DE2841249C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Anordnung zum Filtrieren von Kraft­ stoff für Dieselmotoren mit einem Filter nach der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.

Es ist schon eine derartige Anordnung zum Filtrieren von Kraftstoff für Dieselmotoren mit einem Filter nach der DE-OS 22 62 030 bekannt, bei der ein Wärmetauscher zum Aufheizen des Kraftstoffs als erster Wärmeabnehmer im Kühlwasserkreislauf eines Motors liegt. Dort strömt das vom Motor erwärmte Kühlwasser nacheinander über einen einem Vor­ filter zugeordneten, ersten Wärmetauscher und einen zweiten Wärme­ tauscher zu einer Wagenheizung, deren Abfluß im weiteren Verlauf nicht angegeben ist. Hier sind mindestens drei Wärmeabnehmer in Serie zueinander geschaltet, so daß ein relativ langer Kühlwasser­ kreislauf entsteht, der infolge fehlender Umschaltmittel ständig durchströmt wird und damit zu Energieverlusten führt. Ein gesonder­ ter Kühler ist im Kühlwasserkreislauf nicht zu erkennen. Der lange Kühlwasserkreislauf führt ferner beim Kaltstart zu einer langsamen Motorerwärmung und damit auch zu einem langsamen Erwärmen des Kraft­ stoffs. 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 Einspritz­ pumpe in zunehmendem Maße ungenügend mit Kraftstoff versorgt wird. Bei Temperaturen, die um 12°C oder mehr unter der Kristallisations­ temperatur 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 Überhitzung des Dieselkraftstoffs. Ein zusätzlich vorgesehener Ther­ mostat dient lediglich zur temperaturabhängigen Steuerung einer elektrischen Zusatzheizung, die am zweiten Wärmetauscher vorgesehen ist.

Ferner ist aus der DE-OS 20 58 364 eine Anordnung zum Filtrieren von Kraftstoff für Dieselmotoren bekannt, bei der zwei Kühlwasserkreis­ läufe vorgesehen sind, die jeweils einen Zulauf- und einen Rücklauf- Anschluß am Motor aufweisen. Dabei ist der zum Kühler führende Kreislauf von einem Thermostat gesteuert, der lediglich zwei Wege steuert. Von Nachteil hierbei ist, daß bei einem Kaltstart eine Paraffinausscheidung im Filter kaum verhindert werden kann, da der Kühler als Vorwärmer dient, in dem sich aber das Wasser zu langsam erwärmt. Wenn bei dieser Anordnung bei Kaltstart die sonst übliche Abschaltung des Kühlerkreislaufs verwendet wird, um den Motor selbst schneller auf Betriebstemperatur zu bringen, so würde dabei auch der Wärmetauscher für den Dieselkraftstoff außer Betrieb gesetzt. Bei warmem Motor bleibt der Wärmetauscher für den Kraftstoff ständig in dem Kreislauf geschaltet, wodurch die Gefahr einer Überhitzung des Kraftstoffs besteht und zudem Energieverluste im umströmenden Kühl­ wasser entstehen.

Weiterhin ist aus der DE-PS 4 22 050 eine Anordnung zum Filtrieren von Dieselkraftstoff bekannt, bei der der Wärmetauscher für das Filter zwischen einer Kühlwasserpumpe und dem Motor so in den Kühl­ wasserkreislauf 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 geschaltet, daß das vom Motor erwärmte Wasser zuerst im Kühler, in der Pumpe und in den zugehöri­ gen Leitungen Wärme abgibt, bevor es im Filter den Dieselkraftstoff aufheizen kann, so daß gerade bei Kaltstart des Motors dies zu lang­ sam geschieht.

Ausgehend von dem eingangs genannten Stand der Technik ist es Auf­ gabe der Erfindung, eine Anordnung zum Filtrieren von Kraftstoff für Dieselmotoren möglichst einfach so auszubilden, daß neben einer Ver­ meidung der Filterverstopfung durch Paraffinausscheidung die Anord­ nung den unterschiedlichen Betriebsbedingungen gerecht wird.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 genannten, kenn­ zeichnenden Merkmale.

