DE2941169A1 - Mit alkohol als kraftstoff betriebene wassergekuehlte brennkraftmaschine - Google Patents

Mit alkohol als kraftstoff betriebene wassergekuehlte brennkraftmaschine

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Description

Daimler-Benz Aktiengesellschaft Daim 12 812/4
Stuttgart-Untertürkheim 5. 10. 1979
Mit Alkohol als Kraftstoff betriebene wassergekühlte Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft eine mit Alkohol als Kraftstoff betriebene wassergekühlte Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es ist eine Brennkraftmaschine bekannt geworden, die mit einem Kraftstoff, z.B. Methanol, betrieben wird, dessen Siedepunkt unterhalb der Kühlwassertemperatur einer betriebswarmen Brennkraftmaschine liegt. Bei dieser Brennkraftmaschine wird über den Kühlwasserkreislauf bzw. über einen fremdbeheizten Wasserkreislauf je nach Stellung eines Umschaltventiles sowohl ein Kraftstoffverdampfer als auch ein Ansaugluftvorwärmer für einen Gasmischer beheizt, wobei der Kühlwasserkreislauf und der fremdbeheizte Wasserkreislauf mit je einer Förderpumpe versehen ist. Dabei ist die Erwärmung der Ansaugluft im Normalfall nur zum Kaltstart und während der Warmlaufphase erforderlich.
Aufgabe der Erfindung ist es, einerseits eine Brennkraftmaschine dieser Art schnell in einen betriebswarmen Zustand zu versetzen und andererseits durch geeignete Maßnahmen, die in
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Abhängigkeit von der Temperatur der Brennkraftmaschine ansprechen, für den Betrieb der Brennkraftmaschine schädliche bzw. ungeeignete hohe Temperaturen zu verhindern.
Diese Aufgabe wird durch den kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.
Durch das Warmlauf-Thermostatventil wird der Kühlwasserkreislauf für den Ansaugluftvorwärmer mit zunehmender Temperatur der Brennkraftmaschine zunehmend über die Umgehungsleitung geschaltet, so daß bei betriebswarmer Brennkraftmaschine der Durchfluß durch den Ansaugluftvorwärmer ganz gesperrt ist.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann in dem fremdbeheizten Wasserkreislauf ein von den Abgasen der Brennkraftmaschine Wärmeaufnahmeseitig beheizter Abgaswärmetauscher angeordnet sein.
Dadurch erfolgt bereits nach den ersten MotorZündungen bei Kaltstart ein sofortiges Beheizen des Kühlwasserkreislaufes und somit des Verdampfers und Ansaugluftvorwärmers.
Darüber hinaus kann der Abgaswärmetauscher wärme aufnahme s e itig außer vom fremdbeheizten Wasserkreislauf in der gleichen Strömungsrichtung auch noch vom Kühlwasserkreislauf durchströmbar sein.
Dadurch kann der Abgaswärmetauscher bei Kaltstart zusätzlich sowohl durch den fremdbeheizten Wasserkreislauf als auch durch den sich schnell erwärmenden Kühlwasserkreislauf beheizt werden, so daß die Betriebstemperatur in sehr kurzer Zeit erreicht wird.
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Außerdem kann innerhalb des Kühlwasserkreislaufes eine sowohl den Abgaswärmetauscher sowie den Ansaugluftvorwärmer als auch den Verdampfer überbrückende Umgehungsleitung vorgesehen sein, die durch ein Warmlauf-Thermostatventil ein- oder ausschaltbar ist.
Dadurch können nach dem Erreichen der Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine alle Vorrichtungen, die dem Zwecke eines raschen Erreichens der Betriebstemperatur dienen, wieder abgeschaltet, d.h. außer Betrieb gesetzt werden, weil die Anlage so ausgelegt ist, daß bei normalem Betrieb die Betriebs· wärme der Brennkraftmaschine für eine sichere Funktion aller erforderlichen Aggregate ausreicht.
Nach einem weiteren Vorteil der Erfindung kann wärmeaufnahmeseitig eine Abgasumgehungsleitung vorgesehen sein, die durch eine thermostatgesteuerte Klappe o.dgl. schaltbar ist.
Durch diese Klappe kann das vom Motor oder Fremdheizgerät abströmende Abgas über den zum Verdampfer führenden Wärmetauscher geleitet oder es kann über einen mit der Klappe verbundenen Stellzylinder in Verbindung mit einem 3/2-Wegeventil wahlweise bei Erreichen einer definierten Kühlwasser-Temperatur über eine Umgehungsleitung geleitet werden. Das 3/2-Wegeventil ist so ausgelegt, daß nur die eine oder die andere Endstellung schaltbar ist.
Um ein Überhitzen des Verdampfers zu vermeiden, kann schließlich die Umgehungsleitung in Abhängigkeit von der Wassertemperatur im Verdampferaustritt in der Weise geschaltet werden, daß bei zu hoher Wassertemperatur die Umgehungsleitung ein- und bei zu niedrigerer Wassertemperatur wieder ausgeschaltet wird.
