DE3017325A1

DE3017325A1 - Verfahren und vorrichtung zur verbesserung des betriebsverhaltens von dieselmotoren

Info

Publication number: DE3017325A1
Application number: DE19803017325
Authority: DE
Inventors: Jean-Claude Fayard
Original assignee: Elf France SA
Current assignee: Elf Antar France
Priority date: 1979-05-08
Filing date: 1980-05-06
Publication date: 1980-11-20
Also published as: IT8021876A0; NL8002619A; DK197780A; IT1149805B; FI801458A; BE883138A; FR2456223A1; NO801332L; SE8003438L

Description

ELF FRANCE
75oo7 Paris, Frankreich

Verfahren und Vorrichtung zur Verbesserung des Betriebsverhaltens von Dieselmotoren

Die Verwendung von Gasöl in Dieselmotoren führt bei Temperaturen in der Nähe des Gefrierpunkts zu einer Reihe von Betriebsproblemen,, da unter diesen Verhältnissen kristalline Produkte im Dieselöl ausfallen, die die verschiedenen Kraftstoffilter verstopfen, was wiederum zum Leerlauf und Ausfallen der Einspritzpumpe und damit zum Ausfall des Motors führt.

Zur Beseitigung dieser Nachteile werden bisher die Spezi- _ f ikationen des Dieselöls wie beispielsweise der Trübungspunkt, der Fließpunkt und die Filtrierbarkeitsteinperatur Je nach der Jahreszeit geändert.

710-(DoSB 3744)-BF-Wa

030047/0773

Die Erfahrung zeigt, daß derartige Vorkehrungen nicht ausreichen, sämtliche kraftstoffbedingten Betriebsstörungen von Dieselfahrzeugen bei Umgebungstemperaturen im Bereich von O bis -10° zu verhindern. Hinzu kommt, daß der Zusatz von Additiven zur Verbesserung der Eigenschaften des Dieselöls bei tiefen Temperaturen auch zu einer ungünstigen Erhöhung der Gestehungskosten des Treibstoffs führt.

Die oben angegebene Grenztemperatur der Filtrierbarkeit kann durch Zusatz von Additiven wirksam beeinflußt werden, die eine Verringerung der Größe der Paraffinkristalle bewirken. Auf diese Weise wird das Zusetzen weitmaschiger Filter mit einer Maschenweite von größenordnungsmäßig 40 bis 50 /um verhindert, die sich beispielsweise in der Ansaugleitung der Pumpe befinden. Umgekehrt wird dadurch jedoch das Risiko des Verstopfens feiner Filter erhöht, die vor der Einspritzpumpe vorgesehen sind und eine Maschenweite von etwa 5 bis . 10 /um besitzen, da sich die kleinen Kristalle dann in diesen Sieböffnungen festsetzen.

Zur Lösung dieses Problems und Ermöglichung des Motorenbetriebs auch bei tiefen Temperaturen existiert bisher nur der einzige Aisweg, dem Dieselkraftstoff bis zu 20 % Ottomotorenkraftstoff oder Superbenzin zuzusetzen.

Ungeachtet der auf dem Gebiet der Kraftstoffadditive erzielten Fortschritte erscheint es schwierig, Produkte zu konzipieren, die bei vernünftigen und mit dem Verkaufspreis der Kraftstoffe zu vereinbarenden Behandlungskosten zu einer Verringerung der Kristallgröße auf Werte unter 5 yum oder zur Verzögerung der Kristallbildung bis zu erheblich tieferen Temperaturen durch Bildung eines Eutektikums in der Lage sind.

030047/0773

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die obigen Probleme zu lösen und ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Rückführung des überschüssigen Durchsatzes der Einspritzpumpe an Dieselöl und Vorwärmung des vom Tank kommenden Kraftstoffs anzugeben.

Die Aufgabe wird anspruchsgemäß gelöst.

