DE102006047976A1

DE102006047976A1 - Kraftstoffversorgungssystem

Info

Publication number: DE102006047976A1
Application number: DE200610047976
Authority: DE
Inventors: Matthias Knüppe
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2006-10-10
Filing date: 2006-10-10
Publication date: 2008-05-15
Also published as: WO2008043755A1

Abstract

Um Luftblasen aus einem Verbrennungsmotor zuzuführenden Kraftstoff zu eliminieren, bevor der Kraftstoff den Verbrennungsmotor erreicht, wird ein neuartiges Kraftstoffversorgungssystem (100) vorgestellt. Dieses umfasst eine Kraftstoffpumpe (5, 13), eine Zuführleitung (7) und eine Rücklaufleitung (11). Über die Zuführleitung (7) ist Kraftstoff zu der Kraftstoffpumpe (5, 13) zuführbar. Mittels einer Verzweigung (9), welche in der Zuführleitung (7) angeordnet ist, ist ein Teil des Kraftstoffs über die Rücklaufleitung (11) einem in Kraftstoffflussrichtung vor der Verzweigung (9) angeordneten Teil (7a) der Zuführleitung (7) erneut zuführbar. In der Verzweigung (9) ist eine Blasenabscheidevorrichtung (12) angeordnet, welche in Kraftstoff enthaltene Luftblasen (19) in dem in Kraftstoffflussrichtung vor der Verzweigung (9) angeordneten Teil (7a) der Zuführleitung (7) daran hindert, in einen in Kraftstoffflussrichtung nach der Verzweigung (9) angeordneten Teil (7b) der Zuführleitung (7) zu gelangen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftstoffversorgungssystem für einen Verbrennungsmotor gemäß unabhängigen Anspruch 1.
In Kraftstoffversorgungssystemen für Verbrennungsmotoren besteht oft die Problematik, dass sich Luftblasen in dem Kraftstoff anreichern. Die Luftblasen werden einerseits teilweise bereits aus dem Kraftstofftank angesaugt. Andererseits können Luftblasen auch bei undichten Stellen, insbesondere bei Verbindungen unterschiedlicher Bauteile und Leitungen in das Kraftstoffversorgungssystem gelangen. Insbesondere bei tiefen Umgebungstemperaturen können während des Betriebs des Verbrennungsmotors Luftblasen über Verbindungsstellen des Niederdrucksystems in den dem Verbrennungsmotor zuzuführenden Kraftstoff gelangen, da Verbindungsbauteile welche Verbindungsstellen abdichten, insbesondere O-Ringe, in kaltem Zustand normalerweise sehr hart sind und daher Schwingungen, welche sich beim Start des Verbrennungsmotors ausbreiten, nicht mehr folgen können. Insbesondere bei Kraftfahrzeugen gelangen aufgrund von Vibrationen in einem erhöhten Masse Luftblasen über den Tank und Verbindungsstellen in das Kraftstoffversorgungssystem. Eine erhöhte Anreicherung von Luftblasen über undichte Leitungsverbindungen ergibt sich auch, bei längeren Standzeiten des Verbrennungsmotors.
Steckverbindungen, wie beispielsweise Quick-Fit-Verbindungen, werden oft zum Verbinden von Kraftstoffleitungen verwendet. Der Vorteil von Quick-Fit-Verbindungen liegt darin, dass sie einfach handhabbar sind. Nachteilig ist jedoch eine mangelnde Dichtigkeit, insbesondere wenn die Verbindungsbauteile wie oben beschrieben eine niedrige Temperatur aufweisen. Daher gelangen über Quick-Fit-Verbindungen besonders oft Luftblasen in den Kraftstoff.
Der Einschluss von Luftblasen in den einem Verbrennungsmotor zuzuführenden Kraftstoff hat zum einen den Nachteil, dass die dem Verbrennungsmotor zugeführte Kraftstoffmenge aufgrund der eingeschlossenen Volumina der Luftblasen variiert. Zum andern führen die Luftblasen auch zu erheblichen Druckschwankungen und Druckeinbrüchen im Kraftstoffversorgungssystem. Insbesondere bei Verbrennungsmotoren mit Kraftstoffeinspritzung und noch mehr bei Kraftstoffdirekteinspritzung führen die Druckschwankungen und Druckeinbrüche zu erheblichen Ungenauigkeiten der Einspritzmengen.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, zu vermeiden, dass die im Kraftstoff vorhandenen Luftblasen im Brennraum des Verbrennungsmotors gelangen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst.
