Verfahren und Vorrichtung zum Abscheiden und Abführen von in flüssigen Kraftstoffen enthaltenem Wasser, insbesondere von Wasser aus Dieselöl

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Abscheiden und Abführen von in flüssigen Kraftstoffen enthaltenem Wasser, insbesondere von Wasser aus Dieselöl, wobei der Kraftstoff in einem zur Versorgung einer Verbrennungsmaschine dienenden Leitungssystem durch eine Kraftstoffför- derpumpe gefördert wird, Wasser an einer Filteranordnung abgeschieden wird, die einen Sammelraum zum Ansammeln abgeschiedenen Wassers aufweist und der Saugseite der Kraftstoffförderpumpe vorgeschaltet ist, so dass deren Saugwirkung einem Abfließen von Wasser aus dem Sammelraum entgegenwirkt, und wobei in Abhängigkeit von der Ansammlung ei- ner vorgegebenen Menge Wasser an der Filteranordnung die Saugwirkung der Förderpumpe unterbunden und ein an einer Abflussöffnung des Sammelraumes befindliches Ablassventil zum Abführen von Wasser geöffnet wird. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zum Durchführen eines solchen Verfahrens.

Das Ablassen von Wasser, wobei die vorstehend angegebenen Maßnahmen durchgeführt werden, ist allgemein üblich und insbesondere dann unumgänglich, wenn schwere Dieselmaschinen unter rauhen Einsatzbedingun-

gen betrieben werden. So ist es beispielsweise bei einem Einsatz von Arbeitsmaschinen mit schweren Dieselmotoren in weniger hoch entwickelten Ländern schwierig, Kraftstoff von mitteleuropäischer Qualität zu erhalten. Vielmehr muss in Ländern mit schwierigen klimatischen Bedingungen und schlechter Infrastruktur damit gerechnet werden, dass der erhältliche Kraftstoff starke Verunreinigungen, insbesondere einen hohen Wassergehalt, aufweist. So werden oftmals Bau- und Landmaschinen aus Fässern betankt, die des öfteren nur mit geringer oder gar ohne jegliche Abdeckung gelagert und transportiert werden, so dass sie einwirkenden Witterungsbedingungen, beispielsweise Regen, ungeschützt ausgesetzt sind.

Erfahrungsgemäß kann von einem maximalen Wasseranteil in Dieselöl von bis zu 10% ausgegangen werden, wobei auch Vandalismus und korrupte Handlungsweisen Ursachen für diese hohen Wassergehalte sein können.

Wenn ein stark verunreinigtes Dieselöl beispielsweise im Tank eines leistungsstarken Common-Rail-Dieselmotors mit einem Verbrauch von ca. 400 l/Tag benutzt wird, so beträgt die Menge des abzulassenden Wassers knapp 40l/Tag. Bei handelsüblichen Filter/Wasserabscheidern beträgt jedoch das Fassungsvermögen im Wassersammelbehälter höchsten 0,5 I. Angesichts dieses Standes der Technik bedeutet dies, dass der Fahrer, um das eingangs erwähnte, übliche Ablassverfahren durchzuführen, während eines Arbeitstages rund 80 Mal den Motor abstellen muss, um die einem Abfließen des Wassers aus der betreffenden Filteranordnung entgegenwirkende Saugkraft der Kraftstoffförderpumpe zu unterbinden, wonach die Bedienungsperson die Abflussöffnung des Wasser-Sammelraums öffnen muß, um das angesammelte Wasser abfließen zu lassen. Falls die Bedienungsperson den Erfordernissen nicht Rechnung trägt, kommt es nach einiger Zeit zu einem Durchschlagen von Wasser durch die Filteranordnung hindurch zum Ein-

spritzsystem und damit zu dessen Beschädigung, wodurch sehr hohe Instandsetzungskosten und ein entsprechend langer Ausfall des betreffenden Gerätes verursacht werden.

Im Hinblick auf diese Problematik stellt sich die Erfindung die Aufgabe, ein Verfahren anzugeben, das den Anforderungen, die sich beim Betrieb von Verbrennungsmaschinen, insbesondere von schweren Dieselmotoren, ergeben, in besonders gutem Maße gerecht wird.

Ausgehend von dem üblichen Verfahren der eingangs genannten Art ist diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die dem Abfließen von Wasser entgegenwirkende Saugwirkung durch ein Ablassmittel unterbunden wird, durch das über einen Ablasszeitraum hinweg und bei laufendem Betrieb der Kraftstoffförderpumpe an der Abflussöffnung des Sammel- raumes ein das Abfließen von Wasser ermöglichender Druckgradient erzeugbar ist.

