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Die
Erfindung betrifft eine Kraftstoffversorgungseinrichtung eines Verbrennungsmotors
mit Kraftstoffeinspritzung, vorzugsweise für ein Kraftfahrzeug.
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Kraftstoffversorgungseinrichtungen
für Verbrennungsmotoren
mit Kraftstoffeinspritzung, insbesondere für Dieselmotoren, benötigen einen
hohen Kraftstoffdruck, der über
eine Hochdruckpumpe in einem Kraftstoffrail bereitgestellt wird,
von wo aus die Einspritzung in die einzelnen Zylinder erfolgt. Derartige
Hochdruckpumpen müssen
als hochbelastete Bauteile ständig
geschmiert und gespült
werden, um vorzeitigen Verschleiß oder Störanfälligkeit zu vermeiden. Insbesondere
Dieselkraftstoff muss vor dem Durchlaufen der Hochdruckpumpe gefiltert
werden und bedarf bei sehr kalten Außentemperaturen einer Aufheizung.
Aus diesem Grunde wird im Stand der Technik vor der Hochdruckpumpe
eine Heizung und ein dieser nachgeordneter Filter angeordnet. Heizungen
der bekannten Bauart können
den Kraftstoff aufgrund vorgegebener, eingeschränkter Stromreserven in einem
Kraftfahrzeug-Bordnetz häufig
nicht schnell genug aufheizen, so dass Wachsbestandteile im Filter
ausfallen und diesen verstopfen. Durch die Rückführung der Spülmenge zurück in den
Kraftstofftank und das erneute Einpumpen von frischem Kraftstoff in
den vorbeschriebenen Kreislauf wird beständig neues Wachs im Dieselkraftstoff
dem Filter zugeführt.
Um dieses zu vermeiden, ist in einem anderen Stand der Technik bekannt,
die Spülmenge
von der Hochdruckpumpe über
ein Wachsventil einer zweiten Pumpe zuzuführen, die im Zulaufstrang als
Hochdruckpumpe vor dem Filter liegt und auf die Heizung zu verzichten.
Dadurch, dass die bereits einmal gefilterte Spülmenge zurück zur Pumpe und erneut über den
Filter zur Hochdruckpumpe geleitet wird, also nicht beständig neuer
Kraftstoff aus dem Kraftstofftank angesaugt wird, wird der Hochdruckpumpe
und vor dieser dem Filter ein bereits in der Hochdruckpumpe erwärmter Kraftstoffstrom
zugeführt,
so dass die Ausfällung
von Wachs im Filter aufgrund ungenügender Temperatur und zu hohen
Wachsanteils eher gering ist. Aufgrund der Druckverhältnisse
im Zuführ- und
Rücklaufstrang
ist aber der Einsatz von zwei Pumpen neben der Hochdruckpumpe erforderlich, die
ihrerseits jeweils einen relativ hohen Strom benötigen und das elektrische Kraftfahrzeug-Bordnetz stark
belasten. Im Kraftstofftank sitzt hierbei eine Niederdruckpumpe,
die in eine Mitteldruckpumpe fördert,
der stromabwärts
nachgeordnet die Hochdruckpumpe angeordnet ist, die die Spülmenge mit
einem definierten Druck von beispielsweise 1 bar zurückgibt,
von wo aus diese Spülmenge über ein
Wachsventil vor die 6-bar-Pumpe wieder eingespeist werden kann,
also noch im Niederdruckzweig der im Kraftstofftank befindlichen
Niederdruckpumpe. Diese an sich sinnvolle Anordnung ist aber eine
Belastung für
das elektrische Kraftfahrzeug-Bordnetz.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Kraftstoffversorgungseinrichtung bereitzustellen,
die die genannten Nachteile vermeidet und insbesondere eine zuverlässige Kraftstoffversorgung
der Hochdruckpumpe unter allen Betriebsumständen unter weitestgehender
Schonung des Fahrzeug-Bordnetzes ermöglicht.
