DE102008056001B4

DE102008056001B4 - Verbrennungskraftmaschine mit strömungsoptimierter Kraftstoffhochdruckpumpe

Info

Publication number: DE102008056001B4
Application number: DE102008056001.4A
Authority: DE
Inventors: Karlheinrich Dipl. - Ing. ( TH ) Winkelmann
Original assignee: Vialle Group Bv
Current assignee: Vialle Group Bv Nl
Priority date: 2008-11-05
Filing date: 2008-11-05
Publication date: 2022-04-21
Anticipated expiration: 2028-11-06
Also published as: DE102008056001A1

Abstract

Verbrennungskraftmaschine mit unter anderem mindestens einem Kraftstofftank, einem Kraftstoffniederdruckkreislauf einschließlich des Niederdruckbereichs (2) einer Kraftstoffhochdruckpumpe (1) und einer Kraftstoffrücklaufleitung (18) aus diesem zurück in den Kraftstofftank, wobei der Niederdruckbereich (2) der Kraftstoffhochdruckpumpe (1) so gestaltet ist, dass er vor dem Eintritt (17) des Kraftstoffs in die Kraftstoffhochdruckpumpe bis zum Einlassventil (3) zu der Hochdruckpumpenkammer (19) der Kraftstoffhochdruckpumpe (1) als Kraftstoffkanal wirkt (7, 8), durch den der Kraftstoff ohne Totgebiet hindurchfließt,dadurch gekennzeichnet, dass Hohlräume und insbesondere Bohrungen im Niederdruckbereich (2) der Kraftstoffhochdruckpumpe (1), die nicht im Kraftstoffstrom liegen, durch passende Körper (9, 10, 11) so verschlossen werden, dass sich dort kein Kraftstoff sammeln kann, und dass die Kraftstoffhochdruckpumpe (1) einen Rücklaufkanal (8) aus dem Niederdruckbereich (2) der Kraftstoffhochdruckpumpe (1), einen Einlasskanal (7) und einen Druckdämpfungsraum (12) umfasst, wobei ein passgenaues Füllelement (4) aus einem elastischen, druckfesten und kraftstoffresistenten Material den gesamten Druckdämpfungsraum (12) mit Ausnahme des Einlasskanals (7) ausfüllt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine mit strömungsoptimierter Kraftstoffhochdruckpumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ottomotoren, die den Kraftstoff direkt und flüssig in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine einspritzen, fördern nach dem Stand der Technik mit einer elektrisch angetriebenen Kraftstoffvorförderpumpe den Kraftstoff mit niedrigem Druck aus dem Kraftstofftank zu einer, in der Regel mechanisch angetriebenen Kraftstoffhochdruckpumpe. Von dieser wird der Kraftstoff mit deutlich höherem Druck in ein Kraftstoffverteilerrohr (Kraftstoffrail) gepumpt und über gesteuerte Hochdruckeinspritzventile direkt in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine eingespritzt, wo er sich mit der Verbrennungsluft mischt, gezündet wird und verbrennt.
Die Kraftstoffvorförderung vom Kraftstofftank zu der Hochdruckkraftstoffpumpe geschieht nach dem Stand der Technik in der Regel ohne Rücklauf für überschüssig geförderten Kraftstoff von der Kraftstoffhochdruckpumpe zurück in den Kraftstofftank. Stattdessen wird der von der Kraftstoffvorförderpumpe im Kraftstofftank geförderte überschüssige Kraftstoff von der Kraftstoffhochdruckpumpe gegen den Druck der Vorförderpumpe zurück in den Kraftstoffvorlauf geschoben. Die dabei entstehenden Druckpulsationen werden durch Druckdämpfungselemente im Niederdruckbereich der Kraftstoffhochdruckpumpe gedämpft.
Dieses Design des Kraftstoffniederdruckkreislaufs einschließlich der Kraftstoffhochdruckpumpe nach dem Stand der Technik ist demnach auf Kraftstoffe ausgelegt, vorzugsweise Benzin, die bei Normaldruck und Normaltemperatur flüssig sind, einen geringen Verdampfungsdruck im Kraftstofftank erzeugen und diesen auch bei Erwärmung nur geringfügig verändern. Das hat zur Folge, dass dieses Design für die Nutzung von LPG in Flüssigphase als Kraftstoff an dessen unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften angepasst werden muss. Bei LPG in Flüssigphase erfordert, wie in dem EP 1 785 618 A1 beschrieben, die starke Veränderung des Kraftstoffverdampfungsdruckes mit der Kraftstofftemperatur sinnvollerweise einen kühlenden Kraftstoffkreislauf durch den Niederdruckbereich der Kraftstoffhochdruckpumpe, möglichst nahe am Eintritt zu der Hochdruckpumpenkammer, um Kraftstoffverdampfung durch die Wärmeeinträge in den Kraftstoff beim Prozess des Kraftstofftransportes zu vermeiden.
In der EP 1 785 618 A1 ist ebenfalls beschrieben, dass der Kraftstofffluss möglichst so gestaltet sein soll, dass er die verdampfungskritische Stelle am Eingang zur Hochdruckpumpenkammer der Kraftstoffhochdruckpumpe gut umfließt.
Aus DE 31 11 837 A1 ist eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen bekannt, bei welcher vorgeschlagen wird, unerwünschte Hohlräume mit geeigneten Elementen auszufüllen, um das Leitungsvolumen zu reduzieren. Dies dient dazu, um die effektive Fördermenge der Pumpe und damit deren Förderleistung zu senken. Hierzu wird ein allgemeines Füllstück vorgeschlagen, welches wesentliche Teile des Volumens innerhalb des Pumpraumes blockiert, um das durchströmte Volumen zu reduzieren.
