DE4123866C2 - Dieselvorwärmer für Motoren, insbesondere Fahrzeugmotoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Dieselvorwärmer für Motoren, insbes. Fahrzeugmotoren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bekannt sind elektrisch beheizte Dieselvorwärmer und solche, die das Kühlwasser, das Motoröl, das Abgas, den Motorblock selbst und ähnliche Wärmequellen zum Erwärmen des Kraft­ stoffs nutzen.

Nachteilig bei elektrischer Kraftstoff-Erwärmung ist der relativ große, langandauernde Stromverbrauch mit entspre­ chender Belastung der Batterie und des elektrischen Bord­ systems; und nachteilig bei der nichtelektrischen Aufhei­ zung mittels Wärmetauscher ist insbes. die träge Wirkung. Sie könnte zwar durch Überdimensionierung des Wärmetauschers verbessert werden, bringt dann aber oft den Nachteil mit sich, daß der Kraftstoff u. U. bis zur Dampfblasenbildung überhitzt werden kann.

Ursprünglich und hauptsächlich sollten Dieselvorwärmer die Paraffinierung des Dieselkraftstoffes bei niedrigen Tempera­ turen beseitigen und verhindern, um das Fließverhalten, insbes. durch das Kraftstoff-Filter, zu verbessern und da­ durch Start- und Kaltlaufschwierigkeiten des Motors zu ver­ meiden. Heute sollte ein Dieselvorwärmer zusätzlich noch weitere Aufgaben mit höheren, umweltschonenderen Anforderun­ gen erfüllen, indem er dazu beiträgt, die Kaltlaufzeit zu verkürzen, den Motorlauf zu verbessern und den Kraftstoffver­ brauch wie Schadstoffemissionen zu reduzieren. Zur Erfüllung aller dieser Forderungen wird mit der vorliegenden Erfindung eine schnelle, steil ansteigende Kraftstofferwärmung bis auf eine bestimmte Temperatur (von ca. 50-60°C) angestrebt und diese dann angenähert konstant gehalten, um für den Motorlauf rasch günstige, definierte Bedingungen zu schaffen und beizubehalten. Bekannte Dieselvorwärmer erfüllen die oben gestellten Forderungen nicht oder sie haben die Nachteile, kompliziert und teuer aufgebaut zu sein, viel Platz zu beanspruchen und wenig Anpassungsfähigkeit zu besitzen. Eine gute Anpassungsfähigkeit soll u. a. angestrebt werden, um mit wenigen Dieselvorwärmer-Größen eine universellere Verwendung für unterschiedliche Motoren zu erreichen.

Eine aus der EP 0 305 854 A2 bekannte Vorrichtung zum Erwärmen des bei Dieselfahrzeugen dem Motor zugeführten Dieselkraftstoffs enthält vor dem Dieselfilter einen die Kraftstoffleitung beheizenden Wärmetauscher, der für eine kontinuierliche Dieselerwärmung ohne zusätzlichen Energieaufwand vom warmen Motorkühlwasser durchflossen und beheizt ist, und einen am Dieselfilter angeordneten, das im Filtergehäuse enthaltene Filter- bzw. Kraftstoffvolumen direkt beheizenden Heizkörper, der gesteuert, zum Beispiel manuell nur bei Bedarf oder automatisch mit Hilfe eines Temperaturfühlers, bei Unterschreiten einer vorbestimmten Kraftstofftemperatur am Zulauf oder im Innern des Dieselfilters ein- und ausschaltbar ist. Die Steuerung der Temperatur des Dieselkraftstoffes arbeitet jedoch auch bei Verwenden des Temperaturfühlers verhältnismäßig schwerfällig, da das Aufheizen des Heizstabes Zeit beansprucht, so daß der Dieselkraftstoff nicht sofort die gewünschte Temperatur erhält.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die oben aufgestellten Forderungen nach schneller und günstiger Kraftstoff- Temperierung auf einfache, ökonomische, sowie zuverlässige Weise mit platz- und kostensparenden Vorwärmern zu erfüllen und bekannte Nachteile zu vermeiden. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Merkmale gelöst, die in gekennzeichne­ ten Teilen mehrerer Ansprüche enthalten sind. Durch die ge­ kennzeichneten Merkmale des Anspruchs 1 erfüllen einfache und kostengünstig herstellbare Bauelemente, die auf engem Raum unterbringbar sind, mehrere Funktionen. Hierbei dient und wirkt die Kraftstoff-Heizwendel gleichzeitig als Elektro­ magnet und das Ventil, oder besser sein Kolben, als Magnet­ anker. Weitere Merkmale der Erfindung enthält Anspruch 2 mit einer vorteilhaften Weiterbildung, bei der ebenfalls Bauele­ mente funktionsmäßig mehrfache Aufgaben erfüllen und dadurch erhebliche Kostenreduzierungen ermöglichen. Um eine einfache, günstige Anpassungsfähigkeit der beschriebenen Dieselvorwär­ mer an unterschiedliche Motoren oder an verschiedene klima­ tische Bedingungen zu ermöglichen und zusätzliche Vorteile wie Kosteneinsparungen durch Typenreduzierung und geringere Lagerhaltungskosten zu erreichen, sind Merkmale gemäß einer fortgesetzten Weiterbildung der Erfindung in den nachfolgen­ den Ansprüchen gekennzeichnet.