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Hierzu
wird eine Kraftstoffversorgungseinrichtung eines Verbrennungsmotors
mit Kraftstoffeinspritzung vorgeschlagen, vorzugsweise für ein Kraftfahrzeug,
mit einer Förderpumpe,
die Kraftstoff aus einem Tank über
eine Zulaufleitung zu mindestens einer Hochdruckpumpe fördert, von
der eine Rücklaufleitung
für nicht
benötigten
Kraftstoff ausgeht, wobei die Rücklaufleitung
in den Tank mündet
und eine Abzweigung aufweist, die zu einer Zusatzpumpe führt, die
an die Zulaufleitung angeschlossen ist. Anders als im Stand der
Technik liegt die Zusatzpumpe nicht in der Zulaufleitung, sondern
zwischen Rücklaufleitung
und Zulaufleitung. Hierdurch kann die von der Hochdruckpumpe zurück geförderte Spülmenge wieder
in die Zulaufleitung gefördert
werden, wobei die Förderung
aktiv erfolgt.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ist vorgesehen, dass in der Zulaufleitung ein Kraftstofffilter liegt.
Der Kraftstofffilter wird in der Zulaufleitung angeordnet, dadurch
ergibt sich eine weitgehend vollständige Reinigung des zugeführten Kraftstoffes.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ist die Zusatzpumpe über
eine Einmündung
an die Zulaufleitung angeschlossen. Die Zusatzpumpe ist demzufolge
nicht direkt in den Strömungsweg
der Zulaufleitung gelegt, sondern über eine separate Einmündung angeschlossen.
Auf diese Weise wird der Kraftstoffstrom in der Zulaufleitung von
der Zusatzpumpe nicht beeinflusst.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
liegt der Kraftstofffilter zwischen Einmündung und Hochdruckpumpe. Bei
dieser Anordnung wird der Kraftstofffilter sowohl von frisch angesaugtem
Kraftstoff aus dem Kraftstofftank als auch von dem über die
Zusatzpumpe in die Zulaufleitung rückgeführten Kraftstoff (der Spülmenge)
durchflossen. Da die Spülmenge
im Vergleich zum tatsächlich über die
Hochdruckpumpe der Verbrennung zugeführten Kraftstoffmenge groß ist, kann
bei erhöhtem
Kraftstoffbedarf des Verbrennungsmotors aus der Spülmenge ein
Volumen direkt vor den Filter rückgeführt werden,
so dass hier bereits durch die Hochdruckpumpe erwärmter und
bereits einmal vorgefilterter Kraftstoff eintrifft, wodurch ein
Verstopfen des Filters vorteilhaft verhindert wird.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
liegt zwischen Zusatzpumpe und Einmündung ein in Richtung auf die
Zusatzpumpe sperrendes Rückschlagventil.
Dieses Rückschlagventil
verhindert bei entsprechenden Druckverhältnissen ein Zurückströmen des
aus der Rücklaufleitung
geförderten Kraftstoffes.
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In
einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform liegt zwischen Abzweigung
und Tank ein weiteres, in Richtung auf die Abzweigung sperrendes
Rückschlagventil
in der Rücklaufleitung. Auf
diese Weise lassen sich in allen Zweigen unterschiedliche Druckverhältnisse
problemlos realisieren, ohne dass die gewünschte Strömungsrichtung beeinträchtigt oder
gar umgekehrt wird und es zu einem unerwünschten Rückströmen kommt.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ist die Förderpumpe
eine Mitteldruckpumpe. Anders als im Stand der Technik, wo als Förderpumpe
eine Niederdruckpumpe Verwendung findet, wird hier eine Mitteldruckpumpe
von beispielsweise 6 bar Druck eingesetzt. Hierdurch ergibt sich
im in der Zulaufleitung bereits ab der Tankinnenpumpe ein Mitteldruck,
von beispielsweise 6 bar.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ist die Förderpumpe
im Tank angeordnet. Bei der Anordnung der Förderpumpe im Tank lässt sich
eine einfache, platzsparende, kompakte Baueinheit, beispielsweise
als Tank-Pumpen-Modul, aufbauen, die als solche Einheit etwa von
einem Zulieferer bezogen werden kann, wodurch der konstruktive Aufwand
gering gehalten wird.
