DE69326782T2

DE69326782T2 - Heizanlage für antriebsflüssigkeit

Info

Publication number: DE69326782T2
Application number: DE69326782T
Authority: DE
Inventors: Edward L Malecek; Charles Ramberg
Original assignee: Arctic Fox Inc
Current assignee: Arctic Fox Inc
Priority date: 1993-02-01
Filing date: 1993-02-18
Publication date: 2000-03-09
Anticipated expiration: 2013-02-19
Also published as: CA2155118C; ATE185627T1; WO1994018614A2; DE69326782D1; RU2120053C1; EP0681673A4; US5611392A; CA2155118A1; EP0681673A1; WO1994018614A3; EP0681673B1

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft Antriebsstoffsysteme. Insbesondere betrifft die Erfindung ein System zum Beheizen und zur Temperatursteuerung eines Antriebsfluides, z. B. von Dieselkraftstoff und Hydrauliköl in einem Antriebsstoffsystem.

Hinterrund der Erfindung

Wenn immer der Antriebsstofftank oder die Antriebsstoffleitung eines Motors kaltem Wetter ausgesetzt ist, können der Antriebsstoff oder im Antriebsstoff enthaltene Beimischungen oder Additive eine gel- oder wachsartige Konsistenz annehmen. Die Viskosität des Antriebsstoffes, der Additive oder der Beimischungen erhöht sich in solchem Ausmaß, daß der Antriebsstoff nicht länger ordnungsgemäß durch die Antriebsstoffsysteme fließt. Zum Beispiel kann der Dieselkraftstoff in den Antriebsstofftanks oder Antriebsstoffleitungen von Diesel- Lastkraftfahrzeugen eine wachsartige Konsistenz annehmen, wenn der Lastkraftwagen bei extrem kaltem Wetter geparkt oder betrieben wird. Weil die wachsartige Konsistenz sich mit einem ordnungsgemäßen Fluß des Antriebsstoffes des Motors abwechseln kann, führt dies häufig zu einer schlechten Funktion des Motors. Schwerwiegende Wachsbildung kann sogar den Fluß des Antriebsstoffes gänzlich blockieren, wodurch der Motor stehenbleibt.
Ähnliche Probleme existieren bei kaltem Wetter bei der Verwendung von Hydrauliköl. Hydrauliköle unterschiedlicher Graduierungen zeigen in typischer Weise Viskositätsänderungen in Abhängigkeit von der Temperatur. Bei kaltem Wetter oder in den Wintermonaten zeigt ein Hydrauliköl, welches kalt ist, eine langsamere Reaktion gegenüber der Einrichtung, welche sie antreibt. Es ist oft notwendig, den Hydrauliköltank vor dem Antrieb durch die Einrichtung anzuwärmen, um eine nicht ordnungsgemäße Funktion zu vermeiden.
Es treten auch Probleme auf, wenn Dieselkraftstoff oder Hydrauliköl wärmer ist als im optimalen Funktionsbereich. Im Falle von Dieselkraftstoff liegen die optimalen Funktionstemperaturen in Abhängigkeit von der Qualität des Dieselkraftstoffes, den darin enthaltenen Additiven und anderen Bedingungen im allgemeinen zwischen etwa 15,6ºC und 43,3ºC (60ºF und 110ºF). Häufig erzeugt Dieselkraftstoff in Lastkraftfahrzeugen und Fahrzeugen, die in wärmeren Klimabereichen oder über lange Zeiträume betrieben werden, Wärmeeffekte innerhalb der Motoren, wodurch die Kraftstofftemperatur über die optimalen Antriebsbereiche ansteigt. Diese Überhitzung kann zu zahlreichen Problemen, z. B. zur Beschädigung der elektronischen Bauteile in den Motorsystemen führen. Deshalb ist es ratsam, die Wärme im Kraftstoff in solchen Situationen zu vermindern. In ähnlicher Weise können, wenn das Hydrauliköl über einen normalen Bereich erwärmt wird, Antriebssteuerungsprobleme und Effekte durch Restwärme auftreten. Es ist deshalb ratsam, die Wärme in den hydraulischen Öltanks zu reduzieren, wenn die Temperatur solcher Tanks einen bestimmten Bereich überschreitet, gleichzeitig aber in der Lage zu sein, einen raschen Temperaturanstieg in diesen Fluiden vorzunehmen, wenn es erforderlich ist.
Hinzu kommt, daß Antriebsstoff häufig mit Wasser kontaminiert wird. Manchmal sind die Wasserkontaminationen im Antriebsstoff bereits vorhanden, wenn der Antriebsstoff in den Tank gefüllt wird. Eine ungeeignete Handhabung oder eine schlechte Raffination kann die Wasserkontaminationen in den Antriebsstoff eintragen. Weiterhin tritt manchmal eine Wasserkondensation innerhalb eines Antriebsstofftankes infolge des Einströmens von Luft von außen in den Antriebsstofftank ein. Bei niedrigen Temperaturen können Wasserkontaminationen die Form von Eiskristallen annehmen, die im Antriebsstoff verteilt sind. Antriebsstoff, welcher mit Wasser oder Eiskristallen kontaminiert ist, führt ebenfalls zu einem schlechten Lauf des Motors oder zu dessen Stehenbleiben.
Der Betrieb von Fahrzeugen und anderen Einrichtungen bei kaltem Wetter wird in ungünstiger Weise auch durch das Nachlassen der Spannung einer Batterie beeinflußt, welche die Energie zum Anlassen des Systems zur Verfügung stellt. Dies ist ein besonders nervenaufreibendes Problem bei sehr kaltem Wetter oder durch Abkühlung durch den Wind verursachte sehr niedrige Temperaturen während längerer Stillstandsphasen des Fahrzeuges, z. B. während des Stillstandes über Nacht.
Beim Versuch, diese oder damit zusammenhängende Probleme zu lösen, wurden in der Vergangenheit zahlreiche Verfahren und Vorrichtungen verwendet. Die Wachsbildung und ein Wärmeverlust des Systems können durch Beheizung des Antriebsstoffes und der damit in Verbindung stehenden Bauteile vermieden werden. Die Beheizung schmilzt auch die im Antriebsstoff enthaltenen Eiskristalle und wirkt dahingehend, daß sich die Wasserkontaminationen in dem Antriebsstoff absetzen. Obgleich die Beheizung des Antriebsstoffes die Wachs- oder Eisbildung beseitigen kann, sammelt sich Wasser in flüssiger Form im Antriebsstoffsystem, z. B. innerhalb des Antriebsstofftankes oder innerhalb eines Antriebsstoflilters, welcher unterhalb des Antriebsstofftankes angeordnet ist, an.
Es sind viele Vorrichtungen zur Beheizung von Antriebsstoff vorgeschlagen worden, um die Wachs- und Eisbildung zu vermeiden, das Wasser abzuscheiden und das Wasser aus dem Antriebsstoffsystem zu entfernen. Viele dieser Vorrichtungen verwenden Rohre, welche ein erwärmbares Fluid, z. B. ein mit Abwärme beaufschlagtes Fluid, wie z. B. eine Motor-Kühlflüssigkeit, ein Motoröl oder ein Abgas durch einen Antriebsstofftank zirkulieren lassen. In typischer Weise wird der Antriebsstoff dann durch einen Wärmeaustauschprozeß, wie er z. B. im US-Patent 4 553 697 von Nothen, im US-Patent 2 641 451 von Kaiser und im US-Patent 4 964 376 von Veach u. a. beschrieben wird, erwärmt. Es erfordert jedoch häufig eine beträchtliche Zeit, damit die Kühlllüssigkeit oder das Abgas den Antriebsstoff und andere Baugruppen des Systems genügend erwärmen kann. Demzufolge läuft der Motor während einer langen Zeitdauer dennoch schlecht und kann in der Folge sogar unerwartet stehenbleiben.
US 4 748 960 betrifft eine Heizeinrichtung für ein Antriebsstoffsystem, in welchem eine Antriebsstoff-Ansaugleitung, welche Antriebsstoff aus einem Antriebsstoffbehälter abzieht, von einer Wärmetauscheinheit umgeben ist.
US 4 553 697 betrifft ein Antriebsstoffzuführungssystem, welches ein Antriebsstoffzirkulationssystem enthält, das eine einzelne Antriebsstoffabsaugleitung in einen Antriebsstofftank, ein Kühlllüssigkeits-Zirkulationssystem, eine Hilfspumpe, um Antriebsstoff aus dem gesamten Antriebsstoffzirkulationssystem ausströmen zu lassen, sowie eine Hilfsheizung, die durch Antriebsstoff betrieben wird, der aus dem Antriebsstoffzirkulationssystem unterhalb der Kühlflüssigkeitsaufnahme abgeleitet wird, umfaßt.
Das Vorsehen einer einzigen Antriebsstoffabsaugung sowohl in US 4 748 960 als auch in US 4 553 697 führt zu Problemen hinsichtlich einer verminderten Anpassungsfähigkeit.
Weiterhin können, obwohl möglicherweise eine Menge des Antriebsstoffes durch eine solche Vorrichtung erwärmt wird, sich dennoch örtlich kalte Stellen bilden. Zum Beispiel kann bei extrem kaltem Wetter der Antriebsstoff weiterhin am Boden und an den Seiten von großen Metall-Antriebsstofftanks eine wachsartige Konsistenz beibehalten. Weil der Einlaß der Antriebsstoffleitung meist in der Nähe des Bodens des Antriebsstofftankes angeordnet ist, kann eine solche örtliche wachsartige Erstarrung entlang des Bodens des Tankes den ordnungsgemäßen Fluß des Antriebsstoffes durch die Antriebsstoffleitung stören. In ähnlicher Weise werden Ölwannen von einer Abkühlung betroffen, weil sie normalerweise unterhalb der Motoren angeordnet sind.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung ist in den anliegenden Patentansprüchen dargelegt. Im folgenden sollen verschiedene bevorzugte Ausführungsformen dargestellt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Heizsystem für ein Antriebsstofffluid, welches in einen Motor eintritt, und welches einen Behälter zur Speicherung des Antriebsstofffluides aufweist, vorgesehen. Das Antriebsstofffluid-Heizsystem umfaßt mindestens eine Heizvorrichtung, welche eine Antriebsstofffluidansaugleitung, die in den Behälter einsetzbar ist, sowie eine Wärmetauscheinrichtung zur direkten Beheizung sowohl des Antriebsstofffluides in dem Behälter als auch der Ansaugleitung besitzt. Die Wärmetauscheinrichtung der Heizvorrichtung umfaßt einen wärmeleitenden Bereich, welcher in den Behälter in Kontakt mit dem Antriebsstofffiuid im Behälter eingefügt ist, und welcher einen Bereich der Ansaugleitung für das Antriebsstofffluid umgibt. Der wärmeleitende Bereich kann ein erwärmbares Fluid enthalten. Das Antriebsstofffluid- Heizsystem umfaßt auch eine wasserabscheidende Einrichtung. Die wasserabscheidende Einrichtung umfaßt einen Antriebsstofffluid-Behälter und einen Wärmetauscher innerhalb des Behälters. Der Wärmetauscher innerhalb der wasserabscheidenden Einrichtung umfaßt mindestens ein Rohr und eine Umhüllung um zumindest einen Bereich des Rohres, um eine Vorwärmkammer zu bilden. Das Antriebsstofffluid-Heizsystem umfaßt auch eine Wärmetausch einrichtung, welche Wärmeaustausch-Fluiddurchlässe zum Durchfluß eines erwärmbaren Fluides durch die Durchlässe umfaßt, so daß aus dem erwärmten Antriebsstofffluid, welches die wasserabscheidende Einrichtung verläßt, ein Wärmeaustausch in das erwärmbare Fluid vorgesehen ist. Von dem erwärmbaren Fluid erfolgt dann ein Wärmeaustausch in den Behälter, welcher das Antriebsstofffluid speichert, indem das erwärmbare Fluid durch die Wärmetauscheinrichtung der Heizvorrichtung hindurchgeht.