Ausgehend von einem Kraftstoffversorgungssystem, welches eine Kraftstoffpumpe, eine Zuführleitung und eine Rücklaufleitung umfasst, ist über die Zuführleitung Kraftstoff zu der Kraftstoffpumpe zuführbar. Mittels einer Verzweigung, welche in der Zuführleitung angeordnet ist, ist zumindest ein Teil des Kraftstoffes über die Rücklaufleitung einem in Kraftstoffflussrichtung vor der Verzweigung angeordneten Teil der Zuführleitung erneut zuführbar. Erfindungsgemäß umfasst das Kraftstoffversorgungssystem eine Blasenabscheidevorrichtung, welche in der Verzweigung angeordnet ist. Die Blasenabscheidevorrichtung hindert in Kraftstoff enthaltene Luftblasen in einem in Kraftstoffflussrichtung vor der Verzweigung angeordneten Teil der Zuführleitung daran, in einen in Kraftstoffflussrichtung nach der Verzweigung angeordneten Teil der Zuführleitung zu gelangen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Ansprüchen angegeben:
Indem die Blasenabscheidevorrichtung in dem nach der Verzweigung angeordneten Teil der Zuführleitung angeordnet ist und/oder indem die Blasenabscheidevorrichtung ein Gitter, eine löchrige Scheibe oder eine Membran umfasst, ergibt sich eine sehr kostengünstige, einfach herzustellende und einfach einzubauende Blasenabscheidevorrichtung.
Störende Luftblasen in Kraftstoff haben typischerweise einen Durchmesser zwischen 0.5 mm und 10 mm. Je größer dabei eine Luftblase ist, desto stärker ist ihr störenden Einfluss im Einspritsystem. Daher ist es vorteilhaft, ein Gitter oder eine sonstige Blasenabscheidevorrichtung zu verwenden, welche Poren mit einer Ausdehnung aufweist, welche kleiner als 1 mm ist, bevorzugt kleiner als 0.5 mm.
Zu kleine Poren hemmen hingegen den Kraftstoffdurchfluss. Aus diesem Grund sieht eine weitere vorteilhafte Ausführungsform eine Blasenabscheidevorrichtung vor, welche Poren mit einer Ausdehnung aufweist, welche größer als 0.05 mm ist, bevorzugt größer als 0.1 mm.
In dem Kraftstofftank gelangen Luftblasen beispielsweise aufgrund von Vibrationen des Verbrennungsmotors oder der Fahrt eines Fahrzeuges in den Kraftstoff hinein. Da ein Kraftstofftank jedoch auch ein Tankentlüftungssystem enthält, können die Luftblasen auch aus dem in dem Kraftstofftank enthaltenen Kraftstoff wieder an die Umgebung abgegeben werden, sodass sich ein Gleichgewicht einstellt. Indem die Rücklaufleitung in einen Kraftstofftank mündet, gelangt der blasenreiche Kraftstoff wieder in den Kraftstofftank, wo die Luftblasen über das Tankentlüftungssystem aus dem Kraftstoffversorgungssystem entweichen können.
Anstelle einer Rückführung der Rücklaufleitung in den Kraftstofftank kann in der Rücklaufleitung auch ein separates Entlüftungssystem vorgesehen sein, über welches Luftblasen aus dem Kraftstoffversorgungssystem hinaus an die Umgebung abgegeben werden.
Hochdruckpumpen sind aufgrund der hohen Kompressibilität von Luft besonders anfällig auf Druckschwankungen, welche auf einen Einschluss von Luftblasen in dem Kraftstoff zurückzuführen sind. Aus diesem Grunde eignet sich die Erfindung besonders zum Betreiben einer Kraftstoffpumpe, welche als Hochdruckpumpe ausgebildet ist. Die Problematik der Kompressibilität von Luft wird abermals verschärft, wenn die Hochdruckpumpe hochdruckseitig an einen Druckspeicher angeschlossen ist. Aus diesem Grund ergeben sich vorteilhafte Synergieeffekte der Erfindung mit dem kombinierten Einsatz eines erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungssystems für ein Commonrailsystem.
Manche Kraftstoffpumpen verfügen bereits über eine Rücklaufleitung, durch welche ein Teil des Kraftstoffes transportiert wird um die Kraftstoffpumpe zu schmieren und/oder zu kühlen. Dies ist insbesondere bei Diesel-Sytemen, Hochdrucksystemen und im Besonderen bei Commonrail-Systemen der Fall. Indem diese Rücklaufleitung zusätzlich verwendet wird um Blasen aus der Zuführleitung abzuführen, muss zur Ausführung der Erfindung keine separate Rücklaufleitung bereitgestellt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Dabei zeigen:
1 ein Kraftstoffversorgungssystem und
2 ein T-Stück einer Kraftstoffleitung nach dem Stand der Technik 3 und 4 jeweils ein T-Stück einer Kraftstoffleitung mit unterschiedlich angeordneten erfindungsgemäßen Blasenabscheidevorrichtungen.
