DE102006003669A1

DE102006003669A1 - Fuel delivery system in automobile, with pre-pump and main delivery pump, passes fuel flow developed by main pump through e.g. turbo-machine to drive pre-pump

Info

Publication number: DE102006003669A1
Application number: DE200610003669
Authority: DE
Inventors: Christian Treml; Simon Lösch; Peter Menzl
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2006-01-26
Filing date: 2006-01-26
Publication date: 2007-08-02

Abstract

The pre-pump (4) is driven mechanically using a fluid flow, by a positive displacement machine or by a flow-driven device, especially a turbomachine. This is supplied with the fuel flow delivered by the main pump, or by a side stream branched-off from it. The pre-pump and its drive, are designed with one or more stages. They are combined in a single unit. As turbomachines, they share a common rotor. Pressure-equalizing and gas-venting bores are included. Pre-pump and drive are integrated into the main fuel pump.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoff-Fördersystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer dem Fahrzeug-Antriebsaggregat den benötigten Kraftstoff zur Verfügung stellenden Kraftstoffpumpe sowie mit zumindest einer im oder am Kraftstoff-Vorratsbehälter oder in einem Teilbereich desselben vorgesehenen Vorfördereinrichtung, die Kraftstoff zur Kraftstoffpumpe und/oder einer anderen einen Kraftstoffstrom nutzenden Einrichtung fördert. Im bekannten Stand der Technik ist diese Vorfördereinrichtung, die bspw. in einem sog. Satteltank aus einem Bereich desselben den Kraftstoff in den anderen Bereich oder in einen innerhalb des Tanks vorgesehenen Schwalltopf fördert, in dem eine üblicherweise elektrisch angetriebene Kraftstoffpumpe vorhanden ist, als Saugstrahlpumpe ausgebildet. Solange noch Kraftstoffsysteme mit Rücklauf verbaut wurden, bei denen Kraftstoff in großer Menge aus dem Tank (= Kraftstoff-Vorratsbehälter) zum Antriebsaggregat gefördert und von dort überschüssiger Kraftstoff in den Tank zurückgeleitet wurde, wurden diese Saugstrahlpumpen mit dieser Rücklaufmenge betrieben. Mit der Umstellung auf rücklauffreie Kraftstoff-Fördersysteme war dies naturgemäß nicht mehr möglich, weshalb die weiterhin als Vorfördereinrichtung verwendeten Saugstrahlpumpen heute mit dem sog. Kraftstoff-Vorlaufstrom, der von der im Tank angeordneten Elektro-Kraftstoffpumpe zum Fahrzeug-Antriebsaggregat gefördert wird, beauf schlagt bzw. betrieben werden. Insbesondere bei druckgeregelten Kraftstoff-Fördersystemen wird die im Tank vorgesehene Saugstrahlpumpe mit einem vom Förderstrom der Elektro-Kraftstoffpumpe abgezweigten Teilstrom betrieben.The The invention relates to a fuel delivery system, in particular for a motor vehicle, with a the vehicle-drive unit the required fuel available Fuel pump and with at least one in or on the fuel tank or in a partial area of the same provided pre-conveying device, the fuel to the fuel pump and / or another a fuel flow supporting institution. In the known state of the art, this pre-conveying device, the example. in a so-called saddle tank from a range of the same the fuel in the other area or in one provided inside the tank Swirl pot promotes, in the one usually electrically driven fuel pump is present as suction jet pump educated. As long as fuel systems with return flow installed were in which fuel in large quantities from the tank (= fuel reservoir) to Drive unit promoted and from there excess fuel returned to the tank were, these suction jet pumps were with this return amount operated. By switching to non-return fuel delivery systems, this was not natural more is possible, which is why the continue as a pre-delivery device used suction jet pumps today with the so-called. Fuel flow stream, from the fuel tank mounted in the pump to the vehicle drive unit promoted is, beauf beat or operated. Especially with pressure-controlled Fuel delivery systems the provided in the tank suction jet pump with a flow from the operated the electric fuel pump diverted partial flow.