Die Vorteile der beschriebenen Dieselvorwärmer liegen einerseits in ihrer günstigen Funktion, durch die der Kraft­ stoff besonders schnell und ökonomisch temperiert wird, und andererseits in dem überraschend einfachen, wenig Platz beanspruchenden Aufbau, der Material- und Gewichtseinsparun­ gen sowie eine kostengünstige Herstellung ermöglicht. Die elektrische Kraftstoffheizung wirkt hilfsweise und automa­ tisch nur, wenn und solange sie bei niedrigen Temperaturen, z. B. bei einem Kaltstart, erforderlich ist. Sonst erfolgt die Kraftstofftemperierung durch den Wärmetauscher, der dazu z. B. die Kühlwassertemperatur nutzt. Eine unnötige, elektri­ sche Kraftstofferwärmung wird selbsttätig vermieden, indem die ansteigende Motor- bzw. Kühlwassertemperatur sofort zur Dieselvorwärmung beiträgt, um zunächst die elektrische Behei­ zung zu unterstützen und sie dann automatisch abzuschalten, wenn der Wärmetauscher allein die gewünschte Kraftstofftem­ peratur erreicht. Durch die mit den beschriebenen Diesel­ vorwärmern erreichbare rasche Temperaturerhöhung wird die Zündwilligkeit des Kraftstoffs schneller verbessert, was insbes. beim Kaltstart und während der Kaltlaufphase eines Motors vorteilhaft ist. Mit besserer Verbrennung und der Ver­ kürzung der Kaltlaufzeit sinken auch der Kraftstoffverbrauch und die Schadstoffemission. Selbst zur Reduzierung von Reib­ leistung, Verschleiß und dem während des Kaltlaufes ver­ stärkten Motorlaufgeräusch kann ein effektiver, schnell wir­ kender Dieselvorwärmer beitragen. Für den betriebswarmen Motor bringt der temperierte Kraftstoff mit entsprechend gleichmäßigerer Dichte definiertere Voraussetzungen für optimalere Einspritzung, Verbrennung und Energieumsetzung. Weitere Vorteile zeigt die folgende Beschreibung auf.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von in Zeichnun­ gen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 eine Gesamtansicht eines Dieselvorwärmers mit einem Wärmetauscher und einem Teilschnitt durch seine elek­ trische Heizungs- und Steuervorrichtung,

Fig. 1a ein schlangenförmiges Kanalsystem, das vom Wärmetau­ scher gemäß Fig. 1 abgewickelt und in Umfangsrichtung verkürzt dargestellt ist,

Fig. 2 einen Schnitt durch eine weitere elektrische Heiz- und Regelvorrichtung z. B. für einen Dieselvorwärmer gemäß Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt durch einen Dieselvorwärmer mit einem ins wärmeabgebenden Medium eintauchbaren Wärmetau­ scher und mit einer elektrischen Heizungs- und Steu­ ervorrichtung,

Fig. 4 einen Dieselvorwärmer mit einem eintauchbaren und regulierbaren Wärmetauscher,

Fig. 5 einen zur variablen Wärmeübertragung verstell- und regulierbaren Dieselvorwärmer,

Fig. 5a einen Teilschnitt A-B am Dieselvorwärmer gemäß Fig. 5,

Fig. 6 einen regulierbaren Dieselvorwärmer mit Hülsenschieber,

Fig. 6a einen Teilschnitt C-D zu Fig. 6,

Fig. 7 einen regulierbaren Dieselvorwärmer mit Drehschieber,

Fig. 7a eine Teilansicht von rechts zu Fig. 7.

