DE10056048A1 - Fuel injection layout with feed and return uses heat exchanger to heat fuel and return fuel heat to fuel feed plus bypass to divert fuel past exchanger ensuring rapid heat from cold. - Google Patents
Fuel injection layout with feed and return uses heat exchanger to heat fuel and return fuel heat to fuel feed plus bypass to divert fuel past exchanger ensuring rapid heat from cold.Info
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzanlage für Brennkraftmaschinen, mit einer Hochdruckpumpe, mit einem Kraftstoffzulauf, mit einem Kraftstoffrücklauf und mit einer Kraftstoffvorwärmung, wobei die Hochdruckpumpe vom Kraftstoffzulauf mit Kraftstoff versorgt wird und überschüssiger Kraftstoff über den Kraftstoffrücklauf aus einem Hochdruckbereich der Kraftstoffeinspritzanlage abgeführt wird.The invention relates to a fuel injection system for Internal combustion engines, with a high pressure pump, with a Fuel supply, with a fuel return and with a fuel preheating, the high pressure pump from Fuel supply is supplied with fuel and excess fuel through the fuel return a high pressure area of the fuel injection system is dissipated.
Dieselkraftstoff neigt bei niedrigen Temperaturen zum Versulzen. Der versulzte Kraftstoff kann den im Kraftstoffzulauf liegenden Kraftstofffilter verstopfen, so dass ein Betrieb der Brennkraftmaschine unmöglich wird.Diesel fuel tends to at low temperatures Paraffin separation. The greased fuel can in the Block the fuel filter lying in the fuel inlet, see above that an operation of the internal combustion engine becomes impossible.
Um das Versulzen zu verhindern, ist es aus der europäischen Patentanmeldung 0 205 411 bekannt, den Kraftstoff im Kraftstoffzulauf mit dem durch die im Hochdruckbereich der Kraftstoffeinspritzanlage dissipierte Energie erwärmten Kraftstoff im Kraftstoffrücklauf zu mischen, um somit eine Kraftstoffvorwärmung zu erreichen. Zusätzlich wird die Mischeinrichtung vom Kühlwasser der Brennkraftmaschine beheizt. Nachteilig an dieser Kraftstoffvorwärmung ist deren komplizierter Aufbau und deren schlechtes Ansprechverhalten. Weiterhin muß diese Mischeinrichtung zwischen Kraftstofftank und Niederdruckförderpumpe angeordnet werden, da ein Druckgefälle zwischen Rücklaufleitung und Vorlaufleitung erforderlich ist. Diese Art von Mischeinrichtungen kann also nur in Verbindung mit sogenannten "Inline"-Förderpumpen, nicht aber mit "Intank"- Förderpumpen eingesetzt werden.To prevent staining, it is from the European Patent application 0 205 411 known the fuel in Fuel supply with the through the high pressure area of the Fuel injection system warmed dissipated energy Mix fuel in the fuel return to make one To achieve fuel preheating. In addition, the Mixing device from the cooling water of the internal combustion engine heated. A disadvantage of this fuel preheating their complicated structure and their bad Response. Furthermore, this mixing device between fuel tank and low pressure feed pump be arranged because of a pressure drop between Return line and flow line is required. This Type of mixing devices can only be used in conjunction with so-called "inline" feed pumps, but not with "intank" - Feed pumps are used.
