DE3538678A1

DE3538678A1 - Device for the heating of the fuel fed to a diesel engine

Info

Publication number: DE3538678A1
Application number: DE19853538678
Authority: DE
Inventors: Hans Schmitz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-10-31
Filing date: 1985-10-31
Publication date: 1987-05-07

Abstract

On the basis of low-power electrical heating devices assigned to fuel filters of diesel engines for motor vehicles, it is intended to provide a device which significantly increases the efficiency of the diesel engine and thereby reduces the fuel demand. This is achieved in that a heat exchanger is connected into the feedline to the injection pump of the diesel engine, which heat exchanger is advantageously in contact with the exhaust of the diesel engine, with its engine housing or with a compressed air line emerging from an air compressor and is capable of transmitting heat from these into the fuel. It is also possible to equip the heat exchanger with a second chamber, which is either provided with a neutral filling transmitting the heat or through which water from the cooling circuit flows in countercurrent, in order to achieve a significant heating of the fuel to temperatures advantageously in excess of 50 DEG C, not only in the cold months of the year but also in transitional periods.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung an einem Diesel motor für Kraftfahrzeuge zum Erwärmen des dessen Ein spritzpumpe zugeführten Kraftstoffs.The invention relates to a device on a diesel Motor for motor vehicles to heat its on injection pump supplied fuel.

Es ist bekannt, daß beim Betriebe eines durch einen Diesel motor getriebenen Kraftfahrzeuges, beispielsweise eines Last wagens, bei tiefen Temperaturen Schwierigkeiten bestehen, da die Gefahr besteht, daß der Dieselkraftstoff unter Einwirkung der tiefen Temperaturen zu einer gallertartigen Masse "ver sulzt". In den jeweiligen Betriebsanweisungen wird daher der Rat erteilt, dem Dieselkraftstoff Benzin in einem Verhältnis zuzusetzen, das mit Abfallen der Außentemperatur unter einen vorgegebenen Punkt ansteigt. Es ist allerdings auch schon vor geschlagen worden, zur Sicherung des Betriebes auch bei tiefen Temperaturen dem Gehäuse des üblicherweise verwendeten Kraft stoffilters eine elektrische Heizvorrichtung zuzuordnen, welche durch Anwärmen des Kraftstoffes die Transparenz des Kraft stoffilters für diesen Kraftstoff und damit die Versorgung des Dieselmotors sichert, da gerade die kleinen Poren des Filters beim Erhöhen der Konsistenz des Dieselkraftstoffes unter Einwirkung tiefer Temperaturen ihre Durchlässigkeit verlieren. Die hier erzielbaren Anhebungen der Temperatur jedoch halten sich in relativ geringen Grenzen, so daß zwar das Zusetzen des Filters unter Einwirkung niedriger Temperaturen unterbunden wird, weitere Wirkungen jedoch nicht erzielbar sind. Die vorliegende Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß es zwar im Winterbetrieb bei extrem niedrigen Tempera turen erforderlich ist, die steigende Viskosität des Kraft stoffes abzubauen. Sie geht jedoch von der Aufgabe aus, da rüber hinaus den Wirkungsgrad des Dieselmotores zu steigern, indem der ihm zugeführte Kraftstoff mittels relativ einfacher und wenig zusätzliche Kosten bedingender Mittel wesentlich weiter bis in Bereiche aufgeheizt wird, wie sie vielleicht im heißen Sommer und unter Einwirkung der Sonnenstrahlen auf treten könnten.It is known that when operating one by a diesel motor-driven motor vehicle, for example a load daring, difficulties exist at low temperatures because there is a risk that the diesel fuel is affected the low temperatures to a gelatinous mass "ver sulzt ". The respective operating instructions therefore include the Advice given to the diesel fuel gasoline in a ratio add that with a drop in the outside temperature below one predetermined point increases. However, it is already there has been struck to ensure operation even at low Temperatures the housing of the commonly used force Allocate an electric heating device which filter by heating the fuel the transparency of the power Stoffilters for this fuel and thus the supply of the diesel engine, because the small pores of the Filters to increase the consistency of diesel fuel their permeability under the influence of low temperatures to lose. The temperature increases that can be achieved here however, keep within relatively small limits, so that clogging the filter under the influence of low temperatures is prevented, but other effects cannot be achieved are. The present invention is based on the finding that that it is in winter operation at extremely low temperatures is required, the increasing viscosity of the force degrade. However, it starts from the task there beyond increasing the efficiency of the diesel engine, by using the fuel supplied to it relatively easily and little additional cost of funds continue to be heated up in areas, as they may be in the hot summer and under the influence of the sun's rays could kick.