Die Fig. 1 zeigt die Gesamtansicht eines Dieselvorwär­ mers 1, der zum Teil geschnitten dargestellt ist und der z. B. eine birnenförmige Seitenansicht besitzt (ähnlich wie das Gehäuse 74 von Fig. 6a). Ein (Alu-) Rohr 2, das beispiels­ weise in den Kühlwasserkreislauf eines Dieselmotors einge­ schaltet ist, und vom Kühlwasser durchströmt wird, dient als Wärmetauscher 6 und besitzt an seinem äußeren Umfang ein Kanalsystem 4 für den zu erwärmenden Kraftstoff. Das Rohr 2, das ebenso an seinem inneren Umfang zur besseren Wärmeüber­ tragung mit Rippen (nicht gezeichnet) versehen sein kann, wird in den Kühlwasserkreislauf eingeschaltet, indem z. B. die Kühlwasser-Schlauchenden auf die Rohrenden aufgesteckt und mittels Schellen befestigt werden. Es kann aber auch ein Rohrende des Wärmetauschers 6 einseitig fest am Motor angeflanscht und dann der Kühlwasserschlauch am anderen, freien Rohrende angeschlossen werden. Das am Umfang des Rohres 2 gebildete Kanalsystem 4 kann beliebig geformt und z. B. durch Rippen 5 gebildet sein. Es ist beiderseitig durch ringförmige Scheiben 3 begrenzt und z. B. mittels Man­ schetten abgedichtet. Schematisch und verkleinert ist das Kanalsystem 4 in Fig. 1 zur besseren Übersicht durch ein schlangenförmiges Rohr 6 mit der Zuleitung 7 und den Ablei­ tungen 8 und 9 dargestellt. Darüber befinden sich an einem besonders ausgebildeten 3/2-Wegeventil 22 die dementspre­ chenden Leitungsanschlüsse 7, 8 und 9 für das Kanalsystem 4, das in Fig. 1a konkret gezeigt ist. Das Umschalt- oder Wege­ ventil 22 befindet sich an einer Heizkammer 12. An den Rohr­ anschluß 7 wird die Kraftstoff-Zuleitung angeschlossen, die, bekanntlich meistens über eine Kraftstoff-Vorförderpumpe, vom Tank her kommt; und der gegenüberliegende Rohranschluß 10 wird mit der Abflußleitung verbunden, die den Kraftstoff über ein Filter der Einspritzpumpe zuführt. Neben dem Wege­ ventil 22 befindet sich in der Heizkammer 12 eine elektri­ sche Heizwendel 17, die z. B. einlagig aus relativ dickem Widerstandsdraht frei gewickelt sein kann. Die rohrförmig ausgebildete Heizwendel 17 ist durch eine elektrisch und elektromagnetisch leitfähige Buchse 16, die z. B. aus ferro­ magnetischem Werkstoff (Eisen) besteht, mit einem am Aus­ gang der Heizkammer 12 eingebauten PTC-Heizelement 15 ver­ bunden und hintereinandergeschaltet. Das PTC-Heizelement 15 ist z. B. durch Metall-Scheiben oder -Belege stirnseitig kontaktiert und auf der linken Seite durch eine Metall- Buchse 13 und eine Kontaktschraube 14 mit dem Gehäuse des Dieselvorwärmers 1 bzw. mit der Minus- oder Masseleitung der (Fahrzeug-) Batterie 24 verbunden. Das rechte Ende der Heizwendel 17 ist durch eine Buchse 19 elektrisch isoliert und über einen leitfähigen Ringkontakt 18 mit dem vom Gehäuse isolierten Pluspol 26 verbunden. Das PTC-Heizele­ ment 15 ist zweckmäßigerweise mit sehr geringem elektri­ schem Widerstand; d. h. für eine besonders kleine elektri­ sche Spannung und große Stromstärke ausgelegt, so daß die elektrische Heizleistung zur elektrischen Kraftstoff-Vor­ wärmung hauptsächlich von der Heizwendel 17 und weniger vom PTC-Element 15 aufgebracht wird. Durch die geringe im PTC- Element 15 umgesetzte elektrische Leistung ist es wesent­ lich kleiner und kostengünstiger herstellbar, als wenn es, wie üblich, die gesamte elektrische Heizleistung allein auf­ bringen müßte. PTC-Element 15 und Heizwendel 17 sind so be­ schaffen und gebaut, daß sie innigen Kontakt mit dem Kraft­ stoff haben, der sie von allen Seiten her umströmen kann.

In besonders vorteilhafter Weise besteht die Heizwendel 17 selbst aus einem Werkstoff bzw. einer Legierung, die einen positiven Temperaturkoeffizienten besitzt und z. B. als Lei­ terbahn auf einer Keramikhülse aufgebracht sein kann. Da­ durch ist die Selbstregelung in die Heizwendel 17a inte­ griert und das separate PTC-Element 15 überflüssig. Die elek­ trische Heizkammer 12 ist durch gezeigte Kanäle einerseits mit dem mittleren Zweig 20 des Wegeventils 22 und anderer­ seits durch die Buchse 13 mit dem Rohranschluß 10 der Ab­ flußöffnung verbunden. Ein Kolben 21, der mindestens zum Teil aus ferromagnetischem Werkstoff (z. B. Eisen) besteht, ist innerhalb der Heizwendel 17 und des Wegeventils 22 axial verschiebbar gelagert. Am rechten Ende liegt er an einer Stellschraube 23, an die ihn eine Feder 11 drückt. Mit Hilfe dieser Stellschraube ist die Ruhestellung des Kolbens 21 fein und grob einstellbar bzw. wählbar. Die gezeigte einsei­ tige Abflachung der Stellschraube 23 ermöglicht beispiels­ weise 2 wählbare Grund- oder Ruhestellungen des Kolbens 21 für Sommer- und Winterbetrieb. An Stelle der Schraube 23 könnte für die gleiche Aufgabe auch eine andere Stellvor­ richtung, wie ein Druckknopf-Rastelement, eingebaut sein. In einer anderen Ausführung könnte an Stelle der Feder 11 z. B. ein Bimetall- oder Dehnstoff-Thermostat in die Kammer 12 eingebaut werden, das mit dem Kolben 21 verbunden ist und auf denselben einwirkt, um ihn mit steigender Tempera­ tur kontinuierlich oder diskontinuierlich nach rechts zu verstellen. Beide Verstellbewegungen sind wahlweise durch den Einbau tellerfederartiger Bimetallscheiben möglich, die ohne oder mit Schnappeffekt hergestellt werden.