Die rückgeführte Menge an überschüssigem Dieselöl, die im folgenden kurz als Pumpenrücklauf bezeichnet ist, wird mit einem Thermostatventil vor das Kraftstoffilter rückgeführt, um das Dieselöl vorzuwärmen und auf einer; ausreichend hohen Temperatur zu halten, um ein Ferstopfen des"'filters zu vermeiden bzw. eine eingetretene Verstopfung ggf. zu beseitigen. . -...-■

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Verbesserung des Betriebsverhaltens von Dieselmotoren bei Temperaturen unter -5°C ohne Änderung der Eigenschaften des Dieselöls ist gekennzeichnet durch

Vorwärmung des Dieselöls durch Rückführung des Pumpenrück-> laufs der Einspritzpumpe vor das Kraftstoffilter und . '

Steuerung der Rückführung mit einem eingangsseitig vor dem Kraftstoffilter vorgesehenen, thermostatisch gesteuerten Regelsystem in Abhängigkeit von der Temperatur des Dieselöls, . bis die Temperatur des Dieselöls 25°0 erreicht.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ist entsprechend dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpenrücklauf der Einspritzpumpe auf die Eingangsseite des Kraftstoffilters zurückgeführt ist.

©3 ^;0 §41 /0^;?7 3

Die erfindungsgemäße Vorrichtung unterscheidet sich erheblich von herkömmlichen Vorrichtungen zur elektrischen Beheizung kontinuierlicher Versorgungssysteme für Dieselmotoren, wie aus der nachfolgenden Erläuterung anhand der Zeichnung hervorgeht.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 11 ein Schema einer herkömmlichen Kraftstoff-Versorgung eines Dieselmotors;

Pig. 2: ein Schema, der erfindungsgemäßen Rückführung des Pumpenrücklaufs;

Fig. 3: ein Schema einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Thermostatventil;

Fig. 4: ein Thermostatventil mit Thermostatenkapsel;

Fig. 4a Detailansichten dieses Ventils zur Erläuterung und 5a! der Funktion bei Temperaturen unter 25°C;

Fig. 4b Detailansichten des Ventils zur Erläuterung und 5b: seiner Funktion bei Temperaturen über 25°C;

Fig. 6: ein schema einer zweiten

Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Magnetventil;

Fig. 7'· ein Schema einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die sich zum Einsatz bei sehr niederen Temperaturen eignet, und

030047/0773

Fig. 8: eine schematische Darstellung einer bei der

in Fig. 3 dargestellten dritten erfindungsgemäßen Äusführungsform verwendbaren Entgasungsvorrichtung.

Bei Dieselmotoren werden sämtliche Einspritzpumpen mit einem Überschuß an Dieselöl versorgt, der über Rückführungsleitungen direkt zum Tank zurückgeleitet wird. Dieser sog. Pumpenrücklauf dient dazu, das eingespritzte Dieselöl auf einer günstigen Temperatur zu halten, und insbesondere dazu, die Kühlung der Einspritzpumpe zu gewährleisten und sie auf einer normalen Betriebstemperatur zu halten.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, ist der Einspritzpumpe 1 mit rotierendem Verteiler ein Kraftstoffilter 2 vorgeschaltet. Der Düsenrücklauf der Düsen 4- sowie der Pumpenrücklauf werden über die Rücklaufleitungen 3 bzw. 7 direkt in den Tank 5 zurückgeführt, von wo der Treibstoff durch die Kraftstoffpumpe 6 über das Kraftstoffilter 2 wieder zurückgepumpt wird.

Bei tiefen Betriebstemperaturen, bei denen sich das Dieselöl auf einer Temperatur unter dem Trübungspunkt befindet, tritt ein Verstopfen des Kraftstoffilters durch ausgefallene Paraffine bei der in Fig. 1 dargestellten Leitungsführung umso rascher auf, Je höher der Durchsatz des Pumpenrücklaufs ist.

