DE102011007773A1

DE102011007773A1 - Kraftstoffeinspritzsystem und Tankeinbaueinheit für ein Kraftstoffeinspritzsystem

Info

Publication number: DE102011007773A1
Application number: DE102011007773A
Authority: DE
Inventors: Josef Frank; Alexander Fuchs
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-04-20
Filing date: 2011-04-20
Publication date: 2012-10-25
Also published as: KR20140018931A; JP2014514495A; CN103492697A; WO2012143208A1; EP2699787A1; RU2013151304A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine, insbesondere Common-Rail-System, welches eine elektrische Förderpumpe zum Fördern eines fluidförmigen Mediums, insbesondere zum Fördern von Kraftstoff in dem Kraftstoffeinspritzsystem, aufweist, wobei die elektrische Förderpumpe eine Antriebsanordnung mit einem elektronisch kommutierten Motor und eine Pumpenanordnung aufweist, welche eine integrale Einheit bilden, wobei die elektrische Förderpumpe angepasst ist, in einer Tankeinbaueinheit, welche in einen Kraftstofftank des Kraftstoffeinspritzsystems einbaubar ist, angeordnet zu sein. Die Erfindung betrifft weiterhin Tankeinbaueinheit für ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine, insbesondere für ein Common-Rail-System, wobei in oder an der Tankeinbaueinheit eine elektrische Förderpumpe zum Fördern eines fluidförmigen Mediums, insbesondere zum Fördern von Kraftstoff in dem Kraftstoffeinspritzsystem, angeordnet ist, wobei die elektrische Förderpumpe eine Antriebsanordnung mit einem elektronisch kommutierten Motor und eine Pumpenanordnung aufweist, welche eine integrale Einheit bilden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Tankeinbaueinheit für ein Kraftstoffeinspritzsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9.
Stand der Technik
Als elektrische Förderpumpen zum Fördern von Kraftstoff in einem Kraftstoffeinspritzsystem, wie beispielsweise in einem Common-Rail-System, werden einerseits Flügel- und Rollenzellenpumpen sowie Innen- oder Außenzahnradpumpen eingesetzt, welche axial an eine Motorwelle angeflanscht sind und deren Antriebsmotoren sowohl als DC- oder als „brushless”-DC-Varianten ausgeführt sind. Diese Typen elektrischer Förderpumpen weisen voneinander getrennte Förder- und Antriebseinheiten auf. Andererseits sind im Stand der Technik sogenannte integrierte Bauformen bekannt, bei denen die Förder- und Antriebseinheiten nicht getrennt voneinander vorgesehen sind, sondern als nicht trennbare Einheit gemeinsam in einem Gehäuse vorgesehen sind.
Eine integrierte Bauform ist beispielsweise in DE 10 2006 007 554 A1 beschrieben, wobei die Förderpumpe in einen Elektromotor integriert ist. Die Förderpumpe umfasst ein erstes Zahnrad und ein zweites Zahnrad. Zwischen den beiden Zahnrädern bildet sich ein Förderraum aus. Das zweite Zahnrad lagert in seiner Mitte auf einem Dom. Das erste Zahnrad ist ein Außenzahnrad und bildet den Rotor, das zweite Zahnrad ist ein Innenzahnrad, welches im außermittigen Zentrum des ersten Zahnrads mitgeschleppt wird. Das erste Zahnrad umfasst eingeklebte Permanentmagnete, die über den Umfang verteilt angeordnet sind. Äußere Magnetfelderzeuger erzeugen ein umlaufendes, sich rotatorisch änderndes Feld, welches das direkte motorische Folgen des Rotors hervorruft.
