-
Stand der Technik
-
Die
Erfindung betrifft einen Kraftstoffspeicher nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Kraftstoffeinspritzsystem
mit einem Kraftstoffspeicher.
-
Ein
Kraftstoffspeicher nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist bereits
allgemein bekannt und wird als Kraftstofftank insbesondere in Kraftfahrzeugen
verwendet. In den letzten Jahren hat der Einsatz von Bio-Kraftstoffen
mehr und mehr zugenommen. Hierbei ist es insbesondere bekannt, Bio-Diesel
als Kraftstoff für
Dieselfahrzeuge zu verwenden. Hierbei ergibt sich die Problematik,
dass bei Dieselfahrzeugen, bei denen die jährliche Laufleistung relativ
gering ist, es dazu kommen kann, dass der Bio-Kraftstoff altert.
Diese Alterung wird verursacht durch eine Oxidation des Kraftstoffs,
in deren Folge sich Alterungsprodukte wie Polymere und organische
Säuren bilden.
Diese Alterungsprodukte können
zu Funktionsproblemen bei den Einspritzsystemkomponenten führen. Beispielhaft
sei erwähnt,
dass der Kraftstofffilter verstopfen kann oder, dass bewegte Teile
verklemmen können
oder, dass es zu Korrosionsproblemen kommt.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Ausgehend
von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die
Aufgabe zugrunde, einen Kraftstoffspeicher nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass sich dieser vorteilhaft
für den
Einsatz von Bio-Kraftstoffen
verwenden lässt,
ohne, dass es zu den geschilderten Alterungsprozessen kommt. Diese
Aufgabe wird bei einem Kraftstoffspeicher mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 gelöst.
Der Erfindung liegt dabei die Idee zugrunde, dass durch eine entsprechende
Ausgestaltung des Kraftstoffspeichers der Oxidationsprozess des
Kraftstoffs verhindert oder zumindest stark verzögert wird. Die Ausgestaltung
wird erfindungsgemäß dadurch
erreicht, dass ein im Volumen veränderliches Trennelement vorgesehen
ist, dessen Volumen sich in Abhängigkeit
von der Füllmenge
des Kraftstoffs ändert.
Durch dieses Trennelement wird in dem Kraftstoffspeicher ein Vorratsraum
gebildet, der ausschließlich
den Kraftstoff, insbesondere den Bio-Diesel speichert. Das im Kraftstoffspeicher
vorhandene Luftvolumen, welches in Wirkverbindung mit dem Kraftstoff
gelangen kann, wird durch das Trennelement minimiert und somit wird
der Oxidationsprozess bzw. Alterungsprozess des Kraftstoffs verlangsamt
bzw. verhindert.
-
Vorteilhafte
Weiterbildungen dieses erfindungsgemäßen Kraftstoffspeichers sind
in den Unteransprüchen
angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei
von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten
Merkmalen.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Trennelement als zumindest
teilweise flexibles Element ausgebildet ist und sich zumindest teilweise
in Anlagekontakt mit dem Kraftstoff befindet. Durch die flexible
Ausbildung des Elements und den Anlagekontakt mit dem Kraftstoff
lässt sich
insbesondere das im Kraftstoffspeicher vorhandene Luftvolumen, welches
in Kontakt mit dem Kraftstoff gelangen kann, minimieren.
-
Um
die Wirkverbindung zwischen dem Trennelement und dem Kraftstoff
herzustellen, damit sich möglichst
keine Luft zwischen dem Kraftstoff und dem Trennelement befindet,
ist es bevorzugt vorgesehen, dass das Trennelement in Richtung des
Kraftstoffes kraftbeaufschlagt ist.
-
Hierbei
sind insbesondere mechanische Mittel, insbesondere Federmittel,
oder pneumatische Mittel, insbesondere Überdruck erzeugende Mittel vorteilhaft
einsetzbar, welche fertigungstechnisch preiswert herstellbar sind
und zuverlässig
arbeiten.
-
In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist es vorgesehen, dass das flexible Element als geschlossener Körper ausgebildet
ist, dessen Volumen sich unter dem Einfluss von Überdruck verändert. Durch
die Ausbildung als geschlossener Körper lassen sich insbesondere
Leckagen, die zu einem Übertritt
von Luft in Richtung des Kraftstoffs führen könnten, minimieren.
-
Besonders
bevorzugt ist es hierbei, wenn der Körper zumindest einen Einlass
aufweist, der mit einer Überdruckquelle
verbunden ist, dass ein Druckreduzierungselement vorgesehen ist,
um den Überdruck
im Körper
abzubauen, dass der Körper vollständig im
Gehäuse
angeordnet ist und, dass der Kraftstoff im vom Körper abgetrennten Bereich des Gehäuses angeordnet
ist. Durch diese konkrete Ausgestaltung wird eine Anpassung des
Volumens des Körpers
an sich verändernde
Füllvolumina
im Kraftstoffspeicher ermöglicht.
