DE3515830A1

DE3515830A1 - Verfahren und vorrichtung zur unterdrueckung der entgasung von kraftstoff in der kraftstoffversorgungsanlage eines kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE3515830A1
Application number: DE19853515830
Authority: DE
Inventors: Karl 8022 Grünwald Gercken
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-05-02
Filing date: 1985-05-02
Publication date: 1986-11-06

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Unterdrückung der
Entgasung von Kraftstoff in der Kraftstoffversorgungsanlage eines Kraftfahrzeugs Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Unterdrückung der Entgasung von Kraftstoff bei höheren Temperaturen in der Kraftstoffanlage eines Kraftfahrzeugs.
Der Kraftstoff, z.B. das Benzin eines Kraftfahrzeugs, befindet sich in einem Kraftstofftank und wird von dort mit einer Pumpe durch eine Kraftstoffleitung in den Motorraum zu einem in der Nähe des Motorblocks angeordneten Einspritzverteiler gefördert. Der Einspritzverteiler entnimmt der geförderten Menge die zum Betreiben des Motors erforderliche Kraftstoffmenge. Die überschüssige Kraftstoffmenge (etwa 50%) wird in einer Rücklaufleitung in den Kraftstoffbehälter zurückgefördert.
Bei extrem hohen Außentemperaturen, z.B. im Sommer, können im Motorraum so hohe Temperaturen auftreten, daß der in den Motorraum gelangende und von dort in den Tank zurückgeführte Kraftstoff heiß wird. Hohe Temperaturen im Motorraum entstehen aber insbesondere auch bei Motoren, deren Abgasanlage mit einer sogenannten Katalysatoranlage ausgerüstet ist. Die Katalysatoranlage dient dazu, Schadstoffe im Abgas möglichst vollständig für die Umwelt unschädlich zu machen. Zum Betreiben der Katalysatoranlage sind höhere Abgastemperaturen erforderlich,als in Abgasanlagen von Kraftfahrzeugen ohne Katalysatoranlage auftreten. Demgemäß werden in den Abgasanlagen mit Katalysatoranlage Abgase in entsprechend hohen Temperaturbereichen geführt. Dies hat zur Folge, daß sich auch im Motorraum höhere Temperaturen einstellen, die schon bei üblichen Sommeraußentemperaturen so hoch steigen, daß der rücklaufende Kraftstoff heiß wird.
Der heiße Kraftstoff gelangt in den Tank, wird teilweise - gemischt mit im Tank befindlichen Kraftstoff - erneut in den Motorraum und teilweise wieder zurückgefördert, so daß sich der Kraftstoff im Tank ebenfalls beachtlich aufheizt. Es können dabei so hohe Temperaturen auftreten, daß beim Ansaugen des Kraftstoffs aus dem Tank mit der Pumpe Vergasungen entstehen und sich Blasen im flüssigen Kraftstoff bilden. Die Blasen führen zur Störung der Einspritzverteilung und damit zur Störung des Motorbetriebes.
Aufgabe der Erfindung ist, eine solche Gasentwicklung im Kraftstoff zu unterbinden.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielhaft näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 schematisch die zur Erläuterung der Erfindung notwendigen Teile einer Motoranlage eines Kraftfahrzeugs, Fig. 2 schematisch eine Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs mit Wärmetauscher für den Kraftstoff, Fig. 3 einen für die Zwecke der Erfindung geeigneten Wärmetauscher, Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie A-A in Fig. 3 mit Blickrichtung in Pfeilrichtung, Fig. 5 die Einzelheit "8" in Fig. 1.
Eine Motoranlage eines Kraftfahrzeugs weist einen Tank 1 auf, von dem eine Kraftstoffleitung 2 zur Einspritzverteilung 3 führt, die sich am Motorblock 4 befindet. Die Kraftstoffleitung 2 steht mit einer Pumpe 8 in Verbindung, die den Kraftstoff zur Einspritzverteilung 3 treibt und den unverbrauchten Teil des Kraftstoffs durch eine von der Einspritzverteilung 3 zum Tank 1 führende Rücklaufleitung 5 in den Tank 1 zurückdrückt. Am Motorblock 4 sitzt eine Auspuffanlage 6, in deren Rohrleitung 7 sich vor dem Schalldämpfer 10 eine Katalysatoranlage 9 befindet.
