EP0071053B1 - Brennstoffvorwärmverfahren für Brennkraftmaschinen für Schwerölbetrieb und Brennstoffsystem hierfür - Google Patents

Brennstoffvorwärmverfahren für Brennkraftmaschinen für Schwerölbetrieb und Brennstoffsystem hierfür Download PDF

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EP0071053B1 EP82106067A EP82106067A EP0071053B1 EP 0071053 B1 EP0071053 B1 EP 0071053B1 EP 82106067 A EP82106067 A EP 82106067A EP 82106067 A EP82106067 A EP 82106067A EP 0071053 B1 EP0071053 B1 EP 0071053B1
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    • F02D33/003Controlling the feeding of liquid fuel from storage containers to carburettors or fuel-injection apparatus ; Failure or leakage prevention; Diagnosis or detection of failure; Arrangement of sensors in the fuel system; Electric wiring; Electrostatic discharge
    • F02D33/006Controlling the feeding of liquid fuel from storage containers to carburettors or fuel-injection apparatus ; Failure or leakage prevention; Diagnosis or detection of failure; Arrangement of sensors in the fuel system; Electric wiring; Electrostatic discharge depending on engine operating conditions, e.g. start, stop or ambient conditions
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M37/00Apparatus or systems for feeding liquid fuel from storage containers to carburettors or fuel-injection apparatus; Arrangements for purifying liquid fuel specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines
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    • F02M37/0064Layout or arrangement of systems for feeding fuel for engines being fed with multiple fuels or fuels having special properties, e.g. bio-fuels; varying the fuel composition
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    • F02M37/00Apparatus or systems for feeding liquid fuel from storage containers to carburettors or fuel-injection apparatus; Arrangements for purifying liquid fuel specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines
    • F02M37/22Arrangements for purifying liquid fuel specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines, e.g. arrangements in the feeding system
    • F02M37/30Arrangements for purifying liquid fuel specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines, e.g. arrangements in the feeding system characterised by heating means

Definitions

  • the invention relates to a fuel preheating method for internal combustion engines for heavy oil operation according to the preamble of claim 1 and a fuel system for carrying out the aforementioned method according to the preamble of claim 4.
  • a fuel preheating system is known from the literature reference “Ship and Port”, Volume 31, No. 5, May 1979, pages 401 to 403, which is intended for internal combustion engines with heavy oil operation.
  • Preheated heavy oil is drawn in from a heated heavy oil storage tank via feed pumps and fed to a fuel injection system via a fuel filter. From the pressure connection of the heavy oil feed pump, a return line branches off in front of the filter, which opens into the fuel supply system.
  • the heated heavy oil is pumped through the return line to flowability, with no flow through the filter. Paraffin deposits in the filter cannot be thawed, so it is inevitable that at the end of the warming-up phase, inadmissibly high pressures will occur.
  • a fuel system in which heavy oil is drawn in via a pump and fed to an intermediate tank via a heating device and a filter, from which the heavy oil is fed to the injection system of the internal combustion engine.
  • a bypass is provided, which can be shut off by a manually operated valve. If the filter is clogged with viscous heavy oil due to low temperatures, the bypass is opened and unfiltered heavy oil passes directly into the lines to the injection system. This can lead to considerable problems in the fine injection channels of the injection system.
  • a heating device for a filter is known, which is fed by the leakage oil of the injection pump.
  • the injection pump In order to achieve heating power, the injection pump must be in operation and draw fuel through the filter; The leakage quantity controlled by the injection pump is led through a central heating pipe in the filter in order to increase the flowability of the fuel flowing through the filter rooms. If the filter sieve is clogged with precipitates of the fuel at low temperatures, increased pressures are created in the filter when the pump starts up before the heating device can even be supplied with heated lubricating oil. Under unfavorable circumstances, if the filter is completely clogged, pump delivery is not possible, so that the heating device remains ineffective.
  • the invention is based on the object of specifying a fuel preheating method for internal combustion engines for heavy oil operation in which, while avoiding inadmissibly high pressures in the fuel filter, heavy oil filtered even at low temperatures is fed to the injection system.
  • a heating medium is available in the fuel filter that heats the heavy oil in the clean room and makes it pumpable. As soon as it has reached a sufficient temperature, at least the majority of the fuel delivered flows via the filter element to the drain from the clean room.
