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Die
Erfindung betrifft ein System mit einem brennstoffbetriebenen Heizgerät, gemäß dem Patentanspruch
1.
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Weiterhin
bezieht sich die Erfindung auf einen Brennstoffspeicher gemäß dem Patentanspruch 7.
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Ferner
betrifft die Erfindung eine Dosierpumpe, gemäß dem Patentanspruch 8.
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Darüber hinaus
bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Aufbereitung eines
im Wesentlichen blasenfreien Brennstoffs in einem Brennstoffspeicher,
gemäß dem Patentanspruch
9.
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Systeme
mit brennstoffbetriebenen Heizgeräten, insbesondere Zusatzheizgeräten wie
beispielsweise eine Zu- oder Standheizung, denen Brennstoff aus
einem Kraftfahrzeugtank zugeführt wird,
sind allgemein bekannt. Bei der Zuführung des Brennstoffs zu dem
Heizgerät
kann das Problem auftreten, dass. Brennstoff mit darin enthaltenen
Blasen dem Heizgerät
zugeführt
wird. Ursache hierfür
kann unter anderem ein niedriger Füllstand des im Kraftfahrzeugtank
vorliegenden Brennstoffs in Verbindung mit einer Kurvenfahrt des
Kraftfahrzeugs sein. Dies kann dazu führen, dass der im Kraft fahrzeugtank
vorliegende Brennstoff in Bewegung versetzt wird und herumschwappt,
wodurch ein Abschnitt einer Entnahmeleitung beziehungsweise einer
Vorlaufleitung zeitweise beziehungsweise kurzeitig freiliegt. Somit wird
anstelle des Brennstoffs zeitweise unter anderem Luft an der Entnahmeleitung
angesaugt, wodurch die Blasen in dem in der Brennstoffleitung vorliegenden
Brennstoff entstehen können.
Die in dem Brennstoff enthaltenen Blasen wirken sich insbesondere
bei dem Einsatz von dem Heizgerät
zugeordneten Düsenzerstäuberbrennern
sehr nachteilig aus. Bei derartigen Düsenzerstäuberbrennern hängen die Startfähigkeit
und die Qualität
der Verbrennung neben anderen Einflussfaktoren stark davon ab, dass der
Brennstoff gleichmäßig und
blasenfrei zur Verfügung
gestellt wird. Tritt der Fall der Zuführung eines Blasen enthaltenden
Brennstoffs auf, wird dadurch die kontinuierliche Brennstoffzufuhr
durch die Blasen unterbrochen. Dies führt unter gewissen Umständen zu
einem Abreißen
einer in einer Brennkammer des Heizgeräts erzeugten Flamme. Jedoch
können
die Auswirkungen je nach Größe der Blase
und des Betriebszustands des Heizgerätes unterschiedlich sein. Denkbar
sind Auswirkungen vom Auftreten höherer Emissionswerte bis hin
zu Startabbrüchen
und einem fehlerhaften Brennbetrieb des Heizgeräts. Abhilfe zu diesem Problem
könnte
insbesondere bei dem Einsatz von Verdampfungsbrennern ein der Brennkammer
zugeordnetes Brennstoffdepot schaffen, das die kurzfristigen Brennstoffzufuhrunterbrechungen
bei der Brennstoffförderung
ausgleichen kann. Das Vorsehen von solchen Brennstoffdepots steht
jedoch den Erfordernissen eines geringen Platzbedarfs des Heizgeräts entgegen
und wird daher üblicherweise nicht
mehr vorgenommen.
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Aus
der
DE 23 27 830 C2 ist
ein System gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1, ein Brennstoffspeicher gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 7
und ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 9 bekannt.
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Aus
beispielsweise der
DE
196 19 861 A1 ist ein System bekannt, das den Brennstoff
dem Heizgerät über einen
Brennstoffspeicher zuführen
kann, beispielsweise über
einen Blasenspeicher mit Trennmembran, das heißt eine Vorrichtung mit Speicherblase.