Auf diese Weise wird eine Anordnung erreicht, die bei relativ gerin­ gem Aufwand eine wirksame Arbeitsweise ermöglicht, indem selbst bei einem Kaltstart durch schnelles Aufheizen ein Zusetzen des Filters durch Paraffinausscheidung vermieden wird, der Wärmetauscher tempe­ raturabhängig aus dem Kühlwasserkreislauf herausgeschaltet wird, so daß er als hydraulischer Widerstand nicht ständig vom Kühlwasser durchströmt werden muß und die zudem die Gefahr einer Überhitzung des Dieselkraftstoffs weitgehend vermeidet.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor­ teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 ange­ gebenen Anordnung möglich. Besonders vorteilhaft ist eine Ausgestal­ tung der Anordnung nach Anspruch 2, wodurch bei geringem Aufwand eine wirksame Arbeitsweise möglich ist. Dabei ist eine schnelle Auf­ heizung 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 3, wo­ durch die Heizung des Dieselkraftstoffs leicht regelbar und die Anordnung an unterschiedliche Bedingungen leicht anpaßbar ist. Zudem wird die Gefahr einer Überhitzung des Dieselkraftstoffs ausgeschal­ tet. Zweckmäßig sind Ausbildungen nach den Ansprüchen 4 und 5, wodurch der Wärmetauscher des Filters entsprechend dem durch ihn fließenden Teilstrom relativ klein gebaut werden kann. Die Sicher­ heit 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 Überhitzung des Dieselkraftstoffs verhindert, weil die maximale Temperatur des Kühlwassers bei üblichen Druckkühlsystemen immer niedriger liegt als die Siedetemperatur des Dieselkraftstoffs.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine erste Anordnung zum Filtrieren von Kraftstoff für Dieselmotoren in vereinfachter Darstellung,

Fig. 2 eine zweite Anordnung,

Fig. 3 einen Teil einer dritten Anordnung und

Fig. 4 und 5 jeweils einen Teil einer vierten bzw. fünften Anordnung.

Die Fig. 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 Nebenkühlwasserkreislauf 14 zum Ein­ laß 12, in den nacheinander ein Thermostatventil 15, ein Filter 16 mit integriertem Wärmetauscher 17 sowie die Kühlwasser-Pumpe 18 ge­ schaltet sind. Für den Nebenkühlwasserkreislauf sind am Thermostat­ ventil 15 ein Motoranschluß 19 und ein Filteranschluß 20 ausgebil­ det. Darüber hinaus weist das Thermostatventil 15 einen Kühleran­ schluß 21 auf, der mit einem Kühler 22 und weiter mit der Saugseite der Kühlwasser-Pumpe 18 Verbindung hat. Auf diese Weise ist in der Anordnung 10 ein langer Hauptkühlwasserkreislauf 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 stromauf­ wärts von einer Kraftstoffpumpe 24 in eine Kraftstoffleitung 25 geschaltet, die von einem Tank 26 zu einer Einspritzpumpe 27 führt.

Die Wirkungsweise der Anordnung 10 ist wie folgt: Wird bei relativ niedrigen Temperaturen, bei denen die Gefahr einer Paraffinaus­ scheidung im Dieselkraftstoff besteht, der Motor 11 angelassen, so saugt die Kraftstoffpumpe 24 Dieselöl über das Filter 16 an und för­ dert 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 betä­ tigte Schließglied im Thermostatventil 15 den Kühleranschluß 21 ab, so daß der lange Hauptkühlwasserkreislauf 23 unterbrochen wird. Gleichzeitig besteht über das Thermostatventil 15 eine Verbindung vom Motoranschluß 19 zum Filteranschluß 20, so daß im Nebenkühl­ wasserkreislauf 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 Wärme­ tauscher 17 erfolgt so schnell, daß ein Zusetzen des Filters 16 durch Paraffinausscheidung in einem großen Temperaturbereich verhin­ dert wird, in dem sonst ein Betrieb der Anordnung 10 nicht möglich wäre. Übersteigt die Temperatur des Kühlwassers eine Höhe von 80°C über dem Nullpunkt, so schaltet das Thermostatventil 15 um. Dabei wird die Verbindung vom Motoranschluß 19 zum Filteranschluß 20 ange­ drosselt und die Verbindung vom Motoranschluß 19 zum Kühleran­ schluß 21 geöffnet. Somit wird im sogenannten Mischbetrieb ein Teil des Kühlwassers vom Auslaß 13 über den langen Hauptkühlwasserkreis­ lauf 23 mit dem Kühler 22 zum Einlaß 12 geleitet. Der über das Fil­ ter 16 zur Einspritzpumpe 27 geförderte Dieselkraftstoff wird nicht mehr so stark aufgeheizt, da die Gefahr eines Zusetzens des Fil­ ters 16 infolge von Paraffinausscheidung bei diesen Temperaturen beträchtlich verringert ist.