Wie dargestellt, sind zwischen dem Kraftstoff-Zuleitungsan­ schluß 7 und dem Ableitungsanschluß 10 alle Bauteile 11-22 in Form einer Patrone in der hülsenartig ausgebildeten obe­ ren Kammer 12 des Dieselvorwärmers 1 untergebracht. Die Wir­ kung des PTC-Heizelementes 15 mit seiner einfachen, selbst­ tätigen Temperatur- bzw. Heizstrom-Begrenzung bleibt hier, trotz der relativ sehr kleinen Ausführung erhalten, wobei gleichzeitig das Magnetfeld der Heizwendel 17 für Schalt- bzw. Steueraufgaben genutzt wird. Die vorteilhafte Ausfüh­ rung und Nutzung von einzelnen Bauelementen für mehrfache Aufgaben ermöglicht den unkomplizierten, kostensparenden Aufbau mit gewonnener, gesteigerter Zuverlässigkeit. Die gedrungene, schlanke Bauweise ermöglicht Platzeinsparung und die Patronenform eine leichte Austauschbarkeit einer wichtigen Baugruppe. Insbesondere können solche Patronen mit unterschiedlichen Heizleistungen hergestellt und in ein und dasselbe Gehäuse des Dieselvorwärmers 1 eingesetzt werden. Dadurch erreichte Vorteile sind u. a. die universel­ lere Anwendungsmöglichkeit des Dieselvorwärmers und gleich­ zeitig reduzierte Lagerhaltungskosten.

Die Fig. 1a zeigt eine Draufsicht auf einen vom Umfang des Rohres 2 abgewickelten Abschnitt des Kanalsystems 4. Die Rippen 5 des Rohres 2 sind wechselseitig nach rechts und links versetzt angeordnet, so daß sie abwechselnd an stirnseitigen Dichtungs-Ringen oder -Scheiben 3 anliegen, und damit das schlangenförmige Kanalsystem 4 bilden, das am Wegeventil 22 durch eine Querrippe 27 unterbrochen ist. Der linke Kanal neben der Querrippe 27 ist mit dem Anschluß 9 des Wegeventils 22 verbunden und in den rechten Kanal mün­ den die Anschlußbohrungen oder Leitungen 7 und 8, wie es darüber die Fig. 1 zeigt. Bei dieser Ausführung des Rohres 2 ist die unproblematische und kostengünstige Herstellbarkeit (z. B. aus Spritzguß) vorteilhaft.
Wirkungsweise: Kaltstart: Die elektrische Heizung ist mit ihren Anschlußklemmen 14 und 26 über einen symbolisch dar­ gestellten Schalter 25 an die Fahrzeug-Batterie 24 ange­ schlossen. Zweckmäßigerweise wird der Schalter 25 bzw. die Heizwendel 17 gleichzeitig mit den Glühkerzen z. B. durch den Vorglühanlaßschalter oder ggfs. ein Vorglühsteuergerät eingeschaltet. Auch nach dem Anspringen des Motors ist der Schalter 25 weiterhin, z. B. zeitlich begrenzt oder solange der Motor läuft, geschlossen. Die von starkem, elektri­ schen Heizstrom durchflossene Heizwendel 17 zieht den Kol­ ben 21 nach links. Dadurch wird der Kraftstoff-Leitungsweg vom Kanal 8 zum Kanal 20 gesperrt und gleichzeitig der Leitungsweg 9 durch den Kanal 20 zur elektrischen Heiz­ kammer 12 ganz geöffnet. Der Kraftstoff durchströmt demzu­ folge vom Rohranschluß 7 aus das ganze Kanalsystem 4 des Wärmetauschers, bevor er durch die in Reihe nachgeschaltete elektrische Heizkammer 12 und die Abflußöffnung 10 fließt. Der gestartete Motor unterstützt die elektrische Heizung, indem mit steigender Kühlwassertemperatur vorgewärmter Kraftstoff in die elektrische Heizkammer 12 strömt. Die Kraftstoff-Temperatur steigt demzufolge rasch an und die elektrische Heizphase wird verkürzt. Wenn die Kraftstoff­ temperatur auf den gewünschten Wert gestiegen ist, schaltet das am Ausgang der Heizkammer 12 angeordnete PTC-Heizele­ ment 15 den elektrischen Heizstrom ab, so daß die Feder 11 den Kolben 21 nach rechts in die gezeichnete Ruhestellung zurückdrückt. In dieser Stellung, in der die Wärmetauscher- Leistung durch den Zweigstrom bei gering geöffnetem Ventil­ weg 9-20 reduziert ist, bleibt der Kolben 21, wenn der Motor seine Betriebstemperatur erreicht hat. Dabei ist die Kraftstofftemperatur an der Abflußöffnung 10 mittels der Schraube 23 so eingestellt, daß das PTC-Element 15 die elek­ trische Heizung abgeschaltet läßt. Bei niedrigen Temperatu­ ren, wie in der Wintersaison, kann der Kolben 21 mittels der Stellschraube 23 etwas mehr nach links gestellt werden, so daß der Anteil des Kraftstoffes, der durch den ganzen Wärmetauscher und den Kanal 9 fließt, vergrößert, und der kühlere Teilstrom durch den Kanal 8 entsprechend verklei­ nert wird. Um die gewünschte Kraftstoff-Vorwärmung schnell und stromsparend durchzuführen, ist der Wärmetauscher mit seinem Kanalsystem 4 leistungsmäßig überdimensioniert. Durch die Umschaltung wird jedoch auf die dargelegte Weise eine Übererwärmung des Kraftstoffs vermieden, ohne dafür ein Thermostat zu benötigen.