Dadurch kann zwar ein vollständiger
Abriss der Brennstoffzufuhr zu dem Heizgerät verhindert werden. Jedoch
werden die in dem Brennstoff enthaltenen Blasen dem Speicher zugeführt, der
bei dessen Entleerung somit die in dem Brennstoff enthaltenen Blasen
auch an das Heizgerät
weitergibt. Somit können
auch bei diesem gattungsgemäßen System die
vorgenannten Probleme auftreten.
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Weiterhin
ist aus der
DE 1 209
454 A eine Einrichtung zur Versorgung eines Brenners eines Fahrzeugheizgeräts mit flüssigem Brennstoff
bekannt. Dabei wird der Brennstoff über eine Saugleitung einer
Brennstofffördervorrichtung
aus einem Vorratsbehälter
dem Brenner zugeführt.
Weiterhin sind eine mit einer Steuermembran versehene Dosierkammer
in der Saugleitung der Brennstofffördervorrichtung und ein Ventil
zwischen der Dosierkammer und dem Vorratsbehälter angeordnet, wobei das Ventil
einerseits durch den vom Vorratsbehälter unter Druck zuströmenden Brennstoff
und andererseits durch die Saugwirkung der Brennstofffördervorrichtung über die
Steuermembran der Dosierkammer gesteuert wird.
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Ferner
ist aus der
DE 94 20
678 U1 eine Brennstoffversorgungsanordnung in einem Kraftfahrzeug
mit Verbrennungsmotor und Brennstofftank sowie Vorlauf und Rücklauf zwischen
dem Verbrennungsmotor und dem Brennstofftank bekannt, wobei ein
Rücklaufspeicher
oder ein Vorlaufspeicher vorgesehen sein kann.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäßen Systeme,
Brennstoffspeicher und Verfahren zur Aufbereitung eines im Wesentlichen
Blasen enthaltenden Brennstoffs derart weiterzubilden, dass die
vorgenannten Probleme vermieden werden können und insbesondere eine Rückführung von
Brennstoff in einen Brennstofftank gehemmt werden kann.
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Die
Lösung
dieses Aufgabe ist in den unabhängigen
Ansprüchen
angegeben.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus
den abhängigen
Ansprüchen.
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Das
erfindungsgemäße System
baut auf dem gattungsgemäßen Stand
der Technik dadurch auf, dass die Rücklaufleitung derart gedrosselt
ist, dass eine Strömungsgeschwindigkeit
in der Rücklaufleitung
geringer als eine Strömungsgeschwindigkeit
in der Brennstoffleitung ausfällt.
Vorzugsweise wird der Brennstoffspeicher an einer Druckseite der Brennstoffleitung
vorgesehen, d. h. stromabwärts
einer Fördereinrichtung.
Weiterhin wird die Rücklaufleitung
an dem Brennstoffspeicher so vorgesehen, dass sie an einer höchsten Stelle
des Brennstoffspeichers zur Abführung
von im Wesent lichen den im Brennstoff enthaltenen Blasen angeordnet
ist. Dadurch können
die in dem Brennstoff enthaltenen Blasen in dem Speicher aufsteigen
und werden über
die Rücklaufleitung
beispielsweise zu einem Brennstofftank rückgeführt. Daher ist es von besonderer
Bedeutung, die Rücklaufleitung über einem
maximalen Füllstand von
Brennstoff in dem Brennstoffspeicher vorzusehen, vorzugsweise an
der vorgenannten höchsten Stelle.