1 zeigt ein Kraftstoffversorgungssystem 100, welches einen Kraftstofftank 1, ein Pumpensystem 4 und ein Einspritzsystem 20 umfasst.
Der Kraftstofftank ist über eine Leitung 2, in der ein Kraftstofffilter 3 angeordnet ist, mit dem Pumpensystem 4 verbunden.
Das Pumpensystem 4 umfasst eine mechanisch durch eine Welle 8 angetriebene Vorförderpumpe 5, ein Druckbegrenzungsventil 6, ein Volumenstromregelventil 10 (VCV), eine ebenfalls durch die Welle 8 angetriebene Hochdruckpumpe 13, ein Hochdruckfilter 17 und ein Hochdruckbegrenzungsventil 18. Das Volumenstromregelventil 10 ist vorzugsweise ein elektrisch betätigtes proportionales 3/2-Wegeventil (3 Anschlüsse, zwei Schaltstellungen).
Das Einspritzsystem 20 ist als Commonrail-System ausgebildet. Es umfasst einen Druckspeicher 21 und mindestens einen Injektor 22.
Aus dem Kraftstofftank 1 wird über die Leitung 2 mittels der Vorförderpumpe 5 Kraftstoff von dem Kraftstofftank 1 zu dem Pumpensystem 4 gefördert. Zur Reinigung des Kraftstoffes ist in die Leitung 2 der Kraftstofffilter 3 geschaltet. Damit die Vorförderpumpe 5 ausgangsseitig keinen zu hohen Druck erzeugt, ist am Ausgang der Vorförderpumpe das Druckbegrenzungsventil 6 angeordnet, über welches Kraftstoff in die Leitung 2 abgelassen werden kann.
Über die Zuführleitung 7 und das Volumenstromregelventil 10 gelangt Kraftstoff von der Vorförderpumpe 5 zu der Hochdruckpumpe 13. Die Zuführleitung 7 weist eine Verzweigung 9 auf, an welche eine Rücklaufleitung 11 angeschlossen ist. Durch die Rücklaufleitung 11 wird Kraftstoff zu der Hochdruckpumpe 13 geleitet, um diese zu kühlen und zu schmieren. Die Rücklaufleitung 11 mündet in den Kraftstofftank 1.
Der Hochdruckausgang der Hochdruckpumpe 13 ist über die Hochdruckleitung 14 mit dem Druckspeicher 21 verbunden. Über den Hochdruckfilter 17 und das Hochdruckbegrenzungsventil 18 kann Kraftstoff von der Hochdruckleitung 14 in die Rücklaufleitung 11 und somit zurück in den Kraftstofftank 1 geleitet werden.
Mittels des Injektors 22, welcher an den Druckspeicher 21 angeschlossen ist, können Einspritzungen in den Brennraum einer Verbrennungsmaschine vorgenommen werden. Damit überschüssiger Kraftstoff aus dem Injektor abgeführt werden kann, verfügt der Injektor über ein Ventil, mittels welchem Kraftstoff über die Leitung 23 zurück in den Tank geführt wird.
2 zeigt ein T-Stück bzw. eine Verzweigung 7, welche dem Stand der Technik entspricht. Sichtbar ist die Zuführleitung 7, von welcher die Rücklaufleitung 11 wegführt. Die Zuführleitung 7 ist in einen in Kraftstoffflussrichtung vor der Verzweigung angeordneten Teil 7a und in einen in Kraftstoffflussrichtung nach der Verzweigung angeordneten Teil 7b, unterteilt. Die Kraftstoffflussrichtung ist in den unterschiedlichen Bereichen der Verzweigung 7 durch Pfeile angedeutet. Aufgrund der Strömung des Kraftstoffes sind Luftblasen 19 in sämtlichen Leitungen und Teilleitungen 7, 7a, 7b, 9, 11 vorhanden.
3 zeigt die Verzweigung 9, in welcher eine als ein Gitter ausgeführte Blasenabscheidevorrichtung 12 angeordnet ist. 3 stellt in Kombination mit 1 eine Ausführungsform der Erfindung dar. In dieser Ausführungsform steht das Gitter 12 senkrecht zu der Zuführleitung 7. Durch das Gitter 12 werden in Kraftstoff enthaltene Luftblasen 19 in einem in Kraftstoffflussrichtung vor der Verzweigung angeordneten Teil 7a der Zuführleitung daran gehindert, in einen in Kraftstoffflussrichtung nach der Verzweigung angeordneten Teil 7b der Zuführleitung zu gelangen. Die Luftblasen werden über die Rücklaufleitung abgeführt. Auf diese Weise wird verhindert, dass die Luftblasen in der Hochdruckpumpe und dem der Hochruckpumpe nachgeordneten Einspritzsystem komprimiert werden. Dadurch können sehr stabile Druckverhältnisse in dem Einspritzsystem erreicht werden.
4 zeigt die Verzweigung 9, welche in Kombination mit 1 eine weitere Ausführungsform der Erfindung offenbart. In dieser Ausführungsform ist ein flaches Gitter 12 in einem geneigten Winkel zu der Zuführleitung 7 angeordnet. Dadurch wird gewährleistet, dass die Luftblasen 19 leichter durch die Strömung in die Rücklaufleitung 11 gerissen werden.