  • a fuel supply system for performing the preheating process is specified in claim 4.
  • the dirty space of the fuel filter has a further drain to which the return line is connected.
  • the return line is essentially interrupted.
  • the outflow of the dirty space is provided with a throttled cross section compared to the outflow of the clean room .
  • a small portion flows continuously from the dirty space back to the fuel supply system.
  • a pressure control valve or a thermostatic valve as a shut-off device. It may be expedient to design such a shut-off device as a simple, manually operated valve, as is known from GB-A-841 261.
  • a fuel filter 1 with a housing provided with a lid and a filter insert 5 is shown in section.
  • the housing has an axial inflow 2 to the dirt space 8 and a radial outflow 3 from the dirt space 8 and a coaxial outflow 7 from the clean space 9 in the interior of the filter insert 5.
  • a return line 6 with a shut-off device 4 connects to the outflow 3 from the dirt space 8.
  • the shut-off device 4 is open. Only the dirt space 8 flows through from the inflow 2 to the outflow 3, while the fuel inside the filter insert 5 is still solid or viscous. After this fuel has been heated by the preheated fuel flowing past, the shut-off element 4 is closed and the fuel flows through the surface of the filter insert 5 via the drain 7 in the direction of the fuel injection system.
  • FIG. 3 shows a fuel tank 18 with a heating device 19, to which the suction side of a fuel feed pump 11 is connected via a suction line 10.
  • the pressure side of the fuel delivery pump 11 is connected to a fuel injection pump 14 via a delivery line in which the fuel filter 1 is inserted.
  • An additional heating device 13 is arranged in the delivery line 12, which does not necessarily have to be present, but in the case of long delivery lines is favorable for improved flowability of the fuel.
  • the delivery line 12 is connected on the one hand to the inflow 2 to the dirt chamber 8 and on the other hand to the outlet 7 from the clean room of the fuel filter 1.
  • a return line 6 to the fuel tank 18 connects to the drain 3 from the dirt chamber 8 of the fuel filter 1, and a shut-off element 4 is inserted into it.
  • the fuel delivery pump 11 is of a small size to avoid a loss in delivery.
  • Individual injection lines 15 and a return line 16 extend from the fuel injection pump 14. In the return line 16, which opens into the return line 6 from the fuel filter 1, a pressure control valve 17 is used. The latter two lines 6, 16 can also be routed separately to the fuel tank 18.
  • the fuel tank 18 with the heating device 19, the fuel delivery pump 11 and the additional heating device 11 are generally arranged on the system side away from the internal combustion engine, while the other modules shown are arranged directly on the latter.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Brennstoffvorwärmverfahren für Brennkraftmaschinen für Schwerölbetrieb nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Brennstoffsystem zur Durchführung des genannten Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruchs 4.
  • Aus der Literaturstelle «Schiff und Hafen», Band 31, Nr. 5, Mai 1979, Seiten 401 bis 403 ist ein Brennstoffvorwärmsystem bekannt, das für Brennkraftmaschinen mit Schwerölbetrieb vorgesehen ist. Aus einem beheizten Schwerölvorratsbehälter wird über Förderpumpen vorgewärmtes Schweröl angesaugt und über einen Brennstoffilter einem Brennstoffeinspritzsystem zugeführt. Vom Druckanschluss der Schwerölförderpumpe zweigt eine Rückführleitung vor dem Filter ab, die in das Brennstoffvorratssystem mündet. In der Anwärmphase vor dem Start der Brennkraftmaschine wird das erwärmte Schweröl über die Rückführleitung bis zur Fliessfähigkeit umgepumpt, wobei das Filter nicht durchströmt wird. Im Filter festgesetzte Paraffinausscheidungen können dabei nicht aufgetaut werden, so dass es unvermeidlich ist, dass am Ende der Anwärmphase beim Durchtritt durch den Filter unzulässig hohe Drücke auftreten.
  • Aus der GB-A- 841,261 ist ein Brennstoffsystem bekannt, bei dem Schweröl über eine Pumpe angesaugt und über eine Heizvorrichtung und einen Filter einem Zwischentank zugeführt wird, aus dem das Schweröl dem Einspritzsystem der Brennkraftmaschine zugeführt ist. Um bei kaltem Schweröl unzulässig hohe Drücke im Filter zu vermeiden, ist ein Bypass vorgesehen, der durch ein handbetätigtes Ventil absperrbar ist. Ist das Filter aufgrund niedriger Temperaturen mit zähflüssigem Schweröl zugesetzt, wird der Bypass geöffnet und ungefiltertes Schweröl tritt unmittelbar in die Leitungen zum Einspritzsystem über. Dies kann zu erheblichen Problemen in den feinen Einspritzkanälen des Einspritzsystems führen.