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In
einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Zusatzpumpe
temperaturgesteuert beziehungsweise -geregelt. Die Zusatzpumpe wird
nur dann verwendet, wenn dies erforderlich und/oder aufgrund der
Temperaturverhältnisse
erforderlich ist. Ihr Einsatz erfolgt demzufolge bedarfsgerecht.
Als mögliche
Temperaturbezugsgrößen kommen
hierbei die Filtertemperatur, die Kraftstofftemperatur die Außentemperatur
oder auch die Rücklauftemperatur
in Betracht. Auf diese Weise wird insbesondere das Kraftfahrzeug-Bordnetz
stark entlastet, da die Zusatzpumpe nur dann eingesetzt wird, wenn dies
aufgrund der Betriebszustände
und -bedingungen auch erforderlich ist. Im Gegensatz zum Stand der
Technik, in dem laufend zwei Pumpen kontinuierlich arbeiten, oder
aber mindestens eine Pumpe mit mindestens einer Heizung kontinuierlich
arbeitet, ist die Belastung des Kraftfahrzeug-Bordnetzes mit der vorgeschlagenen
Kraftstoffversorgungseinrichtung deutlich geringer. Hier wird nämlich nur
die Förderpumpe
als Mitteldruckpumpe dauernd betrieben, während die Zusatzpumpe ausschließlich bedarfsgerecht
eingesetzt wird.
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In
einer anderen bevorzugten Ausführungsform
wird der Kraftstoffdruck in der Rücklaufleitung über eine
Ansteuerung oder Regelung der Zusatzpumpe gesteuert oder geregelt.
Die von der Hochdruckpumpe zurückgegebene
Spülmenge
weist im Regelfall einen definierten Druck auf, mit dem die Spülmenge in
der Rücklaufleitung
in den Tank zurückgefördert wird.
Durch den Einsatz der Zusatzpumpe können diese Druckverhältnisse
variiert werden, da aus der Rücklaufleitung
Kraftstoff weggefördert
wird, wodurch sich der Druck in der Rücklaufleitung verringert.
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In
einer weiteren Ausführungsform
wird eine Zusatzpumpe mitverwendet, wenn die Förderpumpe nicht hinreichend
Kraftstoff für
die Hochdruckpumpe zur Verfügung
stellen kann. Gerade bei Lastspitzen, wenn eine besonders hohe Leistung
des Verbrennungsmotors gefordert ist, kann unter Umständen die Förderpumpe
nicht ausreichend Kraftstoff für
die Hochdruckpumpe zur Verbrennung im Verbrennungsmotor bereitstellen;
hier wird aus der Rücklaufleitung
kurzfristig durch Einsatz der Zusatzpumpe Kraftstoff abgezogen und
der Hochdruckpumpe zugeführt.
Leistungseinbußen
aufgrund von kurzzeitigem Kraftstoffmangel in der Zulaufleitung
kommen demzufolge nicht vor.
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Weiter
wird ein Verfahren vorgeschlagen zur Kraftstoffversorgung eines
Verbrennungsmotors mit Kraftstoffeinspritzung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug,
unter Verwendung einer Kraftstoffversorgungseinrichtung einer oder
mehrerer der vorhergehend beschriebenen Ausführungsformen.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungsformen
ergeben sich aus den Unteransprüchen
und aus Kombinationen derselben.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und einer Figur
näher erläutert.