Der Brennstoffspeicher bildet somit eine Entnahmestelle mit einem
Ausgleichsvolumen, einen so genannten Blasensammler, aus. Eine von
dem Brennstofftank mit dem Brennstoff geförderte Blase wird in dem Brennstoffspeicher
aufgrund ihrer geringeren Dichte selbständig nach oben steigen, sondert sich
von dem flüssigen
Brennstoff im Brennstoffspeicher ab und wird anschließend über die
Rücklaufleitung
abgeführt
beziehungsweise rückgeführt. Das Volumen
der abgesonderten Blase wird hingegen durch aus dem Ausgleichsvolumen
nach unten fließenden
Brennstoff ersetzt. Somit kann der in dem Brennstoffspeicher vorliegende
Brennstoff weitestgehend beziehungsweise im Wesentlichen blasenfrei dem
Heizgerät
zur Verfügung
gestellt werden. Dadurch wird das Einfördern von Blasen in das Heizgerät deutlich
reduziert, so dass ein sicherer und sauberer Brennbetrieb des Heizgeräts gewährleistet
wird. Vorzugsweise wird die Drosselung der Rücklaufleitung durch eine Drossel
vorgenommen, wobei der Brennstoffspeicher über die Rücklaufleitung mit der darin
vorgesehen Drossel mit dem Kraftstofftank beziehungsweise Brennstofftank
verbunden ist. Die Drossel beziehungsweise der Anschluss der Rücklaufleitung
zur Drossel wird bevorzugt an der höchsten Position des Brennstoffspeichers
beziehungsweise der Entnahmestelle angebracht. Insbesondere dient
die Drossel in der Rücklaufleitung
dazu, eine Rückführung von
Brennstoff in den Brennstofftank des Kraftfahrzeugs zu hemmen und
eine Zuführung von
Brennstoff in die Brennstoffleitung von dem Brennstoffspeicher zu
begünstigen.
Somit wird aufgrund der Drosselung eine Brennstoffzufuhr zu dem Heizgerät sichergestellt.
Insbesondere ist die Drossel so auszulegen, dass sich der Vorgang
des Zurückschiebens
der Blase in der Rücklaufleitung,
insbesondere bei der Drossel, über
mehrere Sekunden erstreckt. Der Brennstoffspeicher kann dadurch
im Brennbetrieb des Heizgeräts
permanent regeneriert werden.
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Weiterhin
kann das erfindungsgemäße System
so ausgebildet sein, dass in der Brennstoffleitung ein Absperrventil
vorgesehen ist. Dies ist insbesondere bei brennstoffbetriebenen
Heizsystemen von Vorteil, da die in der Rücklaufleitung vorgesehene beziehungsweise
angeordnete Drossel diejenige ersetzen kann, die üblicherweise
direkt in der Fördereinrichtung
beziehungsweise der Dosierpumpe eingebaut ist und zum Druckausgleich
zwischen einer Ansaugseite und einer Förderseite der Fördereinrichtung
dient. Für
den entsprechenden Druckausgleich dient somit die Rücklaufleitung,
wodurch keine Druckausgleichsbohrung (oder auch Leckagebohrung genannt)
in der Fördereinrichtung
zur Verfügung gestellt
werden muss. Dies erweist sich als sehr vorteilhaft, da eine Leckagebohrung
innerhalb der Fördereinrichtung
beziehungsweise Pumpe technisch schwierig zu fertigen ist. Eine
externe Leckage durch die mit der Drossel vorgesehenen Rücklaufleitung
ist hingegen leichter umsetzbar.
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Darüber hinaus
kann das erfindungsgemäße System
so verwirklicht werden, dass in einer mit dem Brennstoffspeicher
ge koppelten Vorlaufleitung eine Fördereinrichtung, insbesondere
eine Dosierpumpe, zur Brennstoffförderung zu dem Brennstoffspeicher vorgesehen
ist.
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In
diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, das erfindungsgemäße System
so umzusetzen, dass eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, die geeignet
ist, die Fördereinrichtung
zur Brennstoffförderung
zu betreiben und das Absperrventil zur Unterbrechung der Brennstoffförderung
zu dem Heizgerät
zu schließen,
um den Brennstoffspeicher mit Brennstoff zu füllen. Somit wird gewährleistet,
dass das das Ausgleichsvolumen des Brennstoffspeichers möglichst
immer mit Brennstoff gefüllt
ist.
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Vorzugsweise
wird das erfindungsgemäße System
dann so weitergebildet, dass die Steuereinrichtung geeignet ist,
auf der Grundlage eines erfassten Drucks die Befüllung des Brennstoffspeichers
mit Brennstoff auszuführen.