Gelöst wird diese Aufgabe, indem in der Rohrleitung zwischen dem Kraftstofftank und der Einspritzpumpe des Dieselmotors ein vorzugsweise eine Durchlaufkammer aufweisender Wärmetauscher vorgesehen ist, der in Berührungskontakt mit dem Auspuff des Dieselmotors, mit dessen Motorgehäuse oder mit einer von einem Luftkompressor ausgehenden Druckluftleitung steht. Hierdurch werden deutliche Aufheizungen um nicht nur geringe Temperaturdifferenzen, sondern auch beispielsweise Temperaturen von 40 bis 70°C auch während kalter Frostperioden erreicht, und der derart aufgeheizte Kraftstoff sichert einen rentablen Betrieb des Dieselmotors mit hohem Wirkungsgrad desselben auch während kalter Frostnächte. Diese deutliche, starke Auf heizung betrifft nicht nur den von der Einspritzpumpe den Zylindern zugeführten Kraftstoff, auch der aus der Einspritz pumpe rücklaufende Kraftstoff ist trotz Abkühlen der Leitungen unter Einwirkung des Fahrtwindes beim Erreichen des Rücklauf anschlusses des Kraftstofftanks noch so hoch, daß auch die Temperatur des im Kraftstofftank befindlichen Kraftstoffes angehoben wird und somit auch dessen Versulzen ebenso unter bunden wird, wie erreicht wird, daß den Vorwärmer der Kraft stoff nicht völlig ausgekühlt erreicht.This task is solved by placing in the pipeline between the fuel tank and the injection pump of the diesel engine a heat exchanger preferably having a flow chamber is provided, which is in contact with the exhaust of the Diesel engine, with its engine case or with one of an air compressor outgoing compressed air line. As a result, significant heating up is not just a minor Temperature differences, but also, for example, temperatures from 40 to 70 ° C even during cold frost periods, and the fuel so heated ensures a profitable one Operation of the diesel engine with high efficiency of the same even during cold frosty nights. This clear, strong up heating affects not only that of the injection pump Fuel supplied to cylinders, including fuel from the injection pump returning fuel is despite the lines cooling under the influence of the wind when reaching the return connection of the fuel tank so high that the Temperature of the fuel in the fuel tank is raised and thus its staining also under tied is how the preheater of power is achieved fabric not fully cooled.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Advantageous further developments are in the subclaims remove.

Im einzelnen sind die Merkmale der Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit dieses darstellen den Zeichnungen erläutert. Es zeigt hierbei:In detail, the features of the invention are based on a Represent embodiment in connection with this the drawings explained. It shows:

Fig. 1 schematisch einen Dieselmotor inklusive einige seiner Zusatzaggregate und eines Vorwärmers in zwei unterschiedlichen seiner möglichen Positionen und Fig. 1 shows schematically a diesel engine including some of its additional units and a preheater in two different of its possible positions and

Fig. 2 schematisch den Aufbau eines Vorwärmers. Fig. 2 shows schematically the structure of a preheater.