Nach der Erfindung wird dem in der Rücklaufleitung 5 geführten Kraftstoff Wärmeenergie entzogen, wenn die Temperatur des Kraftstoffs eine bestimmte Temperatur, die indirekt z.B. im Motorraum oder direkt z.B. in der Kraftstoffleitung 5 oder im Tank 1 gemessen wird, übersteigt. Gemäß dem in Fig. 1 abgebildeten Beispiel dient dazu ein an sich bekanntes Absorber-Kühlgerät 11 mit einem Kocherteil 12 und einem Verdampferteil 13 sowie einem Kondensator 14 und einem Absorber 15. Im Verdampferteil wird Wärme verbraucht, die dem Kraftstoff entzogen wird, wozu zweckmäßigerweise ein Wärmetauscher 16 gemäß Fig. 3 verwendet wird. Das Absorber-Kühlgerät 11 ist vorteilhafterweise eine kontinuierliche Absorptionsmaschine mit einem thermischen Verdichter. Es kann aber auch ein Gerät sein, das mit einer Lösungapumpe arbeitet.
Es kann vorgesehen sein, daß der Kraftstoff ständig das Kühlgerät durchströmt und das Kühlgerät erst in Funktion tritt, wenn eine bestimmte Temperatur überschritten wird, oder das Kühlgerät läuft dauernd und der Kraftstoff wird in einer Nebenleitung nur dann durch den Verdampfer geleitet, wenn im Kraftstoff eine bestimmte Temperatur überschritten wird, oder das Kühlgerät wird erst eingeschaltet, wenn der Kraftstoff durch das Gerät über eine Nebenleitung geleitet wird bei Überschreiten einer bestimmten Temperatur.
Wesentlich bei diesem Beispiel ist, daß das Absorber-Kühigerät von der Auspuffanlage betrieben wird, indem eine bestimmte Wärmemenge der Auspuffgase z.B. über das Wandungsmaterial der Abgasrohrleitung 7 an das Kühlmedium des Absorber-Kühlgeräts abgegeben wird, wobei die Wärmemenge zum Verdampfen des Kühlmediums dient. Das Kühlmedium wird gasförmig durch den Wärmetauscher 16 geführt, der als Verdampfer dient, und kühlt den ebenfalls durch den Wärmetauscher 16 geleiteten Kraftstoff ab.
Zu diesem Zweck kann der Wärmetauscher 16, wie aus Fig.
3 ersichtlich, aufgebaut sein. Er ist aus einem gut wärmeleitenden Metall aufgebaut und besteht aus einem zylindrischen Außenrohr 17, in dem koaxial im radialen Abstand ein doppelwandiges Innenrohr 18 angeordnet ist. Zwischen dem Außenrohr 17 und dem Innenrohr 18 ist ein zylinderringförmiger Kanal 20 vorgesehen. Das doppelwandige Innenrohr 18 weist die Außenwandung 18a und die Innenwandung 18b auf, die an beiden Stirnseiten 19 zusammengeführt und miteinander flüssigkeits- und gasdicht z.B. durch Schweißung verbunden sind, so daß ein zylinderringförmiger, stirnseitig geschlossener Hohlraum 21 gebildet wird. Vorzugsweise ist das Außenrohr 18a im Stirnbereich bogenförmig oder konisch nach innen gezogen und das Innenrohr 18b unverändert, so daß sich eine relativ große Öffnung 22 ergibt.
Im Bereich der beiden Stirnseiten des Wärmetauschers 16 ist je ein zum Hohlraum 21 offener Anschlußstutzen 23, 24 in der Wandung 18a angeordnet. Die Anschlußstutzen 23, 24 erstrecken sich radial nach außen, durchgreifen das Außen rohr 17 und sind mit dem Außenrohr starr und gasdicht an der Durchtrittsstelle verbunden. Diese Verbindung ist so gewählt, daß dadurch das doppelwandige Innenrohr 18 im Außenrohr 17 schwebend gelagert ist und ein koaxialer Durchströmkanal 25 im Innenrohr 18 gebildet wird. Zwischen dem Innenrohr 18 und dem Außenrohr 17 ist der zylinderringförmige Kanal 20 vorgesehen.
Vorzugsweise sind die Anschlußstutzen 23 und 24 auf ein und derselben koaxialen Mantellinie der Außenwandung 18a des Innenrohrs 18 angeordnet. Nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist in den Mantel der Außenwandung 18a des doppelwandigen Innenrohrs 18 eine Sicke 26 eingebracht, und zwar zwischen den Anschlußstutzen 23 und 24, vorzugsweise in der Mitte zwischen den Stutzen.
