DE3876008T2 - Brennstoffzufuhrvorrichtung mit filtrierenden und emulgierenden teilen, insbesondere fuer brennkraftmaschinen. - Google Patents

Description

• Beim Betrieb von Wärmekraftmaschinen, insbesondere von Verbrennungsmotoren, kann das Vorhandensein von Verunreinigungen und Wasser im Treibstoff den ordnungsgemäßen Betrieb und die Lebensdauer ernsthaft stören, und zwar nicht nur der das Treibstoffzufuhrsystem bildenden Teile, nämlich der Vergaserteile, wenn ein üblicher Vergaser vorhanden ist, oder des Injektors, wenn direkte oder indirekte Einspritzsysteme verwendet werden, sondern auch der Maschine selbst.
• Gegenwärtig sind Filter in der Treibstoffzufuhrleitung angeordnet, um die im Treibstoff vorhandenen festen Verunreinigungen auszufiltern, diese Filter von konventionellem Aufbau können jedoch nicht Wasser aus dem Treibstoff entfernen.
• Dieses Wasser kann entweder im Treibstoff vorhanden sein, wenn er geliefert wird, oder es kann sich anschließend aufgrund von Kondensation der Feuchtigkeit, die in der im Tank vorhandenen Luft ist, ansammeln.
• Das Vorhandensein großer Wassertropfen im Treibstoffzuführkreis hat verschiedene Konsequenzen, wie niedrigen Wirkungsgrad, ungleichförmigen Betrieb (Fehlzündung), ungleichmäßigen Lehrlauf, Startschwierigkeiten und Oxidation der Oberflächen. Außerdem tendiert dieses Wasser dazu, sich in den Filtern anzusammeln, so daß die Filter periodisch entwässert werden müssen und außerdem die Filterflächen einer sehr schnellen Verschlechterung unterliegen.
• Es besteht deshalb der Bedarf, den Treibstoffzufuhrkreis eines Verbrennungsmotors mit einer Vorrichtung zu versehen, die nicht nur eine Filterung ergibt, sondern auch verhindert, daß sich Wasser ansammelt, indem das Wasser in kontrollierter Weise im Treibstoff dispergiert wird und somit nicht der Maschinenwirkungsgrad erniedrigt wird, sondern statt dessen der positive Beitrag erhalten wird, den das Wasser liefert, wenn es als feine Dispersion im Treibstoff emulgiert ist.
• Dieses Ergebnis wird gemäß der Erfindung durch eine Vorrichtung erreicht, die in den Zufuhrkreis eingeschaltet ist und ein Treibstoffilterungsglied mit Emulgator für Verbrennungsmotoren umfaßt.
• Die EP-A-0 205 411 beschreibt eine Treibstoffzufuhrvorrichtung insbesondere für Dieselmotoren, mit Treibstoff filtrierenden und emulgierenden Teilen, wobei der emulgierende Teil 26 ein poröses Glied umfaßt, das aus einer Kapsel aus gesinterter Bronze besteht und eine derartige Teilchengröße und Porosität aufweist, daß das im Dieselöl enthaltene Wasser durch eine feine Unterteilung des Stromes emulgiert wird. Dieser Emulgator hat den Nachteil, daß er dazu tendiert, mit der Strömung des Diesel-Treibstoffes zu verstopfen.
• Die US-A-4 416 610 zeigt einen Öl-Wasser-Emulgator mit einem Venturirohr. Hierbei handelt es sich um eine sehr komplexe Stückausstattung, die sich nicht für den Gebrauch in einer disponierbaren Vorrichtung wie einer Filterpatrone zum Gebrauch in einem Automobil eignet.
• Die Erfindung bezieht sich spezifisch auf eine Treibstoffzufuhrvorrichtung, inbesondere für Verbrennungsmotoren, mit Treibstoff filtrierenden und emulgierenden Teilen, umfassend ein geschlossenes Gehäuse, mit dem ein Treibstoffeinlaßrohr und ein Treibstoffauslaßrohr verbunden sind, und das durch ein Filterelement in zwei getrennte Kammern, die mit dem Einlaßrohr bzw. Auslaßrohr in Verbindung stehen, geteilt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslaßrohr mit einer Verturirohrstruktur versehen ist, wobei die Verengung der Venturirohrstruktur mit einer oder mehreren kalibrierten Öffnungen versehen ist und die Öffnungen angeordnet sind in, oder verbunden sind durch ein oder mehrere Rohre mit dem Bereich des geschlossenen Gehäuses, in dem sich etwaiges, in dem zugeführten Treibstoff vorhandenes Wasser ansammeln kann. Weiter schließt die Venturirohrstruktur einen Einlaßabschnitt und einen Auslaßabschnitt ein, getrennt durch einen Abschnitt mit reduziertem Querschnitt, an dem sich die kalibrierten Öffnungen befinden, die so dimensioniert sind, daß bei Anwesenheit eines zunehmenden Vakuums, verursacht durch den Treibstoffstrom, die Tröpfchen des angesammelten Wassers erst in die Verengung eingesaugt werden, wenn der Strom ausreichend energetisch ist, um die Oberflächenspannung des Wassers zu überwinden, um Fließbedingungen zu erhalten, die es ermöglichen, das Wasser in sehr kleine Tröpfchen aufzubrechen, um so eine Emulgierung des Wassers mit der Flüssigkeit zu erhalten, die durch die Venturirohrstruktur vor dem Verlassen des geschlossenen Gehäuses fließt.