Ferner ist der Kraftstoff, wie üblich,
im eigentlichen Kraftstofftank angeordnet, so dass Zusatzaggregate
wie Rücklaufleitungen,
Zulaufleitungen, Kraftstofffilter oder Elektrokraftstoffpumpen sich
einfach im Gehäuse
anordnen lassen.
-
Alternativ
zu dieser Ausführungsform
ist es jedoch auch möglich,
dass der Vorratskörper
zumindest einen Einlass und einen Auslass für den Kraftstoff aufweist und,
dass der Vorratskörper
in einem Kraftstofftank aufgenommen ist, der mittels einer Verbindung
mit einer Überdruckquelle
gekoppelt ist. Mittels einer derartigen Ausbildung wird eine erhöhte Sicherheit
gegen Austreten von Kraftstoff aus dem Kraftstoffspeicher ermöglicht,
da der Kraftstoff, sollte dieser aus dem Kraftstoffspeicher austreten,
zwei Trennwände,
die Trennwand des Vorratskörpers
und die Trennwand des Kraftstofftanks überwinden muss.
-
Die
Erfindung umfasst auch ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einem erfindungsgemäßen Kraftstoffspeicher.
Dieses Kraftstoffeinspritzsystem hat den besonderen Vorteil, dass
die Komponenten des Kraftstoffeinspritzsystems bei der Verwendung
von Bio-Kraftstoffen nicht beschädigt
werden können, bzw.
deren Funktionsfähigkeit
gewährleistet
ist.
-
Insbesondere
ist dabei ein Kraftstoffeinspritzsystem denkbar, das ohne den Einfluss
einer Elektrokraftstoffpumpe den Kraftstoff aus dem Kraftstoffspeicher
in Richtung des Einspritzsystems fördert, da der Förderdruck
durch das Trennelement auf den Kraftstoff ausgeübt wird.
-
Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand
der Zeichnungen.
-
Diese
zeigen in:
-
1 einen
ersten erfindungsgemäßen Kraftstoffspeicher
als Teil eines Kraftstoffeinspritzsystems in einem vereinfachten
Längsschnitt,
-
2 einen
gegenüber
der 1 modifizierten Kraftstoffspeicher ebenfalls im
Längsschnitt
und
-
3 und 4 ein
drittes Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Kraftstoffspeichers während verschiedener
Füllstände des
Kraftstoffs im Kraftstoffspeicher im Längsschnitt.
-
In
der 1 ist ein erster erfindungsgemäßer Kraftstoffspeicher 10 dargestellt,
welcher als Kraftstofftank 11 ausgebildet ist. Der Kraftstofftank 11 findet
Verwendung in Kraftfahrzeugen, und hierbei insbesondere in Kraftfahrzeugen,
welche mit einem Dieselmotor ausgerüstet sind. Besonders vorteilhaft ist
der Einsatz des Kraftstofftanks 11 in Kraftfahrzeugen,
die mit einem Bio-Kraftstoff betrieben werden.
-
Der
Kraftstofftank 11 weist ein äußeres, aus festem Material
wie Kunststoff oder Metall bestehendes Tankgehäuse 12 auf. In das
Tankgehäuse 12 mündet eine
Zuführleitung 14 sowie
eine Rücklaufleitung 13.
Mittels der Zuführleitung 14 wird
Kraftstoff 1 aus dem Kraftstofftank 11, welcher
Bestandteil eines Kraftstoffeinspritzsystems 5 ist, einem
Verbraucher zugeführt,
während über die
Rücklaufleitung 13 vom Verbraucher
nicht verbrauchter Kraftstoff 1 in den Kraftstofftank 11 zurückgeführt wird.
Hierbei kann in der Zuführleitung 14 in üblicher
Weise eine Elektrokraftstoffpumpe geschaltet sein, welche sich entweder
innerhalb des Kraftstofftanks 11 befindet, oder aber außerhalb
des Kraftstofftanks 11 angeordnet ist. Weiterhin befindet
sich, vorzugsweise im oberen Bereich des Kraftstofftanks 11 ein
Kraftstoffzuführstutzen 19, über den
der Kraftstoff 1 in den Kraftstofftank 11 nachgetankt
werden kann.