Die Fig. 2 zeigt eine zweite Anordnung 30, die sich von derjenigen nach Fig. 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 paralleler Zweig 32 des Nebenkühlwasserkreislaufs 14 über ein zweites Thermostatven­ til 33 den Wärmetauscher 17 des Filters 16 und die Kühlwasser-Pum­ pe 18 zum Kühlwasser-Einlaß 12 führt. Dieser Zweig 32 verläuft somit im wesentlichen parallel zum anderen Zweig des Nebenkühlwasserkreis­ laufs 14 und zum Hauptkühlwasserkreislauf 23. Der zweite Kühlwas­ ser-Auslaß 31 ist so zwischen den Einlaß 12 und den ersten Auslaß 13 geschaltet, daß das dort abgezapfte, erwärmte Kühlwasser ein aus­ reichendes Temperaturgefälle für die Heizung des Dieselkraftstoffs und für die Fahrzeugheizung zur Verfügung stellt. Parallel zum parallelen Zweig 32 führt ein Hilfskreislauf 34 vom zweiten Aus­ laß 31 über ein Heizventil 35 und einen Wärmetauscher 36 der Fahr­ zeugheizung und die Pumpe 18 zum Einlaß 12.

Die Wirkungsweise der Anordnung 30 unterscheidet sich von derjenigen der Anordnung 10 wie folgt: Beim Betrieb der Anordnung 30 wird bei niederen Außentemperaturen während der Warmlaufphase des Motors 11 ein Teil des Kühlwassers über den Nebenkühlwasserkreislauf 14 umge­ wälzt, in den kein Abnehmer von Wärmeenergie geschaltet ist. Gleich­ zeitig wird am zweiten Auslaß 31 ein zweiter Teilstrom abgegriffen und über das offene, zweite Thermostatventil 33 und den Wärmetau­ scher 17 sowie die Pumpe 18 zum Einlaß 12 geführt. Dieser zweite Teilstrom über den parallelen Zweig 32 heizt den Dieselkraftstoff so weit auf, daß ein Zusetzen des Filters 16 infolge von Paraffinaus­ scheidung sicher vermieden wird. Steigt die Temperatur des Kühlwas­ sers im zweiten Teilstrom auf eine ausreichende Höhe, z.B. 50°C, so schaltet das zweite Thermostatenventil 33 ab und unterbricht den parallelen Zweig 32. Die Heizung des Dieselkraftstofs im Filter 16 wird damit unterbrochen. Vorteilhaft kann bei der Anordnung 30 der Schaltpunkt des zweiten Thermostatventils 33 unabhängig vom Schalt­ punkt des ersten Thermostatventils 15 gewählt werden. Die Durchfluß­ widerstände des Nebenkühlwasserkreislaufs 14 und des Hauptkühlwasser­ kreislaufs 23 werden so ausgelegt, daß bei geöffnetem zweiten Ther­ mostatventil 33 stets ein Teilstrom über den parallelen Zweig 32 zustande kommt. Mit Hilfe des Heizventils 35 kann der Wärmetau­ scher 36 der Fahrzeugheizung durch den Hilfskreislauf 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 +50°C das zweite Thermostatventil 33 leicht geöffnet bleibt und der über das Filter angesaugte Dieselkraftstoff aufgeheizt wird. Dies ist deshalb zweckmäßig, weil der Kraftstofftank 26 weiterhin kalt bleibt und ohne Wärmezuführung der Filter 16 auch bei betriebswarmem Motor zusetzen könnte.

Die Fig. 3 zeigt einen Teil einer dritten Anordnung 40, die sich von der Anordnung 30 nach Fig. 2 vor allem dadurch unterscheidet, daß der parallele Zweig 32 entfällt und das Filter 16 mit Wärmetau­ scher 17 in den Hilfskreislauf 34 geschaltet ist. Dabei liegt der Wärmetauscher 17 stromaufwärts vom Heizventil 35 im Hilfskreis­ lauf 34, so daß bei ihm als erstem Wärmeabnehmer die größte Tempera­ turdifferenz zur Verfügung steht. Ferner erübrigt sich hier ein zweites Thermostatventil 33. Bei der Anordnung 40 geht man von der Überlegung aus, daß die Bedienungsperson bei niedrigen Temperaturen mit Hilfe des Heizventils 35 ohnedies die Fahrzeugheizung einschal­ tet und damit ein Teilstrom des Kühlwassers über den Wärmetau­ scher 17 fließt. Wird die Heizung mit Hilfe des Heizventils 35 wie­ der abgeschaltet, so sind dabei die Temperaturen ohnedies so weit gestiegen, daß die Gefahr eines Zusetzens des Filters 16 durch Paraffinausscheidung nicht mehr besteht. Der Wärmeaustauscher 17 wird dabei zweckmäßig so ausgelegt, daß die Kraftstofftemperatur auch bei betriebswarmem Motor 11 nicht übermäßig hoch wird. Im übri­ gen ist die Gefahr der Überhitzung des Filters und des Kraftstoffs gering, da der Siedebereich des Dieselkraftstoffs erst bei 130°C beginnt und Motorkühlsysteme auch mit Druckkühler 120°C nicht über­ schreiten. Durch die Serienschaltung der Wärmetauscher 17 und 36 wird eine einfache Steuerung der Heizung des Dieselkraftstoffs mög­ lich 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.

