrische Energie kann beispielsweise auch dazu eingesetzt werden, im Falle einer Blackout-Situation die Temperatur der zur Erhitzung der Kraftstoff-Wasser-Emulsion vorgesehenen Heizeinrichtung auf einem benötigten Niveau zu halten, so daß nach Beendigung der Blackout-Situation sofort Einsatzbereitschaft vorliegt und keine Vorwärmzeit benötigt wird.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Fortbildungen der übergeordneten Maßnahmen sind in den restlichen Unteransprüchen angegeben und aus der nachstehenden Beispielsbeschreibung anhand der Zeichnung näher entnehmbar.

In der nachstehend beschriebenen Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Zweitakt-Großdieselmotor mit zugeordnetem Brennstoff-Zuführsystem mit Druckausgleichsgefäß und

Fig. 2 einen Zweitakt-Großdieselmotor mit zugeordnetem Brennstoff-Zuführsystem mit Sicherheitspumpe.

Der grundsätzliche Aufbau und die Wirkungsweise von Dieselmotoren, insbesondere Großdieselmotoren, sind an sich bekannt und bedürfen daher im vorliegenden Zusammenhang keiner weiteren Erläuterung mehr. Den beiden Beispielen liegt jeweils ein Zweitakt-Großdieselmotor 1 zugrunde. Jedem Zylinder 2 des Motors ist eine aus Einspritzpumpe 3 und Einspritzdüse 4 bestehende Einspritzeinrichtung zugeordnet. Sämtliche Einspritzpumpen 3 werden über ein gemeinsames Brennstoff-Zuführsystem mit Brennstoff versorgt.

Das Brennstoff-Zuführsystem enthält eine einen Vorlaufast 5a und einen Rücklaufast 5b aufweisende Zirkulationsleitung 5, an die alle Einspritzein­ richtungen vor- und rücklaufseitig angeschlossen sind, wie durch die Anschlüsse 6a, b angedeutet ist. Im Vorlaufast 5a ist eine Zirkulationspumpenanordnung 7 vorgesehen. Diese enthält hier zwei parallel geschaltete Pumpen, die alternativ in Betrieb nehmbar sind, was die Wartung erleichtert. Am Ausgang des Vorlaufasts 5a ist eine Filtereinrichtung 8 vorgesehen. Im Bereich des Rücklaufasts 5b ist ein Überdruckbehälter 9 vorgesehen, der mit einem Überdruckventil 10 versehen ist, das mit einem Brennstofftank verbunden ist.

Die Zirkulationsleitung 5 wird mittels einer Versorgungseinrichtung 11 mit dem den Einspritzeinrichtungen zuzuführenden Medium versorgt. Hierbei handelt es sich um eine aus Kraftstoff und Wasser bestehende Emulsion. Die Zugabe von Wasser zum Kraftstoff erleichtert insbesondere bei der Verbrennung von Schweröl die Einhaltung strenger NO_x-Grenzwerte. Zur Erzeugung der Kraftstoff-Wasser-Emulsion ist eine mit ihrem Ausgang an einen Versorgungseingang 12 der Zirkulationsleitung 5 angeschlossene Homogenisierungeinrichtung 13 vorgesehen, die über eine Wasserleitung 14 mit Wasser und über eine Versorgungspumpenanordnung 15 wahlweise mit Schweröl und/oder Leichtöl versorgbar ist. Die Homogenisiereinrichtung 13 kann als Mischer ausgebildet sein. Die Versorgungspumpeneinrichtung 15 besteht wiederum aus zwei parallel geschalteten Pumpen, die wahlweise in Betrieb nehmbar sind, was die Wartung erleichtert. Der Saugstutzen der Versorgungspumpenanordnung 15 ist wahlweise mit einem Schweröltank 16 oder einem Leichtöltank 17 verbindbar.

