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Die
Erfindung betrifft eine Kraftstoffversorgungsanlage für eine Brennkraftmaschine
mit einer insbesondere druckgeregelt betriebenen, im Kraftstoff-Tank angeordneten
Kraftstoffpumpe, in deren Förderleitung
ein mechanischer Druckregler mit vorgegebenem Nennwert, der mit
zusätzlichem
Steuerdruck beaufschlagbar und somit auf einen anderen Druckwert
verstimmbar ist, vorgesehen ist, der von der Fördermenge der Kraftstoffpumpe
eine solche Kraftstoffmenge zum im Tank befindlichen Kraftstoffvolumen
abzweigt, dass sich in einer vom Druckregler zur Brennkraftmaschine
führenden
Kraftstoffleitung ein Kraftstoffdruck maximal in Höhe des ggf. verstimmten
Druckwerts des Druckreglers einstellt, wobei der den Druckwert des
Druckreglers verstimmende Steuerdruck von einer sog. Tankrückführleitung
abgegriffen wird, über
die ausgehend vom Druckregler die zum im Tank befindlichen Kraftstoffvolumen
hin abgezweigte Kraftstoffmenge zumindest einer im Tank angeordneten
Saugstrahlpumpe als Treib-Kraftstoffstrom zugeführt wird, mit welcher mittels
des Treib-Kraftstoffstromes weiterer Kraftstoff aus einem Tankabschnitt
in einen anderen Tankabschnitt förderbar
ist. Zum bekannten Stand der Technik wird auf die
DE 100 05 471 A1 verwiesen.
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In
dieser genannten Schrift wird zur Behebung von Heißstartproblemen
vorgeschlagen, den in der von einer im Tank angeordnete Kraftstoffpumpe wegführenden
Kraftstoff-Förderleitung
vorgesehenen Druckregler so zu gestalten, dass damit unterschiedliche
Druckniveaus in der vom Druckregler zur Brennkraftmaschine führenden
Kraftstoffleitung einstellbar sind. Trotz Verwendung einer Kraftstoffpumpe,
die bei höheren
Durchsätzen
nur ein geringeres Druckniveau von bspw. 3,5 bar bereit stellen
kann, kann damit, wenn der Druckregler von einem üblichen
Druck-Nennwert in Höhe
von 3,5 bar auf einen höheren
Druckwert von bspw. 6 bar „verstimmt" wird, jedenfalls
für geringere
Kraftstoffdurchsätze
an der Brennkraftmaschine (genauer in einer Einspritzleiste derselben)
dieses erhöhte
Druckniveau von 6 bar kurzzeitig, nämlich im Falle eines Heißstarts,
bereit gestellt werden. Nach den Ausführungsbeispielen der
1 und
3 der
genannten
DE 100 05
471 A1 kann dieses Verstimmen des Druckreglers durch Anlegen
eines in der vorliegenden Anmeldung sog. Steuerdrucks erfolgen,
der von der vom Druckregler zurück
in den Tank führenden
in der vorliegenden Anmeldung sog. Tankrückführleitung abgegriffen wird, in
der zunächst
eine Drossel und stromab dieser entweder ein schaltbares Druckbegrenzungsventil
oder ein schaltbares (und somit absperrbares) 3/2-Wegeventil angeordnet
ist.
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Auch
mit der vorliegenden Anmeldung wird das Ziel angestrebt, eine Kraftstoffversorgungsanlage
für eine
Brennkraftmaschine zu erhalten, die keine auf den Maximalbedarf
des Gesamtsystems hin ausgelegte Kraftstoffpumpe benötigt, wobei
das Gesamtsystem durch die Brennkraftmaschine sowie durch zumindest
eine (oder mehrere) ebenfalls mit dem von der Kraftstoffpumpe geförderten
Kraftstoffstrom versorgte im Tank vorgesehene Saugstrahlpumpe(n)
gebildet ist. Bekanntlich wird mit (einer) solchen Saugstrahlpumpe(n)
mittels eines von der genannten Kraftstoffpumpe bereit gestellten sog.
Treib-Kraftstoffstromes weiterer Kraftstoff aus einem Tankabschnitt
in einen anderen Tankabschnitt gefördert.