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist ein Antriebsstofffluid-Heizsystem für ein Antriebsstofffluid, welches in einen Motor fließt, der einen Tank zur Speicherung des Antriebsstofffluides besitzt, vorgesehen, welcher einen Bypass aufweist, um die Wärme des Antriebsstofffluides zu steuern. Der Bypass umfaßt eine Wärmetauscheinrichtung, die ein Gehäuse mit einer länglichen wärmeleitenden äußeren Hülle besitzt, welche in den Tank durch eine Meßöffnung für das Antriebsstofffluid eingefügt ist. Die Wärmetauscheinrichtung besitzt ebenfalls einen Einlaß und einen Auslaß, um ein erwärmbares Fluid in das Gehäuse einströmen zu lassen. Die Bypassvorrichtung umfaßt auch eine Antriebsstofffluid-Einlaßleitung, welche sich durch das Gehäuse erstreckt. Eine Verteilereinrichtung ist ebenfalls in der Bypassvorrichtung enthalten, um den Fluidfluß durch die Bypassvorrichtung zu steuern. Die Verteilereinrichtung ist mit der Wärmetauscheinrichtung der Bypassvorrichtung und der Antriebsstofffluid-Einlaßleitung verbunden, und sie ist so konstruiert und angeordnet, daß die Fluidflußwege für das erwärmbare Fluid und das Antriebsstofffluid an der Verteilereinrichtung ein- und austreten. Die Bypassvorrichtung umfaßt auch eine Bypasseinrichtung innerhalb der Verteilereinrichtung um den selektiven Zufluß des erwärmbaren Fluides zu steuern. Das Antriebsstofffluid-Heizsystem umfaßt auch eine wasserabscheidende Einrichtung. Die wasserabscheidende Einrichtung umfaßt einen Antriebsstofffluid-Tank sowie einen Wärmetauscher innerhalb des Tankes. Der Wärmetauscher innerhalb der wasserabscheidenden Einrichtung umfaßt mindestens ein Rohr und eine Umhüllung um zumindest einen Bereich des Rohres, um eine Vorwärmkammer zu bilden. Das Antriebsstofffluid-Heizsystem umfaßt auch eine Wärmetauscheinrichtung mit Durchlässen für ein wärmeaustauschendes Fluid zum Durchfluß eines erwärmbaren Fluides durch die Durchlässe, so daß das erwärmte Antriebsstofffluid, welches die wasserabscheidende Einrichtung verläßt, einen Wärmeaustausch in das erwärmbare Fluid vornehmen kann. Das erwärmbare Fluid ermöglicht dann einen Wärmeaustausch in den Tank, welcher das Antriebsstofffluid speichert, indem das er wärmbare Fluid durch die Wärmetauscheinrichtung der Heizvorrichtung hindurchfließt.
Ein weiteres bevorzugtes Antriebsstofffluid-Heizsystem umfaßt eine Heizvorrichtung, die innerhalb eines Behälters angeordnet ist, der eine erste Antriebsstofffluid-Ansaugleitung, eine zweite Antriebsstofffluid-Ansaugleitung, welche innerhalb der ersten Antriebsstofffluid-Ansaugleitung angeordnet ist, und eine Wärmetauscheinrichtung, um sowohl das Antriebsstofffluid in dem Behälter als auch das Antriebsstofffluid in den ersten und zweiten Ansaugleitungen direkt zu beheizen. Das Antriebsstofffluid-Heizsystem umfaßt auch eine wasserabscheidende Einrichtung. Die wasserabscheidende Einrichtung umfaßt einen Antriebsstofffluid-Tank und einen Wärmetauscher innerhalb des Tankes. Der Wärmetauscher innerhalb der wasserabscheidenden Einrichtung umfaßt mindestens ein Rohr und eine Umhüllung um zumindest einen Bereich des Rohres, um eine Vorwärmkammer zu bilden. Das Antriebsstofffluid-Heizsystem besitzt auch eine Wärmetauscheinrichtung mit Durchlässen für ein Wärmeaustausch- Fluidmedium zwecks Durchfluß eines erwärmbaren Fluides durch die Durchlässe, so daß das erwärmte Antriebsstofffluid, welches die wasserabscheidende Einrichtung verläßt, einen Wärmeaustausch in das erwärmbare Fluid vornehmen kann. Das erwärmbare Fluid nimmt dann einen Wärmeaustausch in den Behälter vor, welcher das Antriebsstofffluid speichert, indem das erwärmbare Fluid durch die Wärmetauscheinrichtung der Heizvorrichtung hindurchfließt.
Ein weiteres bevorzugtes Antriebsstofffluid-Heizsystem umfaßt eine Heizvorrichtung, die innerhalb eines Behälters angeordnet ist, der eine erste Antriebsstofffluid-Ansaugleitung, eine zweite Antriebsstofffluid-Ansaugleitung, die innerhalb der ersten Antriebsstofffluid-Ansaugleitung angeordnet ist, sowie eine Wärmetauscheinrichtung zur direkten Beheizung sowohl des Antriebsstofffluides im Behälter als auch des Antriebsstofffluides in den ersten und zweiten Ansaugleitungen aufweist. Das Antriebsstofffluid-Heizsystem enthält auch eine Wärmetauscheinrichtung mit Durchlässen für ein Wärmeaustausch-Fluidmedium zwecks Durchfluß eines erwärmbaren Fluides durch die Durchlässe, so daß das erwärmte Antriebsstofffluid, wenn es die wasserabscheidende Einrichtung verläßt, einen Wärmeaustausch in das erwärmbare Fluid vornimmt. Das erwärmbare Fluid nimmt dann einen Wärmeaustausch in den Behälter vor, welcher das Antriebsstofffiuid speichert, indem das erwärmbare Fluid durch die Wärmetauscheinrichtung der Heizvorrichtung hindurchfließt.
Ein weiteres bevorzugtes Fluid-Heizsystem umfaßt eine Heizvorrichtung, welche in einem Tank angeordnet ist, der eine erste Fluid-Ansaugleitung aufweist, sowie eine zweite Fluid-Ansaugleitung, die innerhalb der ersten Fluid-Ansaugleitung angeordnet ist, und eine Wärmetauscheinrichtung zur direkten Erwärmung sowohl des Fluides im Tank als auch des Fluides in den ersten und zweiten Ansaugleitungen. Das Fluid-Heizsystem umfaßt auch eine Wärmetauscheinrichtung mit Durchlässen für das Wärmeaustausch-Fluidmedium, um ein erwärmbares Fluid durch die Durchlässe so fließen zu lassen, daß das erwärmte Fluid, welches die wasserabscheidende Einrichtung verläßt, einen Wärmeaustausch in das erwärmbare Fluid vornimmt. Das erwärmbare Fluid nimmt dann einen Wärmeaustausch zum Tank vor, welcher das Fluid speichert, indem das erwärmbare Fluid durch die Wärmetauscheinrichtung der Heizvorrichtung hindurchfließt.
In einer weiteren bevorzugten Form ist ein weiteres Antriebsstoff-Heizsystem für Antriebsstoff vorgesehen, welcher in einen Motor eintritt, welches einen Behälter zur Speicherung des Antriebsstoffes besitzt. Das Antriebsstoff-Heizsystem umfaßt eine Heizeinrichtung für den im Behälter gespeicherten Antriebsstoff, welche eine Antriebsstoff-Ansaugleitung aufweist, die in den Behälter sowie in die Wärmetauscheinrichtung einsetzbar ist, um sowohl den Antriebsstoff im Behälter als auch in der Ansaugleitung direkt zu beheizen. Die Wärmetauscheinrichtung umfaßt einen wärmeleitenden Bereich, welcher in den Behälter in Kontakt mit dem Antriebsstoff im Behälter eingefügt ist, und welcher einen Bereich der Antriebsstoff-Ansaugleitung umgibt. Der wärmeleitende Bereich kann ein erwärmbares Fluid enthalten. Das Antriebsstoff-Heizsystem weist auch eine wasserabscheidende Einrichtung auf. Die wasserabscheidende Einrichtung umfaßt einen Antriebsstoffspeicher und einen Wärmetauscher innerhalb des Speichers. Der Wärmetauscher innerhalb der wasserabscheidenden Einrichtung umfaßt mindestens ein Rohr und eine Umhüllung, um zumindest um einen Bereich des Rohres eine Vorheizkammer zu bilden. Das Antriebsstoff-Heizsystem umfaßt auch eine Wärmetauscheinrichtung, welche Durchlässe zum Durchfluß eines wärmeaustauschenden Fluidmediums aufweist, um ein erwärmbares Fluid so durch die Durchlässe zu leiten, daß der erwärmte Antriebsstoff, wenn er die wasserabscheidende Einrichtung verläßt, einen Wärmeaustausch in das erwärmbare Fluid vornimmt. Das erwärmbare Fluid nimmt dann einen Wärmeaustausch in den Behälter, der den Antriebsstoff speichert, vor, indem das er wärmbare Fluid durch die Wärmetauscheinrichtung der Heizvorrichtung hindurchfließt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine vertikale Schnittansicht einer Ausführungsform einer Heizvorrichtung eines Antriebsstoffsystemes bekannter Bauart, welche teilweise innerhalb eines Fluidtankes angeordnet ist.
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebsstoff-Heizvorrichtung.
Fig. 3 ist eine vertikale Schnittansicht einer Antriebsstoff-Heizvorrichtung, wie sie sich entlang der Schnittlinie 3-3 in Fig. 2 ergibt.
Fig. 4 ist eine horizontale Schnittansicht von oben, wie sie ich entlang der Schnittlinie 4-4 in der in Fig. 2 dargestellten Antriebsstoff Heizvorrichtung ergibt.
Fig. 5 ist eine horizontale Schnittansicht von oben auf die Antriebsstofffluid- Ansaugleitung und die Vorheizung für die Antriebsstofffluid-Ansaugleitung, wie sie sich entlang der Schnittlinie 5-5 in Fig. 2 ergibt.
Fig. 6 ist eine Querschnittansicht der Antriebsstofffluid-Ansaugleitung und der Vorheizung der Fluid-Ansaugleitung, wie sie sich entlang der Schnittlinie 6-6 in Fig. 2 ergibt.
Fig. 7 ist eine Draufsicht auf die in Fig. 2 dargestellte Antriebsstoff-Heizvorrichtung.
Fig. 8 ist eine Ansicht von unten auf die in Fig. 2 dargestellte Antriebsstoff- Heizvorrichtung.
Fig. 9 ist eine Querschnittansicht einer weiteren Ausführungsform der Antriebsstofffluid-Ansaugleitung und der Vorheizung der Antriebsstofffluid- Ansaugleitung, wie sie sich entlang der Schnittlinie 5-5 in Fig. 2 ergibt.
Fig. 10 ist eine Querschnittansicht einer alternativen Ausführungsform der Antriebsstofffluid-Ansaugleitung und der Vorheizung der Antriebsstofffluid- Ansaugleitung analog zur Ansicht in Fig. 9.
Fig. 11 ist eine vertikale Schnittansicht einer alternativen Ausführungsform einer Antriebsstoff-Heizungs- und Bypassvorrichtung, welche in der Erfindung verwendet werden kann.
Fig. 12 ist eine Schnittansicht von oben auf eine erfindungsgemäße Verteilereinrichtung.
Fig. 13 ist eine Querschnittansicht von oben auf eine wasserabscheidende Vorrichtung, in welcher Teile aufgebrochen sind, um einen Blick in das Innere der Vorrichtung zu ermöglichen.
Fig. 14 ist das Schema eines Beispieles für eine mit Kühlmittel betriebene Vorheizung, die in dem Antriebsstoff-Heizsystem verwendet wird.
Fig. 15 ist eine vertikale Schnittansicht eines batteriebetriebenen Heizsystems, welches in dem erfindungsgemäßen Antriebsstoff-Heizsystem verwendet werden kann.
Fig. 16 ist eine perspektivische Ansicht der Bauteile des Wärmetauschers, welcher in dem Batterieheizungssystem nach Fig. 15 verwendet wird.
Fig. 17 ist eine Graphik, welche die Batterietemperatur zu verschiedenen Zeitpunkten nach der Anwendung des Batterieheizungssystems zeigt.