• Die Verbindung zwischen den Einlaßöffnungen des Venturirohrs und den Anhäufungsbereichen in der Filtereinheit wird durch Rohre einer Form und Länge hergestellt, die sich für die Art der verwendeten Filtereinheit und für die Stellung, die sie nach dem Zusammenbau einnimmt, eignen.
• Die durch die Einlässe in den Vakuumbereich des Venturirohrs eingesaugte Flüssigkeit wird in den Haupt-Treibstoffstrom fein dispergiert, wobei die Filtereinheit so verlassen wird, daß, wenn Wasser vorhanden ist, dieses die Injektoren oder Vergaser mit dem Treibstoff emulgiert erreicht.
• Die kleinen Abmessungen der seitlichen Einlaßöffnungen stellen sicher, daß selbst dann, wenn eine große Menge Wasser vorhanden ist, diese vom Haupt-Treibstoffstrom in einem Anteil eingesaugt wird, der keine Schwierigkeiten für den Motor erzeugt.
• Da außerdem das Wasser eine viel höhere Oberflächenspannung hat als der Treibstoff, kann es durch korrekte Dimensionierung der seitlichen Einlässe unmöglich gemacht werden, daß das Wasser dann, wenn der Treibstoff langsam fließt, eingesaugt wird, wobei dieses langsame Fließen dem Leerlauf des Verbrennungsmotors entspricht, in welchem Zustand er besonders empfindlich gegen Unregelmäßigkeiten der Vergasung ist. Dies tritt nicht auf, wenn der Motor mit normaler Drehzahl läuft, da größere volumetrische Durchsätze betroffen sind.
• Wenn es richtig emulgiert ist, kann das Wasser einen wohltuenden Effekt aufweisen, indem es die Temperaturspitzen während des Verbrennungszyklus reduziert.
• Das Filterelement der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine Patrone aus Papier, Filz oder anderm porösem Material.
• Die Filter-Emulgator-Einheit ist mit einer Sensor-Einrichtung zum Messen des Druckabfalles ausgestattet, dem der Treibstoff beim Hindurchtreten unterworfen wird, wobei diese Einrichtung ein Warnsignal abgibt, wenn ein vorgegebener Druckabfall zwischen dem Eingang und dem Ausgang der Einheit überschritten wird, und dies die Notwendigkeit anzeigt, das Filterelement zu ersetzten.
• Die Erfindung wird aus der Beschreibung von drei Ausführungsformen anschaulicher, die im folgenden unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen gegeben wird, in denen:
• Fig. 1, 2 und 3 schnittansichten dreier Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Zufuhrvorrichtung für Verbrennungsmotoren sind und sich auf drei verschiedene Orientierungen des Treibstoffstromes beziehen, und
• Fig. 4, 5 und 6 drei unterschiedliche Betriebszustände des in den Vorrichtungen nach den Fig. 1, 2 und 3 vorhandenen Emulgatorgliedes zeigen.
• Bezugnehmend auf die Fig. 1, 2 und 3, zeigen diese Figuren Querschnitte durch drei Ausführungsformen der Filter-Emulgator- Einheit nach der Erfindung, mit einem äußeren Gehäuse 1, in das der Treibstoff durch das Einlaßrohr 2 in die Kammer 9 eintritt und dann durch den Filterpack 4 in die Kammer 10 übertritt.
• Der Haupt-Treibstoffstrom verläßt die Filtereinheit über das Auslaßrohr 3, in dem ein Venturirohr 6 angeordnet ist, das eine oder mehrere Durchgangsöffnungen aufweist, die über das Ansaugrohr 7 nach Fig. 1 und 2 und über Rohre 7a und 7b nach Fig. 3 mit denjenigen Bereichen der Filtereinheit verbunden sind, in denen sich die wässerige Komponente anzusammeln tendiert, indem sie eine höhere Dichte aufweist als die durch die Filtereinheit fließende Flüssigkeit.
• Existiert zwischen der Kammer 9 und der Kammer 10 ein zu hoher Druckunterschied, so schließt das Ventil 8 einen elektrischen Stromkreis, um zu warnen, daß der Filterpack verstopft ist und einen Austausch verlangt.
