-
Die
Erfindung betrifft eine Kraftstoffheizung zum Heizen von Kraftstoff,
insbesondere Pflanzenöl.
-
Pflanzenöl, wie beispielsweise
Rapsöl,
stellt heutzutage eine günstige
Alternative zu Dieselkraftstoff dar. Herkömmliche Dieselmotoren können ohne Umbau,
jedenfalls ohne Umbau des Motors als solcher anstelle von Diesel
mit Pflanzenöl,
insbesondere Rapsöl,
betrieben werden. Nachteilig bei Pflanzenöl ist seine zähflüssige Konsistenz.
Insbesondere bei niedrigen Temperaturen ist Pflanzenöl deshalb schwer
pumpbar und schwer in den Verbrennungsraum einspritzbar. Bei Temperaturen
um den Gefrierpunkt, wie sie im Winter in gemäßigten Breiten auftreten, kann
Pflanzenöl
so zähflüssig werden,
dass der Motor nicht mehr betrieben werden kann. Ein LKW, der mit
Pflanzenöl
betrieben wird kann dann bei niedrigen Temperaturen nicht mit Pflanzenöl fahren
und es muss somit teurer Dieselkraftstoff getankt werden.
-
Aus
der
DE 10 2004
014 119 B3 ist eine Vorrichtung zum Vorwärmen von
Pflanzenöl
bekannt, demnach Pflanzenöl
vor der Zuführung
zum Motor vorgewärmt
wird. Die Vorwärmvorrichtung
weist ein Rohr für
den Kraftstoff auf, das mit einer Vielzahl durchquerender Verbindungskanäle versehen
ist. Außerdem
ist das den Kraftstoff führende
Rohr mit einem Außenrohr
mit Zuleitungen ummantelt. Durch das Außenrohr und die querlaufenden
Verbindungskanäle
soll zum Wärmen
des Kraftstoffs Kühlwasser geleitet
werden, um somit den Kraftstoff, nämlich das Pflanzenöl auf eine
Temperatur zu erhitzen um eine weitgehend rückstandsfreie Verbrennung des
Pflanzenöls
bereits beim Anlassen des Motors zu erreichen.
-
In
der
DE 20 2005
008 142 U1 ist ebenfalls eine Vorrichtung zum Erwärmen von
Kraftstoff in der Zuleitung zur Einspritzpumpe gezeigt. Hier wird
die nötige
Erwärmung
des Kraftstoffs durch die Hintereinanderschaltung eines Wärmetauschers
und einer elektrischen Heizvorrichtung erreicht.
-
Aus
der
DE 101 25 437
A1 ist bekannt, einen Kraftstofftank mit dem Kühlöl aus einem
Kühlmediumreservoir
für eine
Lamellenkupplungsanordnung zum Erwärmen eines Kraftstoffs in einem
Kraftstofftank zu verwenden.
-
All
diesen aufgeführten
Vorrichtungen lastet das Problem an, dass sie technisch aufwendig
und damit kostspielig und mitunter störanfällig sind. Darüber hinaus
ist keins der genannten Systeme in der Lage, einen Winterbetrieb
mit Pflanzenöl
zu ermöglichen.
-
Der
vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, die oben
beschriebenen Probleme möglichst
zu behaben, insbesondere ein System bereitzustellen, bei dem ein
Betrieb eines Dieselmotors, insbesondere der Betrieb eines Dieselfahrzeugs mit
Pflanzenöl
unterstützt
wird, bei dem auf einfache Weise das Pflanzenöl beheizt wird und möglichst
ein Winterbetrieb des Dieselmotors und insbesondere eines Dieselkraftfahrzeugs
weitgehend erreicht werden soll.
-
Erfindungsgemäß wird eine
Kraftstoffheizung zum Heizen von Kraftstoff, insbesondere Pflanzenöl, vorgeschlagen,
die dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Tank mit einem Kühlkreislauf
eines Motors, insbesondere eines LKW-Motors gekoppelt ist. Hierdurch
kann auf einfache Weise erreicht werden, dass der Kühlkreislauf
durch die Hitze des Motors selbst erwärmt wird und diese Wärme an den
Tank, mit dem der Kühlkreislauf
gekoppelt ist, abgeben kann. Hierdurch wird in dem Tank enthaltener
Kraftstoff, insbesondere Pflanzenöl auf einfache Weise erwärmt. Gleichzeitig
entsteht als positiver Zusatzeffekt eine verbesserte Kühlung des
Motors.
