DE102004046887A1

DE102004046887A1 - Kraftstoffversorgungseinrichtung für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102004046887A1
Application number: DE102004046887A
Authority: DE
Inventors: Matthias Gaenswein
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-09-28
Filing date: 2004-09-28
Publication date: 2006-03-30
Also published as: WO2006034889A1

Abstract

Die Kraftstoffversorgungseinrichtung weist eine Hochdruckpumpe (14) auf, durch die Kraftstoff zumindest mittelbar zu wenigstens einer Einspritzstelle (18) an wenigstens einem Zylinder (6) der Brennkraftmaschine gefördert wird. Der Hochdruckpumpe (14) ist eine Abscheidungsvorrichtung (27) vorgeordnet, durch die im Kraftstoff enthaltenes freies und/oder emulgiertes Wasser abgeschieden wird. Durch die Abscheidungsvorrichtung (27) abgeschiedenes freies und/oder emulgiertes Wasser wird zumindest mittelbar dem Abgasstrom der Brennkraftmaschine zugeführt.

Description

Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoffversorgungseinrichtung für eine Brennkraftmaschine nach der Gattung des Anspruchs 1.

Eine solche Kraftstoffversorgungseinrichtung ist aus der Literatur, beispielsweise Dieselmotor-Management, Verlag Vieweg, 2. Auflage 1998, Seiten 280 bis 284, bekannt. Diese Kraftstoffversorgungseinrichtung weist eine Hochdruckpumpe auf, durch die Kraftstoff in einen Speicher gefördert wird. Mit dem Speicher sind an den Zylindern der Brennkraftmaschine angeordnete Injektoren verbunden. Der Hochdruckpumpe ist ein Kraftstofffilter vorgeordnet, durch den Verunreinigungen im Kraftstoff zurückgehalten werden, damit diese nicht zu Beschädigungen der Hochdruckpumpe führen können. In den Kraftstofffilter ist außerdem eine Abescheidungsvorrichtung integriert, durch die im Kraftstoff vorhandenes freies und/oder emulgiertes, das heißt mit Kraftstoff vermischtes Wasser, abgeschieden wird. Der Kraftstofffilter weist dabei einen Sammelraum für das abgeschiedene Wasser auf, der nach bestimmten Intervallen entleert werden muss. Bei hohem Wassergehalt im Kraftstoff kann dabei bereits nach wenigen hundert Kilometern Fahrtstrecke bereits eine Entleerung des angesammelten Wassers erforderlich sein. Das abgeschiedene Wasser muss außerdem umweltgerecht entsorgt werden, da dieses unter Umständen mit Kraftstoff vermischt ist.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Kraftstoffversorgungseinrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass durch die Abscheidungsvorrichtung abgeschiedenes Wasser nicht aufwendig entsorgt zu werden braucht, sondern im Abgasstrom der Brennkraftmaschine umgesetzt wird.

In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungseinrichtung angegeben. Die Ausbildung gemäß Anspruch 2 ermöglicht eine Umsetzung des zugeführten Wassers in der Abgasnachbehandlungsvorrichtung. Die Ausbildung gemäß Anspruch 3 ermöglicht eine feine Zerstäubung des zugeführten Wassers. Bei der Ausbildung gemäß Anspruch 4 steht das Wasser unter dem von der Förderpumpe erzeugten Druck und kann damit ohne zusätzliche Pumpe zugeführt werden.

Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen 1 eine Kraftstoffversorgungseinrichtung für eine Brennkraftmaschine in schematischer Darstellung, 2 einen Kraftstofffilter der Kraftstoffversorgungseinrichtung in vergrößerter Darstellung und 3 einen Abgasbereich der Brennkraftmaschine vergrößerter Darstellung gemäß einer modifizierten Ausführung.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In 1 ist eine Kraftstoffversorgungseinrichtung für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Die Brennkraftmaschine ist eine selbstzündende Brennkraftmaschine und weist wenigstens einen oder mehrere Zylinder 6 auf, von denen in 1 nur einer dargestellt ist. Die Kraftstoffversorgungseinrichtung weist eine Förderpumpe 10 auf, durch die Kraftstoff aus einem Vorratsbehälter 12 zu einer Hochdruckpumpe 14 gefördert wird. Durch die Hochdruckpumpe 14 wird Kraftstoff unter Hochdruck in einen Speicher 16 gefördert. Mit dem Speicher sind über hydraulische Leitungen an den Zylindern der Brennkraftmaschine angeordnete Injektoren 18 verbunden. An jedem Injektor 18 ist jeweils ein Steuerventil 20 angeordnet, mittels dem der Injektor 18 zu einer Kraftstoffeinspritzung geöffnet werden kann bzw. zur Beendigung einer Kraftstoffeinspritzung geschlossen werden kann. Die Steuerventile 20 der Injektoren 18 sind mit einer elektronischen Steuereinrichtung 22 verbunden und werden durch diese abhängig von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine angesteuert. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung kann alternativ auch eine Hochdruckpumpe aufweisen, die direkt mit den Injektoren 18 verbunden ist, an denen die Steuerventile 20 auch entfallen können. Weiterhin alternativ kann auch für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine eine separate Hochdruckpumpe vorgesehen sein, die nur mit dem Injektor 18 dieses Zylinders verbunden ist und mit diesem eine Baueinheit bilden kann.
Zwischen dem Vorratsbehälter 12 und der Hochdruckpumpe 14 ist ein Kraftstofffilter 26 angeordnet. Durch den Kraftstofffilter 26 werden Verunreinigungen im Kraftstoff zurückgehalten, so dass diese nicht in die Hochdruckpumpe 14 gelangen und dort zu Beschädigungen führen können. Im Kraftstofffilter 26 ist außerdem eine Abscheidungsvorrichtung 27 integriert, durch die im Kraftstoff enthaltenes freies und/oder emulgiertes, das heißt mit Kraftstoff vermischtes Wasser abgeschieden wird. Die Wasserabscheidungsvorrichtung 27 kann auch getrennt vom Kraftstofffilter 26 angeordnet sein. Die Wasserabscheidung erfolgt durch Koaleszenz am Filtermedium, wobei sich kleine Wassertröpfchen an Tropfkörpern, beispielsweise einer Metallgitterstruktur, anlagern. Die kleinen Tröpfchen fügen sich zu größeren Tropfen zusammen, steigen auf und bilden einen Film, sie koaleszieren. Der Film lässt sich aus dem Flüssigkeitsgemisch entfernen, abziehen, so dass sich ein Kraftstoff-Wasser-Gemisch trennen lässt. Der in 2 vergrößert dargestellte Kraftstofffilter 26 weist ein Gehäuse 28 auf, in dem ein Filtereinsatz 30, beispielsweise aus Papier, angeordnet ist. Kraftstoff aus dem Vorratsbehälter 12 gelangt über einen Zulauf 32 in den Kraftstofffilter 26, durchströmt den Filtereinsatz 30 und tritt aus dem Kraftstofffilter 26 über einen Ablauf 34 aus. Im Bereich des Bodens des Filtergehäuses 28 ist ein Sammelraum 36 gebildet, in dem sich das abgeschiedene Wasser sammelt.
Im Zylinder 6 der Brennkraftmaschine ist wie in 1 dargestellt ein in diesem eine Hubbewegung ausführender Kolben 38 angeordnet, der im Zylinder 6 einen Brennraum 40 begrenzt. Der Brennraum 40 ist über wenigstens ein Einlassventil 42 mit einem Ansaugbereich und über wenigstens ein Auslassventil 46 mit einem Abgasbereich 44 verbindbar. Beim Ansaughub des Kolbens 38 ist das wenigstens eine Einlassventil 42 geöffnet, so dass Luft aus dem Ansaugbereich angesaugt wird, die zur Verbrennung des mittels des Injektors 18 in den Brennraum 40 eingespritzten Kraftstoffs erforderlich ist. Der Abgasbereich 44 ist beispielsweise als Abgasrohr ausgebildet, wobei die Abgasrohre der Zylinder 6 der Brennkraftmaschine vorzugsweise zu einem gemeinsamen Abgasrohr zusammengeführt sind.