Fig. 18 ist eine schematische Ansicht eines Wärmetauschers, welcher verwendet wird, um eine Ölwanne zu beheizen.
Fig. 19a ist eine vertikale Schnittansicht des in Fig. 18 dargestellten Wärmetauschers.
Fig. 19b ist eine Querschnittansicht des in Fig. 19 dargestellten Wärmetauschers, wie sie sich entlang der Schnittlinie 19b-19b ergibt.
Fig. 20 ist ein Blockschaltbild eines Antriebsstoffsystems, welches eine erfindungsgemäße Antriebsstoff-Heizvorrichtung enthält.
Fig. 21 ist ein Blockschaltbild des Kühlsystems, welches in Verbindung mit dem Antriebsstoffsystem in Fig. 12 betrieben wird, um den Antriebsstoff zu erwärmen.
Fig. 22 ist eine Querschnittansicht, wie sie sich entlang der Schnittlinie 22-22 in Fig. 21 ergibt.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Antriebsstofffluid-Heizsystem für ein Antriebsstofffluid, welches in ein Motorsystem eintritt, um eine allseitige Erwärmung der Bauteile in einem Motorsystem vorzunehmen. Im allgemeinen wird das Antriebsstofffluid, z. B. Dieselkraftstoff, Hydraulikfluid, Gasolin oder Benzin in einem Tank gespeichert. Der Antriebsstoff wird aus dem Tank abgezogen und durch eine Heizvorrichtung geleitet. Ein Vorheizer/eine wasserabscheidende Einrichtung für den Antriebsstoff erwärmt den Antriebsstoff und leitet diesen zu einer mit Kühlmittel betriebenen Heizung, um den Antriebsstoff weiter zu erwärmen und ein erwärmbares Fluid, z. B. eine Kühlflüssigkeit des Motors, zu erwärmen. Die Kühlflüssigkeit des Motors wird ebenfalls durch das System zirkuliert, um den Antriebsstoff durch Wärmeaustausch zu erwärmen. Der erwärmte Antriebsstoff wird durch die Heizvorrichtung 22 und einen Wasserabscheider 24 zur zusätzlichen Erwärmung geleitet, und er wird dann dem Motor zugeführt, um den Motor 28 des Lastkraftfahrzeuges oder eines anderen Fahrzeuges zu starten.
In Fig. 1 ist die Ausführungsform einer Heizvorrichtung 22 für ein Antriebsstofffluid oder einen Kraftstoff eines bekannten Typs dargestellt. Die Antriebsstoff-Heizvorrichtung 22 umfaßt im allgemeinen eine in verschiedener Weise konfigurierte Wärmetauschvorrichtung 30, eine Antriebsstoff-Ansaugleitung 32 und eine Heizeinheit 34. Die Antriebsstoff-Heizvorrichtung 22 ist mittels einer beliebigen geeigneten Montageplatte 31 in einem Antriebsstofftank 20 durch eine Antriebsstoffmeßöffnung 36 oder eine ähnliche Öffnung befestigt, um sowohl den Antriebsstoff im Tank 20 als auch die Antriebsstoff-Ansaugleitung 32 zu erwärmen. Wie in US-Patent 4 748 960 beschrieben, umfaßt die Wärmetausch einrichtung 30 ein Gehäuse 38 mit einem Fluideinlaß 40 und einem Fluidauslaß 42. Das erwärmbare Fluid kann in jeder Richtung fließen, d. h. das Fluid kann auch durch den Fluidauslaß 42 eintreten und durch den Fluideinlaß 40 austreten. Das Gehäuse 38 besitzt eine Umhüllung 44, vorzugsweise in zylindrischer Form, mit ersten und zweiten geschlossenen Enden 46, 48. Ein innerer Bereich 45 des Gehäuses 38 erstreckt sich in den Antriebsstofftank 20, und ein äußerer Bereich 37 des Gehäuses 38 steht aus dem Antriebsstofftank 20 hervor. Der Fluideinlaß 40 und der Fluidauslaß 42 kommunizieren mit dem äußeren Bereich 47 des Gehäuses 38.
Der Fluidauslaß 42 kann auch so geformt sein, daß er mit dem inneren Bereich 45 des Gehäuses 38 kommuniziert, wie dies mit gestrichelten Linien dargestellt und als 42a bezeichnet ist. In diesem Fall kann der Fluidauslaß 42a ein Auslaßrohr 43 besitzen, welches mit dem inneren Bereich 45 des Gehäuses 38 kommuniziert, das sich vom Gehäuse 38 weg zur Außenseite des Tankes 20 erstreckt. Ein Ende des Auslaßrohres 43 wird dann mit dem inneren Bereich des Gehäuses 38 nahe dem zweiten geschlossenen Ende 48 verbunden.
Die Antriebsstoff-Ansaugleitung 32 wird um den Wärmetauscher 30 angeordnet. Die Antriebsstoff-Ansaugleitung 32 umfaßt ein Ansaugrohr 50 und einen Antriebsstoffauslaß 52. Das Ansaugrohr 50 erstreckt sich von einer Öffnung am ersten geschlossenen Ende 46 entlang der Umhüllung 44 durch eine Öffnung am zweiten geschlossenen Ende 48. In Abhängigkeit der Anwendung kann sich das Ansaugrohr 50 bis zum Boden des Antriebsstofftanks erstrecken. Das Ansaugrohr 50 endet an einem Ende mit dem Antriebsstoffauslaß 52, welcher jede geeignete Befestigung aufweisen kann, und das andere Ende ist ein Antriebsstoffeinlaß 54, welcher ein (nicht dargestelltes) poröses Filter aufweisen kann, welches im Ansaugrohr 50 angeordnet ist.
Die Heizvorrichtung 34 kann wahlweise irgendeine geeignete Vorrichtung zur Erwärmung des Antriebsstoffes in der Antriebsstoff-Ansaugleitung 32 umfassen, z. B. ein selbststeuerndes Heizband oder eine Heizpatrone 53 sein, welche in die Antriebsstoff-Ansaugleitung 32 hineinragen und im Inneren des Antriebsstofftankes 20 enden. Die Wärmetauscheinrichtung 30 und die Antriebsstoff-Ansaugleitung 32 können aus jedem geeigneten dauerhaften Material, vorzugsweise aus metallischem Material und besonders bevorzugt aus rostfreiem Stahl, welcher der Korrosion widersteht und die Wärme gut leitet, wobei er seine Vorteile bezüglich Dauerhaftigkeit und Festigkeit beibehält, hergestellt sein.
Verschiedene Ausführungsformen von Heizvorrichtungen 22 für Antriebsstofffluide, z. B. für Dieselkraftstoff oder Hydrauliköl, sind in den Fig. 2 bis 10 dargestellt. Eine Antriebsstofffluid-Heizvorrichtung 56 umfaßt im allgemeinen eine Wärmetauscheinrichtung 58, eine Antriebsstoff-Ansaugleitung 60 und eine Vorheiz-Antriebsstoff-Ansaugleitung 62. Die Antriebsstoff-Heizvorrichtung 56 ist in einem Speichertank 20 durch eine Meßöffnung oder eine andere geeignete Öffnung zur Heizung des Antriebsstoffes im Speichertank 20 und des Antriebsstoffes sowohl in der Antriebsstoff-Ansaugleitung 60 und in der Vorheiz-Ansaugleitung 62 angeordnet. Es kann mehr als eine Antriebsstoff-Heizvorrichtung 56 verwendet werden, insbesondere wenn das Fahrzeug mehr als einen Antriebsstofftank aufweist.
Die Fig. 2 und 3 zeigen eine Wärmetauschvorrichtung 58, welche ein Gehäuse oder eine Umhüllung 64 mit einem Fluideinlaß 66 und einem Fluidauslaß 68 umfaßt. Wie bereits mit Bezug auf Fig. 1 erläutert wurde, kann das erwärmbare Fluid in jeder Richtung hindurchströmen, z. B. kann das Fluid in den Fluidauslaß 38 eintreten und durch den Fluideinlaß 66 austreten. Das Gehäuse 64 hat vorzugsweise eine zylindrische Umhüllung 70 mit ersten und zweiten geschlossenen Enden 72, 74. Die zylindrische Umhüllung 70 ist innerhalb des Antriebsstoff-Speichertankes 20 so angeordnet, daß ein äußerer Bereich des Gehäuses 64 sich über den Antriebsstoff-Speichertank 20 hinaus, und ein innerer Bereich des Gehäuses 64 sich in den Antriebsstoff-Speichertank 20 hinein erstreckt, ähnlich der Heizvorrichtung 22 in Fig. 1. Der Fluideinlaß 66 und der Fluidauslaß 68 kommunizieren mit dem Außenbereich des Gehäuses 64. Es wird darauf hingewiesen, daß die Bezugnahme auf einen Antriebsstofffluid-Speichertank in vielen Situationen durch die Bezugnahme auf einen Kraftstoff-Speichertank ersetzt werden kann, wobei man im Schutzumfang dieser Erfindung verbleibt.
Die Antriebsstoff-Ansaugleitung 60 ist benachbart zur Wärmetauscheinrichtung 58 angeordnet. Die Antriebsstoff-Ansaugleitung 60 umfaßt ein Ansaugrohr 76 und einen Antriebsstoff-Auslaß 78. Das Ansaugrohr 76 erstreckt sich von der Öffnung am ersten geschlossenen Ende 72 entlang der Umhüllung 70 durch eine Öffnung am zweiten geschlossenen Ende 80 und vorzugsweise bis zum Boden des Antriebsstoff-Speichertankes 20. Um das Ansaugrohr 76 zu halten und irgendwelchen Fluidaustausch zwischen der Antriebsstoff-Ansaugleitung 60 und der Wärmetauscheinrichtung 58 zu verhindern, ist das Ansaugrohr 76 vorzugsweise mit den ersten und zweiten geschlossenen Enden 72, 74 verschweißt. Das Ansaugrohr 76 endet an einem Ende im Antriebsstoffauslaß 74, und am anderen Ende im Antriebsstoffeinlaß 80, welcher ein poröses Filter (nicht dargestellt) aufweisen kann, welches im Ansaugrohr 76 angeordnet ist. Der Antriebsstoffanschluß 81 umgibt den Antriebsstoffeinlaß 80. Die Antriebsstoff-Ansaugleitung 60 verjüngt sich nahe dem zweiten geschlossenen Ende 72 und bildet einen Hohlraum 71. Das erwärmbare Fluid, welches durch den Hohlraum 92 fließt, der in Fig. 4 dargestellt ist, ändert in dem Hohlraum 71 die Richtung und fließt weiter zum Fluidauslaß 68.
Die Vorheiz-Antriebsstoff-Ansaugleitung 62 ist benachbart zur Antriebsstoff- Ansaugleitung 60 angeordnet und für eine Wärmeübertragung geeignet, die in beide Leitungen erfolgen kann. Die Vorheiz-Antriebsstoff = Ansaugleitung 62 umfaßt ein Ansaugrohr 82 und einen Antriebsstoffauslaß 84. Das Ansaugrohr 82 erstreckt sich von einer Öffnung im ersten geschlossenen Ende 71 in der Antriebsstoff-Ansaugleitung 60 durch eine Öffnung in dem zweiten geschlossenen Ende 74. Abhängig von der Nutzung kann sich das Ansaugrohr 82 bis zum Boden des Antriebsstoff-Speichertankes 20 erstrecken. Das Ansaugrohr 82 endet an einem Ende in dem Antriebsstoffauslaß 84 und am anderen Ende in dem Antriebsstoffeinlaß 86, welcher ein poröses Filter (nicht dargestellt) aufweisen kann, das im Ansaugrohr 82 angeordnet ist. Der Antriebsstoffeinlaß 80 umgibt den Antriebsstoffeinlaß 86.
Wärmeverteilungseinrichtungen oder Drosselteile 88 können innerhalb der Antriebsstoff-Ansaugleitung 60 angeordnet werden, um die Durchflußgeschwindigkeit des Fluides zu verlangsamen und/oder einen erhöhten Wärmeaustausch zwischen dem erwärmbaren Fluid im Gehäuse 64 und dem Antriebsstoff in der Antriebsstoff-Ansaugleitung 60 zu gewährleisten. Die Drosselteile 88 können verschiedene Formen aufweisen, z. B. ein spiralförmiges Teil oder eine Leitungsdrahtwicklung umfassen. Die Drosselteile 88 können integral mit der Antriebsstoff-Ansaugleitung 60 hergestellt oder separat in diese eingefügt werden.
Die Wärmetauscheinrichtung 58, die Antriebsstoff-Ansaugleitung 60 und die Vorheiz-Antriebsstoff-Ansaugleitung 62 können aus jedem geeigneten dauerhaften Material, z. B. aus Aluminium oder rostfreiem Stahl, welches der Korrosion widerstehen und die Wärme gut leiten kann, hergestellt sein.