• Im einzelnen zeigt Fig. 1 eine Querschnittsansicht einer Filter-Emulgator-Einheit nach der Erfindung, bei der das Treibstoffauslaßrohr 3 mit seinem Venturirohr 6 in der untersten Ebene der Filtereinheit angeordnet ist, so daß eine oder mehrere sekundäre Ansaugöffnungen 7, die im Niederdruckabschnitt des Hauptkanals des Venturirohrs 6 angeordnet sind, die Flüssigkeit höherer Dichte unmittelbar ansaugen und so deren Anhäufung verhindern.
• Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht einer Filter-Emulgator- Einheit nach der Erfindung, bei der das Treibstoffauslaßrohr 3 mit seinem Venturirohr 6 an der höchsten Ebene der Filtereinheit angeordnet ist, wobei sich das sekundäre Ansaugrohr 7 für das Venturirohr 6 zum entgegengesetzten Ende der Filtereinheit erstreckt, wo sich die dichtere Flüssigkeit normalerweise ansammelt, da sich dieses Ende, wenn die Filtereinheit montiert ist, auf der niedrigsten Ebene befindet.
• Fig. 3 zeigt eine Schnittansicht einer Filter-Emulgator Einheit nach der Erfindung für horizontale Positionierung, wobei sich das Treibstoffeinlaßrohr 2 und das Auslaßrohr 3 in einer seitlichen Stellung befinden und ein oder mehrere sekundäre Ansaugrohre 7a und 7b für das Venturirohr 6 symmetrisch angeordnet sind, um etwaige dichtere Flüssigkeit einzusaugen, die sich an diesen seitlichen Flächen, die nach dem Zusammenbau an der niedrigsten Ebene angeordnet sind, ansammelt.
• Die Fig. 4, 5 und 6 veranschaulichen im einzelnen den Betrieb des Venturirohrs der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
• In diesen Figuren ist der allgemeine Aufbau des Venturirohrs mit 40 bezeichnet, und er umfaßt in bekannter Weise einen Teil 41 relativ großen Querschnitts, der mit einem Teil 42 reduzierten Querschnitts verbunden ist, dem ein weiterer Teil 43 relativ großen Querschnitts folgt.
• In bekannter Weise wird in Abhängigkeit von der Fließgeschwindigkeit oder vom volumetrischen Durchsatz, wobei die Strömung durch die Pfeile F1, F2 und F3 angezeigt ist (die einfach, doppelt und dreifach gezeigt sind, um die zunehmenden Fließgeschwindigkeiten oder Durchsätze anzuzeigen), im den verminderten Querschnitt aufweisenden Bereich 42 des in den Treibstoff eingetauchten Venturirohrs 40 ein entsprechendes Vakuum erzeugt, und dies induziert durch die dimensionierten Öffnungen 44, 44', die im Bereich des reduzierten Querschnitts vorhanden sind, eine Eingangsströmung. Zur Zeit seiner Konstruktion werden die Größe des Bereichs 42 verminderten Querschnitts des Venturirohrs 40 und die Größe der Öffnungen 44, 44' so gewählt, daß, wenn Wassertropfen, die als schraffierte, mit dem Bezugszeichen 45 bezeichnete Flächen dargestellt sind, vorhanden sind, der kombinierte Effekt des durch die Strömung oder den Durchsatz F1, F2 und F3 induzierten Vakuums Zustände hervorruft, die für verschiedene Fälle unterschiedlich sind.
• Speziell erzeugt im Fall der Fig. 4 die Strömung F1 ein ungenügendes Vakuum, um die Wassertropfen 45 aus ihrer Stellung zu bewegen. Diese Situation entspricht dem Leerlauf des Verbrennungsmotors. Es findet keine Emulgierung statt und die Vergaser oder Injektoren erreicht nur reiner Treibstoff.
• Im Falle der Fig. 5 ist die Strömung F2 stärker als die von Fig. 4 und die durch die Pfeile D1, D2 angezeigte Saugwirkung hat zur Folge, daß Wassertropfen 45 sich den Öffnungen 44, 44' annähern und dort anhaften. Die hohe Oberflächenspanung des Wassers bewirkt jedoch, daß die Wassertropfen 45 an den Öffnungen 44, 44' anhalten.
• Im Fall der Fig. 6 ist die Strömung F3 erheblich. Die durch die Pfeile D3, D4 wiedergegebene Saugwirkung ist derart, daß die Oberflächenspannung der Tropfen 45 überwunden wird, die daraufhin durch die Öffnungen 44, 44' hindurchtreten, um sich in kleinste Tröpfchen 46 zu zerteilen, die mit dem durch das Venturirohr 40 fließenden Treibstoff eine feine Emulsion bilden.
• Das Nettoergebnis ist folgendes.
• Befindet sich der Verbrennungsmotor im Leerlauf, so mischt sich kein Wasser mit dem Treibstoff. Auf diese Weise wird das heikle Leerlauf-Gleichgewicht des Verbrennungsmotors nicht gestört.
• Läuft die Maschine schnell (Fig. 6), so wird das Wasser emulgiert, um einen vorteilhaften Effekt im Betriebszyklus des Verbrennungsmotors zu bewirken.
• Fig. 5 zeigt einen zwischenzustand zwischen dem von Fig. 4 (Verbrennungsmotor im Leerlauf) und dem von Fig. 6 (schnell laufender Verbrennungsmotor).