Die Fig. 2 zeigt eine andere Patrone, die in die elek­ trische Heizkammer 17 gemäß Fig. 1 eingesetzt werden kann. Hierbei ist an der Abflußöffnung 10 ein PTC-Meßelement 30 zur Kontrolle der Temperatur des vorgewärmten Kraftstoffs eingeschraubt. Elektrisch ist es mit einer Schaltvorrich­ tung 31 verbunden, an die auch die Heizwendel 17 und die (Fahrzeug-) Batterie 24 mit dem Schalter 25 angeschlossen ist. Ein Ende der Heizwendel 17 ist z. B. elektrisch lei­ tend mit dem Gehäuse des Dieselvorwärmers 1 und der Maße- bzw. Minus-Leitung der Batterie 24 verbunden, während das andere Ende isoliert in das Gehäuse der Schaltvorrichtung 31 hineingeführt ist. Die Schaltvorrichtung 31 kann eine Halbleiterschaltung oder im einfachsten Falle ein Relais enthalten, dessen Erregerwicklung mit dem PTC-Meßelement 30 hintereinandergeschaltet ist und dessen Schaltkontakt, wie eingezeichnet, mit der Heizwendel 17 in Verbindung steht. Das Relais wird automatisch aktiviert, wenn der Schalter 25 geschlossen ist und wenn und solange der Kraft­ stoff die gewünschte Temperatur an der Abflußöffnung 10 nicht erreicht hat. Der übrige Aufbau und die Wirkungsweise sind hier ähnlich, wie es bei der Fig. 1 gezeigt und be­ schrieben wurde.

Die Fig. 3 zeigt einen Dieselvorwärmer 33, der in das wärmeabgebende Medium, das flüssig oder gasförmig sein kann, eintaucht. Dieser Dieselvorwärmer ist z. B. an einer Bohrung am Motorblock 41 angeflanscht, so daß er vom Kühlwasser um­ spült wird. Er könnte beispielsweise genauso vom Motoröl, von heißer Luft oder vom Abgas aufgeheizt werden. Mindestens z. T. wird er auch durch den Flansch vom Motorblock 41 erwärmt. Das tubenförmige oder becherartige Gehäuse 34, das z. B. aus Alu-Guß besteht und als Wärmetauscher dient, hat am äußeren wie am inneren Umfang axial angeordnete Rippen 46a und 46b. Mitten im Gehäuse 34 befindet sich eine rohr­ artige elektrische Heizpatrone 17a, in die ein PTC-Element in Form einer wendelförmigen Leiterbahn integriert ist, welche selbst einen positiven Temperaturkoeffizienten besitzt. Die Heizpatrone 17a wird von einem Rohr 35 umge­ ben, das unten offen ist und rundum an die inneren Rippen 46b des Gehäuses 34 angrenzt, so daß dazwischen axial ver­ laufende Kanäle 45 für den vorzuwärmenden Kraftstoff gebil­ det sind. Das untere Ende der Heizpatrone 17a ist durch eine elektrisch leitende Buchse 36, die ein Lager 37 für den Kolben 21 besitzt, fest mit dem Gehäuse 34 und dadurch mit dem Masse-Kontakt 38 verbunden. Oben ist die Heizpa­ trone 17a an einen elektrisch isolierten Kontakt 39 ange­ schlossen. Eine in der Buchse 36 angeordnete Feder 11 drückt den Kolben 21 in seine Ruhelage, die mittels einer Stellschraube 40 am Wegeventil 22 wählbar ist.

Wirkungsweise: Bei Kaltstart oder unzureichender Kraft­ stofftemperatur ist die PTC-Heizpatrone 17a eingeschaltet, die den Kolben 21 herabzieht. Der obere Ventilkanal 42-10 wird dadurch geschlossen und der untere, vorher teilweise geöffnete Kanal 43-10 ganz geöffnet. Demzufolge fließt der gesamte Kraftstoff von der Zuleitung 7 durch die Wärmetau­ scher-Kanäle 45. Danach strömt er in Pfeilrichtung aufwärts durch die elektrische Heizkammer 44 und die untere Ventil­ öffnung 43 zur Abflußöffnung 10. Sobald der Wärmetauscher die gewünschte Kraftstofftemperierung alleine schafft, wird die elektrische Heizung automatisch abgeschaltet und der Kolben 21 mittels der Feder 11 in seine Ruhelage an der Stellschraube 40 zurückgedrückt. Dort bleibt er bei einge­ tretener Motorbetriebstemperatur, so daß dann nur noch ein Zweigstrom durch den Wärmetauscher fließt. Der zur schnellen Aufheizung überdimensionierte Wärmetauscher wird dadurch von anfänglicher Maximalleistung auf seine Normalleistung zurück­ gestellt, bei der keine Übererwärmung des Kraftstoffs am Aus­ gang 10 eintritt.