Anhand der Druckmessung kann festgestellt werden, inwieweit der
Brennstoffspeicher mit Brennstoff zur Versorgung des Heizgerät befüllt ist.
Somit kann eine permanente Zufuhr von blasenfreiem Brennstoff sichergestellt
werden.
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Weiterhin
kann das erfindungsgemäße System
in diesem Fall so ausgebildet werden, dass die Steuereinrichtung
geeignet ist, die Befüllung
des Brennstoffspeichers mit Brennstoff auszuführen, wenn der erfasste Druck
zwischen der Fördereinrichtung
und dem Brennstoffspeicher unter einem vorbestimmten Druckschwellenwert
liegt. Der Rückschluss auf
den Füllstand
des Brennstoffspeicher anhand der Druckmessung beruht auf der Erkenntnis,
dass, solange Gas in dem Brennstoffspeicher enthalten ist, der erfasste
Druck deutlich niedriger ist, als wenn Brennstoff über die
Drossel abgeführt
beziehungsweise ausgeschoben wird. Daher wird bei auffälligem Anstieg
des erfassten Drucks während
des Befüllungsvorgangs
auf einen vollen Brennstoffspeicher geschlossen und somit die Befüllung des
Brennstoffspeichers beendet. Auf diese Weise wird die vollständige Befüllung des
Ausgleichsvolumens des Brennstoffspeichers detektiert.
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Der
erfindungsgemäße Brennstoffspeicher baut
auf dem gattungsgemäßen Stand
der Technik dadurch auf, dass die Rücklaufleitung derart gedrosselt
ist, dass eine Strömungsgeschwindigkeit
in der Rücklaufleitung
geringer als eine Strömungsgeschwindigkeit
in der Brennstoffleitung ausfällt.
Dadurch ergeben sich die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen System
erläuterten
Eigenschaften und Vorteile in gleicher oder ähnlicher Weise, weshalb zur
Vermeidung von Wiederholungen auf die entsprechenden Ausführungen
im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen System verwiesen wird.
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Die
erfindungsgemäße Dosierpumpe,
insbesondere Hubkolbenpumpe, kann in vorteilhafter Weise mit dem
erfindungsgemäßen, darin
integrierten Brennstoffspeicher ausgebildet sein. Dadurch ergeben
sich die vorgenannten Vorteile in übertragener Weise, weshalb
zur Vermeidung von Wiederholungen auf die entsprechenden Ausführungen
im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen System verwiesen wird.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
baut auf dem gattungsgemäßen Stand
der Technik dadurch auf, dass es den Schritt des Drosselns der Rücklaufleitung
umfasst, derart, dass eine Strömungsgeschwindigkeit
in der Rücklaufleitung
geringer als eine Strömungsgeschwindigkeit
in der Brennstoffleitung ausfällt.
Dadurch ergeben sich die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen System
erläuterten
Eigenschaften und Vorteile in gleicher oder ähnlicher Weise, weshalb zur
Vermeidung von Wiederholungen auf die entsprechenden Ausführungen
im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen System verwiesen wird.
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Gleiches
gilt sinngemäß für die folgenden bevorzugten
Ausführungsformen
des erfindungsgemäßen Verfahrens,
wobei zur Vermeidung von Wiederholungen auch diesbezüglich auf
die entsprechenden Ausführungen
im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen System verwiesen wird.
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Weiterhin
kann das erfindungsgemäße Verfahren
so ausgeführt
werden, dass es den Schritt des Schließens der Brennstoffleitung
durch ein in der Brennstoffleitung vorgesehenes Absperrventil umfasst,
wenn der Brennstoffspeicher mit Brennstoff zu befüllen ist
und/oder das Heizgerät
nicht in Betrieb ist.
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Darüber hinaus
kann das erfindungsgemäße Verfahren
derart umgesetzt werden, dass es den Schritt des Zuführens von
dem Blasen enthaltenden Brennstoff durch eine Fördereinrichtung über eine
mit dem Brennstoffspeicher gekoppelte Vorlaufleitung zu dem Brennstoffspeicher
umfasst.