Die Zugabe von Wasser zum Kraftstoff erhöht die Viskosität. Um dennoch eine zuverlässige Einspritzbarkeit zu gewährleisten, wird die den Einspritz­ einrichtungen zugeführte Kraftstoff-Wasser-Emulsion erhitzt. Hierzu ist dem Vorlaufast 5a der Zirkulationsleitung 5 eine Heizeinrichtung 18 zugeordnet, über die der Volumenstrom ganz oder teilweise geführt werden kann. Selbstverständlich wäre es auch denkbar, mehrere Heizeinrichtungen vorzusehen. Diese können vorzugsweise hintereinander angeordnet sein, so daß eine stufenweise Temperaturerhöhung erzielbar ist.

Um bei einem Wasseranteil von ca. 50% eine zulässige Viskosität von höchstens 20 cSt zu erreichen, ist eine Erhitzung der Kraftstoff-Wasser-Emulsion auf eine Temperatur über 150°C und damit weit über der normalen Verdampfungstemperatur von Wasser, erforderlich. Die Versorgungspumpenanordnung 15 arbeitet mit einem hohen Δ p von ungefähr 9 bar. Um trotz der die normale Verdampfungstemperatur von 100°C weit übersteigenden Temperatur die Entstehung von Wasserdampf in der Zirkulationsleitung 5 zu verhindern.

Um sicherzustellen, daß auch im Falle eines Ausfalls der Versorgungspumpenanordnung 15, beispielsweise im Falle einer Blackout-Situation, also bei Wegfall des durch die Versorgungspumpenanordnung 15 erzeugten Bereitstellungsdrucks, das Wasser der Kraftstoff-Wasser-Emulsion aufgrund der Eigenwärme der Emulsion nicht verdampft und diese sich nicht auflöst, ist eine der Zirkulationsleitung 5 zugeordnete Sicherheitseinrichtung vorgesehen, durch die bei einem Ausfall der Versorgungspumpenanordnung 15 zumindest im Vorlaufast 5a der Zirkulationsleitung 5 ein das Abdampfen von Wasser aus der Kraftstoff-Wasser-Emulsion verhindernder Sicherheitsdruck erzeugbar ist.

Bei dem der Fig. 1 zugrundeliegenden Beispiel wird die genannte Sicherheitseinrichtung durch ein im Vorlaufast 5a angeordnetes, hier dem Versorgungseingang 12 benachbartes Druckausgleichsgefäß 21 gebildet. Dieses besitzt eine durch eine Membrane oder einen Kolben gebildete, bewegliche Wand 22 durch die eine von der Emulsion durchströmte Kammer 23 von einer mit Inertgas gefüllten Kammer 24 getrennt wird. Bei Normalbetrieb wird die Inertgasfüllung der Kammer 24 durch den von der Versorgungspumpenanordnung 15 erzeugten Bereitstellungsdruck komprimiert. Im Falle eines Ausfalls der Versorgungspumpenanordnung 15 drückt das komprimierte Inertgas über die Wand 22 auf die Emulsion und hält diese unter Druck. Der so erzeugte Sicherheitsdruck entspricht praktisch dem Bereitstellungsdruck, so daß das Wasser zuverlässig in der Emulsion gehalten wird.

Die Anordnung gemäß Fig. 2 entspricht bis auf die Ausgestaltung der Sicherheitseinrichtung der Anordnung gemäß Fig. 1. Bei der Ausführung gemäß Fig. 2 ist zur Bildung einer Sicherheitseinrichtung eine parallel zur Versorgungspumpenanordnung 15 angeordnete Sicherheitspumpe 25 vorgesehen. Dieser ist eine separate Antriebseinrichtung 26 zugeordnet, die aus einem bei Normalbetrieb geladenen Energiespeicher mit Antriebsenergie versorgbar ist. Bei der Antriebseinrichtung 26 kann es sich um einen Pneumatikmotor handeln, der aus dem Anlaßluftspeicher mit Anlaßluft versorgbar ist, wie durch die Versorgungsleitung 27 angedeutet ist. Diese ist dabei zweckmäßig mit einem Schieber 28 versehen, der die Leitung 27 im Falle eines Ausfalls der Versorgungspumpenanordnung 15 öffnet und ansonsten geschlossen hält. Hierzu kann einfach ein Schieber vorgesehen sein, der mittels des Drucks in der Zirkulationsleitung 5 in seiner Schließstellung gehalten wird.