Claims

Kraftstoffversorgungssystem (100) umfassend eine Kraftstoffpumpe (5, 13), eine Zuführleitung (7) und eine Rücklaufleitung (11), wobei über die Zuführleitung (7) Kraftstoff zu der Kraftstoffpumpe (5, 13) zuführbar ist und mittels einer Verzweigung (9), welche in der Zuführleitung (7) angeordnet ist, ein Teil des Kraftstoffs über die Rücklaufleitung (11) einem in Kraftstoffflussrichtung vor der Verzweigung (9) angeordneten Teil (7a) der Zuführleitung (7) erneut zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verzweigung (9) eine Blasenabscheidevorrichtung (12) angeordnet ist, welche in Kraftstoff enthaltene Luftblasen (19) in dem in Kraftstoffflussrichtung vor der Verzweigung (9) angeordneten Teil (7a) der Zuführleitung (7) daran hindert, in einen in Kraftstoffflussrichtung nach der Verzweigung (9) angeordneten Teil (7b) der Zuführleitung (7) zu gelangen.
Kraftstoffversorgungssystem (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Blasenabscheidevorrichtung (12) zumindest teilweise in dem nach der Verzweigung (9) angeordneten Teil (7b) der Zuführleitung (7) angeordnet ist.
Kraftstoffversorgungssystem (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Blasenabscheidevorrichtung (12) ein Gitter, eine löchrige Scheibe oder eine Membran umfasst.
Kraftstoffversorgungssystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Blasenabscheidevorrichtung (12) Poren umfasst, welche eine Ausdehnung aufweisen, welche kleiner als 1 mm, bevorzugt kleiner als 0.5 mm, ist.
Kraftstoffversorgungssystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Blasenabscheidevorrichtung (12) Poren umfasst, welche eine Ausdehnung aufweisen, welche größer als 0.05 mm, bevorzugt größer als 0.1 mm, ist.
Kraftstoffversorgungssystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rücklaufleitung in einen Kraftstofftank (1) mündet.
Kraftstoffversorgungssystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffpumpe (13) eine Hochdruckpumpe ist.
Kraftstoffversorgungssystem (100) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckpumpe (13) hochdruckseitig an einen Druckspeicher (21) angeschlossen ist.
Kraftstoffversorgungssystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über die Rücklaufleitung (11) fließender Kraftstoff zur Schmierung und/oder Kühlung der Kraftstoffpumpe (13) verwendbar ist.