Fig. 4 zeigt einen horizontalen Querschnitt durch die Heizvorrichtung 56 von oben. Die Vorheiz-Ansaugleitung 62 ist innerhalb des Hohlraumes 90 angeordnet, welcher durch die Antriebsstoff-Ansaugleitung 60 gebildet wird. Die Antriebsstoff-Verbindungsleitung 96 befindet sich in Fluidverbindung mit dem Antriebsstoff im Hohlraum 90 am Ende 98 und ist mit dem Antriebsstoffanschluß 100 am Ende 102 verbunden. Der Antriebsstoffauslaß 78 empfängt das Antriebsstofffluid, z. B. einen Kraftstoff, welcher durch die Ansaugleitung 60 und die Anschlußverbindungsleitung 96 fließt. Die Fluidanschlußverbindungsleitungen 99, 101 befinden sich in Durchflußverbindung mit dem Hohlraum 92 am Ende 104, 106 und den Kühlmittelanschlüssen 108, 110 am Ende 112, 114. Der Fluideinlaß 66 und der Fluidauslaß 68 stellen Fluidverbindungen mit dem erwärmbaren Fluid im Hohlraum 92, der zwischen dem Gehäuse 64 und der Antriebsstoff-Ansaugleitung 60 angeordnet ist, her. Das Drosselteil 88 ist innerhalb des Hohlraumes 90 angeordnet.
Ein Querschnitt durch die Wärmetauscheinrichtung 58 ist detaillierter in Fig. 5 dargestellt. Die zylindrische Umhüllung 70 ist im wesentlichen um die gesamte Antriebsstoff-Ansaugleitung 60 und die Vorheiz-Antriebsstoff-Ansaugleitung 62 angeordnet. Die Vorheiz-Antriebsstoff-Ansaugleitung 62 ist in dieser Ausführungsform im inneren bzw. im Hohlraum 90 der Antriebsstoff-Ansaugleitung 60 angeordnet. Die Antriebsstoff-Ansaugleitung 60 ist hier als im wesentlichen mit einem ovalen Querschnitt dargestellt, und die Vorheiz-Antriebsstoff-Ansaugleitung 62 ist hier mit einem im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt dargestellt, obgleich die Formen im allgemeinen keine kritischen Grenzen darstellen. Das Drosselteil 88 ist innerhalb der Antriebsstoff-Ansaugleitung 60 angeordnet.
In Fig. 6 ist eine andere Querschnittansicht einer Wärmetauscheinrichtung 58 dargestellt. Die zylindrische Umhüllung 70 umgibt die Antriebsstoff-Ansaugleitung 60, welche ihrerseits die Vorheiz-Antriebsstoff-Ansaugleitung 62 umgibt. Der Hohlraum 92 ermöglicht den Durchlaß eines erwärmbaren Fluides, z. B. einer Motorkühlflüssigkeit oder eines Abgases, und die Hohlräume 90 und 94 ermöglichen den Durchlaß eines Antriebsstofffluides, z. B. eines Dieselkraftstoffes oder eines hydraulischen Fluides durch die Antriebsstoff-Ansaugleitung 60 und die Vorheiz-Antriebsstoff-Ansaugleitung 62.
In Fig. 7 ist eine Draufsicht auf eine Heizvorrichtung 56 erkennbar. Eine Vorheiz-Antriebsstoff-Ansaugleitung 62 ist innerhalb des Vorheiz-Antriebsstoffleitungsfittings 116 angeordnet. Der Antriebsstoffanschluß 100 des Antriebsstoffauslasses 78 ist mit der Antriebsstoffleitung 254·verbunden, welche das Antriebsstofffluid zum Motor 28 leitet, wie dies in Fig. 20 erkennbar ist. Die Kühlmittelanschlüsse 108, 110 des Fluideinlasses 66 und des Fluidauslasses 68 sind mit den Kühlmittelleitungen 186, 188 verbunden, welche das Kühlmittel oder ein anderes erwärmbares Fluid durch das Heizsystem leiten, wie dies in Fig. 21 erkennbar ist. Der Fluideinlaß 66, der Fluidauslaß 68 und der Antriebsstoffauslaß 78 sind in der Nähe der Flanschplatte 118 angeordnet.
Fig. 8 zeigt eine Ansicht von unten auf die Heizvorrichtung 56. Der Antriebsstoffanschluß 81 ist um die Antriebsstoff-Ansaugleitung 60 und die Vorheiz- Antriebsstoff-Ansaugleitung 62 angeordnet.
Die Fig. 9 und 10 zeigen alternative Ausführungsformen der Heizvorrichtung 56. In Fig. 9 befindet sich die Vorheiz-Antriebsstoff = Ansaugleitung 62 innerhalb eines festen Bereiches, benachbart zur Antriebsstoff-Ansaugleitung 60. In Fig. 10 ist die Vorheiz-Antriebsstoff-Ansaugleitung 62 innerhalb der Antriebsstoff- Ansaugleitung 60 angeordnet. Sowohl in der Fig. 9 als auch in der Fig. 10 sind der Fluideinlaß 66 und der Fluidauslaß 68 nahe der Antriebsstoff-Ansaugleitung 60 und der Vorheiz-Antriebsstoff-Ansaugleitung 62 angeordnet. Wie die Fig. 9 und 10 zeigen, können die Antriebsstoff-Ansaugleitung 60, der Fluideinlaß 66 und der Fluidauslaß 68 verschiedene Formen besitzen. Der in den Fig. 9 und 10 dargestellte Wärmetauscher 58 kann insgesamt oder teilweise extrudiert sein. Ein zylindrisches Gehäuse oder eine Umhüllung 70 können um den Fluideinlaß 66, den Fluidauslaß 68 und die Antriebsstoff-Ansaugleitung 60 angeordnet sein.
Fig. 11 zeigt eine alternative Ausführungsform einer Heiz- und Bypass-Vorrichtung zur Erwärmung des Antriebsstofffluides, z. B. eines Dieselltraftstoffes oder eines Hydraulikfluides in einem Speichertank. Diese Vorrichtung ist detaillierter in dem gleichzeitig anhängigen US-Patent 5423373 beschrieben.
Diese Bypass-Vorrichtung 120 sieht eine Einrichtung zur Erwärmung von Antriebsstofffluiden in Antriebsstofffluid-Speichertanks, zur Erwärmung von Antriebsstofffluiden in Antriebsstofffluid-Einlaßleitungen, das Vorbeiführen des Kühlmittelflusses, um diese Heizkreisläufe zu umgeben, und das wahlweise Schließen des Kühlmittelflusses zur Vorrichtung 120 in dauerhafterer Weise als in anderen automatischen Kreislaufeinrichtungen vor. Die Bypass-Vorrichtung 120 umfaßt einen Kopfbereich oder eine Veiteilereinrichtung 122, eine Befestigungseinrichtung 124 und eine Wärmetauscher-Gehäuseeinrichtung 126. Die Verteilereinrichtung 122 umfaßt verschiedene Durchflußkammern und Untereinheiten zur Durchleitung des Kühlmittelfluides und des Antriebsstofffluides. Wie die Fig. 11 zeigt, ist die Bypass-Ventileinrichtung, welche eine in sich geschlossene Paraffmmotoreinheit 128 umfaßt, betreibbar, um selektiv den Fluß eines wärmenden oder kühlenden Fluides von einer externen Quelle zur Bypass- Vorrichtung 120 durch die Verteilereinrichtung 122 der Kühlmitteldurchflußkammer 130 und durch die Gehäuseeinrichtung der Kühlmitteldurchflußkammern 132 zuzuführen, wie dies mit schwarzen Pfeilen dargestellt ist.
Wie die Fig. 11 und 12 zeigen, umfaßt die in sich geschlossene Paraffinmotoreinheit 128 ein Temperaturerfassungsende 134 für das Antriebsstofffluid und einen temperaturbetätigten Kolben bzw. einen teleskopierenden Stößel 136. Der teleskopierende Stößel ist zwecks Bewegung und Verschiebung einer Bypass- Abdeckung 138 relativ zu einer Bypass-Nut 140 konstruiert und angeordnet. Die Position der Bypass-Abdeckung 138 ermöglicht den Fluß eines erwärmbaren Fluides, z. B. eines Kühlmitteliluides für den Motor, von einem Kühlmittel- Einlaßbereich 142 in eine Kühlmittel-Durchflußkammer 130 und heraus aus dem Kühlmittel-Auslaßbereich 146. Relativ wird die Bypass-Abdeckung 138 so angeordnet, daß sie das erwärmbare Fluid in einer Weise aufnimmt in welcher es durch die Bypasskammer 148 der Verteilereinrichtung und aus dem Kühlmittel- Auslaßbereich 146 herausgeleitet wird, ohne daß es in irgendeiner Weise in die Gehäuseeinrichtung der Kühlmittel-Durchflußkammer 132 fließt.
Die in Fig. 11 dargestellte Befestigungseinrichtung 124 umfaßt eine Befestigungsplatte 150, welche in verschiedener Weise gestaltet und angeordnet werden kann, um über der Kraftstoffanzeige-Geberplatte 152 eines Kraftstoff- Speichertankes 20 befestigt zu werden. Die Dichtung 151 ist zwischen der Befestigungsplatte 150 und der Platte 152 so angeordnet, daß eine gute Dichtung erreicht wird, um Leckagen zu vermeiden. Eine geeignete Befestigungseinrichtung 154 ist vorgesehen und kann durch Öffnungen in den Befestigungs- und Geberplatten verschiedener Größen und Formen befestigt werden, um optimale Flexibilität und Befestigungsmöglichkeiten zu erreichen. So wird die Befestigungseinrichtung 124 in der Weise befestigt, daß die nach unten weisende Gehäuseeinrichtung 126 sich in einen Speichertank, z. B. einen Kraftstofftank, erstreckt, um verbesserte Wärmeübertragungseigenschaften und Bypass-Möglichkeiten für das gesamte System zu gewährleisten.
Die Gehäuseeinrichtung 126 umfaßt eine Drosseleinheit 156, ein Außengehäuse 158, eine Antriebsstofffluid-Ansaugleitung 160 und eine Antriebsstofffluid- Einlaßkammer 162. Das Außengehäuse 158 umfaßt vorzugsweise eine zylindrische, wärmeleitende äußere Hülle, bevorzugt eine dauerhafte Stahlkonstruktion, welche zur Einfügung in einen Speichertank zwecks Kontakt mit einem Volumen des gespeicherten Antriebsstofffluides vorgesehen ist. Die Einlaßeinrichtung 164 ist vorgesehen, um ein erwärmbares Fluid in die Kühlmittel-Durchlaßkammern 132 einzuleiten, und die Auslaßeinrichtung 166 ist vorgesehen, um das erwärmbare Fluid aus dem wärmeleitenden Abschnitt der Wärmetauscheinrichtung einschließlich des Außengehäuses 158, welches somit insgesamt die Antriebsstofffluid-Einlaß-/Ansaugleitung 160 zwischen dem Einlaß 164 und dem Auslaß 166 umgibt, herauszuführen.
Zusätzlich zum Leiten des erwärmbaren Fluides oder Kühlmittels in dem Bereich der Bypass-Vorrichtung 120, welcher die Gehäuseeinrichtung 126 der Wärmetauscheinrichtung umfaßt, ist eine Drosseleinrichtung innerhalb der Antriebsstofffluid-Ansaugleitung 160 vorgesehen, um die Durchflußgeschwindigkeit des Fluides durch diese zu verlangsamen und/oder einen erhöhten Wärmeaustausch zwischen dem erwärmbaren Fluid in den Kühlmittel-Durchflußkammern 132 der Gehäuseeinrichtung und des Durchflusses des Antriebsstofffluides durch die Antriebsstofffluid-Einlaß-/Ansaugleitung 160 zu gewährleisten. Dies ermöglicht, wenn erforderlich, einen größeren Wärmeanstieg, wenn das Antriebsstofffluid durch die Bypass-Vorrichtung 120 fließt. Zusätzlich gewährleistet dieses Merkmal eine bessere Wärmeverteilung in den Einlaß-/Ansaugleitungen für das Fluid im Speichertank, welches durch die Bypass-Vorrichtung hindurchgeht.
Es sind verschiedene Formen von Wärmeverteilungseinrichtungen innerhalb des Schutzumfanges dieser Erfindung umrissen und vorgesehen. So ist z. B. in Fig. 11 ein spiralförmiges Teil 168 innerhalb der Durchflußkammer 162 der Antriebsstofffluid-Ansaugleitung vorgesehen. Diese Wärmeverteilungseinrichtung kann integral mit der Antriebsstofffluid-Ansaugleitung 160 hergestellt oder getrennt darin eingefügt werden.