Zur Lösung dieses Problems werden gegenwärtig Maßnahmen angewandt, die darauf beruhen, das Dieselöl vor den Filtern auf eine über seinem Trübungspunkt liegende Temperatur vorzuwärmen, um die Paraffine in Lösung zu bringen bzw. gelöst zu halten. Keine der auf dieser Basis bisher angegebenen technischen Lösungen wird allerdings in der Serienfertigung praktisch angewandt, da hierzu relativ aufwendige

030047/0773

Installationen sowie eine Leistungserhöhung der elektrischen Anlage erforderlich sind.

Nach dem erfindungsgemäßen Konzept wird das Dieselöl des Pumpenrücklaufs, der durch das Durchlaufen der Einspritzpumpe 1 vorgewärmt wurde, auf die Eingangsseite des Kraft— stoffilters 2 zurückgeleitet, wodurch sich eine erhebliche Verringerung des Durchsatzes an direkt aus dem Tank durch die Leitung 9 gepumptem Dieselöl ergibt, da lediglich die vom Motor verbrauchte Menge an Dieselöl dem Tank 5 entnommen wird. Da sich andererseits der durch die Pumpenrücklaufleitung 7 fließende Pumpenrücklauf beim Durchlaufen der Einspritzpumpe 1 wieder erwärmt, erreicht er rasch eine ausreichend hohe Temperatur, um auf dem Kraftstoffilter abgeschiedene laraffine zu lösen und das vom Tank kommende Dieselöl auf eine über seinem Trübungspunkt liegende Temperatur zu erwärmen.

Die in Pig. 2 dargestellte Lösung ist allerdings insofern noch ungünstig, als mit der dargestellten Vorrichtung zwar das Problem des Betriebs bei tiefen Temperaturen gelöst wird, Jedoch bei Temperaturen über 20 bis 25 C eine zu starke Erwärmung der Einspritzpumpe auftreten würde, die zu einer Verkürzung ihrer Lebensdauer führen würde.

Bei der in den Fig. 3, 4· und 5 dargestellten ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine Rückführung des Pumpenrücklaufs der Einspritzpumpe 1 aus der Pumpenrücklaufleitung 7 zum Tank 5 vorgesehen, wenn die Temperatur des Dieselöls 25 bis 30°C erreicht. Hierzu wird „„

..Thermostaterement 1 2 , zB,

ein Verteilerventil 8 mit Regelung der Öffnung über ein ^ pine/
/Thermostatenkapsel , eingesetzt. Bei Temperaturen unter 25⁰O (vgl. Fig. 4-a und 5a) wird der Pumpenrücklauf aus der Leitung 7 vollständig über die Leitung 11 zum Kraftstoffilter

030047/0773

zurückgeführt und mit dem über die Leitung 9 aus dem Tank kommenden Kraftstoff vermischt. Nach einer kurzen Betriebsdauer des Motors hat das aus der Pumpenrücklaufleitung 7 stammende Dieselöl eine ausreichend hohe Temperatur erreicht, daß das Gemisch mit dem über die Leitung 9 vom Tank 5 kommenden Kraftstoff etwa 25°O hat. Dann regelt das Thermostatelement 12 den Durchsatz des Pumpenrücklaufs aus der Pumpenrücklaufleitung 7 unter Konstanthaltung der.Temperatur, indem eine mehr oder v/eniger große Menge des Dieselöls über die Leitung 10 wieder in den Tank zurückgeführt wird. ■

Bei Temperaturen über 25°C (Fig. 4-b und 5b) befindet sich das Thermostatelement 12, das beispielsweise aus einer mit Wachs gefüllten Kapsel bestehen kann, die sich durch die Verflüssigung des Wachses unter der Einwirkung von Wärme ausdehnt und einen Kolben 15 betätigt, in einer solchen Stellung, daß der von der Pumpenrücklaufleitung 7 kommende Pumpenrücklauf über die Leitung 10 vollständig in den Tank 5 zurückgeleitet wird, was dann funktionell dem in Fig. 1 dargestellten Schema entspricht.