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In
diesem Zusammenhang kann das erfindungsgemäße Verfahren so verwirklicht
werden, dass es den Schritt des Zuführens des Blasen enthaltenden
Brennstoffs zu dem Brennstoffspeicher und des Schließens der
Brennstoffleitung zur Unterbrechung der Brennstoffförderung
zu dem Heizgerät
umfasst, um den Brennstoffspeicher mit Brennstoff zu füllen.
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Vorzugsweise
wird in diesem Fall das erfindungsgemäße Verfahren derart realisiert,
dass es den Schritt des Ausführens
der Befüllung
des Brennstoffspeichers auf der Grundlage eines erfassten Drucks
umfasst.
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In
diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, das erfindungsgemäße Verfahren
so weiterzubilden, dass es den Schritt des Ausführens der Befüllung des
Brennstoffspeichers mit Brennstoff umfasst, wenn der erfasste Druck
zwischen der Fördereinrichtung
und dem Brennstoffspeicher unter einem vorbestimmten Druckschwellenwert
liegt.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung werden nachstehend anhand der Figur beispielhaft erläutert.
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Es
zeigt:
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1 eine
schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Systems, das zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens
geeignet ist.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Systems 10, das
zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
geeignet ist. Das System 10 umfasst im dargestellten Fall ein
brennstoffbetriebenes Heizgerät 28 in
der Form einer Standheizung eines Kraftfahrzeugs. Das Heizgerät 28 bezieht
in diesem Fall von einem Brennstofftank 12 des Kraftfahrzeugs
Brennstoff. Zu diesem Zweck ist das Heizgerät 28 mit dem Brennstofftank 12 über eine
Vorlaufleitung 14, einen Brennstoffspeicher 22 und
eine Brennstoffleitung 24 in der Abfolge gekoppelt. Die
Vorlaufleitung 14 stellt dabei eine Kopplung zwischen dem
Brennstofftank 12 und dem Brennstoffspeicher 22 her
und dient zur Zufuhr von Brennstoff zu dem Brennstoffspeicher 22.
Die Zufuhr zu dem Brennstoffspeicher wird dabei durch eine Fördereinrichtung 16 in
der Form einer üblichen
Hubkolbenpumpe 16 vorgenommen, die in der Vorlaufleitung 14 angeordnet
ist. Die Brennstoffleitung 24 stellt eine Kopplung zwischen
dem Brennstoffspeicher 22 und dem Heizgerät 28 her
und dient zur Zufuhr von im Wesentlichen blasenfreiem Brennstoff
zu dem Heizgerät 24.
Zur Unterbrechung der Brennstoffzufuhr beziehungsweise Brennstoffförderung
zu dem Heizgerät 28 ist
ein Absperrventil 26 in der Brennstoffleitung 24 vorgesehen.
Der Brennstoffspeicher 22 umfasst weiterhin eine Rücklaufleitung 18,
die an einer höchsten
Stelle des Brennstoffspeichers 22 vorsehen ist und eine
Kopplung zwischen dem Brennstoffspeicher 22 und dem Brennstofftank 12 herstellt.
Unter "höchster Stelle" des Brennstoffspeichers 22 wird
in diesem Zusammenhang die Stelle verstanden, die bei einer Befüllung des
Brennstoffspeichers 22 am längsten freiliegt. Weiterhin
ist eine Drossel 20 in der Rücklaufleitung 18 vorgesehen,
die eine Strömungsgeschwindigkeit
der Rücklaufleitung gegenüber einer
Strömungsgeschwindigkeit
der Brennstoffleitung 24 verringert. Und zwar in dem Maße, dass
beim Betrieb des Heizgeräts 28 keine Brennstoffrückführung von
dem Brennstoffspeicher 22 zurück zum Brennstofftank 12 auftritt.
Darüber
hinaus ist zwischen der Fördereinrichtung 16 und
dem Brennstoffspeicher 22 ein Drucksensor 30 vorgesehen.
