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Anordnung zum Filtrieren von Kraftstoff
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für Dieselmotoren Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer
Anordnung zum Filtrieren von Kraftstoff für Dieselmotoren mit einem Filter nach
der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon eine solche Anordnung zum Filtrieren
von Dieselkraftstoff aus der DE-PS 422 050 bekannt, bei der jedoch der Wärmetauscher
für das Filter zwischen einer Kühlwasserpumpe und dem Motor so in den Kühlwasserkreislauf
geschaltet ist, daß er stromab vom Kühler liegt. Diese Anordnung hat den Nachteil,
daß der Wärmetauscher ständig im Kühlwasserkreislauf liegt und damit dessen Widerstand
erhöht. Vor allem aber ist der Wärmetauscher so in den
Kühlwasserkreislauf
geschaltet, daß das vom Motor erwärmte Wasser zuerst im Kühler, in der Pumpe und
in den zugehörigen Leitungen Wärme abgibt, bevor es im Filter zur Heizung des Dieselkraftstoffs
dient. Dadurch wird gerade bei einem Kaltstart des Motors der Kraftstoff im Filter
sehr langsam aufgeheizt. Nun kann aber im Betrieb einer solchen Anordnung unterhalb
einer bestimmten Temperatur der im Dieselkraftstoff enthaltene Paraffinanteil kristallisieren.
Die Paraffinkristalle verstopfen im Laufe der Zeit die Poren des Filtermaterials,
so daß eine Einspritzpumpe in zunehmendem Maße ungenügend mit Kraftstoff versorgt
wird. Bei Temperaturen, die um 120 C oder mehr -unter der Kristallisationstemperatur
liegen, ist diese Paraffinausscheidung so stark, daß in der Kraftstoffleitung zur
Pumpe eine ausreichende Strömung nicht entstehen kann und damit der Betrieb auch
kurzzeitig nicht mehr möglich ist. Diese Gefahr eines Verstopfens des Filters durch
Paraffinausscheidung ist besonders groß, wenn das Filter in eine Saugleitung geschaltet
ist. Im übrigen besteht durch den ständig in den Kühlwasserkreislauf geschalteten
Wärmetauscher die Gefahr einer Uberhitzung des Dieselkraftstoffs. Ferner ist bei
dieser Anordnung der Wärmetauscher am Filter angeordnet, um aus dem Dieselkraftstoff
Luft- und Gasblasen auszuscheiden.
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Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Anordnung zum Filtrieren
von Kraftstoff für Dieselmotoren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs
hat aejngegenüber den Vorteil, daß auch bei Temperaturen unterhalb des Kristallisationspunktes
von
Paraffin im Dieselkraftstoff ein Betrieb der Anlage möglich ist; insbesondere bei
einem Kaltstart kann ein Verstopfen des Filters verhindert werden. Ferner braucht
der Wärmetauscher des Filters nicht ständig in den Kühlwasserkreislauf geschaltet
zu sein; er wird vielmehr automatisch, insbesondere temperaturabhängig abgeschaltet.
Weiterhin können für die Anordnung bereits vorhandene Bauelemente verwendet werden.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Anordnung möglich.
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Besonders vorteilhaft ist eine Ausgestaltung der Anordnung nach Anspruch
2, wodurch bei geringem Aufwand eine wirksame Arbeitsweise möglich ist. Dabei ist
eine schnelle Aufheizung des Dieselkraftstoffs möglich, wenn das erhitzte Kühlwasser
aus dem Motor an einer Stelle abgezapft wird, die einen besonders steilen Temperaturanstieg
nach dem Kaltstart aufweist. Besonders vorteilhaft ist eine Ausbildung der Anordnung
nach Anspruch 4, wodurch die Heizung des Dieselkraftstoffs leicht regelbar und die
Anordnung an unterschiedliche Bedingungen leicht anpaßbar ist. Zudem wird die Gefahr
einer Überhitzung des Dieselkraftstoffs ausgeschaltet. Außerdem'kann der Wärmetauscher
des Filters entsprechend dem durch ihn fließenden Teilstrom relativ klein gebaut
werden. Die Sicherheit der Anordnung wird erhöht und auch die Anschlußmöglichkeiten
werden verbessert. Weiterhin ist eine Ausbildung der Anordnung gemäß Anspruch 6
besonders zweckmäßig, weil dadurch der Wärmetauscher des Filters zusammen mit der
Fahrzeugheizung ein- und ausgeschaltet wird. Die Anordnung baut dadurch relativ
einfach Ferner wird dabei eine über hitzung des Dieselkraftstoffs verhindert, weil
die maximale
Temperatur des Kühlwassers bei üblichen Druckkühlsystemen
immer noch niedriger liegt als die Siedetemperatur des Dieselkraftstoffs. Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen, der Beschreibung
und der Zeichnung.