-
Erfindungswesentlich
ist, dass im Kraftstofftank 11 ein zusätzlicher Verdrängungskörper 15 angeordnet
ist. Der Verdrängungskörper 15 besteht
im ersten Ausführungsbeispiel
aus einem flexiblen Material, wie beispielsweise Gummi oder ähnlichem
und ist als Hohlkörper
ausgebildet, welcher eine derartige Elastizität aufweist, dass er sich unter
Druck verformt, d. h. sein Volumen ändert. Insbesondere besteht
der Verdrängungskörper 15 aus
einem kraftstoffbeständigen
Material.
-
Im
Ausführungsbeispiel
ist der Verdrängungskörper 15 an
der linken Seitenwand 16 des Kraftstofftanks 11 befestigt,
welche auf der der Zuführleitung 14 und
der Rücklaufleitung 13 gegenüberliegenden
Seite angeordnet ist. Der Verdrängungskörper 15 ist über ein
Schlauchstück 17,
welches den Kraftstofftank 11 durchdringt, mit einer Überdruckquelle 18 in
Wirkverbindung geschaltet. Bei der Überdruckquelle 18 handelt
es sich insbesondere um eine Überdruckquelle,
die Umgebungsluft ansaugt, komprimiert, und über das Schlauchstück 17 unter Überdruck
in den Verdrängungskörper 15 einleitet.
-
Weiterhin
weist der Verdrängungskörper 15 ein
weiteres Schlauchstück 20 auf,
welches ebenfalls den Kraftstofftank 11 an seiner linken
Seitenwand 16 durchdringt und welches mit einem Überdruckventil 21 gekoppelt
ist. Mittels des Überdruckventils 21 kann
die unter Druck stehende Luft aus dem Verdrängungskörper 15 an die Umgebung
abgegeben bzw. der Druck im Verdrängungskörper 15 begrenzt werden.
Alternativ ist es jedoch auch denkbar, auf das Überdruckventil 21 zu
verzichten und über
eine entsprechende Regelung der Überdruckquelle 18 den Druck
im Verdrängungskörper 15 zu
reduzieren bzw. zu begrenzen.
-
Mittels
des Verdrängungskörpers 15 wird
der Innenraum 22 des Kraftstofftanks 11 in einen
ersten Bereich unterteilt, in dem sich der Kraftstoff 1 befindet und
in einen zweiten Bereich, in dem sich unter Überdruck befindliche Luft innerhalb
des Verdrängungskörpers 15 befindet.
Hierbei wirkt die Wand 24 des Verdrängungskörpers 15 als Trennelement
zwischen den beiden Bereichen.
-
Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
dass das Volumen des Verdrängungskörpers 15 mittels
der Überdruckquelle 18 an
den Füllstand
bzw. der Menge des in dem Kraftstofftank 11 befindlichen
Kraftstoffs 1 angepasst wird. Im Idealfall ist das Volumen
des Verdrängungskörpers 15 immer
so groß,
dass sich in dem im Kraftstofftank 11 verbleibenden Raum
außerhalb
des Verdrängungskörpers 15 nur
Kraftstoff 1 befindet. Dies bedeutet, dass sich im Kraftstofftank 11 keine
Luft befindet, die für
den Kraftstoff 1 als Reaktionspartner für eine Oxidation zur Verfügung steht.
-
In
dem Fall, dass der Kraftstofftank 11 vollständig gefüllt ist,
nimmt der Verdrängungskörper 15 sein
minimales Volumen ein. In Abhängigkeit
des verbrauchten Kraftstoffs 1 bzw. des Kraftstoffvolumens im
Kraftstofftank 11 wird während des Betriebs des Kraftfahrzeugs über die Überdruckquelle 18 der
Verdrängungskörper 15 in
seinem Volumen vergrößert, bis
sich über
die Reaktionskraft aufgrund des Kraftstoffs 1 an der Wand 24 ein
Gleichgewicht zwischen dem Überdruck
in dem Verdrängungskörper 15 und dem
Flüssigkeitsdruck
durch den Kraftstoff 1 einstellt. Hierzu kann es vorgesehen
sein, dass in dem Kraftstoffeinfüllstutzen 19 ein
Rückschlagventil 23 angeordnet
ist, das den Austritt von Kraftstoff 1 aus dem Kraftstofftank 11 verhindert.
-
Um
den Kraftstofftank 11 betanken zu können, muss das Volumen des
Verdrängungskörpers 15 wieder
reduziert werden. Dies erfolgt über
das Überdruckventil 21,
welches im Betankungsfall offen geschaltet wird, so dass sich der
Kraftstoff 1 im Kraftstofftank 11 bis auf sein
maximales Volumen ausdehnen kann, wodurch gleichzeitig durch den
Kraftstoff 1 im Verdrängungskörper 15 vorhandene,
unter Überdruck
stehende Luft herausgepresst wird.