  • Auch in der DE-A- 28 00 486 ist vorgeschlagen, bei unzulässig hohen Drücken im Filter einen Bypass zu öffnen, der den Schmutzraum des Filters mit dessen Reinraum verbindet. Beim Kaltstart gelangt daher schmutzbehaftetes Schweröl unmittelbar in das Einspritzsystem der Brennkraftmaschine und führt zu erheblichen Problemen in den feinen Kanälen des Einspritzsystems.
  • Aus der GB-A- 20 51 228 ist eine Heizvorrichtung für einen Filter bekannt, die vom Lecköl der Einspritzpumpe gespeist ist. Um eine Heizleistung zu erbringen, muss die Einspritzpumpe in Betrieb sein und Brennstoff durch den Filter ansaugen; die von der Einspritzpumpe abgesteuerte Leckmenge wird durch ein zentrales Heizrohr im Filter geführt, um die Fliessfähigkeit des die Filterräume durchfliessenden Brennstoffs zu erhöhen. Ist das Filtersieb bei niedrigen Temperaturen von Ausscheidungen des Brennstoffs zugesetzt, so entstehen beim Anlaufen der Pumpe im Filter erhöhte Drücke, bevor die Heizvorrichtung überhaupt mit erwärmtem Schmieröl gespeist werden kann. Unter ungünstigen Umständen ist bei einem vollständigen Zusetzen des Filters keine Förderung durch die Pumpe möglich, so dass auch die Heizeinrichtung wirkungslos bleibt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Brennstoffvorwärmverfahren für Brennkraftmaschinen für Schwerölbetrieb anzugeben, bei dem unter Vermeidung unzulässig hoher Drücke im Brennstoffilter auch bei niedrigen Temperaturen gefiltertes Schweröl dem Einspritzsystem zugeführt wird.
  • Zur Lösung der Aufgabe ist vorgesehen, in der Anwärmphase das Schweröl durch den Schmutzraum des Brennstoffilters zu pumpen, bis das Schweröl im Reinraum des Brennstoffilters durch das vorbeiströmende, vorgewärmte Schweröl auf Fliessfähigkeit erwärmt ist und bei Erreichen einer bestimmten Viskosität die Rückführleitung aus dem Schmutzraum des Brennstoffilters zum Brennstoffvorratssystem im wesentlichen zu unterbrechen. Auf diese Weise wird unter Ansaugung von vorgewärmtem, fliess- bzw. pumpfähigem Schweröl eine geringe Menge von kaltem, zähem Schweröl von der Brennstofförderpumpe über den Schmutzraum des Brennstoffilters zurück in das Brennstoffvorratssystem gepumpt, ohne dass das empfindliche Filterelement selbst durchströmt wird. Durch das sofort nachströmende vorgewärmte und gut pumpfähige Schweröl, das danach von der Förderpumpe in einem Kreislauf umgewälzt wird, steht im Brennstoffilter ein Heizmittel zur Verfügung, dass das Schweröl im Reinraum erwärmt und pumpfähig macht. Sobald es eine ausreichende Temperatur erreicht hat, fliesst zumindest die Hauptmenge des geförderten Brennstoffs über das Filterelement zum Abfluss aus dem Reinraum.
  • Nach den Weiterbildungen der Ansprüche 2 und 3 ist vorgesehen, die Rückführleitung aus dem Schmutzraum des Brennstoffilters zum Brennstoffvorratssystem entweder druckabhängig oder temperaturabhängig zu unterbrechen.
  • Ein Brennstoffvorratssystem zur Durchführung des Vorwärmverfahrens ist im Anspruch 4 angegeben. Erfindungsgemäss weist der Schmutzraum des Brennstoffilters einen weiteren Abfluss auf, an den die Rückführleitung angeschlossen ist. Bei Erreichen einer bestimmten Viskosität des Schweröls im Brennstoffilter ist die Rückführleitung im wesentlichen unterbrochen.