Es wäre auch denkbar, die Antriebseinrichtung 26 als Elektromotor auszubilden, der aus einer Batterie mit Strom versorgbar ist. Eine derartige Batterie steht für Hilfsantriebseinrichtungen in der Regel ohnehin zur Verfügung. Auch hierbei müßte in der Energiezuleitung ein Schalter vorgesehen sein, der bei Wegfall des durch die Versorgungs­ pumpenanordnung erzeugten Bereitstellungsdrucks die Sicherheitspumpe 25 einschaltet. Die Heizeinrichtung 18 kann mit einer vorzugsweise elektrisch betreibbaren Notheizung versehen sein, die sicherstellt, daß die Heizeinrichtung 18 auf der gewünschten Temperatur gehalten wird und nach Beendigung der Blackout-Situation sofort wieder einsatzbereit ist.

Vorstehend sind zwar einige Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert, ohne daß hiermit eine Beschränkung verbunden sein soll. So wäre es beispielweise auch ohne weiteres denkbar, die beschriebenen Ausführungen der Sicherheitseinrichtung in Kombination miteinander zu verwenden.

Claims (12)

1. Dieselmotor, insbesondere Zweitakt-Großdieselmotor, mit einem seinen Einspritzeinrichtungen (3, 4) zugeordneten Brennstoff-Zuführsystem, das wenigstens eine mit wenigstens einer Heizeinrichtung (18) und mit Anschlüssen (6a, b) für die zugeordneten Einspritzeinrichtungen versehene Zirkulationseinrichtung (5, 7) enthält, der eine aus Kraftstoff und Wasser bestehende Emulsion zuführbar ist, die bei normalem Betrieb einen mittels einer vorgeordneten Versorgungspumpen­ anordnung (15) erzeugbaren Bereitstellungsdruck aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Zirkulationseinrichtung (5, 7) eine Sicherheitseinrichtung zugeordnet ist, durch die bei einem Ausfall der Versorgungspumpenanordnung (15) zumindest im zu den Einspritzeinrichtungen (3, 4) hinführenden Vorlaufast (5a) der Zirkulationseinrichtung (5, 7) ein das Abdampfen von Wasser aus der Kraftstoff-Wasser-Emulsion verhindernder Sicherheitsdruck erzeugbar ist.

2. Dieselmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mittels der Sicherheitseinrichtung erzeugbare Sicherheitsdruck dem mittels der Versorgungspumpenanordnung (15) erzeugbaren Bereitstellungsdruck entspricht.

3. Dieselmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitseinrichtung zumindest ein in das Brennstoff-Zuführsystem einbezogenes Druckausgleichsgefäß (21) enthält.

4. Dieselmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckausgleichsgefäß (21) im Vorlaufast (5a) der Zirkulationsleitung (5) angeordnet ist.

5. Dieselmotor nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Druckausgleichsgefäß (21) eine vorgespannte Inertgasfüllung enthält.

6. Dieselmotor nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Druckausgleichsgefäß (21) eine bewegliche Wand (22) enthält.

7. Dieselmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitseinrichtung zumindest eine Sicherheitspumpe (25) enthält, die mit aus einem bei Normalbetrieb geladenem Energiespeicher entnehmbarer Antriebsenergie antreibbar ist.

8. Dieselmotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitspumpe (25) mit Anlaßluft antreibbar ist.

9. Dieselmotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sicherheitspumpe (25) eine elektrische Antriebseinrichtung zugeordnet ist, die aus einer Batterie mit Strom versorgbar ist.

10. Dieselmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (18) mit einer aus einer Batterie mit Strom versorgbaren, elektrischen Notheizeinrichtung versehen ist.

11. Dieselmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere, vorzugsweise hintereinander ange­ ordnete Heizeinrichtungen (18) vorgesehen sind.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitspumpe (25) parallel zur Versorgungspumpenanordnung (15) angeordnet ist, die saugseitig mit wenigstens einem Brennstofftank (16, 17) und druckseitig mit einer Homogenisiereinrichtung (13) verbunden ist, die über eine Wasser­ leitung (14) mit Wasser beaufschlagbar ist und deren Ausgang mit dem Versorgungseingang (12) der Zirkulationsleitung (5) verbunden ist.