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Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 ein Schaltschema einer mit Alkohol betriebenen Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung und
Fig. 2 ein Schaltschema für einen thermostatgesteuerten Abgas-Wärmetauscher für den Verdampfer der Brennkraftmaschine .
In dem in der Fig. 1 dargestellten Schaltschema gelangt flüssiger Kraftstoff (Alkohol) von einem Kraftstofftank 1, gefördert mittels einer Kraftstoffpumpe 2, durch eine Kraftstoffzuleitung' 3 in einen Kraftstoffverdampfer 4. Durch ein zwischen Kraftstoffpumpe 2 und Kraftstoffverdampfer 4 angeordnetes Überströmventil 5 kann zuviel geförderter Kraftstoff über eine Leitung 6 wieder in den Kraftstofftank 1 zurückfließen.
Vom Kraftstoffverdampfer 4 gelangt verdampfter, also gasförmiger Kraftstoff,über ein Rohrsystem 7 zum Luft/Gasmischer 8 und über einen Ansaugstutzen 9 mit Drosselklappe 10 zu den Zylindern einer Brennkraftmaschine 11.
Der Kühlwasserkreislauf 12 der Brennkraftmaschine 11 mit einer Wasserpumpe 13t kann in an sich bekannter Weise mittels eines Thermostaten 14 temperaturabhängig über einen Fahrzeugkühler 15 geschaltet werden.
Im Kühlwasserkreislauf 12 ist zusätzlich ein Thermostatventil 16 vorgesehen, welches als 3/2-Wegeventil ausgebildet ist und den Kühlwasserkreislauf 12 derart umschalten kann, daß das Kühlwasser über eine Rohrleitung 17 zu einem Ab-
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gaswärmetauscher 18 geleitet werden kann, welcher dem Wärmetauscher 19 des Verdampfers k vorgeschaltet ist. Über eine vom Wärmetauscher 19 abgehende Leitung 20, in welcher ein Warmlauf-Thermostatventil 21 zwischengeschaltet ist, das wahlweise den Ansaugluftvorwärmer 23 oder eine diesen umgehende Leitung 22, 22f einschalten kann, die sich über eine Leitung 2k bis zur Wasserpumpe 13 der Brennkraftmaschine 11 fortsetzt.
Außer dem Kühlwasserkreislauf 12 ist noch ein zusätzlicher fremdbeheizter Wasserkreislauf 25 vorgesehen, in welchen die Rohrleitung 17 einmündet.
Das Wasser im Wasserkreislauf 25, z.B. durch eine elektrische Förderpumpe 26 gefördert und durch ein ' vorzugsweise mit demselben flüssigen Kraftstoff (Alkohol) beheiztes Fremdheizgerät 27 erwärmt, fließt gleichfalls durch den Abgaswärmetauscher 18, durch den Wärmetauscher 19 des Verdampfers k und durch die Leitung 20 zum zwischengeschalteten Warmlauf-Thermostatventil 21. Je nach Betriebstemperatur und Stellung des Warmlauf -Thermostatventils 21 kann das Wasser des fremdbeheizten Wasserkreislaufes 25 über den Ansaugluftvorwärmer 23 des Luft/ Gasmischers 8 oder über die Umgehungsleitung 22 und über die Leitung 28 zur Förderpumpe 26 zurückfließen, wo dieses wieder aufgeheizt und erneut, wie vorher beschrieben, umlaufen kann.
Der Schaltpunkt des Thermostatventils 16 liegt um einige Grad Celsius tiefer als der Schaltpunkt des Thermostaten 1k. Je nach Stellung des Thermostatventils 16 kann der Wasserkreislauf 25 und/oder der Kühlwasserkreislauf 12 den Abgaswärmetauscher 18 und den Wärmetauscher 19 des KraftstoffVerdampfers k durchfließen und folglich auch den Ansaugluftvorwärmer 23 aufheizen. Beim Erreichen der Verdampfer-Betriebstemperatur
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wird die Fremdheizung 27 durch einen Thermostatschalter 40 abgeschaltet.
Das Abgaswärmetauscher 18 ist so auszulegen, daß dem Kühlwasser mindestens soviel Wärme zugeführt wird, wie für die Kraftstoffverdampfung und Ansaugluftvorwärmung 23 benötigt wird. Dadurch kann das Fremdheizgerät 27 bereits unmittelbar nach dem Start der kalten Brennkraftmaschine abgeschaltet werden. Aufgrund der Abgascharakteristik regelt sich die Wärmezufuhr für den Verdampfer k selbsttätig. Es muß jedoch gewährleistet sein, daß, solange die Kühlwassertemperatur der Brennkraftmaschine unterhalb des Schaltwertes des Thermostatventils 16 liegt, die elektrische Wasserpumpe 26 in Betrieb bleibt. Abgaswärmetauscher 18 und Kraftstoff verdampf er k können eine bauliche Einheit bilden.