In Fig. 13 ist beispielhaft eine Antriebsstofffluid-Vorheiz-/Wasserabscheidungsvorrichtung dargestellt, welche der ähnlich ist, die in US- Patent 4 933 077 beschrieben ist. Ein Wasserabscheider 24 kann verwendet werden, um den Kraftstoff für einen schnellen Start des Fahrzeuges elektrisch vorzuwärmen, und irgendwelches Wasser, welches sich im Kraftstoffsystem gesammelt hat, manuell zu beseitigen. Die Wasserabscheidungseinrichtung 24 benutzt ein erwärmbares Fluid, z. B. das Kühlmittel des Motors sowie den Batteriestrom, um ein elektrisches Heizelement zu erwärmen, welches seinerseits den Dieselkraftstoff für eine effiziente Funktion des Motors bei kaltem Wetter auf eine optimale Temperatur erwärmt. Der Wasserabscheider 24 wird vorzugsweise aus einem dichten Material, z. B. Edelstahl, hergestellt.
Der Wasserabscheider 24 umfaßt im wesentlichen einen Speicher 170 einen Wärmetauscher 172 und ein elektrisches Element mit einer inneren Drossel 175. Der Speicher 170 umfaßt einen Behälter 176, welcher im allgemeinen die Form eines rechteckigen Prismas aufweist oder parallelrohrig ist. Der Speicher 170 umfaßt auch einen Antriebsstoffeinlaß 178 und einen Antriebsstoffauslaß 180, welche im Behälter 176 zur Herstellung der Verbindung zwischen der Innenseite des Behälters 176 und den anderen Antriebsstoffsystem-Komponenten angeordnet sind. Der Antriebsstoffeinlaß 178 ist am Antriebsstoff-Leitungssegment 252 und der Antriebsstoffauslaß 180 ist am Antriebsleitungssegment 254 durch irgendein geeignetes Mittel befestigt, wie dies in Fig. 20 erkennbar ist.
Der Speicher 170 umfaßt auch einen Kühlmitteleinlaß 182 und einen Kühlmittelauslaß 184, welche über die in den Fig. 13 und 21 dargestellten Kühlmittelleitungen 186, 188 mit jeder geeigneten Fluidquelle verbunden sind, welche Abwärme enthält, z. B. mit dem Abgas, dem Motorkühlmittel oder dem Motoröl. Das Motorkühlmittel wird bevorzugt gewählt, weil es eine relativ geringe Korrosivität besitzt. Die Kühlmittelleitungen 186, 188 können mit dem Kühlmitteleinlaß 182 und dem Kühlmittelauslaß 184 durch Klemm- oder Schraubverbindungen oder in jeder anderen geeigneten Weise verbunden sein.
Der Wärmetauscher 172 umfaßt mindestens ein Rohr 190, welches zwischen dem Kühlmitteleinlaß 182 und dem Kühlmittelauslaß 184 durch den Behälter 176 des Speichers 170 verläuft. Der Wärmetauscher 172 umfaßt verschiedene Rohre 190, welche in im wesentlichen paralleler Weise zwischen dem Kühlmitteleinlaß 182 und dem Kühlmittelauslaß 184 verlaufen, aber die Anordnung der Rohre 190 kann innerhalb des Schutzumfanges der Erfindung auch variieren. In der vorliegenden Ausführungsform werden neun Rohre verwendet, aber die Anzahl und die Größe der Rohre kann innerhalb des Schutzumfanges der Erfindung ebenfalls variieren. Ein erster Verteiler 192 verteilt das vom Kühlmitteleinlaß 182 hereinkommende Kühlmittel auf die Rohre 190. Ein zweiter Verteiler 194 faßt das von den Rohren 190 kommende Kühlmittel zusammen und leitet es durch den Kühlmittelauslaß 184 heraus. Andere Einrichtungen zur Verteilung der Kühlmittels und zur Zusammenfassung des Kühlmittels von einer Anzahl von Rohren, z. B. Weichenelemente können ebenfalls verwendet werden.
Der Wärmetauscher 172 umfaßt auch eine Abdeckung oder Umhüllung 196, welche innerhalb des Behälters 176 des Speichers 170 angeordnet ist. Die Umhüllung 196 umgibt teilweise einen Bereich der Rohre 190, um eine Vorheizkammer 198 zu bilden. Antriebsstoff, welcher in die Vorheizkammer 198 fließt, wird besser in der Nähe der Rohre 190 innerhalb der Vorheizkammer 98 gehalten und dadurch effektiver erwärmt, wodurch das Abscheiden von wäßrigen Verunreinigungen aus dem Antriebsstoff gefördert wird. Die Umhüllung 196 hat im wesentlichen eine zylindrische Form und wird aus einer halbzylindrischen Schale 200 hergestellt, welche im wesentlichen koaxial zu den Rohren 190 und einer Drosselplatte 202 am anderen Ende der Schale 200 angeordnet ist. Alternativ kann die Umhüllung 196 andere äußere Formen aufweisen und in einstückiger Weise konstruiert oder aus einer Anzahl von Umhüllungskomponenten hergestellt sein.
Die Umhüllung 196 besitzt eine erste Öffnung 204, welche mit dem Antriebsstoffeinlaß 178 verbunden ist, um den hereinkommenden Antriebsstoff in der Vorheizkammer 198 aufzunehmen. In der vorliegenden Ausführungsform ist die halbzylindrische Schale 200 so angeordnet, daß die offene Hälfte der Schale 200 zum Antriebsstoffeinlaß 178 gerichtet ist. Eine Antriebsstoffleitung 206, welche vom Antriebsstoffeinlaß 178 kommt, ist so angeordnet, daß sie den hereinkommenden Antriebsstoff durch eine erste Öffnung 204 in die Vorheizkammer 198 leitet.
Wie das zuvor erwähnte US-Patent 4 933 077 von Wolf und die Fig. 22 zeigen, hat die Umhüllung 196 auch eine zweite Öffnung 208, welche mit dem Antriebsstoffauslaß 180 verbunden ist, um den herausgehenden erwärmten Antriebsstoff zum Antriebsstoffauslaß 180 zu leiten. Die zweite Öffnung hat die Form einer Mündung 210 in der Drosselplatte 202, welche den Antriebsstoffauslaß 180 einfaßt. Der erwärmte Antriebsstoff, welcher aus der Vorheizkammer 198 durch die Mündung 210 ausfließt, wird somit zum Antriebsstoffauslaß 180 geleitet. Der Antriebsstoff, welcher innerhalb der Vorheizkammer 198 gehalten ist, wird auf einen vorteilhaft hohen Wert erwärmt, wodurch die Wasserkontaminationen veranlaßt werden, sich aus dem Antriebsstoff abzuscheiden, und weiterhin wird die Bildung einer wachsartigen Konsistenz verhindert. Weil dieser Antriebsstoff dann aus der Vorheizkammer 198 durch die Mündung 210 zum Antriebsstoffauslaß 180 und zum Motor 28 herausgeleitet wird, kann das Antriebsverhalten des Motors weiter verbessert werden.
Um den Antriebsstoff zu veranlassen, axial durch die Vorheizkammer 198 zur Mündung 210 zu fließen, wird die Antriebsstoffleitung 206 in einem spitzen Winkel relativ zur Achse der halbzylindrischen Schale 200 angeordnet. Infolge dessen fließt der eintretende Antriebsstoff, welcher durch die Antriebsstoffleitung 206 in die Vorheizkammer 198 geleitet wird, in einem spitzen Winkel relativ zur Achse der Schale 200. Der Antriebsstoff wird dann durch die Schale 200 selbst zur Achse der Schale 200 zurückgeleitet.
Wenn ein kalter Motor gestartet wird, muß eine bestimmte Zeit vergehen, bis die Fluide, z. B. das Kühlmittel des Motors und das Motoröl genügend erwärmt sind, um den Antriebsstoff genügend erwärmen zu können, um eine wachsartige Konsistenz zu verhindern und die Wasserkontaminationen zu veranlassen, sich aus dem Antriebsstoff abzuscheiden. Deshalb wird ein elektrisches Heizelement 174 innerhalb des Speichers 170 angeordnet, um dem Antriebsstoff vorzuheizen, welches verwendet werden kann, um das Kühlmittel-Heizsystem in Gang zu setzen. Das elektrische Heizelement 174 wird im wesentlichen nur während eines kalten Startes oder zu jener Zeit betrieben, wenn es erforderlich ist, ein gutes Antriebsverhalten des Motors zu gewährleisten. Das elektrische Heizelement 174 umfaßt ebenfalls einen Antriebsstoffeinlaß 212 und einen Antriebsstoffauslaß 214. Das elektrische Heizelement 174 besitzt vorzugsweise geeignete Spannungs- und Leistungswerte, um den Antriebsstoff für die beabsichtigte Verwendung genügend zu erwärmen. Das Heizelement 174 kann in Verbindung mit der Drossel 175 einen Kalorimeter- oder Leistungsstab 216 besitzen, welcher in seiner Länge, in Abhängigkeit von der Anwendung, variiert. Sowohl der Antriebsstoffeinlaß 212 als auch der Antriebsstoffauslaß 214 sind durch eine Halbkupplung mit dem Kalorimeterstab 216 verbunden. Der Antriebsstoffeinlaß 212 ist an dem Antriebsstoffleitungssegment 248 befestigt, und der Antriebsstoffauslaß 214 ist mit dem Antriebsstoffleitungssegment 250 durch beliebige geeignete Mittel verbunden, wie dies in Fig. 20 erkennbar ist. Das T-Stück 218 umfaßt den Antriebsstoffauslaß 214. Ein Thermostat oder Antriebsstoffsensor 220 ist an dem T-Stück 218 befestigt, um die Temperatur des Antriebsstoffes zu ermitteln, wenn der Antriebsstoff den Wasserabscheider 24 verläßt und zum Kühlmittelvorheizer 26 weiterfließt, wie dies in den Fig. 14, 20 und 21 dargestellt ist. Ein Fühler im Antriebsstoffsensor 220 erstreckt sich in das T-Stück 218, wenn das T-Stück 218 festgeschraubt wird, so daß der Fühler in der Lage ist, die Temperatur des austretenden Antriebsstoffes zu ermitteln. Das elektrische Heizelement 174 ist im allgemeinen parallel zur Ausrichtung des Wärmetauschers 172 angeordnet. Das Heizelement 174 kann in jedem Teil des Speichers 170 angeordnet sein, welcher in Abhängigkeit von der Form und den Abmessungen des Speichers, das Heizelement 174 in die Lage versetzt, der Kühlmittelheizung 26 schnell erwärmten Antriebsstoff zuzuführen.
Der Speicher 170 besitzt auch einen Wasserauslaß 222 zum Abscheiden des angesammelten Wassers aus dem Speicher 170. Der Wasserauslaß 222 besitzt ein Trennventil (nicht dargestellt), welches den Austritt von Wasser ermöglicht, während es den Austritt von Antriebsstoff verhindert.
Ein mechanischer Thermostat 224, welcher schematisch in den Fig. 20 und 21 dargestellt ist, wird verwendet, um die Temperatur des Antriebsstoffes zu ermitteln, welcher vom Wasserabscheider 24 kommt, wenn der Antriebsstoff zum Motor 28 geleitet wird. Ein Ventilstößel erstreckt sich in den Thermostat 224, um den bei 225 in Fig. 21 dargestellten Kühlmittelkreislauf zu schließen oder vorbeizuleiten, nachdem der Antriebsstoff die erforderliche oder optimale Antriebstemperatur erreicht hat, so daß der Antriebsstoff durch das Kühlmittel nicht weiter erwärmt werden braucht. Der Thermostat 224 öffnet jedoch automatisch, wenn die Temperatur des Antriebsstoffes abfällt, so daß das Kühlmittel erneut als Wärmequelle verwendet werden kann, um den Antriebsstoff zu erwärmen. Die Thermokupplungen 226 können wahlweise an verschiedenen Punkten des Antriebsstoffheizsystemes verwendet werden, um die Temperatur des Antriebsstoffes und des Kühlmittels so zu steuern, daß der Antriebsstoff und das Kühlmittel auf einer optimalen Temperatur gehalten werden können.