Eine weitere elektrisch angetriebene Innenzahnradpumpe der integrierten Bauform ist auch aus DE 10 2006 037 177 A1 bekannt. Die dort beschriebene Innenzahnradpumpe weist einen innenverzahnten Zahnring und ein außenverzahntes Ritzel auf, das zur Erzeugung einer Förderwirkung im Zahnring kämmt, wobei das Ritzel exzentrisch zum Zahnring auf einem Lagerzapfen drehbar gelagert ist. Die Anordnung des Zahnrings und des Ritzels ist in einem Gehäuse aufgenommen, wobei im Gehäuse ein elektrisch kommutierter Stator angeordnet ist, welcher sich konzentrisch um den Zahnring herum erstreckt und nach Art eines Elektromotors mit einem Magnetring zusammenwirkt, welcher den Zahnring konzentrisch umschließt und mit diesem drehfest verbunden ist. Der Magnetring führt dabei mit dem Zahnring zur Erzeugung der Förderwirkung eine Rotationsbewegung aus.
Diese im Stand der Technik bekannten Varianten werden in der Regel direkt an eine Hochdruckpumpe des Kraftstoffeinspritzsystems oder stromaufwärts der Hochdruckpumpe zwischen Kraftstofftank und Hochdruckpumpe angeordnet, was zusätzlichen Bauraum erfordert.
Daher ist es erforderlich, eine platzsparende Lösung zur Anordnung und Positionierung einer elektrischen Förderpumpe zum Fördern von Kraftstoff in einem Kraftstoffeinspritzsystem zu schaffen.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Erfindungsgemäß wird ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine, insbesondere Common-Rail-System, vorgesehen, welches eine elektrische Förderpumpe zum Fördern eines fluidförmigen Mediums, insbesondere zum Fördern von Kraftstoff in dem Kraftstoffeinspritzsystem, aufweist, wobei die elektrische Förderpumpe eine Antriebsanordnung mit einem elektronisch kommutierten Motor und eine Pumpenanordnung aufweist, welche eine integrale Einheit bilden, wobei die elektrische Förderpumpe angepasst ist, um in einer Tankeinbaueinheit, welche in einen Kraftstofftank des Kraftstoffeinspritzsystems einbaubar ist, angeordnet zu sein. Durch die axial sehr kompakte Bauform der elektrischen Förderpumpe des integrierten Typs, bei dem die Antriebsanordnung und die Pumpenanordnung eine integrale Einheit bilden, kann diese problemlos in einen Kraftstofftank eingebaut werden, auch wenn sehr beschränkte Bauraumverhältnisse, wie beispielsweise im Falle eines Satteltanks, dort herrschen. Der Einbau der elektrischen Förderpumpe kann dabei im Vergleich zu konventionellen Kraftstoffpumpen, die eine entsprechend lange Tankeinbaueinheit und damit einen entsprechend tiefen Tank erfordern, in eine kleinere, niedrigere und bezügliche ihrer Anforderungen optimierte Tankbaueinheit erfolgen. Durch den Einbau der elektrischen Förderpumpe der integrierten Bauweise im Kraftstofftank ergeben sich neben der Platzersparnis auch weitere Vorteile. So kann beispielsweise durch die axial kürzere Bauform der elektrischen Förderpumpe und damit auch die insgesamt kürzere Tankeinbaueinheit diese im Kraftstofftank derartig positioniert werden, dass auf eine Tankstrahlpumpe bzw. eine Saugleitung zu einer Venturidüse nach der Kraftstoffpumpe verzichtet werden kann. Außerdem ist die elektronische Kommutierung der elektrischen Förderpumpe vorteilhaft, da durch den Wegfall der mechanischen Kommutierungselemente eine wesentlich höhere Lebensdauer erreicht wird. Außerdem ist die elektrische Förderpumpe gegenüber Vibrationen und anderen Umgebungseinflüssen unempfindlicher.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die elektrische Förderpumpe mechanisch in oder an der Tankeinbaueinheit fixierbar, insbesondere mittels einer Snap-in Verbindung oder mittels Schrauben. Dies ermöglicht eine schnelle und kostengünstige Montage.
Gemäß noch einer bevorzugten Ausführungsform ist die elektrische Förderpumpe angepasst, um lose in der Tankeinbaueinheit angeordnet zu sein.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist saugseitig der elektrischen Förderpumpe ein Filter angeordnet.
Vorzugsweise ist der Filter durch eine intelligente Steuerung spülbar. Hierdurch lassen sich die Filterwartungsintervalle vorteilhaft verlängern.