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Dieses
angestrebte Ziel kann (als Aufgabe der vorliegenden Erfindung genannt)
für eine
Kraftstoffversorgungsanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1
dadurch erreicht werden, dass die vom Druckregler ausgehende Tankrückführleitung
bis hin zu der oder den Saugstrahlpumpe(n) im wesentlichen drosselfrei
gestaltet ist und stromab der Saugstrahlpumpe(n) über ein
Druckbegrenzungsventil oder dgl. im Tank mündet (= Lösung der gestellten Aufgabe).
Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.
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Im
genannten Stand der Technik (
DE 100 05 471 A1 ) ist – wie bereits dargelegt wurde – in der
hier sog. Tankrückführleitung,
durch die vom Druckregler abzweigend Kraftstoff in die im Tank befindliche Kraftstoffmenge
zurück
geführt
wird, stromab des Druckreglers eine Drossel und stromab dieser ein schaltbares
Druckbegrenzungsventil oder ein 3/2-Wege-Ventil vorgesehen. Mit
aktiviertem Druckbegrenzungsventil bzw. gesperrtem 3/2-Wege-Ventil bildet
sich hier in Zusammenwirken mit der Drossel stromauf dieser Elemente äußerst kurzfristig
ein sog. Steuerdruck, der beim Starten der Brennkraftmaschine in
der Größenordnung
von 2,5 bar liegen kann, so dass ein Druckregler mit einem Nennwert
von 3,5 bar auf einen Druckwert von 6 bar verstimmt werden kann
und somit im Startfall an der Brennkraftmaschine äußerst schnell
ein Kraftstoffdruck von 6 bar bereit steht. Dies kann so jedoch
im wesentlichen nur für den
Startfall oder beim Abstellen der Brennkraftmaschine erfolgen bzw.
funktionieren, wohingegen im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine
ein Kraftstoffstrom im wesentlichen ungedrosselt über die Tankrückführleitung
zu der oder den im Tank vorgesehenen Saugstrahlpumpe(n) strömen sollte,
um als wirkungsvoller sog. Treib-Kraftstoffstrom
für dieselbe(n)
fungieren zu können.
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Dies
erkennend oder berücksichtigend
wird nun also vorgeschlagen, wie bereits bekannt den Druckregler „verstimmen", d.h. den Druckwert,
den dieser Druckregler einstellt, mittels eines sog. Steuerdrucks
erhöhen
zu können,
wobei dies jedoch ohne aufwändige
Schaltvorgänge
(vgl. das schaltbare Druckbegrenzungsventil im bekannten Stand der Technik)
in vielen Betriebszuständen
oder Betriebspunkten der Brennkraftmaschine möglich sein soll und insbesondere
in vielen Betriebspunkten der Brennkraftmaschine auch eine ausreichende
Versorgung der im Tank vorgesehenen Saugstahlpumpe(n) gewährleistet
sein soll. Dies ist auf verblüffend
einfache Weise dadurch erreichbar, dass die sog. Tankrückführleitung
bis zu der oder den Saugstrahlpumpe(n) hin im wesentlichen drosselfrei
verläuft und
dass in einem von der oder den Abzweigung(en) zu der oder den Saugstrahlpumpe(n)
weiterführenden
Leitungsabschnitt dieser Tankrückführleitung, der
letztlich im im Tank befindlichen Kraftstoffvolumen mündet, ein
(konstantes) Druckbegrenzungsventil vorgesehen ist. Dieses Druckbegrenzungsventil
muss nun nicht mehr schaltbar sein, sondern kann konstant auf einen
Druckwert von bspw. bzw. vorzugsweise 1 bar (gegenüber Umgebung)
ausgelegt sein. Mit diesem Beispiels-Wert stellt sich in Abhängigkeit
von der von der Brennkraftmaschine benötigten Kraftstoffmenge – gesteuert
durch den Druckregler – in
der Tankrückführleitung
im Bereich zwischen dem Druckregler und dem Druckbegrenzungsventil ein Überdruck
zwischen 0 bar und 1 bar ein, wobei der Wert von 0 bar nur in den
sog. Volllastpunkten der Brennkraftmaschine, wenn diese eine sehr
hohe Kraftstoffmenge anfordert, auftritt. In den meisten Betriebspunkten
der Brennkraftmaschine wird hingegen über den Druckregler soviel
Kraftstoff in die Tankrückführleitung
abgezweigt, dass in dieser ein Druckniveau von 1 bar herrscht, was
für einen
erfolgreichen Betrieb der Saugstrahlpumpen ausreichend ist. Dass
in den relativ selten auftretenden Volllast-Betriebspunkten der
Brennkraftmaschine die Saugstrahlpumpen im Tank aufgrund des fehlenden Drucks
bzw. des fehlenden Treib-Kraftstoffstromes nicht betrieben werden
können,
fällt dabei
nicht weiter ins Gewicht. Gleichzeitig kann vorteilhafterweise – wie aus
dem genannten Stand der Technik bereits bekannt – bspw. zur Lösung der
Heißstartproblematik an
der Brennkraftmaschine außerhalb
von deren Volllast-Betriebspunkten ein Kraftstoffdruckniveau eingestellt
werden, welches um 1 bar oberhalb des Nennwertes des Druckreglers
liegt.
