DE4440796A1 - Verfahren zum Ansaugen und Beimischen eines Zusatzstoffes in eine Fluidströmung und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansaugen und Beimischen wenigstens eines Zusatzstoffes in eine Fluidströmung, insbesondere von Frischluft in eine Brennstoffströmung, wobei der Zusatzstoff durch einen von der Fluidströmung erzeugten Unterdruck bei inniger Vermischung mit dem Fluid angesaugt wird. Ferner be­ trifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens mit einem Durchgangskanal für das Fluid und einem damit in Verbindung stehenden Anschluß­ kanal für den Zusatzstoff, wobei ein Großteil der Fluidströmung durch eine Querschnittsverengung des Durchgangskanals blockiert ist, die auf ihrer der ab­ fließenden Strömung zugewandten Seite zumindest eine mit dem Anschlußkanal verbundene Öffnung aufweist.

Ein derartiger Gegenstand ist durch die DE-A-39 30 709 und die DE-A-41 08 006 bekannt. Mit ihm ist eine unter allen Umständen ausreichend große Saugwirkung erreicht, wobei diese auch bei hohen Gegendrücken noch dadurch verbessert werden konnte, daß der Querschnitt des durch die Querschnittsverengung belassenen Spaltes auf einer Seite eines die Querschnittsverengung bildenden Stop­ fens höchstens halb so groß wie auf dessen anderer Seite, im Grenzfall sogar etwa Null ist.

Obwohl der eingangs genannte Gegenstand für alle Anwen­ dungsfälle geeignet ist, bei denen einem flüssigen oder gasförmigen Fluid eine Flüssigkeit oder ein Gas beige­ mischt werden soll, hat sich seine Anwendung doch als besonders erfolgreich beim Einbau in die Heizölversor­ gung von Brennern sowie beim Einbau in die Kraftstoff­ leitung von Dieselfahrzeugen vor deren Einspritzpumpe erwiesen. Für Brenner saugt dabei das Heizöl Frischluft an, die intensiv mit dem Heizöl vermischt wird, wobei das Heizöl eine intensive Vorzerstäubung erfährt. Dadurch ergeben sich eine Einsparung von 10 bis 15% Heizöl und eine drastische Reduzierung des Schadstoff­ ausstoßes. Bei Dieselfahrzeugen ergeben sich eine Kraftstoffersparnis von ca. 6 bis 12%, eine erhebliche Reduzierung der Stickoxide und sogar eine Herabsetzung des Rußausstoßes im Bereich von 50%. Nachfolgend wird der Einfachheit halber nur noch auf die Verwendung des eingangs genannten Gegenstandes bei Dieselfahrzeugen Bezug genommen, ohne daß dadurch jedoch eine Einschrän­ kung insbesondere im Hinblick auf die Verwendung bei Brennern vorgenommen sein soll.

Obwohl nun die Anwendung des eingangs beschriebenen Ge­ genstandes bei Antrieben mit einem Dieselmotor die ge­ schilderte erstaunliche Verbesserung dessen Arbeitswei­ se erbracht hat, hat sich aber doch gezeigt, daß diese Verbesserung nicht regelmäßig bzw. gleichmäßig auftritt sondern vielmehr Ungleichmäßigkeiten, manchmal sogar erheblichen Schwankungen unterworfen ist, die die Leistungsfähigkeit des Dieselmotors beeinträchtigen können, zumindest jedoch als unangenehm empfunden werden. Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfah­ ren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend abzuändern bzw. zu ergänzen, daß die damit erreichbaren Wirkungen zumindest dauerhaft eintreten wenn nicht gar gesteigert werden.

Dabei liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, daß der witterungsbedingt schwankende Feuchtigkeitsgehalt bzw. die relative Feuchtigkeit der über den Anschluß­ kanal zugeführten Frischluft für die geschilderten Un­ regelmäßigkeiten ursächlich ist.

Demgemäß ist die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ausgehend von einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Feuchtigkeitsgehalt bzw. die relative Feuchtigkeit des Zusatzstoffes vor dem Beimischen herabgesetzt wird.

Diese erfindungsgemäße Maßnahme führt zu einer Versor­ gung mit zumindest relativ trockener Frischluft, womit sich in überraschend einfacher Weise eine mit Sicher­ heit gleichbleibende Behebung sämtlicher Unregelmäßig­ keiten der genannten Art ergibt. Die erfindungsgemäße Maßnahme ist ohne besonders ins Gewicht fallenden Auf­ wand zu verwirklichen und kann demzufolge leicht auch nachträglich bei vorhandenen Dieselaggregaten vorgese­ hen werden.