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Die
Figur zeigt eine Kraftstoffversorgungseinrichtung in schematischer
Darstellung.
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Die
Figur zeigt eine Kraftstoffversorgungsrichtung 1 eines
nicht dargestellten Kraftfahrzeugs zum Betrieb eines Verbrennungsmotors 2.
Diese weist einen Kraftstofftank 3 zur Aufnahme von Kraftstoff
auf, wobei in dem Kraftstofftank 3 eine Förderpumpe 4 angeordnet
ist. Die Förderpumpe 4 ist
eine Mitteldruckpumpe 5, die in der von ihr abgehenden Zulaufleitung 6 Kraftstoff
mit einem Zulaufleitungsdruck PZ von etwa
6 bar bereitstellt. In der Zulaufleitung 6 folgt stromabwärts der
Förderpumpe 4 ein Kraftstofffilter 7 zur
Filterung des Kraftstoffes. Stromabwärts des Kraftstofffilters 7 ist
eine Hochdruckpumpe 8 angeordnet, die über eine Hochdruckleitung 9 den
ihr über
die Zulaufleitung 6 zugeführten Kraftstoff einem Hochdruckrail 10 zur
Einspritzung in den Verbrennungsmotor 2 zuführt. Stromabwärts der
Hochdruckpumpe 8 ist eine Rücklaufleitung 11 angeordnet,
die eine die Hochdruckpumpe 8 durchspülende Spülmenge an Kraftstoff, der von
der Förderpumpe 4 der
Hochdruckpumpe 8 zugeführt
wird, in den Kraftstofftank 3 zurückleitet. In der Rücklaufleitung 11 ist eine
Abzweigung 15 stromabwärts
der Hochdruckpumpe 8 angeordnet, die von der Rücklaufleitung 11 zu
einer Zusatzpumpe 12 verzweigt, die ihrerseits über ein
in Richtung auf die Zusatzpumpe 12 sperrendes erstes Rückschlagventil 13 mit
einer Einmündung 14 in
der Zulaufleitung 6 verbunden ist, wobei die Einmündung 14 stromabwärts der
Förderpumpe 4 und
stromaufwärts
des Kraftstofffilters 7 angeordnet ist. Stromabwärts der
Abzweigung 15 ist in Strömungsrichtung zum Kraftstofftank 3 stromaufwärts des
Kraftstofftanks 3 ein zweites Rückschlagventil 16 angeordnet,
das in Richtung auf die Abzweigung 15 sperrt.
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Die
Förderpumpe 4 stellt
als Mitteldruckpumpe 5 in der Zulaufleitung 6 den
Zulaufleitungsdruck PZ bereit. In der Rücklaufleitung 11 weist
die zum Kraftstofftank 3 rücklaufende Spülmenge indes
den von der Hochdruckpumpe 8 in die Rücklaufleitung 11 bereitgestellten
Rücklaufleitungsdruck
PR auf, der deutlich niedriger liegt, beispielsweise
bei 1 bar. Der Rücklaufleitungsdruck
PR wird hierbei durch konstruktive Vorgaben
der Hochdruckpumpe 8 bestimmt. Die Zusatzpumpe 12 ist
ebenfalls als Mitteldruckpumpe 5 ausgebildet, sie fördert demzufolge
von dem Rücklaufleitungsdruck
PR als erstem Druckniveau auf das höher liegende
zweite Druckniveau des Zulaufleitungsdrucks PZ,
weswegen das zweite Rückschlagventil 16 stromabwärts der
Zusatzpumpe 12 und stromaufwärts der Einmündung 14 ein
Zurücklaufen
von Kraftstoff von der Zulaufleitung 6 in die Zusatzpumpe 12 beziehungsweise
die Rücklaufleitung 11 verhindern
muss. Gleichzeitig verhindert das zweite Rückschlagventil 16 ein
Zurückströmen von
Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 3 in die Rücklaufleitung 11 für den Fall,
dass der Rücklaufleitungsdruck
PR aufgrund der Förderung der Zusatzpumpe 12 ein
unter dem üblichen
Druckniveau der Rücklaufleitung 11 liegendes
Niveau aufweisen sollte. Die Zusatzpumpe 12 findet im Gegensatz
zur Förderpumpe 4 nur
dann Verwendung, wenn die Hochdruckpumpe 8 eine relativ
große
Menge an Kraftstoff benötigt,
der in dem Hochdruckrail 10 zur Verbrennung im Verbrennungsmotor 2 bereitgestellt
werden muss, beispielsweise bei Lastspitzen oder bei starker Gemischanreicherung.