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Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur
1 eine erste Anordnung zum Filtrieren von Kraftstoff für Dieselmotoren in vereinfachter
Darstellung, Figur 2 eine zweite Anordnung, Figur 3 einen Teil einer dritten Anordnung
und Figur 4 und 5 jeweils einen Teil einer vierten bzw. fünften Anordnung.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele Die Figur 1 zeigt eine Anordnung
10 mit einem Motor 11, der einen Kühlwasser-Einlaß 12 und einen Kühlwasser-Auslaß
13 aufweist. Von dem Auslaß 13 führt ein kurzer Kühlwasser-Kreislauf 14 zum Einlaß
12, in den nacheinander ein Thermostatventil 15, ein Filter 16 mit integriertem
Wärmetauscher 17 sowie die Kühlwasser-Pumpe 18 geschaltet sind. Für den kurzen Kühlwasser-Kreislauf
sind am Thermostatventil 15 ein Motoranschluß 19 und ein Filteranschluß 20 ausgebildet.
Darüber hinaus weist das Thermostatventil 15 einen Kühleranschluß 21 auf, der mit
einem Kühler 22 und weiter mit der Saugseite der.
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Kühlwasser-Pumpe 18 Verbindung hat. Auf diese Weise ist in der Anordnung
10 ein langer Kühlwasser-Kreislauf 23
ausgebildet, der vom Auslaß
13 über das Thermostatventil 15, den Kühler 22 und die Pumpe 18 zum Kühlwasser-Einlaß
12 führt. Das Filter 16 ist stromaufwärts von einer KraftStoffpumpe 24 in eine Kraftsoffleitung
25 geschaltet, die von einem Tank 26 zu einer Einspritzpumpe 27 führt.
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Die Wirkungsweise der Anordnung 10 ist wie folgt: Wird bei relativ
niedrigen Temperaturen, bei denen die Gefahr einer Paraffinausscheidung im Dieselkraftstoff
besteht, der Motor 11 angelassen, so saugt die Kraftstoffpumpe 24 Dieselöl über
das Filter 16 an und fördert es zur Einspritzpumpe 27, von wo es in nicht näher
gezeichneter Weise zu den Motorzylindern des Motors 11 gelangt. Bei diesen niedrigen
Temperaturen sperrt das von einem Dehnstoffelement betätigte Schließglied im Thermostatventil
15 den Kühleranschluß 21.ab, so daß der lange Kühlwasser-Kreislauf 23 unterbrochen
wird. Gleichzeitig besteht über das Thermostatventil 15 eine Verbindung vom Motoranschluß
19 zum Filteranschluß 20, so daß im kurzen Kühlwasser-Kreislauf 14 das vom Motor
11 erwärmte Kühlwasser über den Wärmetauscher 17 strömen kann. Die Erwärmung des
Kühlwassers im Motor 11 und damit die Aufheizung des Dieselkraftstoffs im Wärmetauscher
17 erfolgt so schnell, daß ein Zusetzen des Filters 16 durch Paraffinausscheidung
in einem großen Temperaturbereich verhindert wird, in dem sonst ein Betrieb der
Anordnung 10 nicht möglich wäre. Übersteigt die Temperatur des Kühlwassers eine
Höhe von 800 C über dem Nullpunkt, so schaltet das Thermostatventil 15 um. Dabei
wird die Verbindung vom Mctoranschluß- 19 zum Filteranschluß 20 angedrosselt und
die Verbindung võm Motoranschluß 19 zum -
Kühleranschluß 21 geöffnet.
Somit wird im sogenannten Mischbetrieb ein Teil des Kühlwassers vom Auslaß 13 über
den langen Kühlwasser-Kreislauf 23 mit dem Kühler 22 zum Einlaß 12 geleitet. Der
über das Filter 16 zur Einspritzpumpe 27 geförderte Dieselkraftstoff wird nicht
mehr so stark aufgeheizt, da die Gefahr eines Zusetzens des Filters 16 infolge von
Paraffinausscheidung bei diesen Temperaturen beträchtlich verringert ist.