Aus der europäischen Patentanmeldung 0 225 260 ist eine Kühlung des Kraftstoffrücklaufs bekannt, wobei der Kraftstoffrücklauf von dem kalten Kraftstoff im Kraftstoffzulauf gekühlt wird und anschließend wieder in die Kraftstoffhochdruckpumpe zurückgeführt wird. Mit dieser Anordnung ist es bei manchen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine zwar möglich, die Kraftstofftemperatur beim Eintritt in die Hochdruckpumpe innerhalb bestimmter Grenzen zu halten, allerdings wird das Problem der Versulzung von Kraftstoff im Kraftstoffzulauf beim Kaltstart der Brennkraftmaschine mit niedrigen Umgebungstemperaturen nicht gelöst, da bei diesem Betriebszustand der Kraftstoffrücklauf nur eine geringe Temperatur hat und demzufolge keine Wärme auf den Kraftstoffzulauf übertragen kann.One is from European patent application 0 225 260 Cooling of the fuel return is known, the Fuel return from the cold fuel in the Fuel supply is cooled and then back in the high pressure fuel pump is returned. With this It is the arrangement in some operating states Internal combustion engine possible, the fuel temperature when entering the high pressure pump within certain Keep limits, however, the problem of Fueling of fuel in the fuel feed at Cold start of the engine with low Ambient temperatures not resolved, as with this Operating state of the fuel return only a small one Has temperature and therefore no heat on the Can transfer fuel supply.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Kraftstoffeinspritzanlage für Brennkraftmaschinen bereitzustellen, welche auch beim Kaltstart der Brennkraftmaschine und niedrigen Umgebungstemperaturen das Versulzen des Kraftstoffs im Kraftstoffzulauf wirkungsvoll verhindert.The invention is based on the object Fuel injection system for internal combustion engines to provide, which also when cold starting the Internal combustion engine and low ambient temperatures Gelling of the fuel in the fuel inlet is effective prevented.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Kraftstoffeinspritzanlage für Brennkraftmaschinen, mit einer Hochdruckpumpe, mit einem Kraftstoffzulauf, mit einem Kraftstoffrücklauf und mit einer Kraftstoffvorwärmung, wobei die Hochdruckpumpe vom Kraftstoffzulauf mit Kraftstoff versorgt wird und überschüssiger Kraftstoff über den Kraftstoffrücklauf aus dem Hochdruckbereich der Kraftstoffeinspritzanlage abgeführt wird, wobei die Kraftstoffvorwärmung als Wärmetauscher ausgebildet ist und in dem Wärmetauscher Wärme vom Kraftstoffrücklauf auf den Kraftstoffzulauf übertragen wird.This object is achieved by a Fuel injection system for internal combustion engines, with a high pressure pump, with a fuel supply, with a Fuel return and with fuel preheating, with the high pressure pump from the fuel supply with Fuel is supplied and excess fuel over the fuel return from the high pressure area of the Fuel injection system is discharged, the Fuel preheating is designed as a heat exchanger and in the heat exchanger heat from the fuel return to the Fuel feed is transmitted.
Bei der Kraftstoffvorwärmung durch einen Wärmetauscher wird unmittelbar nach dem Kaltstart der Brennkraftmaschine, wenn eine Temperaturerhöhung im Kraftstoffrücklauf eingetreten ist, Wärme vom Kraftstoffrücklauf auf den Kraftstoffzulauf übertragen. Die Verwendung eines Wärmetauschers lässt vorteilhafterweise nicht nur die Kombination mit einer "Inline"-Förderpumpe, sondern auch mit einer "Intank"- Förderpumpe zu, da nicht wie bei einer Mischeinrichtung ein Druckgefälle vom Rücklauf zum Vorlauf erforderlich ist. Durch die Verwendung des Kraftstoffrücklaufs als Wärmeträger an Stelle von Kühlwasser der Brennkraftmaschine wird die Zeit bis eine effektive Kraftstoffvorwärmung eintritt, deutlich reduziert. Außerdem ist ein Kraftstoff/Kraftstoffwärmetauscher einfach und kostengünstig herstellbar. Schließlich führt selbst eine Undichtigkeit im Wärmetauscher zwischen den beiden Kraftstoffströmen nicht zum Stillstand der Brennkraftmaschine, wie es bei der Verwendung von Kühlwasser als Wärmeträger der Fall wäre.When preheating fuel through a heat exchanger immediately after the cold start of the internal combustion engine, if a temperature increase in the fuel return has occurred is heat from the fuel return to the fuel supply transfer. The use of a heat exchanger leaves advantageously not only the combination with one "Inline" feed pump, but also with an "intank" - Delivery pump too, because not like a mixing device Pressure drop from return to flow is required. By using the fuel return as Heat transfer medium instead of cooling water of the internal combustion engine will be the time to effective fuel preheating occurs, significantly reduced. In addition, is a Fuel / fuel heat exchanger simple and inexpensive to manufacture. After all, even one leads Leak in the heat exchanger between the two Fuel flows do not stop Internal combustion engine, as is the case with the use of Cooling water as the heat transfer medium would be the case.