In der Fig. 1 ist schematisch ein Dieselmotor 1 angedeutet, dessen den Zylindern zugeordnete Düsen durch eine Einspritz pumpe 2 gespeist werden, die mittels eines Vorlaufes 3 aus dem Kraftstofftank 4 über eine Kraftstoffpumpe 5 sowie ein Kraftstoffilter 6 versorgt wird. Der überschüssige Kraftstoff wird über eine Rücklaufleitung 7 dem Rücklauf 8 des Kraft stofftanks 4 zugeführt. Dem Dieselmotor 1 ist ein Auspuff 9 zugeordnet, und ein Kompressor 10 komprimiert Luft, die als Druckluft über eine Druckluftleitung 11 einem Luftkessel 12 zugeführt wird.In Fig. 1, a diesel engine 1 is indicated schematically, the nozzles assigned to the cylinders are fed by an injection pump 2, which is supplied by means of a flow 3 from the fuel tank 4 via a fuel pump 5 and a fuel filter 6 . The excess fuel is fed via a return line 7 to the return 8 of the fuel tank 4 . An exhaust 9 is assigned to the diesel engine 1 , and a compressor 10 compresses air, which is supplied as compressed air to an air boiler 12 via a compressed air line 11 .

Wie die Figur zeigt, ist mit dem Auspuff 9 vermittels von Schlauchschellen 13 ein Vorwärmer 14 verbunden, dessen Zulauf 15 mit dem Vorlauf 3 des Kraftstofftanks 4 zu verbinden ist, und dessen Ablauf 16 nach Fig. 1 zur Kraftstoffpumpe 5 führt.As the figure shows, a preheater 14 is connected to the exhaust 9 by means of hose clamps 13 , the inlet 15 of which is to be connected to the inlet 3 of the fuel tank 4 , and the outlet 16 of FIG. 1 leads to the fuel pump 5 .

Im Betriebe des Dieselmotores beheizen dessen Abgase den Aus puff 9, und von dessen Mantel tritt Wärme auf den mindestens entlang von Mantellinien mit diesem in direktem Kontakt ste henden Vorwärmer 14 über und erhitzt den den Vorwärmer 14 durchfließenden Kraftstoff. Damit saugt die Kraftstoffpumpe 5 Kraftstoff aus dem Vorlauf 3 des Kraftstofftankes 4 über den zwischengeschalteten Vorwärmer 14 an und gibt den in diesem aufgeheizten Kraftstoff mit deutlich erhöhter Temperatur auf den reinigenden Kraftstoffilter 6, von dem aus der be heizte Kraftstoff die Einspritzpumpe 2 erreicht. Der über schüssige, nicht eingespritzte Kraftstoff wird in Pfeilrichtung 18 über die unterbrochen dargestellte Rücklaufleitung 7 abge führt und erreicht in Richtung des Pfeiles 19 über den Rücklauf 8 den Kraftstofftank 4. Der aufgeheizte rücklaufende Kraft stoff mischt sich hier mit dem im Kraftstofftank 4 befindlichen, zunächst kalten Kraftstoff und heizt ihn hierdurch auf, so daß die Gefahr des sogenannten Versulzens auch hier im Kraftstoff tank nicht besteht und der anschließend unter Einwirkung der Kraftstoffpumpe 5 den Vorlauf 3 in Pfeilrichtung 17 verlassende und dem Zulauf 15 zugeführte Kraftstoff den Vorwärmer 14 be reits geringfügig vorgeheizt erreicht.In operation of the diesel engine, its exhaust gases heat the puff 9 , and from its jacket, heat passes onto the preheater 14, which is in direct contact at least along jacket lines, and heats the fuel flowing through the preheater 14 . Thus, the fuel pump 5 sucks fuel from the flow 3 of the fuel tank 4 through the intermediate preheater 14 and gives the fuel heated in this at a significantly elevated temperature to the cleaning fuel filter 6 , from which the fuel to be injected reaches the injection pump 2 . The excess, not injected fuel is abge leads in the direction of arrow 18 via the return line 7 shown interrupted and reaches the fuel tank 4 in the direction of arrow 19 via the return 8 . The heated returning fuel mixes here with the initially cold fuel in the fuel tank 4 and heats it up so that the risk of so-called staining does not exist here in the fuel tank and then the flow 3 in the action of the fuel pump 5 Direction of arrow 17 and the supply 15 fuel reaches the preheater 14 already slightly preheated.