An dieser Stelle sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass sich die vorliegende Erfindung nicht nur auf Kraftstoff-Fördersysteme bezieht, bei denen die sog. Vorfördereinrichtung zu einer im Kraftstoff-Vorratsbehälter vorgesehenen vorzugsweise elektrisch betriebenen Kraftstoffpumpe fördert, die ihrerseits ein Fahrzeugs-Antriebsaggregat versorgt, sondern es kann die sog. Vorfördereinrichtung den Kraftstoff zumindest teilweise auch zu einer beliebigen anderen, einen bzw. den geförderten Kraftstoffstrom nutzenden Einrichtung fördern, wobei dann der Begriff „Vorförderpumpe" nicht unter allen Umständen exakt ist. Bei dieser genannten beliebigen anderen Einrichtung kann es sich wiederum um eine Pumpe, vorzugsweise eine Saugstrahlpumpe oder eine Mehrzahl von Saugstrahlpumpen handeln, oder aber um ein anderes Aggregat, wie bspw. einen Brenner, mit dem bspw. eine katalytische Reinigungsvorrichtung für die Abgase des Fzg.-Antriebsaggregats auf ihre Betriebstemperatur gebracht wird. Insbesondere für diese Anwendungsfälle muss im Kraftstoff-Vorratsbehälter überhaupt keine elektrisch angetriebene Kraftstoffpumpe vorgesehen sein, sondern es kann die genannte Kraftstoffpumpe, die das bzw. ein Fzg.-Antriebsaggregat mit dem benötigten Kraftstoff versorgt, direkt am Fahrzeug-Antriebsaggregat vorgesehen sein und den Kraftstoff praktisch direkt aus dem Kraftstoff-Vorratsbehälter absaugen.At this place is explicit It should be noted that the present invention is not limited to on fuel delivery systems refers, in which the so-called. Pre-conveying device to a provided in the fuel tank preferably electrically powered fuel pump promotes which in turn supplies a vehicle drive unit, but it may be the so-called pre-conveying device the fuel at least partially to any other, one or the funded Promote fuel flow using device, in which case the term "pre-feed pump" is not exact under all circumstances is. In this mentioned any other device can turn to a pump, preferably a suction jet pump or a plurality of Saugstrahlpumpen act, or to another Aggregate, such as, for example, a burner, with the example. A catalytic Cleaning device for the exhaust gases of the Fzg. Drive unit is brought to its operating temperature. Especially for this use cases must in the fuel tank at all no electrically powered fuel pump may be provided, but It may be said fuel pump, the or a Fzg.-drive unit with the required fuel supplied, be provided directly on the vehicle drive unit and Extract the fuel practically directly from the fuel tank.

Die an Kraftstoff-Fördersysteme gestellten Anforderungen steigen zunehmend. Sowohl mit Direkteinspritzung arbeitende Ottomotoren als auch Dieselmotoren mit Common-Rail-Technik (und damit einhergehender Leistungssteigerung) benötigen große Kraftstoffmengen mit relativ hohem Vorförderdruck, wobei eine zuverlässige sowie unter Wirkungsgrad- Gesichtspunkten vertretbare Vorförderung des Kraftstoffs im Tank durch eine oder mehrere Saugstrahlpumpe(n) nicht mehr möglich ist. Ferner zeichnen sich Anwendungsfälle ab, für die bspw. mehrere Saugstrahlpumpen parallel zu versorgen sind und wofür folglich ebenfalls eine entsprechend intensiver von einer bzw. der Vorfördereinrichtung bereitgestellter Kraftstoffstrom benötigt wird.The on fuel delivery systems The demands made increasingly increase. Both with direct injection operating gasoline engines as well as diesel engines with common-rail technology (and concomitant increase in performance) require large amounts of fuel with a relatively high prefeed pressure, being a reliable one as well as under efficiency aspects reasonable pre-promotion of the fuel in the tank through one or more suction jet pump (s) not possible anymore is. Furthermore, applications are emerging for which, for example, several suction jet pumps be supplied in parallel and for which consequently also a correspondingly more intensive provided by a or the pre-conveying device Fuel flow needed becomes.