Weitere Varianten der Erfindung sehen vor, dass Kraftstoffrücklauf und Kraftstoffzulauf im Wärmetauscher im Gegenstrom geführt werden, und/oder dass der Wärmetauscher ein Mantelrohrwärmetauscher, ein Plattenwärmetauscher oder ein Spiralwärmetauscher ist, so dass die Wärmeübertragung so effektiv und kostengünstig wie möglich gestaltet wird. Further variants of the invention provide that Fuel return and fuel supply in the heat exchanger in the Counterflow are performed, and / or that the heat exchanger a jacket tube heat exchanger, a plate heat exchanger or is a spiral heat exchanger so that the heat transfer is designed to be as effective and inexpensive as possible.
In weiterer Ergänzung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Kraftstoffzulauf einen Bypass aufweist, dass der Bypass den Wärmetauscher umgeht, und dass der Durchfluss durch den Bypass von einem 3/2-Wegeventil gesteuert wird, so dass bei hohen Außentemperaturen und hohen Temperaturen im Kraftstoffrücklauf vermieden wird, dass der Kraftstoff im Kraftstoffzulauf mit einer zu hohen Temperatur in die Hochdruckpumpe eintritt. Dadurch ist gewährleistet, dass die Hochdruckpumpe vom Kraftstoff im Kraftstoffzulauf erforderlichenfalls gekühlt werden kann.In a further addition to the invention it is provided that the fuel inlet has a bypass that the bypass bypasses the heat exchanger and that the flow through the Bypass is controlled by a 3/2-way valve, so that at high outside temperatures and high temperatures in the Fuel return is avoided that the fuel in the Fuel supply with too high a temperature in the High pressure pump enters. This ensures that the high pressure pump from the fuel in the fuel inlet can be cooled if necessary.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist das 3/2- Wegeventil ein Schaltventil, so dass auf einfachste Weise die Temperatur im Kraftstoffzulauf geregelt werden kann.In one embodiment of the invention, this is 3/2 Directional control valve a switching valve, so in the simplest way the temperature in the fuel supply can be regulated.
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das 3/2-Wegeventil ein Proportionalverhalten auf, so dass die Temperatur im Kraftstoffzulauf vor dem Eintritt in die Hochdruckpumpe stetig geregelt werden kann.In a further embodiment of the invention, this 3/2-way valve has a proportional behavior so that the Temperature in the fuel inlet before entering the High pressure pump can be regulated continuously.
In weiterer Ergänzung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Niederdruckpumpe, insbesondere eine elektrische Niederdruckpumpe, vorhanden ist, die Kraftstoff in den Kraftstoffzulauf fördert, so dass die Hochdruckpumpe nicht selbstansaugend ausgeführt werden muss und die Kavitationsneigung in der Hochdruckpumpe verringert wird.In a further addition to the invention it is provided that a low pressure pump, especially an electric one Low pressure pump that is present in the fuel Fuel feed promotes so the high pressure pump doesn't must be self-priming and the Cavitation tendency in the high pressure pump is reduced.
Zur Vermeidung von Betriebsstörungen und vorzeitigem Verschleiß kann in dem Kraftstoffzulauf ein Vorfilter und/oder ein Filter mit Wasserabscheider vorgesehen sein.To avoid malfunctions and premature A prefilter can wear out in the fuel supply and / or a filter with a water separator can be provided.
In weiterer Ergänzung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kraftstoffeinspritzanlage eine Common-Rail- Einspritzanlage ist, so dass die Vorteile der erfindungsgemäßen Kraftstoffvorwärmung auch Einspritzanlagen dieses Typs zugute kommen. In a further addition to the invention it is provided that the fuel injection system a common rail Injection system is, so the benefits of fuel preheating according to the invention also Injection systems of this type benefit.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar.Further advantages and advantageous configurations of the Invention are the following drawing, the Description and the patent claims.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kraftstoffvorwärmung und Fig. 1 shows a first embodiment of a fuel preheating according to the invention and
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kraftstoffvorwärmung. Fig. 2 shows a second embodiment of a fuel preheating according to the invention.