-
Bevorzugt
ist eine Kraftstoffleitung mit dem Kühlkreislauf des Motors gekoppelt.
Hierdurch wird die Erwärmung
des Kraftstoffs zusätzlich
unterstütz. Der
Kraftstoff kann somit im Tank insgesamt vorgewärmt werden, um insbesondere
auch die Fließeigenschaften
und damit die Pumpfähigkeit
zu verbessern. Gleichzeitig erfolgt eine weitere Erwärmung des
Kraftstoffs in einer Kraftstoffleitung insbesondere vor dem Zuführen des
Kraftstoffs zum Motor um damit auch die Verbrennungseigenschaften
zu verbessern.
-
Zum
Koppeln ist günstiger
Weise mindestens ein Wärmetauscher
vorhanden. Über
den Wärmetauscher
kann Wärme
von einem Kühlmedium des
Motors an den Kraftstoff, insbesondere das Pflanzenöl abgegeben
werden, ohne dass eine Durchmischung beider Medien erfolgt. Ein
solcher Wärmetauscher
kann dabei auf einfache Weise gestaltet sein. Er benötigt zumindest
eine Trennwand zum Trennen der beiden Medien, wobei die Trennwand
eine gute thermische Leitfähigkeit
aufweisen sollte, um die Wärmeübertragung
vom Medium des Kühlkreislaufs
zum Kraftstoff zu begünstigen.
-
Vorteilhaft
ist es, dass sich zum Leiten mindestens eines Teils eines Kühlmittels
des Kühlkreislaufs
mindestens eine Leitung, insbesondere Rohrleitung, zwischen Motor
und Tank bzw. zwischen Motor und Kraftstoffleitung erstreckt. Das
Kühlmittel,
das zum Heizen des Kraftstoffs den Wärmeträger bildet, kann somit auf
einfache Weise vom Motor, in dem die Wärme entsteht, zu der zu beiheizenden
Kraftstoffleitung und/oder zum zu beheizenden Tank geführt werden.
Hierbei kann sowohl eine Leitung zum Tank und eine weitere Leitung
zur Kraftstoffleitung führen
oder eine Leitung kann zunächst
zur Kraftstoffleitung und anschließend zum Tank oder umgekehrt
führen. Wenn
die Leitung für
das Kühlmittel
vom Motor zunächst
zur Kraftstoffleitung führt
und anschließend zum
Tank, so erreicht das Kühlmittel
die Kraftstoffleitung mit einer höheren Temperatur als den Tank.
-
Ein
solcher Effekt kann gewünscht
sein, um den Kraftstoff im Tank weniger stark zu beheizen, als den
Kraftstoff kurz vor der Zuführung
zum Motor. Ebenso kann umgekehrt der Fall sinnvoll sein, dass das
Kühlmittel
zunächst
zum Tank und dann zur Kraftstoffleitung geführt wird, damit einem großen Tankvolumen
eine entsprechend hohe Heizleitung zugeführt werden kann.
-
Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform ist
die Kraftstoffheizung dadurch gekennzeichnet, dass zum Leiten mindestens
eines Teils eines Kühlmittels
des Kühlkreislaufs
zum Heizen mindestens eines bzw. des Tanks ein Tankheizzweig vorgesehen ist,
mit mindestens einer im und/oder am Tank angeordneten Leitung, insbesondere
Rohrleitung. Hierdurch wird im Betrieb des Motors erwärmtes Kühlmittel
mittels einer Leitung am Tank entlang geführt oder durch den Tank geführt, um
somit als Wärmetauscher zu
fungieren. Eine für
einen Wärmetauscher
günstige große Oberfläche kann
durch eine entsprechende Länge
einer verwendeten Rohrleitung erreicht werden.