Daher soll hiermit ein verbessertes Kraftstoff-Fördersystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufgezeigt werden (= Aufgabe der vorliegenden Erfindung).Therefore intended hereby an improved fuel delivery system according to the preamble of claim 1 are shown (= object of the present invention).

Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vorfördereinrichtung mechanisch von einer mit einem Fluidstrom betriebenen Kraftmaschine oder Strömungsmaschine angetrieben ist, die hierzu mit dem von der Kraftstoffpumpe geförderten Kraftstoffstrom oder mit einem hiervon abgezweigten Teilstrom versorgt (und somit angetrieben) wird. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.The solution This object is characterized in that the pre-conveying device mechanically from a fluid-powered engine or turbomachine is driven, this with the funded by the fuel pump Fuel flow or supplied with a diverted part of this stream (and thus driven). Advantageous training and further education are content of the subclaims.

Erfindungsgemäß wird für die Vorfördereinrichtung anstelle der bislang üblichen (und vom von der Kraftstoffpumpe geförderten Kraftstoffstrom „angetriebenen") Saugstrahlpumpe, die einen relativ niedrigen Wirkungsgrad besitzt (insbesondere bei Heißförderung oder Bergfahrt des Kraftfahrzeugs), ein sog. hydraulisches Wandlersystem verwendet, dessen Wirkungsgrad deutlich höher ist, nämlich bis in die Höhe des Wirkungsgrads moderner Pumpenkonzepte reicht. Wesentliches Kennzeichen dieses hydraulischen Wandlersystems ist eine mechanische Antriebsverbindung zwischen der Vorfördereinrichtung und einem Antriebsaggregat hierfür, wobei dieses Antriebsaggregat kein weiterer aufwändiger Elektromotor oder dgl. ist, sondern eine mit einem Fluidstrom betriebene Kraftmaschine oder Strömungsmaschine. Dieses mit einem Fluidstrom betriebene Antriebsaggregat (Kraftmaschine oder Strömungsmaschine) wird dabei – analog der oder den Saugstrahlpumpe(n) im bislang üblichen Stand der Technik – vom Kraftstoff strom, der dem Fzg.-Antriebsaggregat zur Verfügung gestellt wird und hierzu von einer geeigneten Kraftstoffpumpe gefördert wird, getrieben bzw. „angetrieben". Dabei zeichnen sich derartige mit einem Fluidstrom betriebene Antriebsaggregate moderner Bauart durch hohe Wirkungsgrade aus und können daher – analog den Saugstrahlpumpen, jedoch demgegenüber mit gesteigertem Wirkungsgrad – mit dem von der Kraftstoffpumpe geförderten Kraftstoffstrom oder von einem hiervon abgezweigten Teilstrom als Energie-Quelle betrieben werden.According to the invention, a so-called hydraulic converter system is used for the prefeeder device instead of the hitherto customary (and fueled by the fuel pump fuel flow) driven jet pump, which has a relatively low efficiency (especially in hot promotion or uphill travel of the motor vehicle), whose efficiency is significantly higher The essential feature of this hydraulic converter system is a mechanical drive connection between the pre-conveying device and a drive unit for this purpose, this drive unit is no further complex electric motor or the like, but one powered by a fluid flow engine or This driven with a fluid flow drive unit (engine or turbomachine) is doing - analogous to the or the ejector (s) in the hitherto conventional art current from the fuel that is provided to the Fzg. drive unit is available and this is promoted by a suitable fuel pump ge In doing so, such modern-type drive units operated with a fluid flow are characterized by high efficiencies and can therefore - analogously to the ejector pumps, but with increased efficiency - with the fuel flow conveyed by the fuel pump or from a partial flow branched off from the fuel pump Energy source operated.

