DE3422784C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schwer­ kraftstoffanlage für einen Verbrennungsmotor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs. Eine solche Schwerkraft­ stoffanlage ist aus der US-PS 39 73 524 bekannt.

Schwerkraftstoffanlagen dieser Art finden Verwendung in langsam- und schnellaufenden Verbrennungsmotoren, insbesondere Dieselmotoren, die auf Schiffen und in stationären Anlagen eingesetzt werden. Sie finden aber auch Anwendung in Kesselanlagen, die mit hochzähen Schwer­ kraftstoffen betrieben werden.

Anlagen der betrachteten Art bieten die Möglichkeit, anstelle teuren Dieselkraftstoffs in langsam- und schnel­ laufenden Schiffsmotoren Schwerkraftstoff niedriger Qualität einzusetzen, ohne daß die Wirtschaftlichkeit und die Betriebszuverlässigkeit der Dieselmotoren infolge Verzögerung der Gemischbildungs- und Verbrennungspro­ zesse in Frage gestellt ist.

Bei der bekannten Ausbildung wird der Schwerkraftstoff in den Raum zwischen den Zylindern und dem Zylinderblock eingespritzt und wirkt dort als Kühlmittel, wobei es zu Krackvorgängen kommt. Der so behandelte Kraftstoff gelangt über ein Ventil zu einem Vergaser, der das Luft- Kraftstoff-Gemisch in üblicher Weise aufbereitet, wobei das Ventil zum Zumischen oder zur ausschließlichen Zu­ leitung von üblichem Benzin während des Anlassens und des Warmlaufens des Motors dient.

Um die richtigen Temperaturbedingungen für die gewünschten Vorgänge aufrechtzuerhalten, ist ein Kühlkreislauf vor­ gesehen, über den dem Zylinderblock Kraftstoff entnommen und nach Durchlaufen von bimetallgesteuerten Ventilen und einem Kühler wieder in den Zylinderblock rückgeführt wird. Eine Kühlung des behandelten Kraftstoffs auf dem Weg zum Vergaser findet nicht statt.

Bei der bekannten Ausbildung ist die Temperatur des zur Verbrennung in den Zylindern gelangenden Kraftstoffs kaum unter Kontrolle. Der Kraftstoff spaltet sich durch die Krackvorgänge in eine flüssige und eine gasförmige Phase, was bei der Gemischaufbereitung im Vergaser eines Ottomotors noch angehen mag, bei Dieselmotoren jedoch die Funktionsfähigkeit der Einspritzpumpen in Frage stellen würde. Die bekannte Ausbildung ist demgemäß auch nur für Ottomotoren gedacht und wäre für Diesel­ motore nicht anwendbar.

Dabei ist von Bedeutung, daß beim Kracken Temperaturen erreicht werden, die oberhalb der kritischen Temperaturen der beteiligten Kohlenwasserstoffe liegen, so daß eine Kondensation der gasförmigen Phase nicht stattfinden kann.

Hinzu kommen die Nachteile, die mit den hohen Tempera­ turen verbunden sind, auf die der Kraftstoff bei seinem direkten Aufspritzen auf die Motorzylinder aufgeheizt wird. Bei einem Dieselmotor muß die Temperatur in der Reaktionskammer oberhalb von 680 K liegen. Da diese Temperatur nicht wesentlich absinkt, würde bei der Ver­ wendung in einem Dieselmotor wegen der sich bildenden festen Ablagerungen die Funktionsfähigkeit der Präzisions­ mechanismen der Einspritzpumpe in Frage gestellt; eben­ so die der Einspritzdüsen, deren Öffnungen zum Verkoken neigen würden.

Insgesamt ist mit der bekannten Ausbildung also kein stabiler Betrieb des Motors zu erzielen; es kann sogar zum völligen Erliegen der Kraftstoffzufuhr in die Zylinder eines Dieselmotors kommen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schwer­ kraftstoffanlage für einen Verbrennungsmotor hoher Be­ triebszuverlässigkeit und präziser Regelbarkeit zu schaffen, wobei diese Eigenschaften vor allem auch bei Verwendung in einem Dieselmotor aufscheinen sollen.

Ausgehend von der oberbegrifflich vorausgesetzten be­ kannten Ausbildung wird die gestellte Aufgabe erfindungs­ gemäß gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs genannten Merkmale.

Durch die erfindungsgemäße Ausführung der Schwerkraft­ stoffanlage für einen Verbrennungsmotor wird die Wirt­ schaftlichkeit und Betriebszuverlässigkeit auch bei weit geschnittener Fraktionszusammensetzung des schweren Ausgangskraftstoffes und Verringerung seiner Viskosität verbessert. Dies wird durch eine Senkung der Verdampfungs­ temperatur des in den Zylinder zugeführten Ausgangskraft­ stoffs erreicht. Die Verdampfungstemperatur des Kraft­ stoffs wird dadurch erniedrigt, daß die kondensierten Leichtfraktionen des Kraftstoffs, die bei dessen Kracken im Reaktionsraum entstehen, mit dem thermisch behandel­ ten Kraftstoff vor der Zufuhr in den Motorzylinder ver­ mischt werden.