Dadurch, dass erfindungsgemäß ein Ablassvorgang dadurch eingeleitet wird, dass zwischen Innenseite des Sammelraumes und der Außenseite eine Durckdifferenz erzeugt wird, die einen Wasseraustritt über die Abflussöffnung bewirkt, ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die Durchführung von Ablassvorgängen bei laufendem Motor. Ohne Betriebsstörungen lassen sich daher Ablassvorgänge in verhältnismäßig rascher Aufeinanderfolge, und damit über verhältnismäßig kurze Ablasszeiträume hinweg, durchführen, während denen das Einspritzsystem bei fortlaufender Kraftstoffförderpumpe mit dem Vorratsvolumen der Einspritzanlage weiter arbeitet, also keine Stillsetzung des Motors erforderlich ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren eröffnet die Möglichkeit der vollständigen Automatisierung. In besonders vorteilhafter Weise kann hierbei vorgesehen sein, dass durch eine die Ansammlung der vorgegebenen Menge des Wassers sowie deren Abfließen erkennende Wasser-Sensoreinrichtung ein Si- gnal erzeugt wird, welches das Ablassmittel aktiviert und dadurch selbsttätig einen Ablassvorgang einleitet. Die Gefahr, dass es durch eine Fehlleistung des Bedienpersonals zum Wasserdurchschlag kommen kann ist daher vermieden.

Bei besonders vorteilhaften Ausführungsbeispielen weist das Ablassmittel ein Steuerelektronik auf, die das Signal der Wasser-Sensoreinrichtung verarbeitet, um Ablasszeiträume zu ermitteln und Steuersignale für das Aktivieren des Ablassmittels und die Steuerung des Ablassventils während der ermittelten Ablasszeiträume zu erzeugen.

Das Erzeugen des Druckgradienten, der an der Abflußöffnung das Abfließen von Wasser ermöglicht, kann auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen, zum Beispiel indem das Ablassmittel eine Ablasspumpe aufweist, deren Saugseite mit der Abflußöffnung des Sammelraumes verbindbar ist und bei Aktivierung des Ablassmittels den Druckgradienten erzeugt. Diese Ausführungsform stellt eine verhältnismäßig einfache Verfahrensweise dar, bei der, ohne dass Eingriffe oder änderungen am eigentlichen Leitungssystem erforderlich wären, ein bedarfsweise Absaugen von Wasser aus dem Sammelraum erfolgt, während das System in Betrieb bleibt.

Alternativ kann das Verfahren in der Weise durchgeführt werden, dass das Ablassmittel einen hydropneumatischen Druckspeicher, dessen ölseite durch die Kraftstoffförderpumpe mit Kraftstoff geladen wird, sowie eine Ventileinrichtung aufweist, die durch die Steuerelektronik derart betätigbar

ist, dass mittels des Druckspeichers in der Filteranordnung über einen Ablasszeitraum hinweg ein Druck aufgebaut wird, der an der Abflußöffnung den zum Abfließen des Wassers nötigen Druckgradienten erzeugt. Bei dieser Form des Verfahrens ergibt sich der Vorteil, dass keine zusätzliche Ab- lasspumpe erforderlich ist.

In vorteilhafter Weise kann durch die Steuerelektronik in Abhängigkeit vom Signal eines die Temperatur des abgeschiedenen Wasser erkennenden Temperatursensors ein Heizungs-Steuersignal für ein als Gefrierschutz vor- gesehenes Heizelement erzeugt werden. Dadurch ist Betriebssicherheit auch im Winterbetrieb oder in kalten Klimazonen gewährleistet.

Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens, welche die Merkmal des Patentanspruches 7 in seiner Gesamtheit aufweist.

Weitere Merkmale der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Ansprüchen 8 bis 16 angegeben.

Nachstehend ist die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen im Einzelnen erläutert. Es zeigen:

- Fig. 1 ein vereinfacht gezeichnetes Schaltschema zur Verdeutlichung eines ersten Ausführungsbeispieles der Erfindung; - Fig. 2 eine der Fig. 1 ähnliche Darstellung zur Verdeutlichung eines zweiten Ausführungsbeispieles;

Fig. 3 eine teilweise im Längsschnitt und schematisch vereinfacht gezeichnete Darstellung eines Ausführungsbeispieles der erfindungsge-

mäßen Vorrichtung zur Durchführung des in Fig. 1 gezeigten Beispieles des Verfahrens und

Fig. 4 eine gegenüber Fig. 3 um 90° verdrehte Darstellung des in Fig. 3

Gezeigten.