Als mit einem Fluidstrom betriebene Kraftmaschinen kommen grundsätzlich Verdrängerkraftmaschinen, Rotationskolben- oder Schwenkkolbenmaschinen in Frage, alternativ bzw. bevorzugt Strömungskraftmaschinen, d.h. Turbinen oder dgl.. Hierzu praktisch analog kann auch die Vorfördereinrichtung als Strömungsmaschine (bevorzugt) oder als Verdrängermaschine oder als Rotationskolbenmaschine oder Schwenkkolbenmaschine ausgelegt sein. Wesentlich ist, dass die beiden Maschinen mechanisch miteinander gekoppelt, wegen des Druckunterschieds jedoch hydraulisch möglichst voneinander entkoppelt sind.When with a fluid flow powered engines are basically positive displacement, Rotary piston or oscillating piston machines in question, alternatively or preferably flow engines, i.e. Turbines or the like .. For this purpose, practically analogous, the pre-conveying device as a turbomachine (preferred) or as a displacement machine or be designed as a rotary piston machine or oscillating piston machine. It is essential that the two machines are mechanically connected coupled, however hydraulically possible because of the pressure difference are decoupled from each other.

Die Vorfördereinrichtung und/oder die diese mechanisch antreibende mit einem Fluidstrom betriebene Kraftmaschine oder Strömungsmaschine können/kann entsprechend den Anforderungen an die Förderleistung einstufig oder mehrstufig ausgelegt sein. Dabei können sowohl die Turbinenstufe(n) als auch die Pumpenstufe(n) je nach Anforderung und Prinzip als Gleichteile (im Sinne eines Baukastensystems) oder alternativ in unterschiedlicher Bauart und Baugröße ausgeführt sein. Ebenso können die Turbinenstufe(n) und Pumpenstufe(n) je nach Anforderung und Prinzip auf unterschiedlichen Wirkradien dargestellt sein, d.h. entweder die Turbinenstufe auf kleinem Wirkradius und die Pumpenstufe(n) auf großem Wirkradius für hohe Fördermengen mit geringem Druck zum direkten Umpumpen, oder die Turbinenstufe auf großem Wirkradius und die Pumpenstufe(n) auf kleinem Wirkradius für geringe Fördermengen mit hohem Druck, bspw. um eine oder mehrere Saugstrahlpumpen oder andere einen Kraftstoffstrom nutzende Einrichtungen zu betreiben.The Vorfördereinrichtung and / or the latter driving mechanically with a fluid flow Engine or turbomachine can in accordance with the requirements for the delivery capacity in one or more stages be designed in several stages. Both the turbine stage (s) can as well as the pump stage (s) depending on the requirement and principle as Common parts (in the sense of a modular system) or alternatively in be executed of different design and size. Likewise, the Turbine stage (s) and pump stage (s) according to requirement and principle be represented on different action radii, i. either the turbine stage on a small effective radius and the pump stage (s) on big Effective radius for high flow rates with low pressure for direct pumping, or the turbine stage on big Impact radius and the pump stage (s) on a small effective radius for low Flow rates with high pressure, for example, to one or more ejector pumps or to operate other devices utilizing fuel flow.

Die Turbinenstufe(n) und Pumpenstufe(n) können in nur einem einzigen Bauteil dargestellt sein. Ferner können diese mit Druckausgleichsbohrungen versehen sein, um die für die Schmierung erforderliche Leckage infolge Druckabbau auf der Hochdruckseite nicht zu einem Heißförderproblem auf der Niederdruckseite werden zu lassen. Es ist möglich, die Turbinenstufe(n) und Pumpenstufe(n) medienunabhängig, oder aber spezifisch für Dieselkraftstoff oder Ottokraftstoff auszulegen. Auch können die Turbinenstufe(n) und/oder Pumpenstufe(n) mit Entgasungsbohrung(en) für bessere Heißförderung oder als Niveauausgleichsverhinderung versehen sein. Schließlich können diese ein integriertes Rückschlagventil aufweisen und/oder in die besagte Kraftstoffpumpe integriert sein (zumindest dann, wenn diese im als Elektrokraftstoffpumpe ausgebildet im Kraftstoff-Vorratsbehälter angeordnet ist).The Turbine stage (s) and pump stage (s) can be used in a single Be represented component. Furthermore, these can be provided with pressure equalization holes be the one for the lubrication required leakage due to pressure reduction on the High pressure side not to a hot conveying problem on the low pressure side to be let. It is possible, the turbine stage (s) and pump stage (s) independent of media, or but specific to Diesel or petrol. Also, the Turbine stage (s) and / or pump stage (s) with degassing hole (s) for better hot promotion or be provided as level compensation prevention. Finally, these can be an integrated check valve and / or be integrated in the said fuel pump (at least when they are designed as an electric fuel pump in the fuel storage tank is arranged).