Fig. 14 zeigt ein Beispiel für eine antriebsstoffbeheizte Kühlmittelheizung 26, welche verwendet werden kann, um das Antriebsstofffluid in diesem Antriebsstoffheizsystem vorzuheizen. Ein erwärmbares Fluid, z. B. ein Motor-Kühlmittel, tritt durch den Kühlmitteleinlaß 228 ein und aus dem Kühlmittelauslaß 230 aus. Die Zirkulationspumpe 232 veranlaßt das Kühlmittel, durch dieses System zu zirkulieren. Die Antriebsstoffpumpe 234 erzeugt ein Saugen, durch welches der Antriebsstoff vom Wasserabscheider 24 zum Eintritt in die Antriebsstoffleitung 236 der Kühlmittelheizung 26 veranlaßt wird. Der Antriebsstoff tritt in die Verbrennungskammer 238 ein, welche den Wärmetauscher 240 umfaßt. Der Verbrennungslufteinlaß 242 zieht Luft ein, die für die Verbrennung des Antriebsstoffes benötigt wird, und alle Abprodukte werden durch das Auslaßrohr 244 abgeführt. Ein Lüfter 246 für die Verbrennungsluft bläst die Wärme des verbrannten Antriebsstoffes auf das Kühlmittel, um das Kühlmittel zu erwärmen. Eine mit Antriebsstoff beheizte Kühlmittelheizung wird für das Antriebsstoffheizsystem bevorzugt, obgleich jede unabhängige Hilfsheizung verwendet werden kann.
Wie in Fig. 20 erkennbar ist, führt ein erster Abschnitt 248 einer Antriebsstoffleitung vom Antriebsstoffspeichertank 20 zum Antriebsstoffeinlaß 212 im Wasserabscheider 24, und ein zweiter Abschnitt 250 der Antriebsstoffleitung führt vom Antriebsstoffauslaß 214 zur Kühlmittelheizung 26. Ein dritter Abschnitt 252 einer Antriebsstoffleitung führt vom Antriebsstoffspeichertank 20 zum Antriebsstoffeinlaß 178 im Wasserabscheider 24, und ein vierter Abschnitt 254 der Antriebsstoffleitung führt vom Antriebsstoffauslaß 280 zum Motor 28. Die Abschnitte 248, 252 der Antriebsstoffleitung können mit den Antriebsstoffeinlässen 178, 212 verbunden sein, und die Abschnitte 250, 254 können mit den Antriebsstoffauslässen 180, 214 durch geeignete Mittel, z. B. durch Klemmen oder Schrauben verbunden sein. Ein erfindungsgemäßes Antriebsstoffheizsystem kann auch ein Antriebsstoffilter 256, welches unterhalb der Wasserabscheidevorrichtung 24 angeordnet ist, umfassen. Ein solches Antriebsstoffilter 256 kann in den Abschnitten 250, 254 der Antriebsstoffleitung, wie in Fig. 20 dargestellt, angeordnet sein.
Das erfindungsgemäße Antriebsstoffheizsystem kann ein Batterieheizsystem umfassen. Das Batterieheizsystem 258 wird verwendet, um die Batterie während langer Stillstandsperioden des Fahrzeuges, oder wenn das Fahrzeug über Nacht bei kaltem Wetter abgeschaltet ist, zu erwärmen. Die Batterie warm zu halten hat einen wesentlichen Einfluß auf die Anlaßkraft der Batterie, welche für das Starten des Fahrzeuges bei kaltem Wetter entscheidend sein kann. Die Batterie wird verwendet, um den Antriebsstoff zu erwärmen, welcher durch den Wasserabscheider 24 hindurchgeht, um eine antriebsstoffbeheizte Kühlmittelheizung 26 zu zünden und um den Motor 28 zu starten.
Fig. 15 zeigt einen senkrechten Schnitt durch das Batterieheizsystem 258. Eine Batteriebox 260 ist eine vollständig umschlossene, dichte Box. Eine Isolierschicht 262 und eine metallische reflektierende Schicht 264 sind unmittelbar auf der Batteriebox 260 angeordnet. Die Batterie 266 ist auf dem Wärmetauschergehäuse 268 innerhalb der Batteriebox 260 angeordnet. Das Wärmetauschergehäuse 268 ruht auf isolierenden Abstandhaltern 270 auf der Grundplatte 272 der Batteriebox 260. Ein Bypass-Thermostat 274, wie er im US-Patent 4 964 376 beschrieben ist, wird innerhalb der Batteriebox 260 so angeordnet, daß der Temperaturfühler 276 sich in das Innere 278 der Batteriebox 260 erstreckt. Der Einlaß 280 für das Kühlmittel des Motors ermöglicht den Durchlauf von Kühlmittel durch den Bypass-Thermostat 274 in das Wärmetauschergehäuse 268 durch das Einlaßrohr 282. Das Kühlmittel tritt aus dem Wärmetauschergehäuse 268 durch eine Auslaßleitung (nicht dargestellt) aus. Die Batteriefüllkappen 284 sind mit einem Entlüftungsrohr 286 verbunden, um Gase aus der Batteriebox 260 auszuleiten, und die Integrität und Abdichtung der Batteriebox 260 aufrechtzuerhalten.
Wie Fig. 16 zeigt, umfaßt das Wärmetauschergehäuse 268 einen Wärmetauscher 288 und einen Speicherstoff 290. Der Wärmetauscher 288 kann verschiedene Formen besitzen, z. B. die in Fig. 16 dargestellte gewundene Form. Im allgemeinen füllt der Speicherstoff 290 das Wärmetauschergehäuse 268 vollständig aus. Es kann eine große Anzahl von Speicherstoffen in Abhängigkeit von der Verbrennungswärme, der Dichte, dem Abkühlungsverhalten, den Kosten und den physikalischen Eigenschaften verwendet werden.
Das Batterieheizsystem wird durch Zirkulation von warmem Kühlmittel des Motors durch den Wärmetauscher 288 im Wärmetauschergehäuse 286, welcher einen geeigneten Speicherstoff 290 enthält, betrieben. Das Wärmetauscher gehäuse 268 befindet sich in engem thermischen Kontakt mit der Batterie 266, so daß das zirkulierende Kühlmittel Wärme in dem Speicherstoff 290 speichert und die Batterie 266 erwärmt, wenn der Motor 28 läuft. Der Speicherstoff 290 absorbiert Wärme des warmen Kühlmittels vom Motor und geht von einem festen Aggregatzustand in einen flüssigen Aggregatzustand über, wenn das Fahrzeug fährt. Nachdem der Motor 28 abgeschaltet ist, hält der Speicherstoff 290 weiterhin die Wärme, wobei es sich im flüssigen Aggregatzustand befindet. Wenn der Speicherstoff langsam in den festen Aggregatzustand übergeht, gibt er Wärme ab und hält die Batterie 266 über einen ausgedehnten Zeitraum warm. Die Länge der Zeitdauer, während der das Batterieheizsystem 258 die Batterie 266 warm halten kann, ist davon abhängig, wieviel Speicherstoff 290 verwendet wurde, welcher Speicherstoff gewählt wurde, wie effektiv die Batteriebox abgedichtet und isoliert ist und welche Größe die Batterie besitzt.
Das Kühlmittel tritt in die Batteriebox 260 durch den Kühlmitteleinlaß 280 am Bypass-Thermostat 274 ein und läuft durch die Einlaßleitung 282 zum Wärmetauschergehäuse 268. Nach dem Durchgang durch den Wärmetauscher 288 tritt das Kühlmittel durch die Auslaßleitung (nicht dargestellt) aus. Wenn der Temperaturfühler 276 die Umgebungstemperatur der Batteriebox ermittelt, läuft das Kühlmittel an der Batteriebox 260 so vorbei, daß keine weitere Erwärmung der Batteriebox durch das Kühlmittel stattfindet. Das warme Kühlmittel läuft zum Motor 28 oder zu anderen Bauteilen innerhalb des Systems.
Die Abwärme vom Fahrzeug oder von der Kühlmittelheizung 26 kann zusammen mit dem Kühlmittel verwendet werden, um das Wärmetauschergehäuse 268 zu heizen. Die Abwärme kann sich mit dem Kühlmittel im Wärmetauscher oder sie kann sich in einer separaten Kammer befinden.
Wie Fig. 17 zeigt, bringt das Batterieheizsystem 258 überraschende und unerwartete Vorteile gegenüber den Systemen, welche bisher verwendet wurden. Die erste Reihe der Graphik 51 stellt einen Versuch unter Verwendung eines einfachen Wärmetauschers mit einem Edelstahlrohr dar, um die Grundplatte einer isolierten Batteriebox zu erwärmen. Im Beispiel 2, 52, wird ein 60/40- Gemisch von Ethylen-Glykol und Wasser in einem Wärmetauscher aus rostfreiem Stahl benutzt. Im Beispiel 3, 53, wird ein Speichermaterial in einem Wärmetauscher aus rostfreiem Stahl verwendet. Die drei Batterieboxsysteme wurden in einer Versuchskammer bei einer Temperatur von -30ºC (-22ºF) an geordnet. Nach mehr als 65 Stunden hatten die elektrolytischen Zellen in der Batteriebox des Beispieles 1 eine Temperatur von -18ºC (0ºF). Die elektrolytischen Zellen in der Batteriebox 52 des zweiten Beispieles hatten eine Temperatur von -11ºC (12ºF). In der Batteriebox des dritten Beispieles 53 hatten die elektrolytischen Zellen eine Temperatur von -7ºC (28ºF). Somit war nach einem beträchtlichen Zeitablauf ohne Betrieb des Motors die Batterie bei der Ausführung 53 bedeutend wärmer als die Umgebungstemperatur in der Prüfkammer.
Außer eine warme Batterie zu haben, wenn das Fahrzeug erstmals gestartet wird, ist es zusätzlich vorteilhaft, ein warmes Fluid, z. B. Öl, zur Verfügung zu haben, so daß ein ordnungsgemäßer Öldruck herrscht, wenn das Fahrzeug gestartet wird. Wie Fig. 18 zeigt, kann der Wärmetauscher 292 an einer Ölwanne 294 angeordnet sein. Im allgemeinen ist die Olwanne 294 unterhalb des Motors 28 angeordnet. Der Wärmetauscher 292 ist im allgemeinen mit einem kleinen Winkel zur Ölwanne 294 angeordnet und erstreckt sich von der Grundplatte 296 der Ölwanne 294 bis zur Höhe des Ölstandes 295.
In den Fig. 19a und 19b ist der Wärmetauscher 292 detaillierter dargestellt. Das Kühlmittel des Motors oder ein anderes warmes Fluid tritt durch den Kühlmitteleinlaß 294 ein und wird durch die Rohre 296 des Wärmetauschers 292 geleitet. Das Kühlmittel oder ein anderes warmes Fluid tritt aus dem Kühlmittelauslaß 298 aus. Das Öl tritt in den Wärmetauscher 292 am Einlaß 300 ein, fließt durch den Wärmetauscher 292 hindurch und wird durch den Wärmeaustausch vom Kühlmittel des Motors in den Rohren 296 erwärmt. Das erwärmte Öl tritt durch den Auslaß 302 am Ölstand 295 in der Ölwanne 294 aus. Das Öl tritt in den Wärmetauscher 292 in der Nähe des Bodens 293 der Ölwanne 294 ein. Ein Konvektionsfluß wird verwendet, um das Öl zu erwärmen, weil das erwärmte Ol im Wärmetauscher 292 aufsteigt, um durch den Auslaß 302 abzufließen, wodurch kaltes Öl in den Einlaß 300 eintreten kann.
In den Fig. 20 und 21 wird wiederum ein erfindungsgemäßes Antriebsstoffsystem, welches die vorgenannten Komponenten umfaßt, in schematischer Form erläutert. Das Batterieheizsystem 258 kann verwendet werden, um die Batterie während der Ausschaltzeit des Motors warmzuhalten. Die Batterie 266 stellt Strom zur Verfügung, um das elektrische Heizelement 174 im Wasserabscheider 24 zu erwärmen. Ein (nicht dargestellter) Kipphebelschalter im Fahrzeug schaltet den Heizstab 216 im elektrischen Heizelement 174 ein, um den Antriebsstoff im Wasserabscheider 24, welcher verwendet wird, um die Kühlmittelheizung 26 zu starten, zu erwärmen. Das elektrische Heizelement 174 wirkt somit als Vorheizer für das Antriebsfluid. Der kalte Antriebsstoff wird in die Heizvorrichtung gezogen. Wenn die Antriebsstoff-Heizvorrichtung 56 verwendet wird, wird Kraftstofffluid, z. B. Dieselkraftstoff, durch den Antriebsstoffeinlaß 86 gezogen, fließt durch die Antriebsstoff-Ansaugleitung 62 des Vorheizers und tritt durch den Antriebsstoffauslaß 84 aus. Der kalte Antriebsstoff ffießt durch den ersten Bereich 248 der Antriebsstoffleitung und tritt in den Antriebsstoffeinlaß 212 des Wasserabscheiders 24 ein. Der kalte Antriebsstoff erreicht das elektrische Heizelement 174 und wird durch den Heizstab 216 erwärmt, wenn der Antriebsstoff durch das elektrische Heizelement 174 hindurchfließt. Der Antriebsstoff verbleibt innerhalb des elektrischen Heizelementes 174 für eine festgesetzte Zeitdauer, z. B. für fünf Minuten. Wenn aufgrund der Umgebungsbedingungen festgelegt wurde, daß eine längere Zeitdauer zur Vorheizung des Antriebsstoffes notwendig ist, kann eine manuelle Umschaltung verwendet werden, um die Dauer der Vorheizzeit zu erhöhen. Die Temperatur des Antriebsstoffes, welche das elektrische Heizelement 174 auslöst, hängt von der Zeitdauer, in welcher der Antriebsstoff vorgeheizt wird, und der Umgebungstemperatur ab. Der Antriebsstoffsensor 220 mißt die Temperatur des austretenden Antriebsstoffes. Wenn der Antriebsstoff auf eine bestimmte Temperatur, z. B. 60ºC (140ºF) vorgeheizt ist, wird das elektrische Heizelement 174 ausgeschaltet. Der Antriebsstoff wird weiter durch den Wärmeübergang von den Rohren 190 in der Vorheizkammer 198 erwärmt.