Zur Verdeutlichung eines ersten Ausführungsbeispieles der Erfindung zeigt Fig. 1 ein schematisiertes Blockschaltbild des Kraftsstoffversorgungssystems eines Dieselmotors mit Common-Rail-Einspritzung. Ausgehend von einem Kraftstofftank 1 weist das Leitungssystem eine Tankleitung 3 auf, die zu ei- nem Eingang 6 eines Vorfilters 5 führt. Der Vorfilter 5 mit einer Feinheit von etwa 30 μ weist einen Wasserabscheider 7 auf. An den Ausgang 8 des Vorfilters 5 schließt sich eine Saugleitung 9 an, die zur Saugseite 11 einer Kraftstoffförderpumpe 12 führt. Deren Druckleitung 13 ist mit dem Eingang 15 eines Feinfilters 17 verbunden, der eine Feinheit von etwa 2 - 5 μ be- sitzt. Der Ausgang 19 des Feinfilters 17 ist mit einem Common-Rail-

Einspritzsystem 21 verbunden, wobei von dessen mit 23 bezeichneten Einspritzdüsen eine Rezirkulationsleitung 25 zum Tank 1 zurück führt.

Wasser, das aus dem den Vorfilter 5 durchströmenden Kraftstoff mittels des Wasserabscheiders 7 abgesondert wird, sammelt sich im Bodenbereich des Vorfilters 5 und dem sich an dessen Unterseite anschließenden Sammelraum 27 an. Nähere Einzelheiten der Fluidverbindung sowie der Lagebeziehung zwischen dem Wasserabscheider 7 und dem Sammelraum 27 sind unten anhand der Fig. 3 und 4 näher erläutert. Eine Wasser- Sensoreinrichtung 29, die die Pegelhöhe angesammelten Wassers im Sammelraum 27 erkennt, steht in Signalverbindung mit einer Steuerelektronik 31. Diese verarbeitet nicht nur die Signale der Wasser-Sonsoreinrichtung 29 sondern auch eines Temperaturfühlers 33, der bei ermittelter Gefriertemperatur ein Heizelement 35 als Gefrierschutz im Sammelraum 27 aktiviert.

Der Sammelraum 27 ist über seine Abflussöffnung 37 mit der Saugseite 41 einer Ablasspumpe 43 verbunden, deren Druckseite wiederum zu einem Auffangbehälter 45 für abgelassenes Wasser führt. Als Pumpe 43 kann eine gegen Rückstrom sperrende Pumpenausführung vorgesehen sein. Anderen- falls kann ein Rückschlagventil 39 als Ablassventil zwischen Abflußöffnung 37 und Pumpe 43 vorgesehen sein.

Wenn die Wasser-Sensoreinrichtung 29 einen einer vorgegebenen Menge angesammelten Wassers entsprechenden Pegelstand im Sammelbehälter 27 erkennt und dies der Steuerelektronik 31 signalisiert, wird ein Ablassvorgang eingeleitet, indem die Steuerelektronik 31 den Motor der Pumpe 43 über die Versorgungsleitung 47 in Betrieb setzt. Die Saugleistung der Pumpe 43 ist so gewählt, dass ihre Saugwirkung die Saugwirkung der Kraftstoffförderpumpe 12 übersteigt, so dass an der Abflußöffnung 37 des Sammel- raumes 27 ein solcher Druckgradient erzeugt wird, dass das angesammelte Wasser ausfließt, d. h. über die Pumpe 43 abgesaugt wird. Die Dauer des Ablasszeitraumes, über den die Pumpe 43 eingeschaltet bleibt, kann abhängig vom Signal der Sensoreinrichtung 29 bestimmt werden, indem beim Absinken des Wasserpegels um einen bestimmten Betrag der Betrieb der Pumpe 43 eingestellt wird, oder kann zeitabhängig gesteuert sein, indem die Pumpe 43 für jeden Ablassvorgang über einen festgelegten Zeitraum arbeitet. In jedem Fall bleibt die Kraftstoffförderpumpe 12 während der Ablassvorgänge in Betrieb, so dass kein Stillsetzen des Motors erforderlich ist.

Das in Fig. 2 gezeigte Beispiel unterscheidet sich vom Beispiel nach Fig. 1 durch Benutzung eines Ablassmittels in Form einer Drucksteuereinrichtung, die die Ablasspumpe 43 von Fig. 1 ersetzt. Komponenten die dem Beispiel von Fig. 1 entsprechen, sind in Fig. 2 mit den gleichen Bezugszahlen wie in Fig. 1 bezeichnet. Wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, führt die Druckleitung 13