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Während beim
genannten bekannten Stand der Technik der Druckregler außerhalb
des Kraftstofftanks angeordnet ist, wird im weiteren vorgeschlagen,
diesen innerhalb des Kraftstofftanks unterzubringen, da die Möglichkeit
für geringe
Kraftstoff-Ausdünstungen
in die Umgebung durch minimalste Undichtigkeiten auf diese Weise
deutlich herabgesetzt werden kann (= Reduktion von „running
losses").
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Mit
den Merkmalen des Anspruchs 4 ist es möglich, einen Druckregler mit
einem niedrigeren Nennwert einzusetzen und dennoch keine Probleme für den besonders
kritischen Heißstartfall
der Brennkraftmaschine zu erhalten. Beispielsweise liege der Nennwert
des Druckreglers bei 3,5 bar, wodurch sich – zusammen mit einem daran
anliegenden Steuerdruck von 1 bar beim Abstellen der Brennkraftmaschine
in der zur dieser führenden
Kraftstoffleitung stromab des vorgeschlagenen Rückschlagventils ein Druck von
beispielsweise 4,5 bar einstellt, der dann auch über eine längere Zeitspanne gehalten wird
und sich mit einem Neustart der Brennkraftmaschine auch wieder einstellt.
Ein geeignet ausgelegtes von diesem Leitungsabschnitt abzweigendes
Druckbegrenzungsventil, dessen Nennwert zumindest um einen Bruchteil
des maximalen Steuerdrucks heuer ist als derjenige des Druckreglers,
verhindert dabei zu hohe Drücke
in diesem Leitungsabschnitt, während ein
fakultativ vorgeschlagener Druckspeicher die Heißstartfähigkeit weiter verbessert.
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand zweier nur prinzipiell dargestellter
Ausführungsbeispiele
weiter erläutert.
In den beiden 1, 2 sind dabei
gleiche Elemente mit den gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet.
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So
trägt ein
Kraftstoff-Tank in einem Kraftfahrzeug die Bezugsziffer 1 und
enthält
Kraftstoff zur Versorgung einer Brennkraftmaschine, von welcher nur
die sog. Einspritzleiste 2, aus welcher hier vier den einzelnen
Brennkraftmaschinen-Zylindern zugeordnete Kraftstoff-Einspritzventile
versorgt werden, abstrakt dargestellt ist. Durch eine Förderleitung 3,
in die eine im Kraftstoff-Tank
angeordnete elektrisch angetriebene Kraftstoffpumpe 4 fördert, und
durch eine sich hieran anschließende
Kraftstoffleitung 3' wird der
Einspritzleiste 2 Kraftstoff aus dem Tank 1 zugeführt.
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Die
Förderleitung 3 befindet
sich innerhalb des Tanks 1 und führt durch ein Kraftstofffilter 5 hindurch
zu einem Druckregler 6. Von diesem aus führt die
Kraftstoffleitung 3' aus
dem Tank 1 hinaus zur Einspritzleiste 2, wobei
stromauf dieser in bzw. an der Kraftstoffleitung 3' ein Drucksensor 7 zur
Erfassung des in der Kraftstoffleitung 3' herrschenden Kraftstoffdrucks
vorgesehen ist. Dieser Kraftstoffdruck-Wert wird über eine
gestrichelt dargestellte Signalleitung einer der Brennkraftmaschine
zugeordneten elektronischen Steuereinheit 8 übermittelt,
die ihrerseits Signale an eine der Elektro-Kraftstoffpumpe 4 zugeordnete
Steuereinheit 9 übermittelt
sowie von dieser erhält.