-
Entsprechend
einer besonders günstigen Gestaltung
verläuft
zumindest ein Teil des Tankheizzweigs als Leitungsschleife durch
den Tank. Beispielsweise können
zwei Rohre zum Führen
des Kühlmittels
durch eine Tankdecke von oben in den Tank reichen und am Boden des
Tanks oder kurz vorm Boden des Tanks sich entlang des Tankbodens beispielsweise
parallel zueinander erstrecken und am Ende verbunden sein, so dass
eine Rohrleitung als Hinleitung und die andere als Rückleitung
für das Kühlmittel
dient. An der Decke des Tanks kann ein Anschlussadapter für jedes
Rohr vorhanden sein um eine Zu- und Ableitung des Kühlmittels
zu ermöglichen.
Anstelle eines Adapters können
die Rohre auch jeweils einstückig
mit Anschlussrohren verbunden sein.
-
Günstig ist
es, wenn zum Leiten mindestens eines Teils eines Kühlmittels
des Kühlkreislaufs
zum Heizen mindestens einer bzw. der Kraftstoffleitung ein Leitungsheizzweig
vorgesehen ist, mit mindestens einer in- und/oder an der Kraftstoffleitung
angeordneten weiteren Leitung, insbesondere Rohrleitung.
-
Weiter
bevorzugt ist es hierbei, wenn ein Teil des Leitungsheizzweiges
als Rohr ausgebildet ist und wenigstens einen rohrförmigen Abschnitt
der Kraftstoffleitung so umschließt, dass ein Zwischenraum,
insbesondere ein Ringspalt zum Leiten von Kühlmittel ausgebildet wird.
Eine solche Ausgestaltung ist auf einfache Weise herstellbar, da
lediglich ein Rohrabschnitt benötigt
wird, der groß genug
ist, einen rohrförmigen
Abschnitt der Kraftstoffleitung zu umschließen. Ein solcher Rohrabschnitt
braucht nur an seinen beiden Stirnseiten gegen das axial hindurchlaufende
Kraftstoffrohr abgedichtet zu werden und zum Zu- und Ableiten von
Kühlmittel
können zwei
Bohrungen mit Anschlussstutzen vorgesehen sein.
-
Wenn
bereits eine Beheizung des Kraftstoffs im Tank erfolgt, sind dabei
die Anforderungen an die Beheizung der Kraftstoffleitung geringer,
als wenn in der Kraftstoffleitung nicht vorgewärmter Kraftstoff enthalten
wäre und
demnach um eine hohe Differenztemperatur erhitzt werden müsste.
-
Um
eine gute Wärmeübertragung
von dem Kühlmittel
zum Kraftstoff, insbesondere zum Pflanzenöl zu ermöglichen, sind der Tankheizzweig und/oder
der Leitungsheizzweig vorteilhafterweise aus thermisch gut leitfähigem Material
gefertigt. Die Wärmeleitfähigkeit
der verwendeten Materialien sollte dabei größer als 20W/(m × K) sein.
Bevorzugt sollte sie größer als
50W/(m × K)
betragen. Entsprechend sind bevorzugt Metallrohre, insbesondere Kupferrohre
zur Verwendung für
den Tankheizzweig und den Leitungsheizzweig günstig. Auch die Zuleitungen
können
aus demselben Material gefertigt sein. Gleichwohl ist für die Zuleitungen
jedoch keine hohe Wärmeleitfähigkeit
erforderlich. Somit können die
Zuleitungen beispielsweise auch aus einem elastischem Schlauch aus
Gummi oder ähnlichem
Material zumindest abschnittsweise gefertigt sein, das auch sonst
zum Leiten von Kühlmittel
verwendet wird.
-
Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
ist die Kraftstoffheizung dadurch gekennzeichnet, dass mindestens
ein Umschalter vorgesehen ist zum ganz oder teilweisen Zu- bzw.
Abschalten des Tankheizzweiges und/oder des Leitungsheizzweiges,
insbesondere in Abhängigkeit
von einer Temperatur. Hierdurch kann je nach Einsatz der Kraftstoffheizung
einer eventuellen Überhitzung
vorgebeugt werden.