der Kraftstoffförderpumpe 12 nicht nur zum Eingang 15 des Feinfilters 17, sondern auch zur ölseite 51 eines Membranspeichers 53, der durch die in Betrieb befindliche Kraftstoffförderpumpe 12 mit Kraftstoff geladen wird. Um einen Ablassvorgang einzuleiten, was wiederum wie bei dem erstbe- schrieben Ausführungsbeispiel durch Signalgabe der Sensoreinrichtung 29 und die hieraus resultierende Tätigkeit der Steuerelektronik 31 erfolgt, werden ein 3/2 Wegeventil 55, das in der Tankleitung 3 dem Eingang 6 des Vorfilters 5 vorgeschaltet ist, sowie ein 2/2 Wegeventil 57, das dem Ausgang 8 des Vorfilters 5 nachgeschaltet ist, betätigt. Hierbei wird über den Ablasszeitraum hinweg das Ventil 57 geschlossen und das Ventil 55 so betätigt, dass die Tankleitung 3 gesperrt und der ölraum 51 des Membranspeichers 53 über die Zweigleitung 59 und das 3/2 Wegeventil 55 mit dem Eingang 6 des Vorfilters 5 verbunden wird. Durch das dem Vorfilter 5 über den Membranspeicher 53 zugeführte, unter Druck stehende ölvolumen ergibt sich an der Abflußöffnung 37 des Sammelraumes 27 der Druckgradient, der angesammeltes Wasser aus dem Sammelraum 27 herausdrückt , welches wiederum zum Auffangbehälter 45 gelangt. Bei dem in Fig. 2 gezeigten Beispiel ist der Ausgang 8 des Vorfilters 5 während des Ablasszeitraumes durch das Ventil 57 sperrbar. Wenn der Membranspeicher 53 mit ausreichendem Druck geladen wird und im ölraum 51 ein ausreichend großes Druckölvolumen zur Verfügung steht, das über das Ventil 55 in den Vorfilter 5 einströmt, so dass sich im Vorfilter 5 während des Ablasszeitraumes ein ausreichender Drckanstieg ergibt, kann das 2/2 Wegeventil weggelassen werden. Wie beim erstbeschriebenen Ausführungsbeispiel kann während des Ablasszeitraumes die Kraftstoffförderpumpe 12 weiter arbeiten, d. h. der Motor braucht nicht abgestellt zu werden. Bei Beendigen des Ablasszeitraumes wird das Ventil 55 gegebenenfalls das Ventil 57 wieder so gesteuert, dass Tankleitung 3 und Saugleitung 9 durchströmbar sind,

die Zweigleitung 59 wieder gesperrt ist und der Membranspeicher 53 wieder über die Druckleitung 13 geladen wird.

Fig. 3 und 4 zeigen ein Beispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens, wobei die Vorrichtung als Nachrüstsystem ausgebildet ist, das nachträglich an der Unterseite 61 des Vorfilters 5 anbringbar ist, dessen Filtertopf in der Art eines Spin-on-Filters gestaltet ist.

Wie Fig. 3 und 4 zeigen, befindet sich im Zentralbereich des Bodens an der Unterseite 61 ein Wasserauslass 63 mit Innengewinde, mit dem eine Hohlschraube 65 verschraubt ist, deren innere Bohrungen 67 eine Fluidverbin- dung zwischen Bodenbereich an der Unterseite 61 des Filtertopfes und einer zentralen Mulde 69 bilden, die sich am oberen Ende eines Körpers 71 befindet, der durch die Hohlschraube 65 an der Unterseite 61 des Filtertop- fes festgespannt ist, wobei ein Dichtring 73 eine randseitige Abdichtung bildet.

Die Mulde 69 bildet den Wasser-Sammelraum 27 für das durch den Wasserabscheider 7 des Vorfilters 5 abgeschiedene Wasser, dessen Pegel höhe im Sammelraum 27 durch die Wasser-Sensoreinrichtung 29 erkannt wird. Unterhalb der den Sammelraum 27 bildenden Mulde 69 befinden sich im Körper 71 Hohlräume zur Aufnahme der Steuerelektronik 31 , siehe Fig. 3, der Ablasspumpe 43, siehe Fig. 4, sowie weiterer, nicht gezeigter Komponenten.

Während in Fig. 3 und 4 die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Ausführungsform dargestellt ist, die als Nachrüstsystem gestaltet ist, das für einen nachträglichen Einbau in bestehende Anlagen geeignet ist, versteht

sich, dass die Erfindung in besonderem Maße auch als Erstausrüstung bei betreffenden Anlagen geeignet ist.

Insbesondere kann die erfindungsgemäße Vorrichtung zusammen mit dem den Abscheider 7 aufweisenden Vorfilter 5 und den übrigen Systemkomponenten, wie Pumpe 43, Sensoreinrichtung 29, elektronik 31, Heizelement und dergleichen, in einem einheitlichen Gehäuse zusammengefasst sein.