Der Dieselvorwärmer 48 gemäß Fig. 4 hat einen eintauchba­ ren Wärmetauscher mit kontinuierlich einstellbarer und regu­ lierbarer Wärmeübertragung. Das becherartige Gehäuse 49 des Wärmetauschers, das z. B. aus Alu-Guß besteht, hat außen Rip­ pen 50 und innen eine glatte Zylinderbohrung 51. Eine schrau­ benförmige Wendel 52 aus gut wärmeleitfähigem Material, wie z. B. Alu-Flachband ist so gewickelt, daß sie mit Vorspannung an der Wandung der Zylinderbohrung 51 anliegt. Ein Ende der Wendel 52, wie beispielsweise das untere, ist mit dem Gehäu­ se 49 gegen Verdrehung fest verbunden. Innerhalb der Wendel 52 befindet sich z. B. ein Rohr 53 oder das Rohr 35 der Heizpatrone in einem normalerweise kleinen Abstand d. Mit dem Rohr 53 ist das obere Ende der Wendel 52 drehsicher verbunden. Die Wendel kann vorteilhaft am Rohr wie am Gehäuse durch eine Rast- oder Steckverbindung mittels Nut und Zahn drehsicher befestigt sein (nicht gezeichnet). Sie kann auch aus anschmiegsamem, wärmeleitfähigem Gaze-Band (z. B. Metallband) bestehen.
Wirkungsweise: Der vorzuwärmende Kraftstoff strömt in der Zylinderbohrung 51 um das Rohr 53 (oder 35) und durch den Kanal, den die Wendel 52 mit ihren im Abstand voneinander gewickelten Windungen bildet. Der Kraftstoff wird stark vorgewärmt, weil die Wendel 52 einerseits normalerweise engen, gut metallisch leitenden Kontakt mit dem Gehäuse 49 hat und sie andererseits eine große Oberfläche zur Wärme­ abgabe besitzt. Wenn in anderen Anwendungsfällen oder zeit­ weise eine weniger starke Wärmeübertragung erwünscht ist, wird das Rohr 53 relativ zum Gehäuse 49 so verdreht, daß sich mindestens ein Teil der Wendelwindungen 52 von der Zylinderwand 51 löst. Die gelösten Windungen, die sich bis an das innere Rohr 53 anlegen können, übertragen kaum noch Wärme, weil sie durch den Dieselkraftstoff, der eine schlechte Wärmeleitfähigkeit besitzt, vom Gehäuse 49 iso­ liert sind. Der Dieselvorwärmer 48 ist dadurch in ein- und derselben Größe sehr universell anpaßbar und verwendbar.

Die Fig. 5 zeigt einen verstellbaren und regulierbaren Dieselvorwärmer 55 mit einem durchlaufenden, inneren Rohr 56, durch welches das wärmeabgebende Medium, wie z. B. das Kühlwasser fließt. Rippen 57 darin dienen zur besseren Wärmeübertragung. Ein äußeres, rohrartig ausgebildetes Gehäuse 60 umgibt das innere Rohr 56 konzentrisch so, daß zwischen beiden ein Ringspalt 61 gebildet wird. Der an bei­ den Rohrenden geschlossene Ringspalt 61 besitzt eine Zuflußöffnung 58 und eine Abflußöffnung 65 für den Kraft­ stoff. Das Rohr 56, das außen glatt ist, wird von einer schraubenförmigen und mit Vorspannung gewickelten Wendel 62 eng umschlungen. Auch diese Wendel besteht aus gut wärmeleitfähigem Material, wie Alu-Flachband. Ein Ende da­ von ist z. B. in einer Nut 59 am Gehäuse 60 befestigt und das andere Ende frei, bzw. verstellbar oder regulierbar. Dazu sind beispielsweise Zähne 63 an der Wendel 62 ange­ bracht, in die ein am Gehäuse 60 befestigtes, drehverstell­ bares Zahnrad 64 eingreift. Statt dessen kann auch eine Schraube mit Schneckengewinde vorteilhaft verwendet werden. Bei starker, kräftiger Umschlingung des Rohres 56 wird mehr, und bei gelockerten Windungen weniger Wärme auf den Kraftstoff im Ringspalt 61 übertragen. Durch die Verstell­ barkeit ist auch der Dieselvorwärmer 55 sehr anpassungsfä­ hig und universeller verwendbar. Eine automatische, steti­ ge Regulierung der Kraftstofftemperatur wird dadurch erreicht, daß in einer anderen Ausführung des Dieselvor­ wärmers 55 die Wendel 62 mit einem am Gehäuse 60 befestig­ ten und bei der Abflußöffnung 65 angeordneten Dehnstoff­ element 66 verbunden ist. Dieses Thermostat 66 variiert den Wärmeaustausch durch das Schlingband so, daß die Kraftstoff­ temperatur an der Abflußöffnung 65 nahezu konstant bleibt. Die Wendel 62 ermöglicht einen kostengünstigen Aufbau des Dieselvorwärmers 55; sie vergrößert die zur Wärmeübertra­ gung dienende Oberfläche, bildet einen geeigneten Kanal für den Kraftstoff und sie dient hier außerdem noch zur Tempe­ raturregulierung. In einer weiteren Ausführung können eini­ ge Windungen der Wendel 62 mit dem Rohr 56 z. B. durch Schweißen fest verbunden und nur die übrigen Windungen ver­ stellbar sein. Eine zwischen den verstellbaren Windungen 62 und dem Rohr 56 befestigte, leitfähige Gaze kann zur Ver­ besserung der Wärmeübertragung beitragen (nicht gezeichnet).