Erfindungsgemäß wird durch die Abscheidungsvorrichtung 27 abgeschiedenes freies und/oder emulgiertes Wasser dem Abgasbereich 44 der Brennkraftmaschine zugeführt. Hierzu ist beispielsweise der Sammelraum 36 des Kraftstofffilters 26 über eine Leitung 48 mit dem Abgasbereich 44 der Brennkraftmaschine verbunden, so dass das Wasser dem Abgasstrom der Brennkraftmaschine zugeführt wird. Vorzugsweise wird das Wasser mittels einer Düse 50 oder eines Einspritzventils zerstäubt in den Abgasbereich 44 eingebracht, um eine gleichmäßige Vermischung mit dem Abgasstrom zu erreichen.
In der Leitung 48 kann ein Absperrventil 52 angeordnet sein, das durch die Steuereinrichtung 22 angesteuert wird. Das Absperrventil 52 kann beispielsweise ein elektromagnetisch gesteuertes Ventil sein. Die Ansteuerung des Absperrventils 52 erfolgt vorzugsweise in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine und/oder in Abhängigkeit von der im Sammelraum 36 des Kraftstofffilters 26 vorhandenen Menge an Wasser. Bei einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine kann eine Wasserzuführung alternativ nur zum Abgasbereich 44 eines Zylinders oder zu den Abgasbereichen aller Zylinder erfolgen, die vorzugsweise zu dem gemeinsamen Abgasrohr zusammengefasst sind.
Die im Sammelraum 36 vorhandene Wassermenge kann beispielsweise mittels eines Leitfähigkeitssensors 54 erfasst werden, der mit der Steuereinrichtung 22 verbunden ist. Das Absperrventil 52 wird durch die Steuereinrichtung 22 nur geöffnet, wenn aus dem Signal des Sensors 54 ermittelt wird, dass im Sammelraum 36 Wasser vorhanden ist. Zur Erfassung der Betriebsparameter der Brennkraftmaschine sind weitere Sensoren 56 vorgesehen, beispielsweise zur Erfassung des Lastzustands, des Kurbelwinkels, der Temperatur und gegebenenfalls weiterer Parameter.
Beispielsweise wird durch die Steuereinrichtung 22 das Absperrventil 52 nur geöffnet, und somit Wasser in den Abgasbereich 44 zugeführt, wenn die Abgastemperatur über einem bestimmten Mindestwert liegt, so dass eine Verdampfung des zugeführten Wassers sichergestellt ist. Beispielsweise kann durch die Steuereinrichtung 22 das Absperrventil 52 geschlossen werden, wenn sich die Brennkraftmaschine im Schubbetrieb, das heißt bei Nullast, befindet. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass das Abgas eine ausreichend hohe Temperatur aufweist, um das zugeführte Wasser zu verdampfen, so dass dieses sich nicht in flüssiger Form im Abgasbereich 44 ablagern kann.
Im Abgasbereich 44 der Brennkraftmaschine kann eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung angeordnet sein, beispielsweise ein Oxidationskatalysator 58. Das durch die Abscheidungsvorrichtung 27 abgeschiedene Wasser wird dem Abgasstrom stromaufwärts vor der Abgasnachbehandlungsvorrichtung 58 zugeführt, so dass das Wasser in der Abgasnachbehandlungsvorrichtung 58 chemisch umgesetzt werden kann. Wenn mit Kraftstoff vermischtes Wasser dem Abgasstrom zugeführt wird, so kann der Kraftstoff ebenfalls in der Abgasnachbehandlungsvorrichtung 58 chemisch umgesetzt werden. Im Abgasbereich 44 kann zusätzlich auch ein Partikelfilter 59 als Abgasnachbehandlungsvorrichtung angeordnet sein. Es kann dabei vorgesehen sein, dass dem Abgasstrom der Brennkraftmaschine nicht nur durch die Abscheidungsvorrichtung 27 abgeschiedenes Wasser sondern gezielt auch Kraftstoff aus dem Kraftstofffilter 26 zugeführt wird, um eine Regeneration des Partikelfilters 59 zu ermöglichen.
In der Leitung 48 zwischen der Abscheidungsvorrichtung 27 und dem Abgasbereich 44 kann ein Drucksensor 60 angeordnet sein, durch den der Druck in der Leitung 48 erfasst wird und der mit der Steuereinrichtung 22 verbunden ist. Dies ermöglicht eine exakte Einstellung der dem Abgasstrom zugeführten Wassermenge, da dann abhängig vom in der Leitung 48 herrschenden Druck das Absperrventil 52 durch die Steuereinrichtung 22 nur für eine bestimmte Zeitdauer geöffnet zu werden braucht.