Nicht berücksichtigt ist in der EP 1 785 618 A1 der ungünstige Einfluss von Zonen im Niederdruckbereich der Kraftstofthochdruckpumpe, die sich am Rande oder außerhalb der Bereichs des strömenden Kraftstoffes befinden (Totzonen), der sich in erheblichem Maße beim Starten der betriebswarmen Verbrennungskraftmaschine (Warmstart) bemerkbar machen kann, indem sich von diesen Totzonen ausgehend Kraftstoffdampfblasen bilden, obwohl die übrigen im Kraftstofffluß befindlichen Zonen dampfblasenunkritisch sind. Das kann zur Verzögerung des Motorstarts in erheblichem Maße führen und damit zur Beeinträchtigung der Alltagstauglichkeit des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine mit dem Kraftstoff LPG.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde den ungünstigen Einfluss von strömungsungünstig gestalteten Bereichen und Totzonen im Niederdruckbereich von Kraftstoffhochdruckpumpen auf die Neigung des Kraftstoffs, insbesondere von LPG in Flüssigphase, Dampfblasen zu bilden, zu eliminieren. Dieses Problem wird durch eine Kraftstoffhochdruckpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.
Dies wird erfindungsgemäß damit erreicht, dass Zonen in der Kraftstoffhochdruckpumpe, die von dem Kraftstofffluß durch ihren Niederdruckbereich weniger gut oder im Falle von Sacklöchern gar nicht erfasst werden, mit Stoffen geeigneter Form und Eigenschaften so gefüllt werden, dass strömungstechnisch so genannte Totzonen dort verhindert oder beseitigt werden. Damit wird durch die erfindungsgemäß gestaltete Kraftstoffhochdruckpumpe erreicht, dass ein Warmstart der Verbrennungskraftmaschine in einem alltagstauglichen Zeitraum auch mit dem Kraftstoff LPG in Flüssigphase sicher abläuft.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vereinfacht dargestellt und erläutert. 1 zeigt eine Einzylinder-Kraftstoffhochdruckpumpe 1 für die Nutzung in LPG-Kraftstoffsystemen. Sie ist, im Unterschied zur Version für die Nutzung von Niederdruckkraftstoffen, vorzugsweise Benzin wie im EP 06 023 298.0 beschrieben, für die Nutzung von LPG als Kraftstoff mit einem Rücklaufkanal 8 aus dem Niederdruckbereich 2 der Kraftstoffhochdruckpumpe 1 versehen, um mit einem Kraftstoffrücklauf 18 einen kühlenden Kraftstoffkreislauf durch ihren Niederdruckbereich 2 zu erzeugen.
Der von der Kraftstoffvorförderpumpe im Kraftstofftank geförderte Kraftstoff strömt in einem Vorlauf 17 durch den Einlasskanal 7 und durch den Niederdruckbereich 2 vorbei an dem Einlassventil 3 zur Hochdruckpumpenkammer 19 mit dem Hochdruckpumpenkolben 6 und tritt durch den Rücklaufkanal 8 aus der Hochdruckpumpe 1 aus, um von dort aus durch den Kraftstoffrücklauf 18 zurück zum Kraftstofftank zu fließen. An Stelle des Druckdämpfers in der Ausführung der Kraftstoffhochdruckpumpe ohne Kraftstoffrücklauf ist hier erfindungsgemäß ein passgenaues Füllelement 4 aus einem elastischen aber druckfesten und kraftstoffresistenten Material getreten, das den gesamten Druckdämpfungsraum 12 mit Ausnahme des Strömungskanals 7 ausfüllt. Dieses Füllelement 4 modelliert zusätzlich die Kraftstoffströmung. Wichtiger noch ist aber seine Funktion, Dampfblasen aus dem Kraftstoff LPG zu verhindern, wenn nach einer etwas längeren vorübergehenden Abstellphase des betriebswarmen Motors der Neustart eingeleitet wird, denn in dieser Betriebsphase besteht die erhöhte Gefahr, dass aus dem erhitzten, noch nicht wieder durch den umgewälzten Kraftstoff heruntergekühlten Pumpengehäuse, übermäßig Wärme in das LPG eingetragen wird, wenn der Kontakt zwischen Pumpengehäuse und LPG zu lange besteht, sprich das LPG steht oder sich nur langsam bewegt. Das hätte Dampfblasenbildung zur Folge und daraus folgend Motorstillstand, sofern der Kraftstoff durch seine Fließgeschwindigkeit nicht daran gehindert wird sich erheblich zu erwärmen.
Der Wegfall der Druckdämpfungsfunktion durch das Ausfüllen der Dämpfungskammer 12 in der Kraftstoffhochdruckpumpe 1 wirkt sich hier kaum nachteilig aus, da Kraftstoffhochdruckpumpen mit Kraftstoffrücklauf 18 aus ihrem Niederdruckbereich 2 keinen Kraftstoff mehr gegen die Fließrichtung in den Vorlauf 17 zurückschieben müssen, sondern der überschüssige Kraftstoff aus der Hochdruckpumpenkammer 19 überlagert nur noch den Kraftstoffrückfluss durch den Kraftstoffrücklauf 18 zurück zum Kraftstofftank.
Die gleiche Funktion wie das oben beschriebene Füllelement 4 erfüllen Stopfen wie sie unter 9, 10 und 11 in 2 und 3 und 4 abgebildet sind. Sie füllen Bohrungen im Niederdruckbereich einer Kraftstoffhochdruckpumpe aus, so dass sich in diesen Bohrungen kein Kraftstoff sammeln kann, aus dem, durch übermäßigen Wärmeeintrag in der Wiederstartphase bei betriebswarmen Motor, sich Dampfblasen bilden könnten.