Die Fig. 6 zeigt einen regelbaren Dieselvorwärmer 68 mit einem Wärmetauscher-Rohr 69, das radiale Rippen 70 mit unterschiedlichem Durchmesser besitzt. Diese Rippen 70 sind am Rohr 69 entlang abwechselnd in Gruppen mit größerem und kleinerem Durchmesser hintereinander angeordnet. Über dem Rohr 69 befindet sich ein Hülsenschieber 72, der zur Wärme­ tauscher-Regulierung mit dem Kolben 71, 21 oder einem Thermostat 66 verbunden ist. Der Hülsenschieber 72 besitzt Einschnitte 73, die sich um 180° versetzt, paarweise in Strömungsrichtung gegenüberliegen, und die in axialer Rich­ tung einen Abstand voneinander haben, der dem Abstand gleichgroßer Rippengruppen entspricht. Das Rohr 69 mit dem Schieber 72 ist in ein Gehäuse 74 eingebaut, in dem eine Kraftstoff-Zuflußöffnung 76 und diagonal gegenüber die Abflußöffnung 75 sitzt. Die Fig. 6 zeigt, daß bei dieser Schieber-Ausführung die kleinen Rippen durch ihre Oberflä­ che ständig zum Wärmeaustausch dienen. Die größeren Rippen sind dagegen, je nach Schieberstellung, wahlweise zu- und abschaltbar, wodurch sie mehr oder weniger zur Kraftstoff­ Vorwärmung beitragen. Der Schieber 72, der aus wärmeisolie­ rendem oder auch metallischem Werkstoff bestehen kann, ist leichtgängig verstellbar und er kann trotz kleinem Verstell­ wegs viele Rippen 70 zu- und abschalten. Wird der Kolben 71 um den Verstellweg s nach links verschoben, so liegen praktisch alle Rippen für die Wärmeübertragung an den Kraft­ stoff frei. In der gezeichneten Stellung sind dagegen mehre­ re große Rippen vom Schieber 72 isoliert, d. h. abgeschaltet.

Der Dieselvorwärmer 80 in Fig. 7, durch dessen Innen­ rohr z. B. das Kühlwasser strömt, hat zumindest im äußeren Mantel-Bereich axial verlaufende Rippen 81, die die Kanäle 82 für den vorzuwärmenden Kraftstoff bilden. Mindestens an einem Ende der Kanäle 82 ist ein Drehschieber 83 angebracht, der rundum Zähne 84 besitzt, die sich bei ganz eingeschal­ tetem Wärmetauscher hinter den Rippen 81 befinden. Zweck­ mäßigerweise ist die Zähnezahl des Drehschiebers 83 kleiner als die Anzahl der Kanäle 82, so daß bei Schieberdrehung der Kraftstofffluß nur durch einen Teil der Kanäle 82 ge­ sperrt oder zumindest gedrosselt wird, während die übrigen andauernd offenbleiben. In Fig. 7 steht beispielsweise hin­ ter jeder zweiten Rippe 81 ein Zahn 84 des Drehschiebers 83. So ist der leistungsmäßig weit überdimensionierte Wärme­ tauscher z. B. beim Kaltstart und Kaltlauf des Motors zu­ nächst ganz eingeschaltet und nach schnellem Erreichen der Motor-Betriebstemperatur durch Schieberdrehung auf Teil­ leistung gestellt. Bei Teilleistung strömt der Kraftstoff durch weniger Kanäle mit gleichzeitig höherer Geschwindig­ keit, wobei er weniger warm wird. Der Drehschieber kann mit dem Steuer-Kolben 71 oder mit einem Thermostat 66 (z. B. aus Dehnstoff oder Bimetall) verbunden sein. Auch hierbei genügt ein kleiner Verstellweg zur Begrenzung oder Regulierung der Kraftstofftemperatur. Der Wärmetauscher 80 kann vorteilhaft aus Normteilen hergestellt werden, indem ein Rippenrohr konzentrisch in ein weiteres Rohr gesteckt wird.

Die gezeigten und beschriebenen Dieselvorwärmer sol­ len allgemeiner als Kraftstoffvorwärmer angesehen werden, da sie auch für andere Treibstoffe verwendbar sind.