Zweckmäßig kann es sein, daß der Feuchtigkeitsgehalt bzw. die relative Feuchtigkeit des Zusatzstoffes vor dem Beimischen ermittelt und durch die dabei gewonnenen Werte der Grad der Herabsetzung des Feuchtigkeitsgehal­ tes bzw. der relativen Feuchtigkeit des Zusatzstoffes gesteuert wird. Auf diese Weise kann die relative Luft­ feuchtigkeit genau auf einen bestmöglichen Wert einge­ stellt werden.

Für die Durchführung der erfindungsgemäßen Maßnahme gibt es zahlreiche Möglichkeiten. Als vorteilhaft hat es sich jedoch erwiesen, daß der Zusatzstoff vor dem Beimischen erwärmt wird auf eine Temperatur im Bereich von 50 bis 120°C, wobei sich eine Erwärmung auf eine Temperatur im Bereich von 65 bis 75°C für Dieselmoto­ ren als günstig herausgestellt hat. Durch die Erwärmung der Frischluft im genannten Umfange sinkt deren relati­ ve Feuchtigkeit erheblich herab, was einem Trocknungs­ prozeß dahingehend gleichkommt, daß die noch vorhandene Luftfeuchtigkeit eine störende Rolle nicht mehr spielen kann.

Eine andere Möglichkeit zur Verwirklichung der Erfin­ dung besteht darin, daß der Zusatzstoff vor dem Bei­ mischen einem Trocknungsprozeß unterzogen wird. Dies kann dadurch geschehen, daß der Zusatzstoff bis unter­ halb der Taupunkttemperatur abgekühlt und die dabei ab­ geschiedene Feuchtigkeit abgeführt wird. Wird die so getrocknete Luft dem Dieselkraftstoff beigemischt, so erhöht sich ihre Temperatur wieder auf die Temperatur des Dieselkraftstoffes und es bleibt eine gegenüber der ursprünglichen Frischluft herabgesetzte relative Feuch­ tigkeit der beigemischten Luft.

Bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art ist die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe dadurch ge­ löst, daß der Anschlußkanal mit Mitteln zur Herabset­ zung des Feuchtigkeitsgehaltes bzw. der relativen Feuchtigkeit des Zusatzstoffes versehen ist. Dabei kann im Anschlußkanal wenigstens ein Sensor zur Ermittlung des Feuchtigkeitsgehaltes bzw. der relativen Feuchtig­ keit des Zusatzstoffes angeordnet sein und es können durch diesen die Mittel zur Herabsetzung des Feuchtig­ keitsgehaltes bzw. der relativen Feuchtigkeit des Zu­ satzstoffes steuerbar sein.

Auch hier gibt es zur Ausbildung der genannten Mittel zahlreiche durch den Gegenstand der Erfindung erfaßte Möglichkeiten. Als zweckmäßig hat es sich jedoch erwie­ sen, daß der Anschlußkanal mit Mitteln zur Erwärmung des Zusatzstoffes versehen ist. Dies kann dadurch ge­ schehen, daß der Anschlußkanal von einer Heizung umge­ ben ist. Ebenso ist es jedoch auch möglich, daß der An­ schlußkanal eine Heizung im Strömungsweg für den Zu­ satzstoff aufweist.

Eine solche Heizung läßt sich in einfacher Weise in Form einer Elektroheizung durch wenigstens eine elek­ trische Heizspule verwirklichen, da im Zusammenhang mit einem Dieselaggregat die für die Heizung erforderliche elektrische Energie regelmäßig vorhanden ist. Die Hei­ zung läßt sich jedoch auch mittels eines Heizfluids beispielsweise in Form von Warmwasser oder Heißluft be­ treiben. Auch diese Energiequelle ist bei einem Diesel­ aggregat beispielsweise in Form des ja eine relativ hohe Temperatur aufweisenden Kühlwassers ohne weiteres zugänglich.

Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, daß der An­ schlußkanal mit Mitteln zur Trocknung des Zusatzstoffes versehen ist, wobei vorgesehen sein kann, daß der An­ schlußkanal von einer Kühleinrichtung umgeben ist und/ oder eine Kühleinrichtung im Strömungsweg für den Zu­ satzstoff aufweist. Auch hierfür können die erforderli­ chen Betriebsmittel bei einem Dieselaggregat ohne weiteres vorhanden sein beispielsweise in Form des Kühlmittels, mit dem die Klimaanlage eines Kraftfahr­ zeuges betrieben wird.

Durch die Kühleinrichtung kann dann der Zusatzstoff bis unterhalb der Taupunkttemperatur abgekühlt werden, so daß später nach dem Beimischen seine relative Feuchtig­ keit herabgesetzt ist. Um das in diesem Falle entste­ hende Kondenswasser zu beseitigen, ist es zweckmäßig, daß der Anschlußkanal mit Mitteln zum Auffangen und Ab­ führen der bei der Kühlung abgeschiedenen Feuchtigkeit versehen ist.

Zur Steuerung der Heizung bzw. Kühleinrichtung wurde bereits ein Sensor zur Ermittlung des Feuchtigkeitsge­ haltes bzw. der relativen Feuchtigkeit des Zusatzstof­ fes bzw. der Frischluft erwähnt. Alternativ oder zu­ sätzlich kann aber auch noch vorgesehen sein, daß der Heizung bzw. der Kühleinrichtung nachgeschaltet ein Temperaturfühler im Anschlußkanal angeordnet ist und daß durch diesen die Heizung bzw. die Kühleinrichtung steuerbar bzw. ein- und ausschaltbar ist. Denn es braucht beispielsweise die Heizung nicht dauerhaft ein­ geschaltet zu sein, um die Frischluft auf eine Tempera­ tur im Bereich von 65 bis 75°C zu bringen. Vielmehr ist dies beispielsweise bei einer elektrischen Heizung zur Entlastung der Stromversorgung und der Heizspulen auch dann gewährleistet, wenn die Heizung bei einer Frischlufttemperatur von 65° eingeschaltet und bei Er­ reichen einer Frischlufttemperatur von 75° wieder aus­ geschaltet wird.

Weiter Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfin­ dung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform, die auf der Zeichnung darge­ stellt ist. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Vor­ richtung parallel zur Strömungsrichtung des Fluids und

Fig. 2 die Schnittansicht II-II aus Fig. 1 ohne das Teil zur Querschnittsverengung des Strömungs­ weges des Fluids.

Die Fig. 1 und 2 zeigen ein T-förmiges Verbindungs­ stück 1, wie es unter Bildung eines Durchgangskanals 2 in der Kraftstoffleitung eines Dieselmotors vor der Einspritzpumpe sitzen kann. Senkrecht zum Durchgangs­ kanal 2 enthält das Verbindungsstück 1 eine Bohrung 3, die in ihrem oberen Teil als Anschlußkanal 4 für einen Zusatzstoff, im vorliegenden Falle Frischluft ausgebil­ det ist.

In die Bohrung 3 eingesetzt ist ein Stopfen 5, wobei, wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich, die Achse 6 des Durchgangskanals 2 und die Achse 7 der Bohrung 3 bzw. des Stopfens 5 einander nicht schneiden, sondern versetzt zueinander angeordnet sind. Dabei ist die Boh­ rung 3 derart in Querrichtung versetzt, daß sie gemäß Fig. 2 die linke Wandung des Durchgangskanals 2 etwa tangiert, wogegen sie in der rechten Wandung etwa 1 bis 2 mm tief einschneidet. Daher entsteht dort ein etwa sichelförmiger Spalt 8.

Wird nun der Stopfen 5 von unten in das Verbindungs­ stück 1 eingesteckt, so ist dieser Stopfen nur an der einen Seite, nämlich längs des Spaltes 8 umströmbar, während der Durchgangskanal 2 an der anderen Seite des Stopfens blockiert ist.

Die Frischluft wird über den Anschlußkanal 4 zugeführt. Sie gelangt über eine Bohrung 9 des Stopfens 5 in das Innere des Stopfens hinein und wird von dort über min­ destens eine Öffnung 10, die in dem Spalt 8 um etwa 10 Winkelgrade in Strömungsrichtung versetzt mündet, von dem im Durchgangskanal 2 strömenden Dieselkraftstoff abgesaugt und mitgerissen.