In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzanlage mit Kraftstoffvorwärmung schematisch dargestellt. Die Einspritzanlage weist eine Hochdruckpumpe 1 auf, die als Drei-Stempel- Radialkolbenpumpe ausgeführt ist. Die Hochdruckpumpe 1 fördert in einen Common-Rail 3. Vom Common-Rail 3 gehen eine oder mehrere Hochdruckleitungen 5 zu nicht dargestellten Injektoren. Zur Regelung des Drucks im Common-Rail 3 ist ein Druckregelventil 7 vorgesehen, welches in Abhängigkeit des Drucks im Common-Rail 3 den überschüssigen und erhitzten Kraftstoffstrom absteuert. Dieser Kraftstoffstrom wird gemeinsam mit dem über eine Leitung 9 von der Hochdruckpumpe 1 kommenden, erwärmten Kraftstoff und der über eine oder mehrere Leitungen 13 von den nicht dargestellten Injektoren kommende, ebenfalls erhitzte Leckage- und Steurmenge über einen Kraftstoffrücklauf 11 und einen Wärmetauscher 31 zu den Strahlpumpen 19 abgeführt. In Fig. 1, a fuel injection system according to the invention with fuel preheating is shown schematically. The injection system has a high-pressure pump 1 , which is designed as a three-piston radial piston pump. The high-pressure pump 1 delivers into a common rail 3 . One or more high-pressure lines 5 go from the common rail 3 to injectors (not shown). To regulate the pressure in the common rail 3 , a pressure control valve 7 is provided which, depending on the pressure in the common rail 3, controls the excess and heated fuel flow. This fuel flow is, together with the heated fuel coming via a line 9 from the high-pressure pump 1 , and the leakage and control quantity also coming via one or more lines 13 from the injectors, not shown, via a fuel return 11 and a heat exchanger 31 to the jet pumps 19 dissipated.
Im Hochdruckbereich der Kraftstoffeinspritzanlage sind die Leitungen durch dicke Linien gekennzeichnet, während die Leitungen im Niederdruckbereich der Kraftstoffeinspritzanlage mit dünnen Linien dargestellt sind.They are in the high pressure area of the fuel injection system Lines marked by thick lines, while the Pipes in the low pressure area of the Fuel injection system shown with thin lines are.
Die Hochdruckpumpe 1 wird aus einem Tank 15 mit Schwalltopf 17 und Strahlpumpen 19 über einen Kraftstoffzulauf 21 mit Kraftstoff versorgt. Im Schwalltopf 17 ist eine elektrische Niederdruckpumpe 23 angeordnet, die über einen Vorfilter 25 Kraftstoff aus dem Schwalltopf 17 ansaugt und in den Kraftstoffzulauf 21 fördert. Im Kraftstoffzulauf 21 ist außerdem ein Filter mit Wasserabscheider 27 vorgesehen, welcher zusammen mit dem Vorfilter 25 Beschädigungen der Hochdruckpumpe durch Verunreinigungen im Kraftstoff verhindern soll. Ein Rückschlagventil 29 im Kraftstoffzulauf 21 verhindert dessen Leerlaufen beim Stillstand der Brennkraftmaschine.The high-pressure pump 1 is supplied with fuel from a tank 15 with a surge pot 17 and jet pumps 19 via a fuel inlet 21 . In the surge chamber 17 is an electric low-pressure pump 23 is arranged, which sucks through a prefilter 25 fuel from the surge chamber 17 and promotes in the fuel inflow 21st In the fuel inlet 21 there is also a filter with a water separator 27 which, together with the prefilter 25 , is intended to prevent damage to the high-pressure pump due to contamination in the fuel. A check valve 29 in the fuel inlet 21 prevents its idling when the internal combustion engine is stopped.