Nachdem der Antriebsstoff im Wasserabscheider 24 vorgeheizt wurde, wird ein zweiter Schalter im Fahrzeug betätigt, welcher die Kühlmittelheizung 26 in Gang setzt. Dadurch zieht eine Antriebsstoffpumpe in der Kühlmittelheizung 26 den vorgeheizten Antriebsstoff aus dem elektrischen Heizelement 174 im Wasserabscheider 24 und der Antriebsstoff tritt aus dem Wasserabscheider 24 durch den Auslaß 214 aus. Der erwärmte Antriebsstoff fließt weiter durch den zweiten Abschnitt 250 der Antriebsstoffleitung und durch ein Filter hindurch und tritt in die Kühlmittelheizung 26 ein.
Die Kühlmittelheizung 26 zirkuliert Kühlmittel durch das System. Der Antriebsstoff wird in der Kühlmittelheizung 26 verbrannt, wodurch Wärme abgegeben wird. Das Kühlmittel wird erwärmt, wenn es durch den Verdichter 246 hin durchgeht, und das warme Kühlmittel wird durch das Heizsystem zirkuliert, wie dies in Fig. 21 erkennbar ist. Das erwärmbare Fluid, z. B. das Kühlmittel eines Motors, wird als Wärmequelle verwendet, um das Batterieheizsystem 258, den Wasserabscheider 24, die Heizvorrichtung 56, 22, 120, den Motor 28, den Wasserabscheider 292, die Hydraulik-Heizungen 304, den Antriebsstoffspeichertank 20 und alle anderen Komponenten im System zu erwärmen und aufzutauen. Die Kühlmittelheizung 26 kann für eine Zeitdauer betrieben werden, bis alle Komponenten des Motors und des Systems aufgetaut sind und das Kühlmittel und der Antriebsstoff auf eine bestimmte Temperatur, z. B. auf 71ºC (160ºF) erwärmt wurden. Unbenutzter Antriebsstoff tritt aus der Kühlmittelheizung 26 aus und fließt in den Speichertank 20 zurück.
Wie die Fig. 21 zeigt, tritt ein erwärmbares Fluid, z. B. das Kühlmittel eines Motors, aus der Kühlmittelheizung 26 aus und in den Bypass-Thermostat 274 durch den Kühlmitteleinlaß 280 ein. Speichermaterial 290 wird erwärmt, wenn das Kühlmittel durch den Wärmetauscher 288 hindurchfließt. Wenn der Sensorstab 276 ermittelt, daß die Umgebungstemperatur der Batteriebox erreicht wurde, wird das Kühlmittel an der Batteriebox 260 vorbei zum Wasserabscheider 24, zur Heizvorrichtung 56, zum Motor 28 oder zu anderen im Heizsystem verwendeten Komponenten geführt. Alternativ kann das Kühlmittel von der Batteriebox 26 zu den Hydraulikheizungen 304 und dann zum Wärmetauscher 292 geleitet werden, um das Kühlmittel weiter zu erwärmen, bevor es zum Motor 28 gelangt.
Sobald das System durch das Kühlmittel erwärmt wurde, und das Kühlmittel eine bestimmte Temperatur erreicht hat, wird die Kühlmittelheizung 26 ausgeschaltet. Der Motor 28 wird dann durch Verdrehen des Zündschlüssels gestartet. Wenn der Motor 28 gestartet ist, wird eine Saugpumpe des Motors aktiviert, welche bewirkt, daß Antriebsstoff aus dem Speichertank 20 in den Antriebsstoffeinlaß 80 und durch eine Antriebsstoff-Ansaugleitung 60 gesaugt wird, wenn das erwärmbare Fluid durch die Wärmetauscheinrichtung 58 zirkuliert. Der erwärmte Antriebsstoff tritt aus der Heizvorrichtung 56 durch den Antriebsstoffauslaß 84 aus und fließt durch den Abschnitt 252 des Antriebsstoffeinlasses 178 des Wasserabscheiders 24. Der Antriebsstoff fließt weiter durch die Antriebsstoffleitung 206 in die Vorheizkammer 198 durch die erste Öffnung 204. Der Antriebsstoff wird durch die Nähe der Rohre 190, welche erwärmbares Fluid, z. B. Kühlmittel des Motors enthalten, weiter erwärmt. Der erwärmte Antriebs stoff fließt aus der Vorheizkammer 198 durch die Mündung 210 heraus und wird zum Antriebsstoffauslaß 180 des Wasserabscheiders 24 geleitet.
Der Antriebsstoff, welcher durch den Antriebsstoffauslaß 180 des Wasserabscheiders 24 austritt, geht weiter durch den Abschnitt 254 der Antriebsstoffleitung zum mechanischen Thermostat 224, wie dies in Fig. 20 dargestellt ist. Wenn der Antriebsstoff eine vorbestimmte Temperatur, z. B. 27ºC (80ºF) erreicht hat, fließt der Antriebsstoff durch den mechanischen Thermostat 224, und der Antriebsstoff wird durch das warme Kühlmittel weiter erwärmt. Der Antriebsstoff fließt dann weiter durch die Antriebsstoffleitung zur Förderpumpe 306, welche den Antriebsstoff zum Motor 28 befördert. Der erwärmte Antriebsstoff ffießt auch durch ein Filter 256 des Motors, welches Partikel, Wasser oder andere Fremdstoffe entfernt, und zu Injektoren, welche den Antriebsstoff dem Motor 28 so zuführen, daß dieser läuft. Ungebrauchter Antriebsstoff fließt zum Antriebsstoff-Speichertank 20 zurück. Wenn der Antriebsstoff eine bestimmte Temperatur erreicht hat, wird der Kühlmittelfluß durch den Thermostat 224 geschlossen, wenn die Schiebestange vorgeschoben wird und den Kühlmittelfluß bei 225 zum Motor 28 hin vorbeileitet, wie dies in Fig. 21 erkennbar ist.
Bei der in den Fig. 1, 11 und 12 dargestellten Heizvorrichtung strömen Kraftstoff oder andere Antriebsfluide durch die Antriebsfluid-Einlaßleitung 160 oder die Kraftstoff-Ansaugleitung 32 ein und dann weiter durch den Wasserabscheider 24 und die Kühlmittelheizung 26, wie dies zuvor beschrieben wurde. Nachdem die Komponenten des Motors 28 erwärmt sind und der Motor 28 gestartet wurde, wird der. Antriebsstoff wiederum durch die Eingangsleitung 160 und die Ansaugleitung 32 gezogen, und es wird ein Steuermechanismus (nicht dargestellt) z. B. durch ein Ventilteil geschaltet, so daß der Antriebsstoff in den Antriebsstoffeinlaß 178 des Wasserabscheiders 24 eintritt und durch den Thermostat 224, die Förderpumpe 306, das Motorfilter 256 und die Injektoren zum Motor 28 weiterfließt, wie dies vorstehend beschrieben wurde.
Die Kombination der Bauteile zu dem hier beschriebenen Antriebsstoffheizsystem ist insofern vorteilhaft, weil der Motor nicht mit kaltem Antriebsstoff gestartet werden braucht. Weiterhin heizt das Kühlmittel das gesamte System einschließlich des Antriebsstoffes vor, bevor das Fahrzeug gestartet wird. Der vorgeheizte Antriebsstoff wird dem Motor zugeführt, wobei die Wahrscheinlichkeit, daß das Antriebsfluid, z. B. Dieselkraftstoff, eine gelartige Konsistenz annimmt, vermindert wird. Zusätzlich werden der Motor und die Komponenten des Systems alle erwärmt und aufgetaut, bevor das Fahrzeug gestartet wird, wodurch die Gefahr einer Beschädigung und die Abnutzung der Bauteile vermindert werden.
Das erfindungsgemäße Batterieheizsystem 258 ist vorteilhaft, weil eine warme Batterie einen größeren Startstrom abgibt, als eine kalte Batterie. Dies ist besonders wichtig bei extrem niedrigen Temperaturen, weil der Wärmeaustausch vom Speicherstoff 290 zur Batterie 260 die Batterie während ausgedehnter Stillstandszeiten des Motors länger warm hält. Tatsächlich ist das Antriebsstoffheizsystem 258 in der Lage, die Temperatur der Batterie 260 auf Temperaturen über der Umgebungstemperatur zu halten, selbst wenn das Fahrzeug bei extrem kaltem Wetter mehrere Tage abgestellt wird.
Die Verwendung von Bypass-Baugruppen und Abschaltthermostaten ist bei dem beschriebenen erfindungsgemäßen Antriebsstoff-Heizsystem besonders vorteilhaft. Die Verwendung dieser Bauteile im Wasserabscheider 24, dem mechanischen Thermostat 224 und dem Bypass-Thermostat 274 sichert, daß die Antriebsfluide, welche in dem Antriebsstoff-Heizsystem verwendet werden, auf optimalen Antriebstemperaturen gehalten werden.
Es ist ebenso vorteilhaft, andere Antriebsfluide, z. B. Öl, zu erwärmen, welches in dem Antriebsstoff-Heizsystem erwärmt wird, bevor der Motor gestartet wird. Die Verwendung eines Wärmetauschers 292 außerhalb der Ölwanne ist besonders vorteilhaft, weil es die Möglichkeit der Kontamination des Öles durch das erwärmbare Fluid, welches im Wärmetauscher 292 verwendet wird, vermindert. Außerdem ist ein externer Wärmetauscher 292 vorteilhaft, weil die Gefahr vermindert wird, daß ein Feuer durch ein beschädigtes Heizelement innerhalb der Ölwanne ausbricht. Zusätzlich kann der Wärmetauscher 292 verwendet werden, um Wärmeübertragungsmöglichkeiten innerhalb des Antriebsstoff-Heizsystemes zu schaffen, welcher die Temperatur des Kühlmittels erhöht, das in den Motor 28 eintritt und durch diesen hindurchfließt. Dies ist vorteilhaft, weil der Wärmetauscher 292 dazu beiträgt, das Antriebsstoff-Heizsystem schneller zu erwärmen.
Es ist selbstverständlich, daß die in dem erfindungsgemäßen Antriebsstoft- Heizsystem verwendeten Bauteile so geformt werden, daß sie den verschiedenen Erfordernissen und Anwendungen der Fahrzeugeigner angepaßt sind. Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, alle oben genannten Bauteile in dem Antriebsstoff-Heizsystem anzuwenden; das Antriebsstoff-Heizsystem arbeitet jedoch auch und erzielt die zuvor beschriebenen beachtenswerten Ergebnisse, wenn nicht alle der genannten Bauteile in dem Antriebsstoff-Heizsystem verwendet werden. Wenn z. B. das Batterieheizsystem 258 oder der Wärmetauscher 292 bzw. beide nicht verwendet werden, arbeitet das erfindungsgemäße Antriebsstoff-Heizsystem ebenfalls und erreicht die zuvor beschriebenen beachtenswerten Ergebnisse, einschließlich der Verminderung einer gelartigen Konsistenz des Antriebsstoffes und der Verbesserung des Antriebsverhaltens des Motors.