Diese Steuereinheit 9 steuert also die Kraftstoffpumpe 4 unter
Berücksichtigung
der Kraftstoffbedarfs-Anforderungen der Brennkraftmaschine entsprechend
an, d.h. es handelt sich hier um ein druckgeregeltes Kraftstoff-Versorgungssystem.
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Beim
Druckregler 6 handelt es sich um einen mechanischen Druckregler,
der auf einen Nennwert eingestellt ist, welcher mittels eines an
den Druckregler anlegbaren Steuerdrucks veränderbar ist. Der sog. Druckwert,
den der Druckregler 6 in der zur Brennkraftmaschine führenden
Kraftstoffleitung 3' einstellt,
ist also veränderbar
oder „verstimmbar'". Die Einstellung des Drucks in der
Kraftstoffleitung 3' erfolgt
dabei bekanntlich solchermaßen,
dass maximal soviel Kraftstoff in diese Kraftstoffleitung 3' eingeleitet
wird, dass sich dort maximal der ggf. verstimmte Druckwert einstellt.
Eine darüber hinausgehende
dem Druckregler 6 über
die Förderleitung 3 zugeführte Kraftstoffmenge
zweigt der Druckregler 6 in eine weitere von diesem abgehende
sog. Tankrückführleitung 10 ab.
Diese Tankrückführleitung 10 mündet letztlich
im Tank 1, versorgt jedoch vorher noch zwei im Tank 1 vorgesehene
Saugstrahlpumpen 11a, 11b, indem Kraftstoff aus
der Tankrückführleitung 10 als
sog. Treib-Kraftstoffstrom zu diesen hin abgezweigt wird. Zusammen
mit dem Treib-Kraftstoffstrom fördert
jede Saugstrahlpumpe 11a, 11b weiteren Kraftstoff
aus einem Abschnitt des Tanks 1 in einen anderen Abschnitt
desselben.
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Am
tankseitigen Ende der Tankrückführleitung 10 befindet
sich ein Druckbegrenzungsventil 12, das hier auf einen
festen Druckwert von 1 bar (gegenüber Umgebung) eingestellt ist,
d.h. die Tankrückführleitung 10 mündet über dieses
Druckbegrenzungsventil 12, welches in der Tankrückführleitung 10 einen
Maximaldruck von hier 1 bar hält,
falls dieser mit der in die Tankrückführleitung 10 vom Druckregler 6 eingeleiteten
Kraftstoffmenge überhaupt
darstellbar ist, im im Tank 1 befindlichen Kraftstoffvolumen.
Dieser Druckwert in der Größenordnung
von 1 bar ist für
den Betrieb der (beiden) Saugstrahlpumpen 11a, 11b durchaus
ausreichend.
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Der
Druckregler 6 ist – wie
bereits erwähnt wurde – durch
Anlegen eines sog. Steuerdrucks verstimmbar, d.h. der Druckregelwert
dieses Druckreglers 6 ist durch den Steuerdruck veränderbar.
Hier ist nun der in der Tankrückführleitung 10 stromab
des Druckreglers 6 und stromauf der Saugstrahlpumpen 11a, 11b herrschende
Kraftstoff-Druck als Steuerdruck an den verstimmbaren Druckregler 6 angelegt, was
durch die punktierte Steuerdruck-Leitung 13 dargestellt
ist.
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Im
weiteren nur auf das Ausführungsbeispiel nach 1 Bezug
nehmend beträgt
der Regel-Nennwert des Druckreglers 6 fünf Bar. Die Kraftstoffpumpe 4 ist
so ausgelegt, dass sie im Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine
die von dieser benötigte
Kraftstoffmenge unter diesem Druck bereitstellen kann, wobei dann
jedoch kein überschüssiger Kraftstoff
vom Druckregler 6 in die Tankrückführleitung 10 abgeführt wird.