Die Sicke 26 ist zur Innenwandung 18b hin durchgedrückt und vorzugsweise so tiefgezogen,daß sie die Wandung 18b berührt. Die Sicke 26 erstreckt sich auf einer Umfangslinie beiderseits zur Mantellinie, auf der die Stutzen 23 und 24 angeordnet sind, vorzugsweise bis über die Mittelpunktslinie M (Fig. 4), so daß im den Stutzen 23, 24 gegenüberliegenden Bereich im doppelwandigen Innenrohr 18 eine Durchströmöffnung 27 frei bleibt. Die Funktion der Sicke wird weiter unten erläutert.
Gemäß dem aus Fig. 1 erkennbaren erfindungsgemäßen Verfahren wird der Wärmetauscher 16 im Verdampferteil 13 des Absorber-Kühlgeräts 11 untergebracht. Dabei werden die Zuführleitung 5a der Rücklaufleitung 5 mit dem Anschlußstutzen 23 und die Abführleitung 5b der Rücklaufleitung 5 r.lit dem Anschlußstutzen 24 verbunden, so daß in der Rücklaufleitung 5 geführter Kraftstoff den zylinderringförmigen Kanal 21 des doppelwandigen Innenrohrs 18 durchströmen kann. Dabei sorgt die Sicke 26 dafür, daß die Strömung des Kraftstoffs nicht lediglich kurzschlußartig unmittelbar zwischen den Stutzen 23 und 24 stattfindet, sondern zwangsweise durch den gesamten Innenraum durch den Kanal 21 erfolgt. Die Kühlmittel- leitungen 14a und 15a sitzen vorzugsweise einstückig mit dem Außenrohr 17 ausgebildeten (nicht dargestellt) Anschlußtrichtern 28 gasdicht auf den Stirnbereichen des Außenrohrs 17 des Wärmetauschers 16, so daß das in den Leitungen 14a und 15a geführte Kühlgas durch den Ringkanal 20 und den Durchströmkanal 25 strömen kann.
Mit der beschriebenen Vorrichtung kann ein intensiver Wärmeaustausch erfolgen, wobei der Kraftstoff kontrolliert auf bestimmte Temperaturen abgekühlt wird. Vorteilhaft ist, daß das Kühlgerät keinen zusätzlichen Antrieb benötigt, sondern durch die Wärme der Abgase betrieben wird. Eine andere Ausführungsform der Erfindung sieht demgegenüber vor, ein an sich bekanntes Absorber-Kühlgerät in der beschriebenen Weise zu verwenden, das elektrisch betrieben wird, indem es Heizschlangen aufweist, die an die Kraftfahrzeugelektrik angeschlossen sind.
Vorteilhaft ist, wenn die Wandung 18b gerippt oder gewellt ausgebildet ist, so daß sich koaxial erstreckende Rippen 28 vorhanden sind. Diese Ausführungsform ist in Fig. 4 im oberen linken Viertel angedeutet. Die Rippen 28 vergrößern die wirksame Mantelfläche, so daß die Wärmetauscherfläche vergrößert ist. Ebenso ist vorteilhaft, auch den Mantel des Außenrohrs 17 und/oder die Wandung 18a entsprechend auszubilden (nicht dargestellt). Zweckmäßig ist außerdem, die Rippen 28 zumindest teilweise schraubenlinienförmig verlaufen zu lassen (nicht dargestellt), weil dadurch die Strömungsgeschwindigkeit und der Strömungsverlauf günstig beeinflußt werden kann. Nach einer besonderen Ausführungsform ist ein geripptes oder gewelltes zusätzliches Rohr mit Rippen 28 im Kanal 25 angeordnet, das die Wandung 18b kontaktiert (nicht darge- stellt). Mit diesem Rohr kann der Wärmeaustausch erheblich beschleunigt werden.
Nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird der Wärmetauscher 16 mit der an sich bekannten Klimaanlage 29 eines Kraftfahrzeugs kombiniert (Fig. 2), indem das Kühlmittel der Klimaanlage durch den Durchströmungskanal 25 und den Ringkanal 20 des Wärmetauschers 16 geleitet wird. Eine Klimaanlage 29 führt in einerRingleitung 30 Kühlmittel. Dazu dient ein Kompressor 31, der das Kühlmittel in den Kondensator 32 drückt. Vom Kondensator 32 gelangt das Kühlmittel über einen Trockner 33 und ein Expansionsventil 34 zum Verdampfer 35. Der Verdampfer steht im Wärmeaustausch mit der Luft des Innenraums eines Kraftfahrzeugs. Vom Verdampfer 35 wird das Kühlmittel über die Rückführleitung 36 zum Kompressor 31 zurückgeführt. Die Temperaturregelung der Anlage kann mit einem Thermostatfühler 37 bewirkt werden, der mit dem Expansionsventil 34 über die Leitung 38 kombiniert ist. Die Steuerung der Klimaanlage erfolgt entweder über ein Magnetkupplungssystem 39 mit Temperaturschalter 40 am Verdampfer 35 oder mit einem By-Paß-System 41, das mit einem Saugdruckdrosselventil 42 mit der Rückführleitung 36 kombiniert ist, wobei eine Leitung 43 in die Ringleitung 30 zwischen Kompressor 31 und Kondensator 32 mündet.
Nach einer zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung ist der Wärmetauscher 16 in die Rückführleitung 36 der Klimaanlage 29 eingebaut und wird vom Kühlmittel durchströmt. Das in dieser Leitung geführte Kühlmittel ist für die Zwecke der Erfindung noch ausreichend wärmeauf- nahmefähig. Da die Klimaanlage in der Regel bei hohen Außentemperaturen betrieben wird, leistet sie nicht nur eine Kühlung des Innenraums des Kraftfahrzeugs, sondern auch eine Kühlung des Kraftstoffs.
Gemäß Fig. 5, in der ein kontinuierliches, an sich bekanntes Absorptions-Kühlgerät mit seinen wichtigsten Teilen abgebildet ist, dient der Wärmetauscher 16 als Verdampfer, d.h. er befindet sich im Kühlgaskreislauf dem Regelventil 16a nachgeschaltet, so daß die Leitung 15a zum Absorber 15 führt. Das Abgasrohr 7 läuft durch den Kocher 12, so daß eine direkte Heizung des Kochers erfolgt. Vorteilhaft ist aber auch, eine Abgasnebenleitung zu schaffen (nicht dargestellt), die z.B. wie die abgebildete Abgasleitung, den Kocher heizt, aber nur mit Abgas beschickt wird, wenn der Kocher bzw. das Kühlgerät arbeiten soll. Da die Arbeitsweise des abgebildeten Kühlgeräts grundsätzlich bekannt ist, bedarf es keiner weiteren Beschreibung.

Claims

Ansprüche 1. Verfahren zur Unterdrückung der Entgasung von Kraftstoff bei höheren Temperaturen in der Kraftstoffanlage eines Kraftfahrzeugs, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß beim überschreiten einer bestimmten Temperatur dem Kraftstoff Wärme entzogen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß dem die Rücklaufleitung durchströmenden Kraftstoff Wärme entzogen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß dem Kraftstoff die Wärme mit einem gasförmigen Kühlmedium entzogen wird.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß für das Entziehen der Wärme ein an sich bekanntes Absorber-Kühlgerät verwendet wird, wobei die Wärme des Kraftstoffs im Verdampferteil entzogen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t ,daß der Kocherteil des Ab- scrber-Kühlgerats mit der Wärme der Abgase der Auspuffanlage des Motors des Kraftfahrzeugs oder mit der Kraftfahrzeugelektrik betrieben wird.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß der Kraftstoff durch einen Wärmetauscher geführt wird, der den Verdampferteil des Absorber-Kühlgeräts bildet und vom Kühlgas vorzugsweise im Gegenstrom durchströmt wird.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t ,daß dem Kraftstoff Wärme durch das Kühigas einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs entzogen wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Kraftstoff durch einen Wärmetauscher geleitet wird, durch den auch das die Rückführleitung durchströmende Kühl gas der Klimaanlage geleitet wird.