Die Nutzung der Motorwärme ist nicht nur auf die Nutzung der Auspuffwärme beschränkt. Beim Arbeiten des Kompressors 10 erhitzt sich die verdichtete Luft adiabatisch und erreicht damit aufgeheizt über die Druckluftleitung 11 den speichern den Luftkessel 12. Es ist nun möglich, Vorwärmer entweder direkt mit dem Motorblock in Verbindung zu bringen oder aber beispiels weise, ebenfalls vermittels von Schlauchschellen, mit der durch die Druckluft aufgeheizten Druckluftleitung 11 zu verbin den. Auch hier geht Wärme entlang von Mantellinien von der Druckluftleitung 11 in den Vorwärmer 20 über, der an Stelle des Vorwärmers 14 in den Kraftstoffkreislauf eingeschaltet sein kann. Darüber hinaus ist es möglich, mehrere Vorwärmer, ggf. an unter schiedlichen Kontaktstellen angeordnet, vorzusehen, die entweder parallel vom Kraftstoff durchflossen werden oder aber in Serie, also hintereinander, von ihm durchsetzt werden.The use of engine heat is not just limited to the use of exhaust heat. When the compressor 10 is working, the compressed air heats up adiabatically and thus reaches the air tank 12 when heated via the compressed air line 11 . It is now possible to either connect preheaters directly to the engine block or, for example, also by means of hose clamps, to connect to the compressed air line 11 heated by the compressed air. Here, too, heat passes along jacket lines from the compressed air line 11 into the preheater 20 , which can be switched on in the fuel circuit instead of the preheater 14 . In addition, it is possible to provide a plurality of preheaters, possibly arranged at different contact points, which are either flowed through in parallel by the fuel or are passed through in series, that is to say one after the other.

Bei abgesunkenen Temperaturen erweist es sich als zweckmäßig, den bzw. die Vorwärmer voll auszunutzen. In der Übergangszeit und der warmen Jahreszeit jedoch ist es nicht zweckmäßig, auf höhere Leistungen bemessene Vorwärmer dauernd mitlaufen zu lassen. Sie lassen sich durch ihren Zuläufen zugeordnete Ventile gegenüber der Kraftstoffleitung absperren und/oder überbrücken, und im Falle des Absperrens kann zusätzlich ein weiteres Ven til zum Entleeren des Vorwärmers vorgesehen sein. Insbesondere mittels eines parallel vorgesehenen Ventiles läßt sich auch die jeweilige Heizleistung einstellen, steuern oder als Stell glied einer Regelanordnung verwenden, so daß bei unterschied lichen Einsatzbedingungen Aufheizungen des Kraftstoffes auf eine konstante Temperatur möglich sind. Im einfachsten Falle werden der Zulauf 15 und der Ablauf 16 durch ein einstellbares und auch in Zwischenstellungen arretierbares Ventil überbrückt, das sich jeweils nach der Außentemperatur, ggf. in Abhängigkeit von der erreichten Motortemperatur, einstellen und ggf. vom Armaturenbrett aus ferneinstellen läßt. Gegebenenfalls lassen sich auch im Falle des Vorliegens mehrerer Vorwärmer diese jeweils insgesamt stufenweise oder durch Zwischenstellungen feinstufig zu- bzw. abschalten.When the temperature drops, it proves expedient to make full use of the preheater (s). In the transition period and the warm season, however, it is not advisable to keep the preheater rated for higher outputs running continuously. They can be shut off and / or bridged by their inlets associated valves with respect to the fuel line, and in the case of shutting off, a further valve can also be provided for emptying the preheater. In particular, by means of a valve provided in parallel, the respective heating output can also be set, controlled or used as an actuator of a control arrangement, so that heating of the fuel to a constant temperature is possible in different operating conditions. In the simplest case, the inlet 15 and the outlet 16 are bridged by an adjustable valve which can also be locked in intermediate positions, which can be adjusted according to the outside temperature, possibly depending on the engine temperature reached, and if necessary adjusted remotely from the dashboard. If necessary, even in the presence of several preheaters, these can be switched on or off altogether in stages or through intermediate positions.