Ist hingegen die Kraftstoffbedarfs-Anforderung der Brennkraftmaschine geringer,
so kann aus dem Druckregler 6 eine Teilmenge der von der Kraftstoffpumpe 4 geförderten
Kraftstoffmenge in die Tankrückführleitung 10 abströmen, so
dass in dieser aufgrund des Druckbegrenzungsventils 12 ein
Druck in der Größenordnung
bis zu 1 bar aufgebaut werden kann. Dieser beaufschlagt als Steuerdruck
den Druckregler 6 und verstimmt diesen, so dass danach in
der Kraftstoffleitung 3' ein
Druck in der Größenordnung
von 6 bar aufgebaut wird, was bspw. für die Bewältigung der (bekannten) Heißstartproblematik
sehr hilfreich ist. Dieser Druck wird nämlich bei stillstehender Brennkraftmaschine
für einige
Zeit im Kraftstoffsystem bzw. in der Kraftstoffleitungen 3' sowie in der Förderleitung 3 gehalten,
nachdem in der Kraftstoffpumpe 4 ein entsprechendes, zu
deren Saugseite hin sperrendes Rückschlagventil
(nicht gezeigt) integriert ist.
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Beim
Ausführungsbeispiel
nach 2 ist hier innerhalb des Kraftstofffilters 5 ein
die Kraftstoffleitung 3' zum
Druckregler 6 hin sperrendes Rückschlagventil 14 vorgesehen.
Stromab dessen zweigt von der Kraftstoffleitung 3' noch innerhalb
des Tanks 1 eine Zweigleitung mit darin angeordnetem Druckbegrenzungsventil 15 ab,
das bzw. die im Tank 1 mündet. Der Nennwert dieses Druckbegrenzungsventils 15 beträgt beispielsweise
5 bar, während
derjenige des Druckreglers 6 hier nur 3,5 bar beträgt. Aufgrund
des Steuerdrucks von bis zu 1 bar, der sich auch hier mit Ausnahme
des Volllastbetriebs der Brennkraftmaschine in der Tankrückführleitung 10 aufbauen
und über
die Steuerdruck-Leitung 13 den Druckwert des Druckreglers 6 verändern kann,
kann hier in der Kraftstoffleitung 3' somit ein Druck bis zu üblicherweise
4,5 bar, bei entsprechend hoher Fördermenge der hierfür geeignet
angesteuerten Kraftstoffpumpe 4 sogar bis zu 5 bar, aufgebaut
werden. Sollte dies für
die Bewältigung
der Heißstartproblematik
nicht ausreichen, so kann zur Unterstützung an die Kraftstoffleitung 3' ein (hier nicht
gezeigter) Druckspeicher angekoppelt sein, in dem ein ausreichendes
Kraftstoffvolumen zur sicheren Aufrechterhaltung des gewünschten
Druckniveaus enthalten ist. Dabei muss der Nennwert des Druckbegrenzungsventils 15 keineswegs
erheblich höher
als derjenige des Druckreglers 6 sein, es kann bspw. abhängig von
den geometrischen Bedingungen oder anderen Randbedingungen einer
konkreten Kraftstoffversorgungsanlage auch ein Druckbegrenzungsventil 15 mit
einem Nennwert ausreichend sein, der nur um eine Teil des maximalen
Steuerdrucks höher
ist als derjenige des Druckreglers 6.
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Grundsätzlich (und
somit wieder auf beide Ausführungsbeispiele
Bezug nehmend) wird hier somit vorgeschlagen, die Kraftstoffpumpe 4 hinsichtlich ihrer
Förderleistung
derart zu dimensionieren, dass selbstverständlich die Brennkraftmaschine
stets mit einer ausreichenden Kraftstoffmenge unter ausreichendem
Druck versorgt wird, dass es aber durchaus Betriebspunkte, insbesondere
Volllastbetriebspunkte geben kann, in denen die im Tank 1 vorgesehenen Saugstrahlpumpen 11a, 11b nicht
versorgt und somit nicht betrieben werden. Da die Brennkraftmaschine üblicherweise
nicht konstant unter Volllast betrieben wird, sind hierdurch keine
Nachteile zu befürchten. Gravierend
ins Gewicht fallen jedoch die Vorteile, die sich aus der hierdurch
möglichen
Verwendung einer leistungsschwächeren
Kraftstoffpumpe 4 ergeben, nämlich nicht nur eine Kostenersparnis,
sondern aufgrund von deren geringerem Energiebedarf auch eine Steigerung
des Gesamtwirkungsgrades und damit eine Absenkung der Emissionen
eines entsprechend ausgestatteten Kraftfahrzeugs, wobei noch darauf
hingewiesen sei, dass durchaus eine Vielzahl von Details abweichend
von obigen Erläuterungen gestaltet
sein kann, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.