Eine Verbesserung der Wirtschaftlichkeit ergibt sich auch aus der Rückgewinnung der Wärme, die für die Auf­ heizung des in die Reaktionskammer geförderten kalten Kraftstoffs aufgewendet wird.

Die Einrichtung zur Trennung der Dampfphase des Kraft­ stoffs von der Flüssigkeitsphase, in der ein Kühler angeordnet ist, gewährleistet die Kondensation der leichten Kraftstofffraktionen, die beim Kracken des Aus­ gangskraftstoffs entstehen, sowie deren Vermischen mit dem thermisch behandelten Kraftstoff vor der Zufuhr in den Zylinder.

Die Zuverlässigkeit der Schwerkraftstoffanlage ist dadurch verbessert, daß die Umwälzpumpe und die Hochdruck­ pumpe bei gemäßigten Temperaturen von 80 bis 100°C be­ trieben werden.

Durch die erfindungsgemäße Schwerkraftstoffanlage für einen Dieselmotor mit 250 PS bei einem durchschnittlichen Effektivdruck von 21 MPa und einer Drehzahl von 10 s^-1 unter Einsatz von Schweröl mit einer Viskosität von 165 cST bei 50°C wurde die Temperatur des Verdampfungsbe­ ginns des Schweröls auf ca. 110°C und die Viskosität auf 33 cST bei 50°C gesenkt, wodurch die Wirtschaftlich­ keit des Dieselmotors um ca. 6 g/PSh verbessert und die Temperatur der Abgase von 530°C auf 490°C gesenkt wurde.

Die Erfindung wird durch die nachstehende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeich­ nung weiter erläutert. In der Zeichnung ist eine Schwer­ kraftstoffanlage für einen Dieselmotor schematisch dar­ gestellt.

Die Schwerkraftstoffanlage für einen Dieselmotor, bei­ spielsweise zur Förderung von Schweröl mit einer Viskosi­ tät von 165 cST bei 50°C, hat einen Kraftstofftank 1, der über eine Förderungspumpe 2 durch eine Leitung 3 für kalten Kraftstoff mit dem ersten Eintritt eines Regenerators 4 verbunden ist. Der erste Austritt des Regenerators 4 ist über eine Leitung 5 für das vorge­ wärmte Schweröl mit einer Reaktionskammer 6 verbunden, in der das Kracken des Schweröls unter Bildung eines Dampfflüssigkeitsgemisches erfolgt.

Die Reaktionskammer 6 hat einen elektrischen Aufheizer 7, der mit einem Temperaturregler 8 in Verbindung steht, und ist über eine Leitung 9 für das Dampfflüssigkeits­ gemisch mit dem zweiten Eintritt des Regenerators 4 verbunden. Der zweite Austritt des Regenerators 4 ist über eine Leitung 10 für das Dampfflüssigkeitsgemisch mit einer Einrichtung 11 zur Trennung der Dampfphase des Kraftstoffs von der Flüssigkeitsphase verbunden.

In der Phasentrenneinrichtung 11 befindet sich ein Kühler 12 zur Kondensation der Dampfphase des Kraft­ stoffs unter Bildung einer Flüssigkeitsphase des Schwer­ öls. Aus dem ersten Austritt der Einrichtung 11 wird die Flüssigkeitsphase des Schweröls durch eine Leitung 13 über ein Filter 14 zu einer Hochdruckpumpe 15 und aus dem zweiten Austritt der Einrichtung 11 durch eine Abzweigleitung 16 zu einer Umwälzpumpe 17 und durch eine Leitung 18 ebenfalls über das Filter 14 zur Hoch­ druckpumpe 15 geleitet. Die Umwälzpumpe 17 ist über eine Leitung 19 mit der Kaltkraftstoffleitung 3 verbunden.

Der Betrieb der beschriebenen Schwerölanlage für einen Dieselmotor verläuft wie folgt:

Das im Kraftstofftank 1 auf ca. 50 bis 60°C vorge­ wärmte Schweröl wird von der Pumpe 2 durch die Leitung 3 in den Regenerator 4 gepumpt, wo es durch die Wärme der Schwerölkrackprodukte auf eine Temperatur von ca. 250 bis 300°C vorgewärmt wird. Aus dem Regenerator 4 gelangt das erwärmte Schweröl durch die Leitung 5 in die Reaktionskammer 6 mit dem elektrischen Vorwärmer 7, wo es auf eine Temperatur von 420 bis 450°C erwärmt wird, bei der das Kracken des Schweröls erfolgt. Durch den Temperaturregler 8 wird eine für das Schwerölkracken erforderliche Temperatur unterhalten. Dabei verdampfen die leichten Schwerölfraktionen. Aus der Reaktions­ kammer 6 tritt das Dampfflüssigkeitsgemisch des Kraft­ stoffs mit einer Temperatur von ca. 420 bis 450°C durch die Leitung 9 in den Regenerator 4 ein, wo es die Wärme an das kalte Schweröl abgibt. Die teilweise Kondensation der Dämpfe der leichten Schwerölfraktionen beginnt im Regenerator 4. Aus dem Regenerator 4 tritt das Dampf­ flüssigkeitsgemisch des Kraftstoffs mit einer Temperatur von ca. 180 bis 200°C durch die Leitung 10 in die Ein­ richtung 11 ein, wo die Dampfphase des Kraftstoffs von der Flüssigkeitsphase getrennt wird. Der in der Ein­ richtung 11 vorgesehene Kühler 12 bewirkt die endgültige Kondensation der Dämpfe der leichten Kraftstofffraktion und die Abkühlung der Flüssigkeitsphase des Schweröls auf eine Temperatur von 90 bis 110°C, bei der das thermisch behandelte Schweröl die für die Einspritzung in den Motorzylinder erforderliche Viskosität besitzt. Die gekühlte Flüssigkeitsphase des Schweröls tritt durch die Leitung 18 über das Filter 14 in die Hochdruckpumpe 15 ein. Die mit der Flüssigkeitsphase des thermisch be­ handelten Schweröls vermischten kondensierten Leicht­ fraktionen mit einer Temperatur von ca. 90 bis 110°C treten durch die Leitung 13 über das Filter 14 in die Hochdruckpumpe 15 ein.

Um Ablagerungen in der Reaktionskammer 6 während des Krackens des Schwerkraftstoffs zu verhindern, ist die Umwälzpumpe 17 vorgesehen, durch die die erforderliche Fließgeschwindigkeit des Schweröls in der Reaktions­ kammer 6 und dem Regenerator 4 vorgegeben wird. Das Schwer­ öl zirkuliert in den Leitungen 16, 19, 3, 5, 9 und 10.

Die beschriebene Schwerkraftstoffanlage für einen Ver­ brennungsmotor verbessert infolge einer Senkung der Temperatur des Verdampfungsbeginns des schweren Ausgangs­ kraftstoffs und einer Herabsetzung seiner Viskosität die Güte der Gemischbildung und der Verbrennung der Schwer­ kraftstoffe, wodurch im Ergebnis die Wirtschaftlichkeit des Motors erhöht wird. Wegen der Rückgewinnung der Wärme der Krackprodukte ist der Wirkungsgrad verbessert. Durch die Abkühlung der Krackprodukte auf eine Temperatur von ca. 90 bis 10°C im Kühler erhöht sich die Betriebszu­ verlässigkeit der Hochdruckpumpe und der Düsen. Die Schwerkraftstoffanlage ist dabei für unterschiedliche Klassen von Dieselmotoren geeignet, beispielsweise für Haupt- und Hilfsdieselmotore einer Schiffskraftanlage.

Claims (1)

1. Schwerkraftstoffanlage für einen Verbrennungsmotor mit einer Reaktionskammer (6) für das Kracken des Schwerkraftstoffs unter Bildung eines Dampfflüssig­ keitsgemisches,
   die mit einem Kraftstoffaufheizer (7) und einem Reg­ ler (8) zur Aufrechterhaltung der Temperatur der Krackprodukte ausgestattet ist,
   sowie mit einer Hochdruckpumpe (15), die mit dem Mo­ torzylinder verbunden ist,
   dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Reaktions­ kammer (6) und der Hochdruckpumpe (15) ein Regenera­ tor (4) und ein Kühler (12) zur Kondensation der Gas­ phase der Krackprodukte unter Bildung einer flüssigen Phase angeordnet sind,
   wobei der erste Eintritt des Regenerators (4) mit der Leitung (3) für den kalten Kraftstoff und sein erster Austritt durch eine Leitung (5) für den vorgewärmten Kraftstoff mit der Reaktionskammer (6) verbunden ist, die durch eine Leitung (9) für das Dampfflüssgkeits­ gemisch des Kraftstoffs mit dem zweiten Eintritt des Regenerators (4) verbunden ist,
   und wobei dessen zweiter Austritt durch eine Leitung (10) für das Dampfflüssigkeitsgemisch mit einer Ein­ richtung (11) für die Trennung der Kraftstoff-Dampf­ phase von der Flüssigkeitsphase verbunden ist, in der der Kühler (12) untergebracht ist, und die durch einen ersten Austritt für die Flüssigkeitsphase mit der Hoch­ druckpumpe (15) und durch einen zweiten Austritt für die Flüssigkeitsphase aus dem Kühler (12) mit der Hoch­ druckpumpe (15) und einen Abzweig (16) zu einer Umwälz­ pumpe (17) verbunden ist, die mit der Kaltkraftstoff­ leitung (3) des Regenerators (4) in Verbindung steht.