Eine einfache, stabile und leicht herstellbare Ausbildung eines Vorwärmers ist anhand der Fig. 2 erläutert. Die beiden den Vorwärmer darstellenden Rohre 21 und 22 sind jeweils beidendig durch Drück- und/oder Rollvorgänge innerhalb konischer Über gangsbereiche 23 bis 26 auf einen geringeren Durchmesser ge bracht, nämlich den des Zulaufes 27, des die beiden Rohre verbindenden Übergangsbügels 28 und den des Ablaufes 29. Das freie Ende des einstückig mit dem Rohr 21 erstellten Über gangsbügels 28 ist mit dem freien Ende des konischen Über gangsbereiches 25 des Rohres 22 nach Anbiegen des Übergangs bügels durch Löten, Hartlöten oder Schweißen verbunden. Anderer seits kann der gesamte Vorwärmer einstückig ausgeführt sein oder aber aus einer größeren Anzahl einzelner Teile zusammen gestellt sein.A simple, stable and easy to manufacture design of a preheater is explained with reference to FIG. 2. The two tubes 21 and 22 representing the preheater are each brought to a smaller diameter at both ends by pressing and / or rolling processes within conical transition areas 23 to 26 , namely that of the inlet 27 , the connecting bracket 28 connecting the two tubes and that of the outlet 29 . The free end of the one piece with the tube 21 on the transition bracket 28 is connected to the free end of the conical transition area 25 of the tube 22 after bending the transition bracket by soldering, brazing or welding. On the other hand, the entire preheater can be made in one piece or can be composed of a larger number of individual parts.

Um völlig sicher zu vermeiden, daß Dieselkraftstoff mit heißen Teilen des Motors bzw. Auspuffs in Kontakt zu geraten vermag, kann es sich auch empfehlen, den Vorwärmer doppelwandig aus zuführen und den Zwischenraum zwischen den Wandungen mit einer neutralen, wärmeleitenden Füllung auszustatten, beispielsweise mit Wasser anzufüllen. Darüber hinaus ist es zur Erhöhung der Sicherheit möglich, die Verläßlichkeit weiterhin zu stei gern, indem die Füllung des Zwischenraumes mittels eines Indikators überwacht wird. So kann bspw. die Füllung mit einem höher gelegenen Vorrats- und Ausgleichsgefäß verbunden sein, und der in Höhe des Vorwärmers auftretende Druck wird überwacht. In gleicher Weise kann auch im Bedarfsfalle, ggf. durch ein Druckminderventil reduziert, der Druck des Vorrats behälters 12 auf die Wassersäule einwirken. Auch andere Füllungen sind möglich, insbesondere wenn diese nicht entzündbar sind, die Wärme gut leiten und möglichst auch mittels eines Indikators überwachbar sind. Schließlich besteht weiterhin die Möglich keit, den auftretenden Zwischenraum durch eine entsprechende Differenz der Radien der inneren und der äußeren Hülle größer zu gestalten und den Vorwärmer als Zweikammer-Wärmetauscher auszubilden, dessen einer Raum, beispielsweise der zentrale, vom Kraftstoff durchsetzt wird, während der äußere Ringraum im Gegenstrom vom Kühlwasser, Heizungswasser oder dergleichen des Motors durchflossen wird. Auch hier ist eine Kombination möglich, um einerseits bereits mit dem Inbetriebsetzen des Fahr zeuges, beispielsweise vom Auspuff her, eine Aufwärmung zu be wirken, während nach längerem Betriebe die Vorwärmung vom auf geheizten Kühl- bzw. Heizungswasser aus bewirkt wird, wobei gleichzeitig eine Einregelung der Temperatur durch entsprechende vorgeordnete Thermostaten leicht durchführbar ist.In order to completely avoid that diesel fuel can come into contact with hot parts of the engine or exhaust pipe, it can also be advisable to design the preheater with double walls and to provide the gap between the walls with a neutral, heat-conducting filling, e.g. with water to fill up. In addition, in order to increase security, it is possible to further increase reliability by monitoring the filling of the intermediate space using an indicator. For example, the filling can be connected to a higher-level storage and expansion tank, and the pressure that occurs at the level of the preheater is monitored. In the same way, the pressure of the reservoir 12 can act on the water column, if necessary, possibly reduced by a pressure reducing valve. Other fillings are also possible, in particular if these are not flammable, conduct heat well and, if possible, can also be monitored by means of an indicator. Finally, there is still the possibility to make the space between them larger by a corresponding difference in the radii of the inner and outer shells and to design the preheater as a two-chamber heat exchanger, one space, for example the central one, with fuel passing through it, while the outer Cooling water, heating water or the like of the motor flows through the annular space in countercurrent. Here, too, a combination is possible, on the one hand, with the start-up of the vehicle, for example from the exhaust, to cause a warm-up, while after long periods of operation the preheating is effected from the heated cooling or heating water, with simultaneous regulation the temperature can be easily carried out by appropriate upstream thermostats.