Das Absperrventil 52 kann durch die Steuereinrichtung 22 geschlossen werden, wenn im Sammelraum 36 des Kraftstofffilters 26 kein Wasser mehr vorhanden ist, damit aus dem Kraftstoffilter 26 kein Kraftstoff abgeleitet und dem Abgasbereich 44 zugeführt wird. Es kann dabei ein weiterer Leitfähigkeitssensor vorgesehen sein, durch den erfasst wird, wenn der Sammelraum 36 nahezu entleert ist, wobei dann durch die Steuereinrichtung 22 das Absperrventil 52 geschlossen wird. Bis zur Beendigung der Wasserzuführung in den Abgasbereich 44 kann es vorkommen, dass die Leitung 48 mit Kraftstoff aus dem Kraftstofffilter 26 befüllt ist. Bei weiterem Betrieb der Brennkraftmaschine wird im Kraftstofffilter 26 wieder freies und/oder emulgiertes Wasser abgeschieden, das den in der Leitung 48 vorhandenen Kraftstoff infolge unterschiedlicher Dichte des Wassers und des Kraftstoffs zumindest teilweise in den Kraftstofffilter 26 zurück verdrängt, so dass beim nächsten Zyklus einer Wasserzuführung in den Abgasbereich 44 nur einer geringe Kraftstoffmenge aus der Leitung 48 in den Abgasbereich 44 gelangt. Eine Verdrängung von Kraftstoff aus der Leitung 48 zurück in den Kraftstofffilter 26 kann durch geeignete Führung der Leitung 48 begünstigt werden, indem ein Aufsteigen von Kraftstoff aus der Leitung 48 in den Kraftstofffilter 26 unterstützt wird.
Der Kraftstofffilter 26 mit der Abscheidungsvorrichtung 27 kann wie in 1 mit durchgezogenen Linien dargestellt zwischen der Förderpumpe 10 und der Hochdruckpumpe 14 angeordnet sein. Die Förderpumpe 10 kann dabei eine elektrisch angetriebene Pumpe sein und im Vorratsbehälter 12 angeordnet sein. Der Kraftstofffilter 26 wird dabei von Kraftstoff durchströmt, der unter dem von der Förderpumpe 10 erzeugten Förderdruck steht, der beispielsweise zwischen 2 und 10 bar betragen kann. Das im Sammelraum 36 gesammelte Wasser steht ebenfalls unter dem von der Förderpumpe 10 erzeugten Förderdruck und wird durch diesen zum Abgasbereich 44 gefördert und in der Düse 50 oder im Einspritzventil zerstäubt. Alternativ kann der Kraftstofffilter 26 auch wie in 1 mit gestrichelten Linien dargestellt zwischen der Förderpumpe 10 und dem Vorratsbehälter 12 angeordnet sein. Der Kraftstofffilter 26 wird dabei von dem durch die Förderpumpe 10 angesaugten Kraftstoff durchströmt, so dass in diesem ein geringerer Druck als dem Umgebungsdruck herrscht. Im Abgasbereich 44 kann wie in 3 dargestellt eine Querschnittsverengung, beispielsweise in Form einer Venturidüse 62 angeordnet sein, in die die vom Kraftstofffilter 26 herführende Leitung 48 mündet. In der Querschnittsverengung 62 ist eine hohe Strömungsgeschwindigkeit des Abgases und damit ein geringer statischer Druck vorhanden, so dass durch die Luftströmung Wasser aus dem Kraftstofffilter 26 angesaugt wird. Es kann dabei vorgesehen sein, dass die Querschnittsverengung 62 nur dann vorhanden ist, wenn Wasser dem Abgasbereich 44 zugeführt wird. Damit würde der Querschnitt des Abgasbereichs 44 nicht ständig verengt, so dass der Betrieb der Brennkraftmaschine nicht negativ beeinflusst wird. Alternativ kann auch eine Blende in den Abgasbereich 44 ein- und ausgeschoben werden, um die Querschnittsverengung 62 zu bilden bzw. diese zu entfernen. Das Ein- und Ausschieben der Blende kann beispielsweise durch einen elektrischen Aktor erfolgen. Alternativ kann zur Förderung des Wassers aus dem Kraftstofffilter 26 zum Abgasbereich 44 auch eine Pumpe 64 in der Leitung 48 angeordnet sein. Die Pumpe 64 weist dabei vorzugsweise einen elektrischen Antrieb auf und wird durch die Steuereinrichtung 22 gesteuert, so dass die Pumpe 64 nur betrieben wird, wenn eine Ableitung von Wasser aus dem Kraftstofffilter 26 erforderlich ist.
Die vorstehend beschriebene Zuführung des abgeschiedenen Wassers kann auch bei beiliebigen anderen Kraftstoffeinspritzeinrichtungen vorgesehen sein.