-
Bevorzugt
wird eine Kraftstoffheizung zusammen mit einem Kraftstofftank für Pflanzenöl mit mindestens
einer Kraftstoffleitung verwendet. Ebenfalls wird bevorzugt ein
Kraftfahrzeug insbesondere ein LKW mit einem Kraftstofftank für Pflanzenöl, einer Kraftstoffleitung
und einer erfindungsgemäßen Kraftstoffheizung
verwendet, wobei weiter bevorzugt ein zusätzlicher Tank für Diesel
vorgesehen ist. Somit kann ein Kraftfahrzeug beim Start und anderer
für Pflanzenölbetrieb
ungünstiger
Zustände
mit Diesel betrieben werden und dabei das Pflanzenöl im Kraftstofftank
erwärmt
und für
einen etwaigen späteren Betrieb
mit Pflanzenöl
somit vorbereitet werden.
-
Eine
Verbindung zwischen Kühlmittelzuführleitungen
und einem Heizzweig, der innerhalb des Tanks angeordnet ist, erfolgt
bevorzugt über
zumindest eine Schottverschraubung. Hierbei wird ein Gewinderohr
oder ein Rohr, dass zumindest abschnittsweise Außengewinde aufweist, durch
eine Bohrung im Tank, insbesondere der Tankdecke geführt. Dieses
Rohr wird dann mittels zweier Muttern, wobei eine Mutter auch bereits
fest mit dem Rohr verbunden sein kann, gegen die Tankwandung geschraubt. Entsprechend
ist zumindest eine Mutter außerhalb und
die andere innerhalb des Tanks angeordnet. Durch die Verschraubung
der beiden Muttern gegen die Tankwandung erfolgt eine Abdichtung
des Rohrs gegen die Tankwandung, wobei diese Abdichtung durch Dichtungen
wie Dichtringe unterstützt
werden kann. An das durchgeführte
Rohr kann dann außen eine
Zuleitung und innen ein Teil des Heizzweiges angeschraubt werden.
Ebenso kann das Rohr bereits mit einer Zuleitung oder mit einem
Teil des Tankheizzweiges fest verbunden sein.
-
Der
Tankheizzweig ist bevorzugt als ein Rohrleitungssystem in dem Tank
ausgebildet. Hierbei erstrecken sich bevorzugt zwei Rohre von einem
Anschlussbereich in der Decke des Tanks nach unten zum Tankboden,
wo sich eine Krümmung
beider Rohre und daran ein U-förmiges
Rohrstück
anschließt,
das waagerecht und parallel zum Tankboden ausgebildet ist. Dieses
U-förmige
Stück besteht im Wesentlichen
aus zwei parallel verlaufenden Rohren mit geringem Abstand, die
an ihrem einen Ende so verbunden sind, dass Flüssigkeit an diesem Ende von
dem einem Rohr ins andere fließen
kann. Dieses U-förmige
Stück weist
bevorzugt eine Länge
von etwa 30 bis 50cm auf. Die Längenangabe
bezieht sich dabei auf die Entfernung von den gekrümmten Anschluss
zum U-förmigen
Stück bis
hin zum Ende des U-förmigen
Stücks,
an dem die beiden Rohre verbunden sind.
-
Nachfolgend
wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme
auf die Figuren näher
erläutert.
Es zeigen:
-
1 einen
Tankheizzweig,
-
2 den
Anschluss des Tankheizzweiges an der Tankaußenseite einschließlich zweier
Schottverschraubungen,
-
3 einen
Abschnitt eines Leitungsheizungsheizzweiges und
-
4 den
Abschnitt eines Leitungsheizzweiges gemäß 3 mit einer
Ummantelung.
-
Es
ist zu beachten, dass die Figuren keine exakten, maßstabsgetreuen
Abbildungen der Erfindung bilden. Insbesondere variieren auch die
Darstellungsgrößen zwischen
den Figuren.
-
Der
Tankheizzweig 2 gemäß 1 weist
einen etwa U-förmigen
Bodenabschnitt 4 und einen Zuführabschnitt 6 auf.
Der Zuführabschnitt 6 umfasst eine
Hinleitung 8 und eine Rückleitung 10,
die beide jeweils über
einen Anschlusskragen 12 und 14 mit dem U-förmigen Bodenabschnitt 4 verbunden
sind. Weiterhin weisen die Hin- und die Rückleitung 8, 10 Anschlüsse 16, 18 auf,
um mit Kühlmittelzuführungen außerhalb
des Tanks verbunden zu werden. Hierfür kann ein Gewinderohr in die
Anschlüsse 16, 18 geschraubt
werden, oder die Anschlüsse 16, 18 werden bereits
mit Gewinderohren bereitgestellt.