In jedem Falle wird nicht nur eine leichte Anhebung der Tem peratur des Dieselkraftstoffes erreicht, welche nur die unter Einwirkung tiefer Temperaturen erfolgte Umwandlung des Kraft stoffes in eine nicht mehr förderfähige, gallertartige Masse zu unterbinden vermag; durch die deutliche starke Aufheizung wird auch der Wirkungsgrad des mit einer solchen Vorwärmung ausgestatteten Dieselmotors deutlich erhöht und somit der Kraftstoffverbrauch vorteilhaft abgesenkt und ein wirtschaft liches Arbeiten bei unterschiedlichen Außentemperaturen ge sichert.In any case, not only a slight increase in the tem reached the temperature of the diesel fuel, which only the below Exposure to low temperatures resulted in conversion of the force into a no longer eligible, gelatinous mass able to prevent; due to the significant strong heating will also be the efficiency of using such preheating equipped diesel engine significantly increased and thus the Fuel consumption advantageously reduced and an economy working at different outside temperatures backs up.

Claims

1.Device on a diesel engine for motor vehicles for heating the fuel supplied to its injection pump, characterized by a heat exchanger having a flow chamber which is switched on in the pipeline between its fuel tank ( 4 ) and its injection pump ( 2 ) and which is in contact with the exhaust ( 9 ) of the diesel engine, the engine housing or with an air compressor ( 10 ) outgoing compressed air line ( 11 ) is provided.

2. Device according to claim 1, characterized in that the heat exchanger as two single-ended with an inlet ( 15 , 27 ) or outlet ( 16 , 29 ) equipped, parallel, at their free ends bow-like ( 28 ) connected pipes ( 21 , 22nd ) preheater ( 14 , 20 , Fig. 2) is formed.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the heat exchanger or preheater ( 14 , 20 ) by means of this looping hose clamps ( 13 ) with the exhaust ( 9 ) or the compressed air line ( 11 ) is connected.

4. Apparatus according to claim 2 or 3, characterized in that the inlet ( 27 ), the transition bracket ( 28 ) and / or the outlet ( 29 ) to form conical transition areas ( 23 to 26 ) at both ends of the tubes ( 21 , 22nd ) are pressed or rolled on.

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the preheater ( 14 , 20 ) is double-walled and the space between the walls is provided with a neutral, thermally conductive filling.

6. The device according to claim 5, characterized, that the space between the walls of the preheater connected to an indicator monitoring its filling is.

7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the inlet ( 15 , 27 ) and the outlet ( 16 , 29 ) of the pre-heater ( 14 , 20 ) are bridged by an adjustable and / or controllable valve.

8. Device according to one of claims 5 to 7, characterized, that the heat exchanger has two chambers, one of which of fuel and their other in counterflow from the cooling or heating water is penetrated.