  • In einer einfachen Ausführung ist zur Umsteuerung des in den Schmutzraum eintretenden Schweröls vom Abfluss aus dem Schmutzraum zum Abfluss aus dem Reinraum nach Beendigung der Anwärmphase und Erwärmung des Schweröls im Reinraum vorgesehen, den Abfluss des Schmutzraums gegenüber dem Abfluss des Reinraums mit einem gedrosselten Querschnitt zu versehen. Bei einer derartigen Abstufung der Querschnitte fliesst ständig eine geringe Teilmenge aus dem Schmutzraum zurück zum Brennstoffvorratssystem.
  • Ist die Fördermenge der Brennstofförderpumpe nicht auf die zusätzlich aus dem Schmutzraum fliessende Teilmenge ausgelegt, kann es vorteilhaft sein, in der Rückführleitung ein Druckhalteventil oder auch ein Thermostatventil als Absperrorgan anzuordnen. Es kann zweckmässig sein, ein derartiges Absperrorgan als einfaches, handbetätigtes Ventil auszuführen, wie dies aus der GB-A- 841 261 bekannt ist.
  • Aus der GB-A- 2 028 921 ist bekannt, zum Entlüften des Brennstoffvorratssystems am Schmutzraum des Filters eine Entlüftungsleitung anzuschliessen, die in den Brennstofftank mündet. Damit über die Entlüftungsleitung kein Brennstoffvolumen gepumpt wird, ist der weitere Abfluss des Schmutzfilters über eine Drossel und ein Rückschlagventil verschlossen, so dass im wesentlichen ausschliesslich Luft entweichen kann. Der Fachmann kann dieser Druckschrift nur die Lehre entnehmen, den Flüssigkeitsstrom über die Entlüftungsleitung zu Null zu machen.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
    • Fig. 1 einen Schnitt durch einen Brennstoffilter mit angegebenen Durchflussrichtungen des Schweröls in der Anwärmphase:
    • Fig. 2 einen Schnitt durch einen Brennstoffilter nach Fig. 1 nach Beendigung der Anwärmphase;
    • Fig. 3 eine schematische Darstellung des erfindungsgemässen Brennstoffsystems.
  • In den Fig. 1 und 2 ist ein Brennstoffilter 1 mit einem mit Deckel versehenem Gehäuse und einem Filtereinsatz 5 im Schnitt gezeigt. Das Gehäuse weist einen axialen Zufluss 2 zum Schmutzraum 8 und einen radialen Abfluss 3 aus dem Schmutzraum 8 sowie einen koaxialen Abfluss 7 aus dem Reinraum 9 im Inneren des Filtereinsatzes 5 auf. An den Abfluss 3 aus dem Schmutzraum 8 schliesst sich eine Rückführleitung 6 mit einem Absperrorgan 4 an.
  • In Fig. 1 ist das Absperrorgan 4 geöffnet. Es wird allein der Schmutzraum 8 vom Zufluss 2 zum Abfluss 3 durchströmt, während der Brennstoff im Inneren des Filtereinsatzes 5 noch fest oder zähflüssig ist. Nach Erwärmung dieses Brennstoffs durch vorbeifliessenden vorgewärmten Brennstoff wird das Absperrorgan 4 geschlossen und der Brennstoff fliesst durch die Oberfläche des Filtereinsatzes 5 über den Abfluss 7 in Richtung zum Brennstoffeinspritzsystem.
  • Fig. 3 zeigt einen Brennstoffbehälter 18 mit einer Heizeinrichtung 19, an den über eine Ansaugleitung 10 die Saugseite einer Brennstofförderpumpe 11 angeschlossen ist. Die Druckseite der Brennstofförderpumpe 11 ist über eine Förderleitung, in die der Brennstoffilter 1 eingesetzt ist, mit einer Brennstoffeinspritzpumpe 14 verbunden. In der Förderleitung 12 ist eine Zusatzheizeinrichtung 13 angeordnet, die nicht notwendig vorhanden sein muss, aber bei langen Förderleitungen günstig für eine verbesserte Fliessfähigkeit des Brennstoffs ist. Die Förderleitung 12 ist einerseits mit dem Zufluss 2 zum Schmutzraum 8 und andererseits mit dem Abfluss 7 aus dem Reinraum des Brennstoffilters 1 verbunden. An den Abfluss 3 aus dem Schmutzraum 8 des Brennstoffilters 1 schliesst eine Rückführleitung 6 zum Brennstoffbehälter 18 an, in die ein Absperrorgan 4 eingesetzt ist. Dieses muss ebenfalls nicht notwendig vorhanden sein, ist jedoch bei einer knappen Dimensionierung der Brennstofförderpumpe 11 zum Vermeiden eines Förderverlustes günstig. Von der Brennstoffeinspritzpumpe 14 gehen einzelne Einspritzleitungen 15 und eine Rücklaufleitung 16 aus. In der Rücklaufleitung 16, die in die Rückführleitung 6 aus dem Brennstoffilter 1 mündet, ist ein Druckhalteventil 17 eingesetzt. Die beiden letztgenannten Leitungen 6, 16 können auch getrennt zum Brennstoffbehälter 18 geführt sein. Der Brennstoffbehälter 18 mit Heizeinrichtung 19, die Brennstofförderpumpe 11 und die Zusatzheizeinrichtung 11 werden allgemein anlagenseitig von der Brennkraftmaschine entfernt angeordnet, während die übrigen gezeigten Baugruppen unmittelbar an dieser angeordnet sind.