Um einen paßgerechten Einbau des Stopfens 5 im Verbin­ dungsstück 1 zu gewährleisten, trägt der Stopfen an seinem unteren Ende einen umlaufenden Vorsprung 11, der - wie Fig. 2 zeigt - in eine passende Ausnehmung 12 des Verbindungsstückes 1 hineinpaßt und darin flüssig­ keitsdicht mittels einer Dichtung 13 festgelegt ist. Zugleich sorgt eine Verdrehsicherung 14 dafür, daß der Stopfen nur in einer bestimmten Position eingebaut werden kann, bei der die Öffnung 10 bezogen auf die Strömungsrichtung 15 leicht in Richtung zum abströmen­ den Dieselkraftstoff hin versetzt ist.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist nun auf das Verbin­ dungsstück 1 in Verlängerung des Anschlußkanals 4 eine Heizeinrichtung 16 aufgesetzt. Diese weist einen Kanal 17 für die Frischluft als Verlängerung des Anschluß­ kanals 4 auf, in welchem am Eintritt für die Frischluft ein Filter 18 für die Rückhaltung von Luftverschmutzun­ gen eingesetzt ist.

Der Kanal 17 ist umgeben von einer Heizspule 19, die über Anschlußfahnen 20, 21 an die Stromversorgung, bei­ spielsweise die Batterie eines Dieselkraftfahrzeuges angeschlossen werden kann.

Die Heizeinrichtung 16 ist auf den den Anschlußkanal 4 bildenden Stutzen 22 des Verbindungsstückes 1 aufge­ steckt und dort durch eine Klemmschelle 23 lösbar be­ festigt. Neben dem Stutzen 22 sitzt der Heizspule 19 in Strömungsrichtung der Frischluft nachgeschaltet inner­ halb des Kanals 17 ein Temperaturfühler 24 zur nicht dargestellten, weil bekannten Steuerung des Einschalt­ zustandes der Heizspule 19.

Durch die geschilderte Heizeinrichtung kann nun die über den Kanal 17 und den Anschlußkanal 4 strömende Frischluft eine Temperaturerhöhung derart erfahren, daß ihre relative Feuchtigkeit stark herabgesetzt ist. Es hat sich herausgestellt, daß eine Erhöhung der Frisch­ lufttemperatur auf einen Bereich von 65 bis 75°C aus­ reicht, um sämtliche unangenehmen Einflüsse der Feuch­ tigkeit der Frischluft auf deren Zerstäubung an der Öffnung 10 und den danach folgenden Prozeß bis zur Kraftstoffverbrennung zu vermeiden. Damit die Heizspule 19 nicht dauernd eingeschaltet sein muß und eine even­ tuell unnötige Überheizung der Frischluft bewirkt, wird durch den Temperaturfühler 24 in an sich bekannter Weise dafür gesorgt, daß die Heizspule eingeschaltet wird, wenn die Frischluft am Temperaturfühler eine Tem­ peratur von 65°C unterschreitet, und daß die Heizspule 19 wieder abgeschaltet wird, wenn die Frischluft am Temperaturfühler 24 eine Temperatur von 75° überschrei­ tet.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist vorstehend anhand der Zeichnung im Zusammenhang mit der Kraftstoffzufüh­ rung zu einem Dieselmotor beschrieben. Sie eignet sich jedoch gleichermaßen für andere ähnliche Prozesse, ins­ besondere für die Heizölzuführung zum Brenner einer Heizung.

Bei der dargestellten Ausführungsform ist eine Heiz­ spule 19 um den Kanal 17 angeordnet. Gleichermaßen könnte auch eine entsprechend ausgebildete Heizspule in den Kanal 17 eingesetzt werden.

Anstatt der Verwendung einer Heizspule 19 wäre es ohne weiteres auch möglich, die Erwärmung der Frischluft durch einen von Heißwasser durchströmten Wärmeaustau­ scher vorzunehmen, der beispielsweise im Kanal 17 ein­ gesetzt sein könnte und vom Kühlwasser des Dieselmotors durchströmt sein könnte.

Anstatt eines solchen Heißwasser betriebenen Wärmeaus­ tauschers wäre auch die Verwendung eines Kühlers für die Frischluft denkbar, der beispielsweise an die Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs angeschlossen ist und die Frischluft auf eine Temperatur unterhalb der Tau­ punkttemperatur abkühlt, wobei dann das abgeschiedene Kondenswasser vor dem Anschlußkanal 4 aufgefangen und nach außen abgeleitet werden müßte.