Besonders bevorzugt ist es darüber hinaus, wenn die elektrische Kraftstoffpumpe zumindest ein integriertes Heizelement aufweist. So lassen sich Paraffinausscheidungen im Dieselkraftstoff direkt in der Tankeinbaueinheit „auftauen” bzw. auflösen, ohne das Erfordernis hierfür den gesamten Kraftstofftank aufheizen zu müssen. Es werden keine Paraffine in das Niederdrucksystem gepumpt, was den Einbau von zusätzlichen Filterelementen vermeidet und somit weiterhin Kosten einspart.
Gemäß noch einer bevorzugten Ausführungsform ist die elektrische Förderpumpe als Innenzahnradpumpe ausgebildet.
Vorzugsweise weist der elektronisch kommutierte Motor einen Rotor und einen Stator auf, wobei der Rotor direkt in dem Stator gleitgelagert ist.
Gemäß der Erfindung wird außerdem eine Tankeinbaueinheit für ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine, insbesondere für ein Common-Rail-System, vorgesehen, wobei in oder an der Tankeinbaueinheit eine elektrische Förderpumpe zum Fördern eines fluidförmigen Mediums, insbesondere zum Fördern von Kraftstoff in dem Kraftstoffeinspritzsystem, angeordnet ist, wobei die elektrische Förderpumpe eine Antriebsanordnung mit einem elektronisch kommutierten Motor und eine Pumpenanordnung aufweist, welche eine integrale Einheit bilden. Die erfindungsgemäße Tankeinbaueinheit mit einer elektrischen Förderpumpe der integrierten Bauweise lässt sich besonders platzsparend direkt in einen Kraftstofftank eines Kraftstoffeinspritzsystems, wie oben bereits ausgeführt, einbauen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die elektrische Förderpumpe mittels einer Snap-in Verbindung oder mittels Schrauben in oder an der Tankeinbaueinheit fixiert. Dies ermöglicht eine einfache, schnelle und kostengünstige Montage.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:
1 eine schematische Darstellung eines Kraftstoffeinspritzsystems gemäß dem Stand der Technik,
2 eine Schnittansicht durch einen Kraftstofftank eines Kraftstoffeinspritzsystems gemäß dem Stand der Technik;
3 eine Schnittansicht durch einen Kraftstofftank eines Kraftstoffeinspritzsystems gemäß einer Ausführungsform; und
4A, 4B eine schematische Darstellung einer Fixiermöglichkeit einer elektrischen Förderpumpe in einer Tankeinbaueinheit gemäß einer Ausführungsform.
Ausführungsformen der Erfindung
In 1 ist eine schematische Darstellung eines Kraftstoffeinspritzsystems 1 gemäß dem Stand der Technik gezeigt. Aus einem Kraftstofftank 5 wird mittels einer elektrischen Förderpumpe 2, die eine große axiale Länge aufweist, über eine Verbindungsleitung 3 Kraftstoff zu einer Hochdruckpumpe 4 gefördert. In der Verbindungsleitung 3 ist ein Überströmventil 6 angeordnet. Der Kraftstofftank 5, die elektrische Förderpumpe 2 und die Verbindungsleitung 3 sind mit Niederdruck beaufschlagt und gehören daher zu einem Niederdruckbereich des Kraftstoffeinspritzsystems 1.
An der Hochdruckpumpe 4 ist ein Druckregelventil 8 angebracht, das über eine Leitung 9 an den Kraftstofftank 5 angeschlossen ist. Außerdem geht von der Hochdruckpumpe 4 eine Hochdruckleitung 10 aus, die den mit Hochdruck beaufschlagten Kraftstoff zu einem Hochdruckspeicher 12 liefert, der auch als Common-Rail bezeichnet wird. Von dem Hochdruckspeicher 12 gehen unter Zwischenschaltung von Durchflussbegrenzern 13 Hochdruckleitungen 14 aus, die den mit Hochdruck beaufschlagten Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicher 12 zu Einspritzventilen 15 liefern, wovon in der Figur lediglich ein Einspritzventil 15 aus Gründen der Übersichtlichkeit dargestellt ist. Die Hochdruckleitung 10, der Hochdruckspeicher 12, die Hochdruckleitung 14 und das Einspritzventil 15 enthalten mit Hochdruck beaufschlagten Kraftstoff und werden demzufolge dem Hochdruckbereich des Kraftstoffeinspritzsystems 1 zugeordnet.