Die Fig. 4 zeigt einen Teil einer vierten Anordnung 45, die sich von der Anordnung 10 nach Fig. 1 wie folgt unterscheidet, wobei für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen verwendet werden: Bei der Anord­ nung 45 ist der Nebenkühlwasserkreislauf 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 Nebenkühlwasserstoff­ kreislauf 14 ausgelegt werden muß und damit kleiner bauen kann. Da der Nebenkühlwasserkreislauf 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 Neben­ kühlwasserkreislauf 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.

Die Fig. 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 strom­ abwärts vom Filteranschluß 20 sondern stromaufwärts vom Motoran­ schluß 19 abzweigt. Die Anordnung 50 ist dann vorteilhaft, wenn in­ folge der Bauart des Motors 11 ein Anschluß im Nebenkühlwasserkreis­ lauf 14 hinter dem Thermostatventil 15 nicht möglich ist. Im übrigen kann wie bei der vierten Anordnung 45 durch Auslegung des Quer­ schnitts des zweiten Leitungsabschnittes 47 die Größe des durch ihn fließenden Kühlwasserstroms bestimmt werden.

Selbstverständlich ist es möglich, Änderungen an den gezeigten An­ ordnungen 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 vor­ teilhaft ist. Auch ist es möglich, in der Anordnung 30 nach Fig. 2 das zweite Thermostatventil 33 in den Wärmetauscher 17 zu integrie­ ren. So kann es besonders zweckmäßig sein, das zweite Thermostatven­ til 33 stromabwärts vom Wärmetauscher 17 zu schalten, wodurch gerade bei warmem Motor die Filtererwärmung gleichmäßiger und wirkungsvoller erfolgen kann.

Claims (6)

1. Anordnung zum Filtrieren von Kraftstoff für Dieselmotoren mit einem Filter, das in der vom Kraftstofftank zur Einspritzpumpe des Motors geführten Kraftstoffleitung angeordnet ist und das einen zur Erwärmung des Kraftstoffs dienenden Wärmetauscher aufweist, der in einen Neben­ kühlwasserkreislauf des Motors stromab von einem Kühlwasser-Auslaß des Motors als erster Wärmeabnehmer geschaltet ist, dadurch gekennzeich­ net, daß in einem Hauptkühlwasserkreislauf (13; 22; 12) stromauf von einem Kühler ein 3-Wege-Thermostatventil (15) angeordnet ist, über das ausgehend von dem Kühlwasser-Auslaß (13) am Motor (11) ein Nebenkreis­ lauf (14) über eine Pumpe (18) in den Hauptkühlwasserkreislauf (13; 22; 12) zurückgeführt ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärme­ tauscher (17) stromab vom Thermostatventil (15) und stromauf von der Pumpe (18) im Nebenkühlwasserkreislauf (14) angeordnet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Neben­ kühlwasserkreislauf (14) einen parallelen Zweig (32) aufweist, der an einem zweiten Kühlwasser-Auslaß (31) des Motors (11) abzweigt und daß im parallelen Zweig (32) in Serie zum Wärmetauscher (17) ein zweites Thermostatventil (33) angeordnet ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Nebenkühlwasserkreislauf (14) aus einem ersten Leitungsabschnitt (46) und einem den Wärmetauscher (17) durchziehenden, zweiten Leitungsab­ schnitt (47) im Bereich zwischen einem Filteranschluß (20) am Thermo­ statventil (19) und der Kühlwasserpumpe (18) gebildet ist.

5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Neben­ kühlwasserkreislauf (14) aus einem einen Filteranschluß (20) des Thermostatventils (15) mit der Pumpe (18) verbindenden, ersten Lei­ tungsabschnitt (46) und einem dazu parallelen, den Wärmetauscher (17) durchdringenden, zweiten Leitungsabschnitt (47) besteht, der stromauf vom Motoranschluß (19) des Thermostatventils (15) vom Nebenkühlwasser­ kreislauf (14) abzweigt.

8. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Neben­ kühlwasserkreislauf (14) einen Hilfskreislauf (34) aufweist, in den der Wärmetauscher (17) des Filters (16) geschaltet ist und der par­ allel zum Nebenkühlwasserkreislauf (14) und zum Hauptkühlwasser­ kreislauf (23) geführt ist und in dem in Serie zum Wärmetauscher (17) ein Heizungsventil (35) und ein Heizungs-Wärmetauscher (38) angeordnet sind.