Claims (7)

1. Brennstoffvorwärmverfahren für Brennkraftmaschinen für Schwerölbetrieb, mit einer Brennstofförderpumpe (11), die aus einem Brennstoffvorratssystem (18) vorgewärmtes Schweröl ansaugt und über einen nachgeschalteten Brennstoffilter (1) ein Brennstoffeinspritzsystem (14, 15) mit gefiltertem Schweröl speist, wobei in einer Anwärmphase vor dem Start der Brennkraftmaschine die Brennstofförderpumpe (11) Schweröl aus dem Brennstoffvorratssystem (18) bis zum Brennstoffilter (1) und über eine absperrbare Rückführleitung (6) zurück in das Brennstoffvorratssystem (18) pumpt, dadurch gekennzeichnet, dass in der Anwärmphase das Schweröl durch den Schmutzraum (8) des Brennstoffilters gepumpt wird, bis das Schweröl im Reinraum (9) des Brennstoffilters (1) durch das vorbeiströmende, vorgewärmte Schweröl auf Fliessfähigkeit erwärmt ist und bei Erreichen einer bestimmten Viskosität die Rückführleitung (6) aus dem Schmutzraum (8) des Brennstoffilters (1) zum Brennstoffvorratssystem (18) im wesentlichen unterbrochen wird.
2. Brennstoffvorwärmverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückführleitung (6) aus dem Schmutzraum (8) des Brennstoffilters (1) zum Brennstoffvorratssystem druckabhängig unterbrochen wird.
3. Brennstoffvorwärmverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückführleitung (6) aus dem Schmutzraum (8) des Brennstoffilters (1) zum Brennstoffvorratssystem temperaturabhängig unterbrochen wird.
4. Brennstoffsystem zur Durchführung eines Brennstoffvorwärmverfahrens für Brennkraftmaschinen für Schwerölbetrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einer Brennstofförderpumpe (11), die aus dem Brennstoffvorratssystem (18) vorgewärmtes Schweröl ansaugt und über einen nachgeschalteten Brennstoffilter (1) ein Brennstoffeinspritzsystem (14, 15) mit gefiltertem Schweröl speist, und mit einer im Bereich des Brennstoffilters abzweigenden, absperrbaren Rückführleitung (6) zum Brennstoffvorratssystem, wobei der Brennstoffilter (1) einen Schmutzraum (8) mit einem Zufluss (2) und einen Reinraum (9) mit einem Abfluss (7) aufweist, wobei der Zufluss (2) mit der Druckseite der Brennstofförderpumpe (11) und der Abfluss (7) aus dem Reinraum (9) mit dem Brennstoffeinspritzsystem verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmutzraum (8) einen weiteren Abfluss (3) aufweist, an dem die Rückführleitung (6) angeschlossen ist, welche bei Erreichen einer bestimmten Viskosität des Schweröls im Brennstoffilter im wesentlichen unterbrochen ist.
5. Brennstoffsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abfluss (3) des Schmutzraums (8) gegenüber dem Abfluss (7) des Reinraums (9) einen gedrosselten Querschnitt hat.
6. Brennstoffsystem nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rückführleitung (6) ein Druckhalteventil als Absperrorgan (4) angeordnet ist.
7. Brennstoffsystem nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rückführleitung (6) ein Thermostatventil als Absperrorgan (4) angeordnet ist.
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