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Die Figur 2 zeigt eine zweite Anordnung 30, die sich von derjenigen
nach Figur 1 wie folgt unterscheidet, wobei für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen
verwendet werden. Der Motor 11 weist einen zweiten Kühlwasser-Auslaß 31 auf, von
dem ein dritter Kühlwasser-Kreislauf 32 über ein zweites Thermostatventil 33, den
Wärmetauscher 17 des Filters 16 und die Kühlwasser-Pumpe 18 zum Kühlwasser-Einlaß
12 führt. Der dritte Kreislauf 32 verläuft somit im wesentlichen parallel zum kurzen
(14) und zum langen Kühlwasser-Kreislauf 23. Der zweite Kühlwasser-Auslaß 31 ist
so zwischen den Einlaß 12 und den ersten Auslaß 13 geschaltet, daß das dort abgezapfte,
erwärmte Kühlwasser ein ausreichendes Temperaturgefälle für die Heizung des Dieselkraftstoffs
und für die Fahrzeugheizung zur Verfügung stellt. Parallel zum dritten Kühlwasser-Kreislauf
32 führt ein vierter Kreislauf vom zweiten Auslaß 31 über ein Heizventil 35 und
einen Wärmetauscher 36 der Fahrzeugheizung und die Pumpe 18 zum Einlaß 12.
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Die Wirkungsweise der Anordnung 30 unterscheidet sich von derjenigen
der Anordnung 10 wie folgt: Beim Betrieb der Anordnung 30 wird bei niederen Außentemperaturen
. . .
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während der Warmlaufphase des Motors 11 ein Teil des
Kühlwassers
über den kurzen Kreislauf 14 umgewälzt, in den kein Abnehmer von Wärmeenergie geschaltet
ist. Gleichzeitig wird am zweiten Auslaß 31 ein zweiter Teilstrom abgegriffen und
über das offene, zweite Thermostatventil 33 und den Wärmetauscher 17 sowie die Pumpe
18 zum Einlaß 12 geführt. Dieser zweite Teilstrom über den dritten Kreislauf 32
heizt den Dieselkraftstoff so weit auf, daß ein Zusetzen des Filters 16 infolge
von Paraffinausscheidung sicher vermieden wird. Steigt die Temperatur des Kühlwassers
im zweiten Teilstrom auf eine ausreichende Höhe, z.B. 500 C, so schaltet das zweite
Thermostatventil 33 ab und unterbricht. den dritten Kreislauf 32. Die Heizung des
Dieselkraftstoffs im Filter 16 wird damit unterbrochen. Vorteilhaft kann bei der
Anordnung 30 der Schaltpunkt des zweiten Thermostatventils 33 unabhängig vom Schaltpunkt
des ersten Thermostatventils 15 gewählt werden. Die Durchflußwiderstände des kurzen
Kreislaufs 14 und des langen Kreislaufs 23 werden so ausgelegt, daß bei geöffnetem
zweiten Thermostatventil 33 stets ein Teilstrom über den dritten Kühlwasser-Kreislauf
32 zustande kommt. Mit Hilfe des Heizventils 35 kann der Wärmetauscher 36 der Fahrzeugheizung
durch den vierten Kreislauf 34 unabhängig von den temperaturabhängig schaltenden
Thermostatventilen 15 und 33 mit erwärmtem Kühlwasser versorgt werden. Bei der Anordnung
30 kann in vorteilhafter Weise das Gehäuse des zweiten Thermostatventils 33 dem
Fahrtwind ausgesetzt werden, so daß auch bei betriebswarmem Motor 11 und bei Außentemperaturen
von weniger als + 500 c das zweite Thermostatventil 33 leicht geöffnet bleibt und
der über das Filter 16 angesaugte Dieselkraftstoff aufgeheizt wird. Dies ist deshalb
zweckmäßig, weil der Kraftstofftank 26 weiterhin kalt bleibt und ohne Wärme zuführung
der Filter 16 auch bei betriebswarmem Motor zusetzen könnte.
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Die Figur 3 zeigt einen Teil einer dritten Anordnung 40, die sich
von der Anordnung 30 nach Figur 2 vor allem dadurch unterscheidet, daß der dritte
Kühlwasser-Kreislauf 32 entfällt und das Filter 16 mit Wärmetauscher 17 in den vierten
Kühlwasser-Kreislauf 34 geschaltet ist.
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Dabei liegt der Wärmetauscher 17 stromaufwärts vom Heizventil 35 im
vierten Kühlwasser-Kreislauf 34, so daß bei ihm als erstem Wärmeabnehmer die größte
Temperaturdifferenz zur Verfügung steht. Ferner erübrigt sich hier ein zweites Thermostatventil
33. Bei der Anordnung 40 geht man von der Uberlegung aus, daß die Bedienungsperson
bei niedrigen Temperaturen mit Hilfe des Heizventils 35 ohnedies die Fahrzeugheizung
einschaltet und damit- ein Teilstrom des Kühlwassers über den Wärmetauscher 17 fließt.