Die beigefügte Prinzipskizze zeigt in 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorfördereinrichtung mit ihrem Antrieb, während in 2 noch weiter vereinfacht ein Querschnitt dargestellt ist. Dabei ist (in 1) mit der Bezugsziffer 1 ein Laufrad bezeichnet, das innerhalb eines Gehäuses 2 um die Achse 3 verdrehbar ist und in das sowohl eine als Vorfördereinrichtung (4) fungierende Strömungsmaschine 4 als auch eine als Antrieb hierfür fungierende (und somit das Laufrad 1 antreibende) Turbine 5 (= mit einem Fluidstrom betriebene Strömungsmaschine 5) eingearbeitet ist. Die Zufuhr eines Kraftstoffstromes zur Turbine 5 bzw. zur mit einem Fluidstrom betriebenen Strömungsmaschine 5 erfolgt über einen am Gehäuse 2 vorgesehenen Zulaufstutzen 6a, die Abfuhr dieses Fluidstromes über einen Abfuhrstutzen 6b, in dem ein Rückschlagventil 7 vorgesehen ist. In vergleichbarer Weise erfolgt das Ansaugen eines Kraftstoffstromes durch die Strömungsmaschine 4 (= Pumpe 4) über einen am Gehäuse 2 vorgesehenen Zulaufstutzen 8a, während die Abfuhr des geförderten Kraftstoffstromes über einen Abfuhrstutzen 8b erfolgt. Druckausgleichsbohrungen bzw. Entgasungsbohrungen im Gehäuse 2 dieser Vorfördereinrichtung 4 mit mechanisch hieran gekoppelter mit einem Fluidstrom betriebenen Strömungsmaschine 5 sind mit der Bezugsziffer 9 gekennzeichnet.The attached outline sketch shows in 1 a longitudinal section through a pre-conveying device according to the invention with its drive, while in 2 even more simplified a cross-section is shown. It is (in 1 ) with the reference number 1 an impeller called inside a housing 2 around the axis 3 is rotatable and in both a pre-conveyor ( 4 ) acting turbomachine 4 as well as acting as a drive for this purpose (and thus the impeller 1 driving) turbine 5 (= with a fluid flow operated turbomachine 5 ) is incorporated. The supply of a fuel flow to the turbine 5 or to the current-operated with a fluid flow machine 5 via one on the housing 2 provided inlet nozzle 6a , the removal of this fluid flow via a discharge pipe 6b in which a check valve 7 is provided. In a similar manner, the suction of a fuel flow through the turbomachine takes place 4 (= Pump 4 ) over one on the housing 2 provided inlet nozzle 8a , while the discharge of the funded fuel flow via a discharge pipe 8b he follows. Pressure compensation holes or degassing holes in the housing 2 this pre-conveying device 4 with mechanically connected thereto fluid-operated turbomachine 5 are with the reference number 9 characterized.