Von dem Kraftstoffeinspritzventil 15 führt eine Rücklaufleitung, die einen ersten Abschnitt 16 und einen zweiten Abschnitt 17 aufweist, zu dem Kraftstofftank 5. Zwischen den ersten und zweiten Abschnitten 16, 17 der Rücklaufleitung ist ein Druckhalteventil 18 geschaltet. Das Druckhalteventil 18 dient dazu in dem ersten Abschnitt 16 der Rücklaufleitung einen Mindestdruck von etwa 10 bar aufrechtzuerhalten, der unabhängig vom Betriebszustand des Kraftstoffeinspritzsystems 1 ein Befüllen eines Kopplungsraums zwischen Piezoaktor (nicht gezeigt) und einem Steuerventilglied (nicht gezeigt) in dem Kraftstoffeinspritzsystem 1 ermöglicht. Der Betrieb des Kraftstoffeinspritzsystems 1 wird durch ein elektronisches Steuergerät 11 gesteuert. An dem Hochdruckspeicher 12 ist ein Druckbegrenzungsventil 7 vorgesehen, das mit der Rücklaufleitung in Verbindung steht. Wenn der Druck in dem Hochdruckspeicher 12 einen vorgegebenen maximalen Wert überschreitet, dann öffnet das Druckbegrenzungsventil 7 und der Überdruck in dem Hochdruckspeicher 12 wird in den Niederdruckbereich abgebaut.
In 2 ist eine Schnittansicht durch einen Kraftstofftank 5 gemäß dem Stand der Technik. In dem Kraftstofftank 5 ist Diesel-Kraftstoff 19 enthalten. Weiterhin ist in dem Kraftstofftank 5 eine Tankeinbaueinheit 20 angeordnet, in welcher eine elektrische Förderpumpe 2 mit einer großen axialen Länge vorgesehen ist. Bedingt durch die große axiale Länge der elektrischen Förderpumpe 2 ist eine Positionierung der ebenfalls eine große axiale Länge aufweisenden Tankeinbaueinheit 20 auf wenige Positionen im Kraftstofftank 5 beschränkt, die eine entsprechende axiale Länge aufweisen. Bei der hier gezeigten Anordnung gemäß dem Stand der Technik ist es darüber hinaus erforderlich, eine Tankstrahlpumpe 21 im Kraftstofftank 5 anzuordnen.
3 ist eine Schnittansicht durch einen Kraftstofftank 5 gemäß einer Ausführungsform. Die elektrische Förderpumpe 2 ist eine Pumpe der integrierten Bauform, bei der eine Antriebsanordnung 22 mit einem elektronisch kommutierten Motor (nicht dargestellt) und eine Pumpenanordnung 23 eine integrale Einheit 24 bilden, wie hier lediglich schematisch angedeutet ist. Durch die hierbei axial sehr kompakte Bauform der elektrischen Förderpumpe 2, was eine entsprechend kompakte Tankeinbaueinheit 20 ermöglicht, kann diese in Kraftstofftanks mit sehr beschränkten Einbaumöglichkeiten angeordnet werden. Auch ist hierdurch eine Anordnung der Tankeinbaueinheit 20 an nahezu jeglicher Position in dem Kraftstofftank 5 möglich, so dass das Erfordernis des Vorsehens einer zusätzlichen Tankstrahlpumpe entfällt. Es sei angemerkt, dass die elektronische Kommutierung Ströme mit hoher Frequenz bedingt, die eine schlechte elektromagnetische Verträglichkeit bzw. eine aufwändige Abschirmung der Leitungen mit sich bringt. Daher sollten die leistungsführenden Leitungen von der Leistungselektronik zur Antriebsanordnung 22 möglichst kurz gehalten werden
4A und 4B zeigen eine schematische Darstellung einer Fixiermöglichkeit einer elektrischen Förderpumpe 2 in einer Tankeinbaueinheit 20 gemäß einer Ausführungsform. Die Fixierung der elektrischen Förderpumpe 2 wird hierbei auf einfache und schnelle Weise durch eine sogenannte Snap-in Verbindung 25, 25' erzielt, welche die elektrische Förderpumpe 2 sicher in der Tankeinbaueinheit 20 hält (4B). Bei der Montage wird die elektrische Förderpumpe 2 einfach zwischen die jeweiligen elastischen Klemmelemente 26, 26' der Snap-in Verbindung 25, 25' geschoben, die dabei elastisch nach außen nachgeben (4A). Hat die elektrische Förderpumpe 2 ihre endgültige Position in der Tankeinbaueinheit 20 erreicht, nehmen die elastischen Klemmelemente 26, 26' ihre ursprüngliche Position wieder ein und umschließen mit jeweiligen Rastnasen 27, 27' eine Oberseite 28 eines Gehäuses 29 der elektrischen Förderpumpe 2 (4B).