Zur Auswertung der von dem Drucksensor 30 gelieferten Signale
ist eine Steuereinrichtung 32 mit dem Drucksensor 30 gekoppelt.
Die Steuereinrichtung 32 ist ein dem Fachmann bekanntes
Steuergerät
mit Speicher, ECU etc. und ist weiterhin zur Ansteuerung der Fördereinrichtung 16 und
des Absperrventils 26 mit diesen gekoppelt.
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Der
Betrieb des erfindungsgemäßen Systems 10 wird
in diesem Ausführungsbeispiel
von der Steuereinrichtung 32 gesteuert, um das erfindungsgemäße Verfahren
auszuführen.
Im Betrieb des Heizgeräts 28 wird
die Fördereinrichtung 16 zur Brennstoffförderung
zum Brennstoffspeicher 22 betrieben. Der ansaugseitig der
Fördereinrichtung 16, von
dem Brennstofftank 12 über
die Vorlaufleitung 14 bezogene Brennstoff enthält dabei
Blasen, die durch die Fördereinrichtung 16 mit
in die Vorlaufleitung 14 gesaugt werden. Dieser Blasen
enthaltende Brennstoff wird über
die Fördereinrichtung 16 dem
Brennstoffspeicher 22 zugeführt. Im Brennstoffspeicher 22 beziehungsweise
in dem Ausgleichsvolumen des Brennstoffspeichers 22 steigen
die in dem Brennstoff enthaltenen Blasen aufgrund deren gegenüber dem flüssigen Brennstoff
geringerer Dichte auf. Die aufgestiegenen Blasen werden über die
Rücklaufleitung 18 zu
dem Brennstofftank 12 rückgeführt beziehungsweise
abgeführt.
Dabei durchlaufen die Blasen die in der Rücklaufleitung 18 vorgesehene
Drossel 20, wodurch die Strömungsgeschwindigkeit der stromaufwärts der
Drossel 20 vorliegenden Blasen stark verringert wird. Der
durch die Absonderung beziehungsweise Rückführung der Blasen im Wesentlichen
blasenfreie Brennstoff wird über
die Brennstoff leitung bei geöffneten
Absperrventil 26 dem Heizgerät 28, insbesondere
einer Brennkammer, zugeführt,
wodurch ein stabiler Betrieb des Heizgeräts 28 gewährleistet
wird. Um einen Füllstand
des blasenfreien Brennstoffs in dem Brennstoffspeicher 22 für den einwandfreien
Betrieb des Heizgeräts 28 über einem vorgegebenen
Niveau zu halten, wird der Druck zwischen der betriebenen Fördereinrichtung 16 und
dem Brennstoffspeicher 22 bei geschlossenen Absperrventil 26.
und somit nicht in Betrieb befindlichem Heizgerät 28 erfasst. Dabei
wird die Fördereinrichtung
solange weiterbetrieben, bis ein vorbestimmter Druckschwellenwert überschritten
wird. Der erfasste Druckanstieg rührt daher, dass flüssiger Brennstoff des
Brennstoffspeichers 22 die Drossel 20 in der Rücklaufleitung
erreicht hat, wodurch aufgrund der Viskosität des Brennstoffs ein erhöhter Druck
zwischen der Fördereinrichtung 16 und
dem Brennstoffspeicher 22 zu verzeichnen ist. Dementsprechend wird
die Fördereinrichtung 16 bei
Erfassen des vorbestimmten Druckschwellenwerts abgeschaltet und auf
einen vollen Brennstoffspeicher geschlossen. Dadurch wird ein befüllter Brennstoffspeicher 22 zur Versorgung
des Heizgeräts 28 mit
blasenfreiem Brennstoff permanent zur Verfügung gestellt.
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- 10
- System
- 12
- Brennstofftank
- 14
- Vorlaufleitung
- 16
- Fördereinrichtung
- 18
- Rücklaufleitung
- 20
- Drossel
- 22
- Brennstoffspeicher
- 24
- Brennstoffleitung
- 26
- Absperrventil
- 28
- Heizgerät
- 30
- Drucksensor
- 32
- Steuereinrichtung