Claims

1. Heizsystem für Antriebsstoff, welcher einem Motor (28) zugeführt wird, wobei das Heizsystem umfaßt:

a) einen Behälter (20) zur Aufbewahrung des Antriebsstoffes,

b) eine Antriebsstoff-Heizeinrichtung (56), welche zur Beheizung des Antriebsstoffes vorgesehen ist, und welche enthält:

i) eine erste Antriebsstoff-Ansaugleitung (60), welche Antriebsstoff aus dem Behälter abzieht und dem Motor zuführt;

ii) eine erste Wärmetauscheinrichtung (58), welche vorgesehen ist, um den Antriebsstoff in der ersten Antriebsstoff-Ansaugleitung zu beheizen, wobei die erste Wärmetauscheinrichtung (58) einen wärmeleitenden Bereich aufweist, der ein erwärmbares Fluid in wärmeaustauschendem Zusammenwirken mit der ersten Antriebsstoff- Ansaugleitung enthält; und

c) eine zweite Wärmetauscheinrichtung (24; 26), welche das erwärmbare Fluid oder den Antriebsstoff erwärmt und funktionell mit dem wärmeleitenden Bereich der ersten Wärmetauscheinrichtung gekoppelt ist, um erwärmtes erwärmbares Fluid von der zweiten Wärmetauscheinrichtung zum wärmeleitenden Bereich der ersten Wärmetauscheinrichtung zu leiten; dadurch gekennzeichnet, daß:

eine zweite Antriebsstoff-Ansaugleitung (62) innerhalb der ersten Antriebsstoff-Ansaugleitung (60) angeordnet und vorgesehen ist, um Antriebsstoff vom Behälter abzuziehen und den Antriebsstoff von der Antriebsstoff-Heizeinrichtung zur zweiten Wärmetauscheinrichtung (24; 26) zu leiten, wobei die erste Wärmetauscheinrichtung (58) ebenfalls vorgesehen ist, um Antriebsstoff in der zweiten Antriebsstoff-Ansaugleitung zu beheizen.

2. Heizsystem nach Anspruch 1, welches weiterhin eine Anlauf-Heizeinrichtung (216) zur Beheizung des Antriebsstoffes beim Anlauf des Heizsystems und zum Weiterleiten des beheizten Antriebsstoffes zur zweiten Wärmetauscheinrichtung (24) aufweist, wobei die Anlauf-Heiz einrichtung funktionell mit der Antriebsstoff Heizeinrichtung (56) gekoppelt ist, um Antriebsstoff von der zweiten Antriebsstoff-Ansaugleitung (62) zu empfangen und den Antriebsstoff zu beheizen.

3. Heizsystem nach Anspruch 1, welches weiterhin eine Wasserabscheidungseinrichtung (24) zum Abscheiden von Wasserkontaminationen aus dem Antriebsstoff, welcher von der ersten Antriebsstoff-Ansaugleitung (60) aufgenommen wurde, aufweist, wobei die Wasserabscheidungseinrichtung in Fluidverbindung mit der ersten Antriebsstoff-Ansaugleitung und der zweiten Antriebsstoff-Ansaugleitung (62) steht.

4. Heizsystem nach Anspruch 3, welches weiterhin eine Anlauf-Heizeinrichtung (216) aufweist, welche innerhalb der Wasserabscheidungseinrichtung (24) angeordnet ist, um Antriebsstoff beim Anlauf des Heizsystems zu erwärmen und den erwärmten Antriebsstoff zu der zweiten Wärmetauscheinrichtung (24) weiterzuleiten, wobei die Anlauf-Heizeinrichtung funktionell mit der Antriebsstoff-Heizeinrichtung (56) gekoppelt ist, um Antriebsstoff von der zweiten Antriebsstoff-Ansaugleitung (62) zu empfangen und den Antriebsstoff zu erwärmen.

5. Heizsystem nach Anspruch 1, bei welchem die erste Antriebsstoff-Ansaugleitung (60) die zweite Antriebsstoff-Ansaugleitung (62) umgibt.

6. Heizsystem nach Anspruch 1, bei welchem die Antriebsstoff-Heizeinrichtung (56) einen kompakten Bereich (58) umfaßt, und die zweite Antriebsstoff-Ansaugleitung (62) zumindest teilweise innerhalb des kompakten Bereiches angeordnet ist.