Ebenso kann die Zusatzpumpe 12 mit verringerter Leistung
betrieben werden, um eine von der Hochdruckpumpe 8 in der
Rücklaufleitung 11 zurückgeführte Spülmenge an
Kraftstoff wieder der Zulaufleitung zuzuführen, da die Spülmenge nach Durchlaufen
der Hochdruckpumpe 8 ein höheres Temperaturniveau aufweist,
was insbesondere bei Dieselkraftstoff in Hinblick auf im Dieselkraftstoff
enthaltene Wachs-/Paraffinanteile vorteilhaft ist, da bei Durchfluss
des Filters 7 mit erwärmten
Kraftstoff ein Verstopfen/Zusetzen des Filters 7 durch
Wachsanteile vorteilhaft verhindert wird. Insbesondere wird dadurch
verhindert, dass der Kraftstoff innerhalb des Filters versulzt.
Die Spülmenge,
die von der Hochdruckpumpe 8 zurückgeführt und über die Zusatzpumpe 12,
die mit verringerter Leistung eben zur Aufrechterhaltung des Spülmengenkreislaufes
betrieben wird, hat im Übrigen
seinen Wachsanteil bereits einmal im Kraftstofffilter 7 abgegeben,
so dass ein weiters signifikantes Ausfallen von Wachsanteilen aus der
Spülmenge
nicht mehr zu erwarten ist. Die Einsatzdauer und Betriebsbereitschaft
des Kraftstofffilters 7 wird auf diese Weise vorteilhaft
erhöht.
Die Zusatzpumpe 12 wird über eine nicht dargestellte
Steuer-/Regeleinrichtung bedarfsgerecht geschaltet/gesteuert/geregelt,
so dass sie das elektrische Fahrzeug-Bordnetz nicht dauernd mit
ihrem Maximalstrom belastet, sondern lediglich die Leistung abgefordert
wird, die tatsächlich
auch zur erforderlichen Betriebsführung der Zusatzpumpe 12 erforderlich
ist. Über
die Zusatzpumpe 12 können überdies
die Druckverhältnisse
sowohl in der Zulaufleitung 6 als auch in der Rücklaufleitung 11 bedarfsgerecht
angepasst werden, in dem entsprechend Kraftstoff aus der Rücklaufleitung 11 über die
Zusatzpumpe 12 wieder in die Zulaufpumpe 6 gepumpt
wird, wodurch sich der Druck in der Zulaufleitung 6 erhöht, in der
Rücklaufleitung 11 indes
verringert.
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- 1
- Kraftstoffversorgungseinrichtung
- 2
- Verbrennungsmotor
- 3
- Kraftstofftank
- 4
- Förderpumpe
- 5
- Mitteldruckpumpe
- 6
- Zulaufleitung
- 7
- Kraftstofffilter
- 8
- Hochdruckpumpe
- 9
- Hochdruckleitung
- 10
- Hochdruckrail
- 11
- Rücklaufleitung
- 12
- Zusatzpumpe
- 13
- erstes
Rückschlagventil
- 14
- Einmündung
- 15
- Abzweigung
- 16
- zweites
Rückschlagventil
- PZ
- Zulaufleitungsdruck
- PR
- Rücklaufleitungsdruck