Claims (6)

1. Treibstoffzufuhrvorrichtung, insbesondere für Verbrennungsmotoren, mit Treibstoff filtrierenden und emulgierenden Teilen, umfassend ein geschlossenes Gehäuse (1) mit dem ein Treibstoffeinlaßrohr (2) und -auslaßrohr (3) verbunden sind und, die durch ein Filterelement (4) in zwei getrennte Kammern (9, 10), die mit dem Einlaßrohr- (2) bzw. Auslaßrohr (3) in Verbindung stehen, geteilt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslaßrohr (3) mit einer Venturirohrstruktur (6) versehen ist, wobei die Verengung der Venturirohrstruktur (6) mit einer oder mehreren kalibrierten Öffnungen versehen ist, wobei die Öffnungen angeordnet sind in, oder verbunden sind durch ein (7) oder mehrere Rohre (7a, 7b) mit dem Bereich des geschlossenen Gehäuses (1), in dem sich etwaiges, in dem zugeführten Treibstoff vorhandenes Wasser, ansammeln kann, wobei die Venturirohrstruktur (6) einen Einlaßabschnitt (41) und einen Auslaßabschnitt (43) einschließt, getrennt durch einen Abschnitt mit reduziertem Querschnitt (42), an dem sich die kalibrierten Öffnungen (44) befinden, die so dimensioniert sind, daß bei Anwesenheit eines zunehmenden Vakuums, verursacht durch den Treibstoffstrom (F1, F2, F3), die Tröpfchen des angesammelten Wassers erst in die Verengung eingesaugt werden, wenn der Treibstoffstrom ausreichend energetisch ist, um die Oberflächenspannung des Wassers zu überwinden, um Fließbedingungen zu erhalten, die es ermöglichen, das Wasser in sehr kleine Tröpfchen auf zubrechen, um so eine Emulgierung des besagten Wassers mit der Flüssigkeit zu erhalten, die durch die Venturirohrstruktur (6), vor dem Verlassen des geschlossenen Gehäuses (1), fließt.

2. Treibstoffzufuhrvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den besagten zwei getrennten Kammern (9, 10) ein Überdruckventil (8) eingeschaltet ist, das so gesetzt ist, daß Treibstoff von der ersten (9) zur zweiten (10) der beiden Kammern durchtreten kann, wenn Überdruck aufgrund von Verschmutzung oder Verstopfung des Filterelements (4) vorhanden ist.

3. Treibstoffzufuhrvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Überdruckventil (8) mit dem Steuermittel eines Stromkreises verbunden ist, um anzuzeigen, wenn das Filterelement verschmutzt oder verstopft ist.

4. Treibstoffzufuhrvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das geschlossene Gehäuse (1) im wesentlichen zylindrisch ist und eine vertikale Achse hat, wobei das Treibstoffeinlaßrohr (2) im oberen Teil plaziert ist und das mit der Venturirohrstruktur (6) versehende Auslaßrohr (3) in dem Boden des Gehäuses plaziert ist (Fig. 1).

5. Treibstoffzufuhrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das geschlossene Gehäuse (1) im wesentlichen zylindrisch ist und eine vertikale Achse hat, wobei das Treibstoffeinlaßrohr (2) oben, im wesentlichen an der Gehäuseperipherie, plaziert ist, das mit der Venturirohrstruktur (6) versehene Auslaßrohr (3) oben angebracht ist, im wesentlichen mit der Gehäuseachse ausgerichtet, wobei die Verengung der Venturirohrstruktur (6) mit einem Rohr (7), das sich im wesentlichen bis zum Boden des Gehäuses erstreckt, verbunden ist (Fig. 2).

6. Treibstoffzufuhrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das geschlossene Gehäuse (1) im wesentlichen zylindrisch ist und eine horizontale Achse hat, das Treibstoffeinlaßrohr (2) in einem der Gehäuseenden plaziert ist, das mit der Venturirohrstruktur (6) versehene Auslaßrohr (3) im anderen Ende angebracht ist, wobei die Verengung der Venturirohrstruktur (6) mit einer Vielzahl symmetrischer Rohre (7a, 7b), die sich radial im wesentlichen zu den seitenwänden des Gehäuses erstrecken, verbunden ist (Fig. 3).