Mittels der erfindungsgemäßen Konfiguration ist somit eine schnelle und einfache Montage einer elektrischen Förderpumpe 2 an nahezu jeglicher Position in einem Kraftstofftank 5 möglich.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006007554 A1 [0003]
DE 102006037177 A1 [0004]

Claims

Kraftstoffeinspritzsystem (1) einer Brennkraftmaschine, insbesondere Common-Rail-System, welches eine elektrische Förderpumpe (2) zum Fördern eines fluidförmigen Mediums, insbesondere zum Fördern von Kraftstoff (19) in dem Kraftstoffeinspritzsystem (1), aufweist, wobei die elektrische Förderpumpe (2) eine Antriebsanordnung (22) mit einem elektronisch kommutierten Motor und eine Pumpenanordnung (23) aufweist, welche eine integrale Einheit (24) bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Förderpumpe (2) dazu angepasst ist, in einer Tankeinbaueinheit (20), welche in einen Kraftstofftank (5) des Kraftstoffeinspritzsystems (1) einbaubar ist, angeordnet zu sein.
Kraftstoffeinspritzsystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Förderpumpe (2) mechanisch in oder an der Tankeinbaueinheit (20) fixiert ist, insbesondere mittels einer Snap-in Verbindung (25, 25') oder mittels Schrauben.
Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Förderpumpe (2) dazu angepasst ist, lose in der Tankeinbaueinheit (20) angeordnet zu sein.
Kraftstoffeinspritzsystem (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass saugseitig der elektrischen Förderpumpe (2) ein Filter angeordnet ist.
Kraftstoffeinspritzsystem (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Filter durch eine intelligente Steuerung spülbar ist.
Kraftstoffeinspritzsystem (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Kraftstoffpumpe (2) zumindest ein integriertes Heizelement aufweist.
Kraftstoffeinspritzsystem (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Förderpumpe (2) als Innenzahnradpumpe ausgebildet ist.
Kraftstoffeinspritzsystem (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der elektronisch kommutierte Motor einen Rotor und einen Stator aufweist, wobei der Rotor direkt in dem Stator gleitgelagert ist.
Tankeinbaueinheit (20) für ein Kraftstoffeinspritzsystem (1) einer Brennkraftmaschine, insbesondere für ein Common-Rail-System, dadurch gekennzeichnet, dass in oder an der Tankeinbaueinheit (20) eine elektrische Förderpumpe (2) zum Fördern eines fluidförmigen Mediums, insbesondere zum Fördern von Kraftstoff (19) in dem Kraftstoffeinspritzsystem (1), angeordnet ist, wobei die elektrische Förderpumpe (2) eine Antriebsanordnung (22) mit einem elektronisch kommutierten Motor und eine Pumpenanordnung (23) aufweist, welche eine integrale Einheit (24) bilden.
Tankeinbaueinheit (20) gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Förderpumpe (2) mittels einer Snap-in Verbindung (25, 25') oder mittels Schrauben in oder an der Tankeinbaueinheit (20) fixierbar ist.