Der in der Fig. 2 dargestellte Abgas-Wärmetauscher 18 ist derart ausgebildet, daß dieser sowohl vom Abgas der Brennkraftmaschine, also über den Auspuff 29» als auch über die mit dem Fremdheizgerät 27 in Verbindung stehende Leitung beheizbar ist. Der am Verdampfer k (Fig. 1) vorgesehene Wärmetauscher 19 mündet in die Leitung 20.
Im Auspuff 29 ist eine Klappe JO in Verbindung mit einem Stellzylinder 31 so angeordnet, daß je nach Stellung der Klappe 30 die Auspuffgase über den Abgaswärmetauscher 18 oder aber unter Umgehung desselben direkt abgeleitet werden können. Der Stellzylinder 31 steht mit einem 3/2-Wegeventil 32 in Verbindung, welches als Schnappventil ausgebildet ist, das heißt, daß dieses stets eindeutige End-SchaltStellungen ausführt.
Dieses 3/2-Wegeventil wird elektrisch oder von einem Wachselement 33 in der Art betätigt, daß bei Überschreiten einer
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Grenztemperatür des Kühlwassers nach dem Verdampfer, die Klappe 30 geöffnet wird. Diese Grenztemperatur muß zwischen den Schaltwerten der Thermostatventile 13 und 16 liegen. Dadurch ist gewährleistet, daß bei betriebswarmer Brennkraftmaschine keine Wärmezufuhr über das Abgas erfolgt. Bei übermäßiger Wärmeentnahme jedoch - z.B. zur Wagenheizung - ist der Abgaswärmetauscher 18 wieder eingeschaltet und somit das für die Kraftstoffverdampfung erforderliche Temperaturniveau des Kühlwassers bei gleichzeitiger Entlastung des Fremdheizgerätes aufrechterhalten.
Das Fremdheizgerät 27 kann bei betriebswarmem Verdampfer durch den Thermostatschalter 40 (Fig. 1) abgeschaltet werden.
Am Austri;ο des verdampften Kraftstoffes aus dem Verdampfer 4 ist nach Fig. 1 in an sich bekannter Weise ein Druckregelventil 34 sowie ein Sicherheitsventil 35 vorgesehen.
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Claims (6)

  1. Daimler-Benz Aktiengesellschaft Daim 12 812/4
    Stuttgart-Untertürkheim 5. 10. 1979
    Ansprüche
    Mit Alkohol als Kraftstoff betriebene wassergekühlte Brennkraftmaschine, insbesondere für Nutzfahrzeuge, mit einem thermostatgesteuerten Kühlwasserkreislauf für die Brennkraftmaschine, enthaltend eine Wasserpumpe und Umschaltventile, mit einem vom Kühlwasserkreislauf beheizbaren Verdampfer für den Kraftstoff und mit einem ebenfalls vom Kühlwasserkreislauf beheizbaren Ansaugluftvorwärmer, ferner mit einem fremdbeheizten Wasserkreislauf mit eigener Förderpumpe und eigenem Umschaltventil, mit dem für sich oder gemeinsam mit dem Kühlwasserkreislauf ebenfalls der Verdampfer und der Ansaugluftvorwärmer beheizbar ist, dadurch gekennzeichnet , daß fluidisch-funktionell parallel zum Ansaugluftvorwärmer (23) eine sowohl dem Leitungssystem des Kühlwasserkreislaufes (12) als auch dem des fremdbeheizten Wasserkreislaufes (25) angehörende, den Ansaugluftvorwärmer (23) kurzschließende Umgehungsleitung (22, 22' bzw. 28) angeordnet ist, die durch ein Warmlauf-Thermostatventil (21) ein- oder umschaltbar ist.
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  2. 2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß in dem fremdbeheizten Wasserkreislauf (25) ein von den Abgasen der Brennkraftmaschine (11) wärmeaufnähmeseitig beheizter Abgaswärmetauscher (18) angeordnet ist.
  3. 3· Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Abgaswärmetauscher (18) Wärmeaufnahmeseitig außen vom fremdbeheizten Wasserkreislauf (25) in der gleichen Strömungsrichtung auch noch vom Kühlwasserkreislauf (12) durchströmbar ist.
  4. k. Brennkraftmaschine, nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet , daß innerhalb des Kühlwasserkreislaufes (12) eine sowohl den Abgaswärmetauscher (18) sowie den Ansaugluftvorwärmer (23) als auch den Verdampfer (k) überbrückende Umgehungsleitung (22, 22' bzw. 28) vorgesehen ist, die durch ein Warmlauf-Thermostatventil (21) ein- oder ausschaltbar ist.
  5. 5· Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis k, dadurch gekennzeichnet , daß wärmeaufnahmeseitig eine Abgasumgehungsleitung (29) vorgesehen ist, die durch eine thermostatgesteuerte Klappe (30) oder dgl. schaltbar ist.
  6. 6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Abgasumgehungsleitung (29) in Abhängigkeit von der Wassertemperatur zum Verdampfer (19) in der Weise geschaltet wird, daß bei zu hoher Wassertemperatur die Umgehungsleitung (29) ein- und bei zu niedriger Wassertemperatur wieder ausgeschaltet wird.
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