Claims

Verbrennungskraftmaschine mit unter anderem mindestens einem Kraftstofftank, einem Kraftstoffniederdruckkreislauf einschließlich des Niederdruckbereichs (2) einer Kraftstoffhochdruckpumpe (1) und einer Kraftstoffrücklaufleitung (18) aus diesem zurück in den Kraftstofftank, wobei der Niederdruckbereich (2) der Kraftstoffhochdruckpumpe (1) so gestaltet ist, dass er vor dem Eintritt (17) des Kraftstoffs in die Kraftstoffhochdruckpumpe bis zum Einlassventil (3) zu der Hochdruckpumpenkammer (19) der Kraftstoffhochdruckpumpe (1) als Kraftstoffkanal wirkt (7, 8), durch den der Kraftstoff ohne Totgebiet hindurchfließt, dadurch gekennzeichnet, dass Hohlräume und insbesondere Bohrungen im Niederdruckbereich (2) der Kraftstoffhochdruckpumpe (1), die nicht im Kraftstoffstrom liegen, durch passende Körper (9, 10, 11) so verschlossen werden, dass sich dort kein Kraftstoff sammeln kann, und dass die Kraftstoffhochdruckpumpe (1) einen Rücklaufkanal (8) aus dem Niederdruckbereich (2) der Kraftstoffhochdruckpumpe (1), einen Einlasskanal (7) und einen Druckdämpfungsraum (12) umfasst, wobei ein passgenaues Füllelement (4) aus einem elastischen, druckfesten und kraftstoffresistenten Material den gesamten Druckdämpfungsraum (12) mit Ausnahme des Einlasskanals (7) ausfüllt.
Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Kraftstoff LPG und als Verbrennungskraftmaschine ein Ottomotor eingesetzt wird, bei dem der Kraftstoff direkt in den Brennraum eingebracht wird.