Ein erfindungsgemäßes Kraftstoff-Fördersystem zeichnet sich insbesondere durch einen deutlich besserer Wirkungsgrad aus als die bisherigen Systeme mit Saugstrahlpumpen zur Vorförderung, ferner durch problemlosen Betrieb auch bei Heißförderung sowie bei geringer elektrischer Spannung, die bekanntlich einen geringeren von einer Elektro-Kraftstoffpumpe bereit gestellten Kraftstoffstrom bewirkt. Vorteilhafterweise ist das Förderverhalten des vorgeschlagenen hydraulischen Wandlersystems gegenüber demjenigen von Saugstrahlpumpen direkt proportional zur von der Kraftstoffpumpe geförderten Vorlaufmenge bzw. Rücklaufmenge; auch ist keine eigene Treibleitung für die Versorgung der Antriebsmaschine der Vorfördereinrichtung erforderlich, sondern lediglich eine Ansaugstelle vorzugsweise mit einem Sieb sowie einer sich daran anschließenden Saugleitung. Auch handelt es sich um eine technisch überschaubare, kostengünstige Lösung, sowohl für Dieselanwendung als auch Benzinanwendung, insbesondere auch im Hinblick auf eine anzustrebende CO₂-Reduktion. Ferner ist eine günstige Integration der Antriebsstufe(n) und Saugstufe(n) (= Turbinenstufe(n) und Pumpenstufe(n)) in die Elektro-Kraftstoffpumpe möglich, da dann nur ein zusätzliches Laufrad und eine weitere Gehäusehälfte erforderlich ist, jedoch kann dies sowie eine Vielzahl weiterer Details durchaus abweichend von obigen Erläuterungen gestaltet sein, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.An inventive fuel delivery system is characterized in particular by a much better efficiency than the previous systems with ejector pumps for pre-promotion, also by trouble-free operation even with hot promotion and low electrical voltage, which is known to cause a lower provided by an electric fuel pump fuel flow. Advantageously, the delivery behavior of the proposed hydraulic converter system relative to that of Saugstrahlpumpen directly proportional to the funded by the fuel pump flow or return amount; also no own Trebleitung for the supply of the prime mover of the pre-conveying device is required, but only a suction preferably with a sieve and an adjoining suction line. It is also a technically manageable, cost-effective solution, both for diesel use and gasoline application, especially with regard to a targeted CO ₂ reduction. Furthermore, a favorable integration of the drive stage (s) and suction stage (s) (= turbine stage (s) and pump stage (s)) in the electric fuel pump is possible because then only an additional impeller and a further housing half is required, but this can and a variety of other De Tails certainly deviating from the above explanations, without departing from the content of the claims.

Claims

Fuel delivery system, in particular for a motor vehicle, with a fuel pump providing the required fuel to the vehicle drive unit and with at least one prefeeder device provided in or on the fuel storage container or in a partial region thereof (US Pat. 4 ) conveying fuel to the fuel pump and / or another device using a fuel flow, characterized in that the pre-conveying device ( 4 ) mechanically by a fluid-powered engine or turbomachine ( 5 ) is driven, which is supplied with the funded by the fuel pump fuel flow or from a branched therefrom partial flow.

Fuel delivery system according to claim 1, characterized in that the pre-conveying device ( 4 ) as a turbomachine ( 4 ) or designed as a displacement machine.

Fuel delivery system according to claim 1 or 2, characterized in that the pre-conveying device ( 4 ) and / or the mechanically driving fluid-operated engine or turbomachine ( 5 ) is or are designed in one or more stages.

Fuel delivery system according to one of the preceding claims, characterized in that the pre-conveying device ( 4 ) and this mechanically driving fluid-operated engine or turbomachine ( 5 ) in a component ( 2 ) are shown

Fuel delivery system according to one of the preceding claims, characterized in that the as turbomachine ( 4 ) pre-funding facility ( 4 ) and this mechanically driving turbomachine ( 5 ) a common impeller ( 1 ) exhibit.

Fuel delivery system according to one of the preceding claims, characterized in that the pre-conveying device ( 4 ) and / or the mechanically driving fluid-operated engine or turbomachine ( 5 ) with at least one pressure equalization bore ( 9 ) and / or degassing hole is provided.

Fuel delivery system according to one of the preceding claims, characterized in that the pre-conveying device ( 4 ) and / or the mechanically driving fluid-operated engine or turbomachine ( 5 ) is structurally integrated into the fuel pump.