9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, g e -k e n n z e i c h n e t d u r c h einen Wärmetauscher (16), durch den der Kraftstoff und das Kühlmittel geleitet werden, wobei der Wärmetauscher aus einem die Wärme gut leitenden Metall aufgebaut ist und aus einem zylindrischen Außenrohr (17) besteht, in dem koaxial im radialen Abstand ein doppelwandiges, stirnseitig geschlossenes Innenrohr (18) angeordnet ist, so daß sich zwischen dem Außenrohr (17) und dem Innen- rohr (18) ein zylinderringförmiger Kanal (20) und zwischen der Außenwandung (18a) und der Innenwandung (18b) des doppelwandigen Innenrohrs (18) ein zylinderringförmiger Hohlraum (21) ergeben und außerdem das doppelwandige Innenrohr (18) im Außenrohr (17) schwebend gelagert ist und ein koaxialer Durchströmkanal (25) im Innenrohr (18) vorgesehen ist, und wobei im Bereich der Stirnseiten des Wärmetauschers (16) je ein zum Hohlraum (21) offener Anschlußstutzen (23, 24) in der Wandung (18a) angeordnet ist, die Anschlußstutzen (23, 24) sich radial nach außen erstrecken, das Außenrohr (17) durchgreifen und mit dem Außenrohr (17) starr und gasdicht an der Durchtrittsstelle verbunden sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß das Außenrohr (18a) im Stirnbereich bogenförmig oder konisch nach innen gezogen und das Innenrohr (18b) unverändert ausgebildet sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 und/oder 10, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Anschlußstutzen (23, 24) auf ein und derselben koaxialen Mantellinie der Außenwandung (18a) des Innenrohrs (18) angeordnet sind.
12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 11, d 5 d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß in den Mantel der Außenwandung (18a) des doppelwandigen Innenrohrs (18) eine Sicke (26) eingebracht ist, und zwar zwischen den Anschlußstutzen (23 und 24), vorzugsweise in der Mitte zwischen den Stutzen.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Sicke (26) zur Innenwandung (18b) hin durchgedrückt und vor zugsweise so tief gezogen ist, daß sie die Wandung (18b) berührt.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12 und/oder 13, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,daß sich die Sicke (26) auf einer Umfangslinie beiderseits zur Mantellinie, auf der die Stutzen (23 und 24) angeordnet sind, vorzugsweise bis über die Mittelpunktlinie (M) erstreckt, so daß im den Stutzen (23, 24) gegenüberliegenden Bereich im doppelwandigen Innenrohr (18) eine Durchströmöffnung (27) frei bleibt.
15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß eine oder mehrere der Wandungen (18a, 18b und 17) gerippt oder gewellt ausgebildet sind, so daß sich koaxial erstreckende Rippen (28) vorhanden sind, und/oder daß im Kanal (25) ein gewelltes oder geripptes zusätzliches, die Wandung (18b) berührendes Rohr mit Rippen (28) sitzt.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Rippen (28) zumindest teilweise schraubenlinienförmig verlaufen.
17. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 16, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h die Kombination eines an sich bekannten Absorber-Kühlgeräts (11) mit einem Wärmetauscher (16), wobei der Wärmetauscher (16)als Verdampferteil (13) derart dient, daß das Kühlmittel den Durchströmkanal (25) und den zylinderringförmigen Kanal (20) durchströmt, während die Anschlußstutzen (23, 24) für das Durchströmen des Kanals (21) mit der Rücklaufleitung (5) der Kraftstoffanlage des Kraftfahrzeugs in Verbindung stehen.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kühlmittelleitungen (14a und 154 des Absorber-Kühlgeräts (11) gegebenenfalls mit Anachlußtrichtern (28) gasdicht auf den Stirnbereichen des Außenrohrs (17) des Wärmetauschers (16) sitzen.
19. Vorrichtung nach Anspruch 17 und/oder 18, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß eine Zuführleitung (5a) der Rückführleitung (5) mit dem Anschlußstutzen (23) und eine Abführleitung (5b) der Rücklaufleitung (5) mit dem Anschlußstutzen (24) verbunden sind.
20. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 17 bis 19, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß der Kocherteil (12) des Absorber-Kühlgeräts (11) mit der Auspuffanlage des Kraftfahrzeugs kombiniert ist, so daß die Wärme der Abgase den Kocher betreiben.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß durch den Kocherteil (12) des Absorber-Kühlgeräts (11) zumindest eine Abgasrohrleitung (7) geführt wird, die so im Kocherteil (12) gelagert ist, daß sie Wärme der Abgase an den Kocherteil (12) abgeben kann.
22. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 16, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h die Kombination des Wärmetauschers (16) mit der Klimaanlage des Kraftfahrzeugs, indem das Kühlmittel der Klimaanlage durch die Kanäle (20 und 25) geleitet wird.
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Wärmetauscher (16) in der Rückführleitung (36) der Klimaanlage (29) sitzt und der Kraftstoff durch die Anschlußstutzen (23, 24) durch den zylinderringförmigen Hohlraum (21) geführt wird.