Claims (13)

1. Dieselvorwärmer für Motoren, insbesondere Fahrzeugmotoren, wobei der Kraftstoff sowohl elektrisch als auch durch einen Wärmetauscher erwärmbar ist, mit einer separaten, an den Wärmetauscher anbaubaren elektrischen Heizkammer mit elektrisch beaufschlagtem, aus einem Werkstoff mit positivem Temperaturkoeffizienten bestehenden Heizelement, das durch eine Schaltvorrichtung ein- und ausschaltbar ist, dadurch gekennzeichnet,
daß sowohl die elektrische Heizkammer (12) als auch der Wärmeaustauscher (6; 34) an ein 3/2-Wegeventil (22) angeschlossen sind, wobei bei aktiviertem Ventil (22) der gesamte Kraftstoff den Wärmetauscher (6, 34) und die ihm nachgeschaltete Heizkammer (12) durchfließt und bei inaktivem Ventil (22) nur ein Zweigstrom des Kraftstroms durch den Wärmetauscher (6, 34) geleitet wird,
daß das Heizelement als Heizwendel (17) ausgebildet ist und
daß zur temperaturabhängigen Regelung ein verstellbarer Kolben (21), der mindestens zum Teil aus ferromagnetischem Werkstoff bessteht, innerhalb der Heizwendel (17) und des Ventils (22) verschiebbar angeordnet ist.

2. Dieselvorwärmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein PTC-Heizelement (15) am Ausgang der Heizkammer (12) und unmittelbar an die Heizwendel (17) angrenzend angeordnet ist, mit der es hintereinandergeschaltet ist.

3. Dieselvorwärmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das PTC-Meßelement (30) am Ausgang der Heizkammer (12) mit Abstand von der Heizwendel (17) angeordnet ist.

4. Dieselvorwärmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stellvorrichtung (23, 40) für den Kolben (21) zur Veränderung seiner Ruhelage vorgesehen ist.

5. Dieselvorwärmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Verstellen des Kolbens (21) in der Heizkammer (12) ein Thermostat vorgesehen ist.

6. Dieselvorwärmer nach Anspruch 1 mit einem Wärmetauscher aus einem rohrartigen Körper, der innen vom Kühlwasser und außen mäandierend vom Kraftstoff umströmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß auf seiner äußeren Mantelfläche abwechselnd nach rechts und links versetzte Rippen (5) mit stirnseitigen Dichtungs-Scheiben (3) das mäandierende Kanalsystem (4) bilden, daß ein Quersteg (27) den Kanal (4) schließt und daß rechts und links vom Steg (27) Anschlußbohrungen (7, 8, 9) vom Wegeventil (22) in den Kanal (4) einmünden.

7. Dieselvorwärmer nach Anspruch 1 mit einem Wärmetauscher aus einem becherartigen Gehäuse, das in ein wärmeabgebendes Medium eintaucht, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (34) äußeren und inneren axial gerichteten Rippen (46a, 46b) in der Mitte eine austauschbare Patrone aus einem einseitig offenen Rohr (35) aufweist, das mit den inneren Rippen (46b) Kanäle (45) bildet und in das die elektrische Heizkammer (44) eingebaut ist, welche auf der anderen Seite mit dem Wegeventil (22) in Verbindung steht.

8. Dieselvorwärmer nach Anspruch 1 mit einem Wärmetauscher, der zwischen dem wärmeabgebenden Medium und dem Kraftstoff ein Rohr mit radialen Rippen besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (70) am Rohr (69) entlang abwechselnd in Gruppen mit größerem und kleinerem Durchmesser hintereinander angeordnet sind, daß sich über dem Rohr (69) ein Hülsenschieber (72) mit Einschnitten (73) befindet, die einander paarweise gegenüberliegen, um Rippen (70) wahlweise freizulegen, und daß der Hülsenschieber (72) zur Wärmeregulierung mit einer Einstellvorrichtung (71, 21, 66) in Verbindung steht.

9. Dieselvorwärmer nach Anspruch 1 mit einem Wärmetauscher, der zwischen dem wärmeabgebenden Medium und dem Kraftstoff ein Rohr mit axialen Rippen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (81) Kanäle (82) bilden, daß mindestens an einem Ende der Kanäle (82) ein Drehschieber (83) angebracht und mit einer Einstellvorrichtung (71, 66) verbunden ist, um den Kraftstoffdurchfluß durch mehrere der Kanäle (82) zu regeln, wahlweise abzusperren oder mindestens zu behindern.

10. Dieselvorwärmer insbesondere nach Anspruch 1 mit einem Wärmetauscher, der konzentrisch zueinander angeordnet ein inneres und ein äußeres Rohr aufweist, die einen Ringspalt für das eine Medium bilden, während das andere Medium mit dem inneren Rohr in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wendel (52, 62) aus wärmeleitfähigem, spannbarem Band im Ringspalt (61) angeordnet ist, die einen Kanal für den Kraftstoff bildet, und daß die Wendel (52, 62) mindestens teilweise mittels einer Stellvorrichtung (64, 66) von einem der beiden Rohre (56, 49) lösbar ist, um den Wärmeübergang an den Kraftstoff zu verändern.

11. Dieselvorwärmer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Wendel (52, 62) mindestens zum Teil aus gazeartigem Band besteht.

12. Dieselvorwärmer nach Anspruch 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Ende der Wendel (52, 62) am inneren Rohr (56) und das andere Ende am Gehäuse (49) befestigt ist, wobei Rohr (56) und Gehäuse (49) relativ zueinander einstellbar sind, um den Wärmeübergang zwischen beiden Medien den Erfordernissen anzupassen.

13. Dieselvorwärmer nach Anspruch 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellvorrichtung (64) einen Dehnstoff-Thermostaten (66) umfaßt, der mit der Wendel (62) verbunden ist.