Claims (26)

1. Verfahren zum Ansaugen und Beimischen wenigstens eines Zusatzstoffes in eine Fluidströmung, insbesondere von Frischluft in eine Brennstoffströmung, wobei der Zusatzstoff durch einen von der Fluidströmung erzeugten Unterdruck bei inniger Vermischung mit dem Fluid ange­ saugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Feuchtigkeitsgehalt bzw. die relative Feuch­ tigkeit des Zusatzstoffes vor dem Beimischen herabge­ setzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Feuchtigkeitsgehalt bzw. die relative Feuchtig­ keit des Zusatzstoffes vor dem Beimischen ermittelt und durch die dabei gewonnen Werte der Grad der Herabset­ zung des Feuchtigkeitsgehaltes bzw. der relativen Feuchtigkeit des Zusatzstoffes gesteuert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzstoff vor dem Beimischen erwärmt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzstoff auf eine Temperatur im Bereich von 50 bis 120°C erwärmt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzstoff auf eine Temperatur im Bereich von 60 bis 80°C erwärmt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzstoff auf eine Temperatur im Bereich von 65 bis 75°C erwärmt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzstoff vor dem Beimischen einem Trock­ nungsprozeß unterzogen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzstoff bis unterhalb der Taupunkttempera­ tur abgekühlt und die dabei abgeschiedene Feuchtigkeit abgeführt wird.

9. Vorrichtung zum Ansaugen und Beimischen wenigstens eines Zusatzstoffes in eine Fluidströmung, insbesondere von Frischluft in eine Brennstoffströmung, mit einem Durchgangskanal (2) für das Fluid und einem damit in Verbindung stehenden Anschlußkanal (4, 17) für den Zu­ satzstoff, wobei ein Großteil der Fluidströmung durch eine Querschnittsverengung (5) des Durchgangskanals (2) blockiert ist, die auf ihrer der abfließenden Strömung zugewandten Seite zumindest eine mit dem Anschlußkanal (4, 17) verbundene Öffnung (10) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlußkanal (4, 17) mit Mitteln (16) zur Her­ absetzung des Feuchtigkeitsgehaltes bzw. der relativen Feuchtigkeit des Zusatzstoffes versehen ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschlußkanal (4, 17) wenigstens ein Sensor zur Ermittlung des Feuchtigkeitsgehaltes bzw. der relativen Feuchtigkeit des Zusatzstoffes angeordnet ist und daß durch diesen die Mittel (16) steuerbar sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlußkanal (4, 17) mit Mitteln (19) zur Er­ wärmung des Zusatzstoffes versehen ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlußkanal (4, 17) von einer Heizung (19) umgeben ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlußkanal (4, 17) eine Heizung im Strö­ mungsweg für den Zusatzstoff aufweist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizung eine Elektroheizung (19) ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroheizung durch wenigstens eine elektri­ sche Heizspule (19) gebildet ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizung mittels eines Heizfluids betrieben ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizung eine Warmwasserheizung ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizung heißluftbetrieben ist.

19. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzstoff durch die Mittel (16) zur Erwärmung auf eine Temperatur im Bereich von 50 bis 120°C, vor­ zugsweise 60 bis 80°C, insbesondere 65 bis 75°C bringbar ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlußkanal (4, 17) mit Mitteln zur Trocknung des Zusatzstoffes versehen ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlußkanal (4, 17) von einer Kühleinrichtung umgeben ist.

22. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlußkanal (4, 17) eine Kühleinrichtung im Strömungsweg für den Zusatzstoff aufweist.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzstoff durch die Kühleinrichtung bis unterhalb der Taupunkttemperatur abkühlbar ist.

24. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlußkanal (4, 17) mit Mitteln zum Auffangen und Abführen der bei der Kühlung abgeschiedenen Feuch­ tigkeit versehen ist.

25. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizung (16) bzw. der Kühleinrichtung nachge­ schaltet ein Temperaturfühler (24) im Anschlußkanal (4, 17) angeordnet ist, und daß durch diesen die Heizung (16) bzw. die Kühleinrichtung steuerbar bzw. ein- und ausschaltbar ist.

26. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsverengung durch einen etwa quer zur Fluidströmung im Durchgangskanal (2) sitzenden und zu­ mindest seitlich längs eines Spaltes (8) umströmbaren Stopfen (5) mit etwa Kreisquerschnitt gebildet ist.