-
Im
bestimmungsgemäßen Einbau
ist der dargestellte Tankheizzweig 2 im Kraftstofftank
angeordnet, wobei der Zuführabschnitt 6 und
somit die Hin- und Rückleitung 8, 10 senkrecht
angeordnet sind. Der Anschluss erfolgt über die Anschlüsse 16, 18 in
der Decke des Tanks, also in der oberen Tankwandung. Der U-förmige Bodenabschnitt 4 führt somit
etwa waagerecht kurz oberhalb des Tankbodens entlang. Somit ist
der U-förmige
Bodenabschnitt 4 auch bei geringem Kraftstoffstand im Tank
von Kraftstoff umgeben. Zum Beheizen des Tanks strömt bestimmungsgemäß somit
erhitztes Kühlmittel
durch den Anschluss 16 in die Hinleitung 8 und
von dort weiter in den U-förmigen
Bodenabschnitt 4. Dort fließt das Kühlmittel bis zum Ende des Bodenabschnitts 20 und
von dort zurück
in die Rückleitung 10 und über den
Anschluss 18 aus dem Tank heraus. Die bestimmungsgemäße Funktion
der Hinleitung 8 und der Rückleitung 10 kann
ohne weiteres getauscht werden, so dass das Kühlmittel ebenfalls durch den
Anschluss 18 in die Rückleitung
einfließen und
letztlich durch die Hinleitung 8 und den Anschluss 16 wieder
ausfließen
kann.
-
Aus
der 2 ist der Anschluss des Tankheizzweiges 2 über eine
erste und zweiten Schottverschraubung 22, 24 dargestellt.
Eine Tankdecke 26, also eine obere Tankwandung ist nur
als umrissener Abschnitt dargestellt. Die erste und zweite Schottverschraubung 22, 24 weisen
jeweils ein Gewinderohr 28, 30 auf, die durch
die Tankdecke 26 hindurchreichen. Zum Abdichten und Befestigen
der Gewinderohre 28, 30 ist jeweils eine Rohrmutter 32, 34 vorgesehen,
die jeweils auf dem Gewinderohr 28, 30 gegen die
Tankdecke 26 geschraubt ist. Im Tank ist jeweils eine Gegenmutter
auf den Gewinderohren 28, 30 vorgesehen, um somit
eine feste Verschraubung gegen die Tankdecke zu erreichen. Mitunter
können zusätzliche
Dichtungsringe zum Abdichten gegen die Tankdecke 26 vorgesehen
sein. Auf die Gewinderohre 28, 30 sind zwei winklige
Anschlussstutzen 36, 38 mittels Befestigungsmuttern 40, 42 geschraubt.
Zum Zuführen
von Kühlmittel
sind zwei Kühlmittelschläuche 44, 46 mittels
Spannschrauben 48, 50 an den Anschlussstutzen 36, 38 befestigt.
Kühlmittel
kann somit auf einfache Weise den Tankheizzweig 2 über Kühlmittelschläuche 44, 46,
Anschlussstutzen 36, 38 und Gewinderohre 28, 30 und
somit Schottverschraubungen 22, 24 zugeführt werden.
-
Der
Leitungsheizzweig 52 gemäß 3 weist
eine Kraftstoffleitung 54 sowie ein Außenrohr 56 auf. Das
Außenrohr 56 umschließt die Kraftstoffleitung 54 so,
dass ein Ringspalt entsteht. Das Außenrohr 56 ist an
seinen beiden Enden, wobei in 3 nur ein
Ende dargestellt ist, mittels einer Manschette 58 gegen
die Kraftstoffleitung 54 abgedichtet, wodurch auch der
Ringspalt verschlossen wird. Zum Zuführen von Kühlmittel zu dem Ringspalt ist
ein Zuführstutzen 60 vorgesehen,
der über
die Manschette 58 mit dem Ringspalt verbunden ist. An das
offene Ende 62 des Zuführstutzens 60 kann
ein Kühlmittelschlauch
aufgeschoben und beispielsweise mittels einer Spannschraube befestigt
werden. Am anderen, nicht dargestellten Ende des Außenrohres 56 des Leitungsheizzweiges 52 ist
ebenfalls eine Manschette mit Zuführstutzen vorgesehen, um auch
das andere Ende abzudichten, eine Kühlmittelleitung anzuschließen und
ein Abfließen
des Kühlmittels
zu ermöglichen.