Diese Ausführungsform erlaubt einerseits die vollständige Lösung der mit dem Zusetzen des Kraftstoffilters mit Paraffinen hervorgerufenen Probleme und die Vermeidung anderer Schwierigkeiten bei Temperaturen unter O⁰O und gewährleistet ohne irgendwelche Eingriffe einen störungsfreien Betrieb der Einheit aus Filter und Einspritzpumpe auch bei Temperaturen des Dieselöls über 25°0.

Beim experimentellen Einsatz dieser Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung an einem mit einer rotierenden Einspritzpumpe ausgerüsteten Dieselmotor wurde ein störungsfreier Betrieb mit einem "Sommer"-Dieselöl mit

030047/0773

einem Trübungspunkt von +5 C bei einer Temperatur von -1O°C festgestellt; unter den gleichen Bedingungen funktionierte der Dieselmotor ohne Veränderung an der Leitungsführung der Kraftstoffleitungen nur 5 Minuten, da sich die Filter völlig zusetzten.

Mit einem "Winter"-Dieselöl mit einem Trübungspunkt von +2⁰C und einer Grenztemperatur der Filtrierbarkeit von -7 G funktioniert ein nicht mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgerüsteter Dieselmotor nur bei Temperaturen, die nicht unter -5°C liegen. Der gleiche Motor ist andererseits bei Ausrüstung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch bei Temperaturen bis zu -20⁰C betriebsfähig.

Bei der in Fig. 6 dargestellten zweiten Ausführungsforra der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Betätigung des Ventils zur Rückführung des von der Einspritzpumpe kommenden Pumpenrücklaufs modifiziert. Hierbei ist ein Magnetventil 14- verwendet , das von einer elektronischen Regeleinheit gesteuert wird, mit der ein Temperaturfühler 15 verbunden ist, der sich auf der Eingangsseite des Kraftstoffilters 2 im Dieselöl befindet, wie dies bei dem in Fig. 3 dargestellten Therraostatventil der Fall ist.

Mit dieser zweiten Ausführungsform, die sich besser an bestimmte Motortypen anpassen läßt, werden ebenso gute Ergebnisse wie mit der ersten Ausführungsform erhalten.

In den Fig. 7 und 8 ist eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt, die sich insbesondere für Motoren eignet, die unter anomal niedrigen Temperaturbedingungen betrieben werden und bei denen die Rückführung des Pumpenrücklaufs nicht ausreicht, um eine ausreichende Vorwärmung des Dieselöls am Eingang des Kraft-

030047/0773

■- 12 -

stoffilters zu erzielen. Gemäß dieser Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden sämtliche Rückläufe, d.h. der Pumpenrücklauf der Einspritzpumpe und der Düsenrücklauf der Düsen 4-, vollständig auf die Eingangsseite des Kraftstoffilters 2 rückgeführt, da der Düsenrücklauf erheblich wärmer ist als der Pumpenrücklauf.

Diese Rückführung kann nach einem der oben erläuterten Systeme gesteuert werden. Diese Ausführungsform erfordert zur Gewährleistung einer guten Funktion der Einspritzung die Einschaltung einer Entgasungsvorrichtung 20 in der Düsenrücklauf leitung 3· Die Entgasungsvorrichtung ist in Fig. 8 dargestellt, in der 16 die Düsenrücklaufleitung, 17 einen Schwimmer mit Sclwimmernadel, 18 die Austrittsleitung für die Gase und 19 die Austrittsleitung für das entgaste Dieselöl bedeuten.

Bei zum Einsatz bei sehr tiefen Temperaturen vorgesehenen Fahrzeugen kann vorteilhaft eine der drei oben erläuterten erfindungsgemäßen Ausführungsformen zusammen mit einer elektrischen Beheizung der Kraftstoffleitungen herangezogen werden; die Verbindung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit dem elektrischen Vorwärmsystem erlaubt dabei eine Verringerung der erforderlichen elektrischen Leistung in dem Maße, in dem die Vorrichtung eine Begrenzung der vom Tank kommenden kalten Dieselölmenge bei tiefen Temperaturen auf die vom Motor verbrauchte Menge erlaubt.