Wird die Heizung mit Hilfe des Heizventils 35 wieder abgeschaltet, so sind dabei
die Temperaturen ohnedies so weit gestiegen, daß die Gefahr eines Zusetzens des
Filters 16 durch Paraffinausscheidung nicht mehr besteht. Der Wärmetauscher 17 wird
dabei zweckmäßig so ausgelegt, daß die Kraftstofftemperatur auch bei betriebswarmem
Motor 11 nicht übermäßig hoch wird. Im übrigen ist die Gefahr der Überhitzung des
Filters und des Kraftstoffs gering, da der Siedebereich des Dieselkraftstoffs erst
bei 1300 C beginnt und Motorkühlsysteme auch mit Druckkühler 1200 C nicht überschreiten.
Durch die Serienschaltung der Wärmetauscher 17 und 36 wird eine einfache Steuerung
der Heizung des Dieselkraftstoffs möglich und zudem baut die Anordnung 40 relativ
einfach. Die Gefahr einer Überhitzung des Filters 16 bzw. des Dieselkraftstoffs
läßt sich leicht durch geeignete Dimensionierung der Anordnung 40 ausschalten.
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Die Figur 4 zeigt einen Teil einer vierten Anordnung 45, die sich
von der Anordnung 10 nach Figur 1 wie folgt unterscheidet, wobei für gleiche Teile
gleiche Bezugszeichen verwendet werden: Bei der Anordnung 45 ist der kurze Kühlwasser-Kreislauf
14 im Bereich zwischen Thermostatventil 15 und Kühlwasser-Pumpe 18 verzweigt ausgeführt.
Er weist in diesem Bereich einen ersten Leitungsabschnitt 46 und einen dazu parallel
geführten, zweiten Leitungsabschnitt 47 auf, in den der Wärmetauscher 17 des Filters
16 geschaltet ist. Die Anordnung 45 hat gegenüber der Anordnung 10 den Vorteil,
daß der Wärmetauscher 17 nicht mehr auf den vollen Kühlwasserstrom im kleinen Kreislauf
14 ausgelegt werden muß und damit kleiner bauen kann. Da der kleine Kühlwasser-Kreislauf
14 oft als eine Bohrung im Gehäuse des Motors 11 ausgebildet ist, kann bei der vierten
Anordnung 45 der Wärmetauscher 17 leichter angeschlossen werden. Zudem ist bei der
Anordnung 45 ein größeres Maß an Sicherheit erreichbar, da nur ein kleiner Teilstrom
des Kühlwassers aus dem Motorgehäuse über Schlauchverbindungen herausgeleitet wird.
Vorteilhaft wird bei der Anordnung 45 während- der Warmlaufphase bei voll geöffnetem
kleinen Kreislauf 14 der Wärmetauscher 17 rasch aufgeheizt und während des Mischbetriebs
reicht der gedrosselte Kühlwasser-Strom über den Wärmetauscher 17 aus, den noch
kalten Kraftstoff aus dem Tank 26 ausreichend zu erwärmen. Die gedrosselte Heizleistung
führt somit in erwünschter Weise zu einer niedrigen Dauertemperatur, so daß ein
Überhitzen des Dieselkraftstoffs vermieden wird. Gegenüber der zweiten Anordnung
30 baut die Anordnung 45 einfacher, da ein zweites Thermostatventil 33 sowie der
zweite Auslaß 31 entfällt.
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Die Figur 5 zeigt einen Teil einer fünften Anordnung 50, die sich
von der vierten Anordnung 45 lediglich dadurch
unterscheidet, daß
der zweite Leitungsabschnitt 47 im kleinen Kreislauf 14 nicht stromabwärts vom Filteranschluß
20 sondern stromaufwärts vom Motoranschluß 19 abzweigt. Die Anordnung 50 ist dann
vorteilhaft, wenn infolge der Bauart des Motors 11 ein Anschluß im kleinen Kreislauf
14 hinter dem Thermostatventil 15 nicht möglich ist. Im übrigen kann wie bei der
vierten Anordnung 45 durch Auslegung des Querschnitts des zweiten Leitungsabschnittes
47 die Größe des durch ihn fließenden Kühlwasserstroms bestimmt werden.
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Selbstverständlich ist es möglich, Anderungen an den gezeigten Anordnungen
vorzunehmen, ohne vom Gedanken der Erfindung abzuweichen. So ist die Erfindung nicht
auf die gezeigte Anordnung begrenzt, bei der das Filter 16 auf der Saugseite der
Kraftstoffpumpe 24 in die Kraftstoffleitung 25 geschaltet ist, obgleich dies besonders
vorteilhaft ist. Auch ist es möglich, in der Anordnung 30 nach Figur 2 das zweite
Thermostatventil 33 in den Wärmetauscher 17 zu integrieren. So kann es besonders
zweckmäßig sein, das zweite Thermostatventil 33 stromabwärts vom Wärmetauscher 17
zu schalten, wodurch gerade bei warmem Motor die Filtererwärmung gleichmäßiger und
wirkungsvoller erfolgen kann.