Unmittelbar vor dem Eintritt des Kraftstoffzulaufs 21 in den Kraftstofffilter 27 ist ein Wärmetauscher 31 vorgesehen, bei dem der Kraftstoff aus dem Kraftstoffrücklauf 11 und der Kraftstoff aus dem Kraftstoffzulauf 21 im Gegenstrom geführt werden. Da in der Hochdruckpumpe relativ viel Energie desipiert wird, heizt sich der Kraftstoff im Kraftstoffrücklauf 11 innerhalb einer sehr kurzen Zeit nach der Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine auf und kann den Kraftstoff im Kraftstoffzulauf 21 erwärmen. Die Erwärmung des Kraftstoffs im Kraftstoffrücklauf 11 erfolgt wesentlich schneller als die Erwärmung des Kühlwassers, welche auch als Wärmeträger für eine Kraftstoffvorwärmung denkbar wäre. Außerdem hat die Verwendung von Kraftstoff als Wärmeträgermedium den Vorteil, dass eine innere Undichtigkeit des Wärmetauschers 31 nicht zur Beschädigung und zum Stillstand der Brennkraftmaschine bzw. der Kraftstoffeinspritzanlage führt. Darüber hinaus kann der Wärmetauscher 31 wegen der kleinen Massenströme sehr kompakt und kostengünstig ausgeführt werden.Immediately before the fuel inlet 21 enters the fuel filter 27 , a heat exchanger 31 is provided, in which the fuel from the fuel return 11 and the fuel from the fuel inlet 21 are conducted in counterflow. Since a relatively large amount of energy is desipated in the high-pressure pump, the fuel in the fuel return 11 heats up within a very short time after the internal combustion engine has been started up and can heat the fuel in the fuel inlet 21 . The heating of the fuel in the fuel return 11 takes place much faster than the heating of the cooling water, which would also be conceivable as a heat carrier for fuel preheating. In addition, the use of fuel as a heat transfer medium has the advantage that an internal leakage of the heat exchanger 31 does not lead to damage and to a standstill of the internal combustion engine or the fuel injection system. In addition, the heat exchanger 31 can be made very compact and inexpensive because of the small mass flows.
In Fig. 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzanlage dargestellt. Gleiche Bauteile werden mit gleichen Bezugszeichen versehen und es gilt das betreffend Fig. 1 Gesagte entsprechend.In FIG. 2, a second embodiment is shown a fuel injection system according to the invention. The same components are provided with the same reference numerals and what has been said regarding FIG. 1 applies accordingly.
Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 weist das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 einen Bypass 33 im Kraftstoffzulauf 21 auf mit dem der Wärmetauscher 31 umgangen werden kann. Dies kann sinnvoll sein, wenn die Außentemperaturen und die Temperaturen im Kraftstoffrücklauf hoch sind und eine weitere Aufheizung des Kraftstoffs im Kraftstoffzulauf 21 nicht gewünscht wird, um die Hochdruckpumpe 1 mit Kraftstoff aus dem Kraftstoffzulauf 21 zu kühlen.In contrast to the exemplary embodiment according to FIG. 1, the exemplary embodiment according to FIG. 2 has a bypass 33 in the fuel inlet 21 with which the heat exchanger 31 can be bypassed. This can be useful if the outside temperatures and the temperatures in the fuel return are high and further heating of the fuel in the fuel feed 21 is not desired in order to cool the high-pressure pump 1 with fuel from the fuel feed 21 .
Um die Temperatur im Kraftstoffzulauf 21 vor dem Eintritt in die Hochdruckpumpe 1 situationsabhängig regeln zu können, ist ein 3/2-Wegeventil 35 vorgesehen, welches bspw. in Abhängigkeit der Temperatur des Kraftstoffs im Kraftstoffzulauf 21 vor Eintritt in die Hochdruckpumpe 1 geregelt wird. Ein dazu eventuell erforderlicher Temperatursensor oder Thermostat ist in Fig. 2 nicht dargestellt. Das 3/2-Wegeventil 35 kann als Schaltventil oder als Proportionalventil ausgeführt sein. Im ersten Fall ist die Zweipunkt-Temperaturregelung besonders einfach, während im anderen Fall die Temperatur des Kraftstoffs im Kraftstoffzulauf 21 vor dem Eintritt in die Hochdruckpumpe 1 innerhalb engerer Grenzen konstant gehalten werden kann.In order to be able to regulate the temperature in the fuel inlet 21 before entering the high-pressure pump 1 , a 3/2-way valve 35 is provided, which is controlled, for example, depending on the temperature of the fuel in the fuel inlet 21 before entering the high-pressure pump 1 . A possibly required temperature sensor or thermostat is not shown in FIG. 2. The 3/2-way valve 35 can be designed as a switching valve or as a proportional valve. In the first case, the two-point temperature control is particularly simple, while in the other case the temperature of the fuel in the fuel inlet 21 can be kept constant within narrow limits before entering the high-pressure pump 1 .
Alle in der Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.All in the drawing, its description and the Features disclosed claims can be both individually as well as in any combination with each other be essential to the invention.
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