-
Der
Leitungsheizzweig 52 ist in der 3 zur Erläuterung
ohne isolierende Ummantelung dargestellt. Im bestimmungsgemäßen Einbau
weist der Leitungsheizzweig 52 eine isolierende Ummantelung 64 auf,
wie in der 4 dargestellt ist. Hierbei ragt
lediglich noch ein Teil des Zuführstutzens 60 mit
dem offenen Ende 62 aus der isolierenden Ummantelung 64 heraus.
-
Erfindungsgemäß wird somit
die Verwendung von Pflanzenöl
als Kraftstoff für
einen Dieselmotor auf einfache Weise unterstützt. Der Betrieb eines Kraftfahrzeugs,
insbesondere eines LKWs, der mit einer erfindungsgemäßen Kraftstoffheizung
ausgestattet ist, kann im Winter beispielsweise wie folgt erfolgen:
Nach einer längeren
Standzeit, beispielsweise über
Nacht, ist Pflanzenöl
im Pflanzenöltank des
betrachteten LKWs abgekühlt
und somit sehr zäh geworden
oder sogar ausgeflockt. Beim Start des LKWs wird zunächst im
Dieselbetrieb gestartet, wozu der LKW einen zusätzlichen Tank für Diesel
aufweist, der regelmäßig kleiner
als der Pflanzenöltank
ist. Der Motor wird somit im Dieselbetrieb gestartet, woraufhin
unmittelbar das Kühlmittel
im Motor wie gewöhnlich
in Zirkulation versetzt wird. Diese Zirkulation erstreckt sich nun
nicht nur durch den Motor und den Kühler sondern zudem durch zumindest
eine Rohrschleife durch den Pflanzenöltank und durch einen Ringspalt
um eine Kraftstoffleitung. Das Kühlmittel wird
dabei durch den Betrieb des Motors erwärmt und erwärmt gleichzeitig das Pflanzenöl sowohl
im Tank als auch in der Kraftstoffleitung. Nachdem nun der Motor
einen Betriebszustand, insbesondere auch eine Betriebstemperatur
erreicht hat, bei dem Pflanzenölbetrieb
vorgesehen ist, wird auf Pflanzenölbetrieb umgeschaltet. Weil
die Kraftstoffheizung im Tank und an der Kraftstoffleitung gleichzeitig
zu einer Kühlung
des Kühlmittels
führt,
stellt sich auch eine für Pflanzenölbetrieb
geeignete Temperatur erst ein, wenn das Pflanzenöl selbst ebenfalls eine geeignete Temperatur
erreicht hat. Die Verwendung der erfindungsgemäßen Kraftstoffheizung kann
somit gleichzeitig zu einer Berücksichtigung
der Betriebstemperatur des Pflanzenöls führen, ohne das hierfür zusätzliche
Sensoren nötig
sind.
-
Die
Verwendung einer erfindungsgemäßen Kraftstoffheizung
erfordert somit insbesondere gegenüber einem LKW, der grundsätzlich für Pflanzenölbetrieb
vorgesehen ist, jedoch keine erfindungsgemäße Kraftstoffheizung aufweist,
lediglich die Ergänzung
des Kühlkreislaufs
um im Wesentlichen einige Rohrabschnitte. Es sind grundsätzlich keine
beweglichen Teile erforderlich, wodurch die erfindungsgemäße Kraftstoffheizung
einfach herzustellen und dabei wartungsfreundlich ist. Gleichwohl
kann zumindest ein Umschalter vorgesehen sein, um das Leiten des Kühlmittels
zum Tank und/oder zur Kraftstoffleitung beispielsweise zur Vermeidung
einer Überhitzung
zu unterbinden. Beispielsweise kommt eine Umschaltung zwischen Sommer-
und Winterbetrieb in Betracht oder wenn der LKW in Gebieten unterwegs
ist, in denen kein Pflanzenöl
erhältlich
ist.