Claims

Kraftstoffversorgungseinrichtung für eine Brennkraftmaschine, insbesondere eine selbstzündende Brennkraftmaschine, mit wenigstens einer Hochdruckpumpe (14), der Kraftstoff aus einem Vorratsbehälter (12) zugeführt wird und durch die Kraftstoff zumindest mittelbar zu wenigstens einer Einspritzstelle (18) an wenigstens einem Zylinder (6) der Brennkraftmaschine gefördert wird, und mit einer Abscheidungsvorrichtung (27), durch die aus dem der Hochdruckpumpe (14) zugeführten Kraftstoff freies und/oder emulgiertes Wasser abgeschieden wird, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Abscheidungsvorrichtung (27) abgeschiedenes freies und/oder emulgiertes Wasser zumindest mittelbar dem Abgasstrom der Brennkraftmaschine zugeführt wird.
Kraftstoffversorgungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Abgasstrom der Brennkraftmaschine wenigstens eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung (58), insbesondere ein Oxidationskatalysator, angeordnet ist und dass das abgeschiedene Wasser dem Abgasstrom stromaufwärts vor der Abgasnachbehandlungsvorrichtung (58) zugeführt wird.
Kraftstoffversorgungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das abgeschiedene Wasser mittels einer Düse (50) oder eines Einspritzventils (50) in den Abgasstrom eingespritzt wird.
Kraftstoffversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheidungsvorrichtung (27) stromabwärts nach einer Förderpumpe (10) angeordnet ist, durch die Kraftstoff zur Hochdruckpumpe (14) gefördert wird und dass das abgeschiedene Wasser durch den von der Förderpumpe (10) erzeugten Förderdruck aus der Abscheidungsvorrichtung (27) gefördert wird.
Kraftstoffversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das durch die Abscheidungsvorrichtung (27) abgeschiedene Wasser mittels einer Pumpe (64) zum Abgasstrom gefördert wird.
Kraftstoffversorgungseinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verbindung (48) der Abscheidungsvorrichtung (27) mit dem Abgasstrom ein Absperrventil (52) angeordnet ist.
Kraftstoffversorgungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung des abgeschiedenen Wassers in den Abgasstrom durch eine elektronische Steuereinrichtung (22) in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine gesteuert wird.
Kraftstoffversorgungseinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheidungsvorrichtung (27) in einen Kraftstofffilter (26) integriert ist, durch den Verunreinigungen in dem der Hochdruckpumpe (14) zugeführten Kraftstoff zurückgehalten werden.
Kraftstoffversorgungseinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verbindung (48) zwischen der Abscheidungsvorrichtung (27) und dem Abgasstrom ein Drucksensor (60) angeordnet ist.
Kraftstoffversorgungseinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zuführung des abgeschiedenen Wassers nur bei Überschreiten einer Mindesttemperatur des Abgasstroms erfolgt.