-
Ergänzend wird
erwähnt,
dass anstelle einer separaten Überdruckquelle 18 auch
eine im Kraftfahrzeug bereits vorhandene Überdruckquelle, beispielsweise
eine im Bremssystem vorhandene Überdruckquelle,
verwendet werden kann.
-
In
der 2 ist ein gegenüber der 1 abgewandeltes
Ausführungsbeispiel
dargestellt. Hierbei befindet sich der Kraftstoff 1 zwar
auch innerhalb des Kraftstofftanks 26, jedoch ist der Kraftstoff 1 in
einem flexiblen Vorratskörper 27 aufgenommen.
Der Vorratskörper 27 besteht
vorzugsweise aus dem gleichen Material wie der Verdrängungskörper 15.
Weiterhin weist der Vorratskörper 27 eine Zuführleitung 14a bzw.
eine Rücklaufleitung 13a auf,
welche jeweils sowohl den Kraftstofftank 26, als auch den
Vorratskörper 27 durchdringt.
Eine Überdruckquelle 18a ist über ein
Schlauchstück 28,
welches in der einen Seitenwand 29 mündet, mit dem Innenraum 30 des Kraftstofftanks 26 verbunden.
-
Bei
dem Ausführungsbeispiel
gemäß der 2 befindet
sich der Vorratskörper 27 im
rechten Bereich des Kraftstofftanks 26, so dass die rechte Wand 31 des
Vorratskörpers 27 in
Anlagekontakt mit der rechten Seitenwand 32 des Kraftstofftanks 26 ist.
-
Der
Wirkmechanismus beim zweiten Ausführungsbeispiel ist identisch
zum ersten Ausführungsbeispiel.
Das bedeutet, dass über
die Überdruckquelle 18a Luft
aus der Umgebung angesaugt, komprimiert und in den Innenraum 30 des
Kraftstofftanks 26 geführt
wird, so dass sich das Volumen des Vorratskörpers 27 entsprechend
des in dem Vorratskörper 27 befindlichen
Kraftstoffs 1 reduziert, wenn Kraftstoff 1 verbraucht
wird.
-
Ergänzend wird
erwähnt,
dass es denkbar ist, dass die Überdruckquellen 18, 18a den
Kraftstoff 1 aus dem Kraftstofftank 11 bzw. 26 unter
einem derartigen Druck fördern,
dass auf eine herkömmliche Elektrokraftstoffpumpe
verzichtet werden kann.
-
In
den 3 und 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel
der Erfindung dargestellt. Hierbei ist der Kraftstofftank 35 im
Wesentlichen identisch zum Kraftstofftank 11 gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
gemäß der 1 ausgebildet.
Der Verdrängungskörper 36 ist
jedoch nicht als ein in sich geschlossener Körper ausgebildet, sondern weist
in etwa eine topfförmige
Gestalt auf. Hierzu weist der Verdrängungskörper 36 eine aus flexiblem
Material bestehende Wand 37 auf, die im oberen Bereich
mit der Oberseite 38 des Kraftstofftanks 35 dicht
verbunden ist. Die Seitenwand 39 des Verdrängungskörpers 36 kann
sich dabei je nach Füllpegel
des Kraftstoffs 1 im Kraftstofftank 35 balgartig
verformen, wobei die der Oberseite 38 gegenüberliegende,
mit dem Kraftstoff 1 in Berührung stehende und der Grundfläche des
Kraftstofftanks 11 angepasste Bodenseite 41 des Verdrängungskörpers 36 mittels
mindestens einem mechanisch wirkenden Federelement 43,
welches sich zwischen der oberen Wand 38 und der Bodenseite 41 des
Verdrängungskörpers 36 abstützt, mit Druckkraft
beaufschlagt ist. Ferner sind in der oberen Wand 38 des
Kraftstofftanks 35 noch ein Einlassventil 44 und
ein Auslassventil 45 für
Luft angeordnet.
-
Bei
dem in der 3 dargestellten Zustand des
Kraftstofftanks 35 ist dieser nahezu vollständig mit
Kraftstoff 1 befüllt,
so dass aufgrund des Kraftstoffdrucks die Bodenseite 41 des
Verdrängungskörpers 36 entgegen
der Federkraft des mindestens einen Federelements 43 nach
oben gedrückt
ist. Bei sich änderndem,
insbesondere bei fallendem Pegel im Kraftstofftank 35 drückt das
mindestens eine Federelement 43 die Bodenseite 41 des
Verdrängungskörpers 36 nach
unten, wobei ständig
ein Anlagekontakt zwischen der Bodenseite 41 und dem Kraftstoff 1 im
Kraftstofftank 35 herrscht.