Die verschiedenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung eignen sich für sämtliche Dieselmotoren, mit denen die üblichen Fahrzeuge oder auch Sonderfahrzeuge ausgerüstet sind, ohne daß hierbei eine Modifizierung der Kraftstoff eigenschaften erforderlich ist.

030047/0773

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt darin, daß die Menge des dem Tank entnommenen Dieselkraftstoffs auf gerade die vom Motor verbrauchte Menge begrenzt wird, wodurch jedes Risiko eines Verstopfens der Kraftstoffilter ohne Änderung der Kraftstoffeigenschaften ausgeschaltet wird.

030047/0773

eerse

it

Claims

Ansprüche

1.) Verfahren zur Verbesserung des Betriebsverhaltens von Dieselmotoren bei Temperaturen -unter -5°C ohne Änderung der Kraftstoffeigenschaften,

gekennzeichnet durch

- Vorwärmung des Dieselöls durch Rückführung des Pumpenrücklaufs der ^Einspritzpumpe vor das Kraftstoffilter

und

- Steuerung der Rückführung mit einem eingangsseitig vor dem Kraftstoffilter vorgesehenen thermostatisch gesteuerten Regelsystem in Abhängigkeit von der Kraftstoff temperatur ,

bis die Temperatur des Kraftstoffs 25⁰O erreicht.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß bei sehr tiefen Temperaturen auch der Düsenrücklauf vor das Kraftstoffilter rückgeführt wird.

3» Verfahren nach Anspruch Λ oder 2, dadurch gekennzeichnet,

daß die Rückführung mit einem Thermostatventil gesteuert wird.

710-(Doss

0300*7/0773

4. Verfahren nach einem der Ansprüche'1 Ms 3» "- V dadurch gekennzeichnet,

daß die Rückführung mit einem thermoelektrischen Bauteil wie einem Magnetventil gesteuert wird, das von einer elektronischen Regeleinheit über einen, im Kraftstoff

eingangsseitig vor dem Kraftstöffilter vorgesehenen Temperaturfühler gesteuert wird·

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4-, dadurch gekennzeichnet,

daß der Düsenrücklauf entgast wird.

6· Verfahren nach einem der Ansprüche Ί bis 5» dadurch gekennzeichnet,

daß bei für den Einsatz bei sehr niederen Temperaturen vorgesehenen Fahrzeugen der Kraftstoff zugleich elektrisch vorgewärmt wird.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1. bis 6,

dadurch geken η ζ e lehnet,

daß der Pumpenrücklauf der Einspritzpumpe (1) auf die Eingangsseite des Kraftstoffilters (2) rückgeführt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7»
dadurch gekennzeichnet,

daß auch der Düsenrücklauf auf die Eingangsseite des Kraftstoffilters (2) rückgeführt bzw. rückführbar ist.

9· Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet durch

ein auf der Eingangsseite des Kraftstoffilters (2) vorgesehenes,thermostatisch gesteuertes Regelsystem, das den Pumpenrücklauf und gegebenenfalls auch den Düsen-

03U047/0 773

rücklauf in Abhängigkeit von der Kraftßtofftemperatur Steuert.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9» gekennzeichnet durch ein Thermostatventil (8).

11. Vorrichtung nach Anspruch 1O₁ gekennzeichnet durch ein Thermostatventil mit wachsgefüllter Ausdehnungskapsel.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, gekennzeichnet durch ein thermoelektrisches Bauteil wie ein Magnetventil, das von einer elektrischen Regeleinheit gesteuert ist, die über einen im Kraftstoff auf der Eingangsseite des Kraftstoff ilters (2) vorgesehenen Temperaturfühler (15) gesteuert ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, gekennzeichnet durch eine in der Düsenrücklaufleitung (3) vorgesehene Entgasungeeinrichtung (20).

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, gekennzeichnet durch βί-ηβ zusätzliche elektrische Widerstandsheizung _der Kraftetoffleitungen bei für den Eineatz bei großer Kälte vorgesehenen Fahrzeugen·

030047/0773